太阳能照明原理、组成及控制系统[3]

　　(2)充电驱动线路
　　充电驱动线路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。MOSFET驱动模块采用高速光藕隔离，发射极输出，有短路保护和慢速关断功能。选用的MOSFET为隔离式、节能型单片机开关电源专用IC，驱动LED的全电压输入范围为150V～200V，输出电流为8A～9A。输入电压范围宽，具有良好的电压调整率和负载调整率，抗干扰能力强，低功耗。
本系统通过充电驱动线路完成太阳能电池组向蓄电池的充电，电路中还提供了相应的保护措施。

　　(3)LED驱动线路
　　由IGBT驱动模块及MOSFET组成，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。

　　(4)太阳能电池组
　　太阳能电池组由太阳能电池单体(工作电压约为0.5V,工作电流约为20～25mA/cm2,面积为10cm×10cm)以串、并方式连接成组件，一个标准组件包括36片单体，使一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，成为一个额定电压为12V的蓄电池池组。当应用系统需要更高的电压和电流组件时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。

　　太阳能电池在整个系统中的作用有两个：其一是把太阳光转化为电能，即白天时，太阳能电池给蓄电池充电；其二是太阳能电池作为系统的光控元件，从太阳能电池两端电压的大小，即可检测户外的光亮程度，也就是从太阳能电池电压的大小来判断天黑和天亮及LED照明光源的亮度。

　　(5)蓄电池组
　　由于从光伏阵列得到的能量不总是与电子负载的需求相符，当光伏阵列本身不能提供足够的功率时，蓄电池仍能使负载工作。如果电子负载需要在夜间或在多云或阴天时工作，就需要能量的存储。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。一般来说，应能储备5～7天的夜间照明用电量。蓄电池是整个太阳能路灯系统的关键部分，它是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上，系统和负载所用电全部由蓄电池来提供，其次，阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中，由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用，所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。

　　(6)通信装置
　　由无线数传模块组成。无线数传模块支持GPRS,带有RS-232接口，通信距离达100米，抗干扰性强，不受广播电视，移动通信干扰，实现相邻路灯终端之间的通信。

　　2.功能控制

　　(1)太阳能路灯控制器的基本要求
　　太阳能路灯由多个LED灯串联而成，路灯照明系统不但消耗大量的电能，而且还需要投入巨额的日常维护费用，给城市带来电力供应和财政支出的双重压力。制定“按需照明”的供电策略可以缓解这一矛盾。通过编程可以实现对分布在城市繁华路段的路灯机动灵活的控制，可在任意时间段内通过PWM方式实现开关控制，以达到既烘托城市灯光气氛的目的。控制基本要求如下：
　　1)对前半夜与后半夜的亮度进行控制，控制比例依情况而定；
　　2)开启单边路灯策略，即蓄电池现有电量只供一路路灯照明，另一路路灯关闭；
　　3)半夜灯策略，即前半夜开灯，后半夜关灯，蓄电池现有电量只供前半夜照明使用。

　　太阳能路灯都是以自然光线的强弱来控制照明灯具的开关，这些光控太阳能照明系统的优化设计是系统长期可靠运行的前提。系统容量可以根据当地的地理位置、气象条件和负载状况做出最优化设计。但是由于季节因素，冬天太阳辐射要比夏天少，太阳电池阵冬天产生的电量比夏天少，可是冬天需要照明的电量却比夏天多，从而使照明系统的发电量与需电量形成反差，依然难以平衡月发电量盈余和耗电量亏损。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高，因此在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断地趋于完善。

　　根据太阳能路灯系统的特点，路灯运行要兼顾蓄电池剩余容量的影响。当路灯正常开启时，根据蓄电池剩余容量检测法得到当前蓄电池容量，通过查询后得到蓄电池将要维持的供电时间，平均使用蓄电池现有电量，同时根据当晚可使用的蓄电池电量对路灯照明方式灵活控制，合理使用蓄电池现有电量。

　　(2)蓄电池充放电控制功能
　　蓄电池充放电控制是整个系统的重要功能，它影响整个太阳能路灯系统的运行效率，还能防止蓄电池组的过充电和过放电。蓄电池的过充电或过放电对其性能和寿命有严重影响。充放电控制功能，按控制方式可分为开关控制(含单路和多路开关控制)型和脉宽调制(PWM)控制(含最大功率跟踪控制)型。开关控制型中的开关器件，可以是继电器，也可以是MOS晶体管。脉宽调制(PWM)控制型只能选用MOS晶体管作为其开关器件。本系统采用脉宽调制控制器方式，并选用MOS晶体管作为开关器件。当白天晴天的情况下，根据蓄电池的剩余容量，选择相应的占空比方式向蓄电池充电，力求高效充电；夜间根据蓄电池的剩余容量及未来的天气情况，通过调整占空比方式进而调节LED灯亮度，以保证均衡合理使用蓄电池。