淺議風光互補LED路燈照明系統

摘 要：本文介紹了風光互補及風光互補的技術原理、技術結構及技術優勢和風光互補系統的組成、風光互補路燈的優勢；以及介紹了風光互補控制器，風光互補控制器的特點，風光互補控制器的工作原理。

關鍵詞：風光互補；工作原理；技術結構

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 14-0000-01

一、風光互補的概念及技術原理

風光互補是一套發電應用系統，該系統是利用太陽能單晶硅電池板、風力發電機將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電設備共同發電。

二、風光互補的技術構成

（一）發電部分：由1臺風力發電機和太陽能電池板組成，完成風-電；光-電的轉換，作。

（二）蓄電部分：由多節蓄電池組成，完成系統的全部電能儲備任務。

（三）風光互補控制器：集光控亮燈，時控關燈，自動功率跟蹤，自動泄荷，過充過放保護功能于一體，對負載進行全方面的控制。

（4）負載部分：本項目由于未使用逆變器，所以直接使用直流LED照明燈作為負載。

三、風光互補控制器

（一）風光互補控制器的概述。風光互補控制器是專門為風能、太陽能發電系統設計的；集風能控制、太陽能于一體的智能型控制器。充分利用風能和光能資源發電，可減少采用單一能源可能造成的電力供應不足或不平衡的情況。設備不僅能夠高效率地轉化風力發電機和太陽能電池板所發出的電能對蓄電池進行充電，而且還提供了強大的控制功能。集光控亮燈，時控關燈，自動功率跟蹤，自動泄荷，過充過放保護功能于一身，性能穩定可靠。

（二）風光互補控制器的特點及功能

1.風光互補控制器的主要功能

（1）白天對太陽能電池板的電壓和電流進行檢測太陽能電池板最大輸出功率點，使太陽能電池板以最大輸出功率給蓄電池充電，并控制太陽能電池對蓄電池進行充電的方式；（2）控制光電互補自動轉換，晚上控制蓄電池放電，驅動LED負載照明；（3）對蓄電池實行過放電保護、過充電保護、短路保護、反接保護和極性保護；（4）控制LED燈的開關，通過對外環境監測，可以控制LED燈開燈、關燈時間。

（三）風光互補路燈控制器的結構圖

（四）風光互補控制器的工作原理。在風光互補LED照明系統中，控制器主要包括風電控制單元、光電控制單元和蓄電池充放電控制單元三部分。控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化、蓄電池的充電狀況來控制風力發電機組、太陽能電池陣列的運行方式和開斷情況，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節，一方面把調整后的電能直接送往直流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，從而保證負載的正常供電以及系統各個部分的安全運行和整個系統工作的連續性和穩定性。

控制器是由一些電子元器件組成，如電阻、電容、半導體器件、繼電器等組成。簡單地說，控制器就是一個“開關”。對于風力發電部分，當風力發電機發出的交流電經整流后，如蓄電池電壓低于系統設定的電壓時，控制器使充電電路接通，風力發電機向蓄電池充電，當蓄電池電匪上升達到保護電壓時，充電控制開關電路截止，風力發電機停止向蓄電池充電，以免蓄電池過充電。但是，根據蓄電池的充電特性，這時，蓄電池電壓會慢慢下降，為防止蓄電池充電不足，當其電壓下降到一定值時，充電控制開關導通，對蓄電池進行自動補充充電，該狀態一直保持到下一次充電保護為止。

控制電路是指控制主電路的控制回路，通常包括檢測電路、驅動電路和保護電路等。本項目的設計是選擇PIC16F877A單片機作為控制芯片，由于其計算速度等性能比普通單片機高，且價格比高級信號處理器（DSP）低，所以得到廣泛應用。PIC16F877A具有以下功能和特點：

（1）屬于精簡指令集（RISC）的計算機結構，只有35個匯編語言指令，且每一條指令都固定為14位長；（2）采用哈佛總線結構，它的程序存儲器、數據存儲器以及堆棧可以靈活設計；（3）工作頻率范圍為DC～20MHz，具有上電復位和掉電鎖定復位兩種重置功能；（4）3個定時器（Timer），除了具有最基本的定時器功能外，還有捕捉、比較、產生PWM信號等功能；（5）12個外部中斷源，共享一個中斷向量（位于程序存儲器的004H處）；（6）RS232串行通信接口；（7）8個8位模擬數字轉換器（A/D）；（8）采用Flash程序存儲器芯片，產品可以多次編程，可以隨意擦寫芯片程序；（9）I/O端口驅動負載能力較強，輸出引腳可以驅動20～50mA的負載。

此外，PIC16F877A單片機還有外接電路簡潔、驅動能力強、尋址空間設計簡潔、代碼壓風光互補控制器需要對太陽能電池板輸出電壓、風力發電機整流輸出電壓、蓄電池端電壓、光伏充電電流和風力發電充電電流等進行實時檢測，才能實現控制功能。

風光互補路燈控制器利用太陽能電池的光生伏特效應原理，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產生電能，通過控制器儲存在蓄電池里，當夜幕降臨或光電板周圍光照較低時，蓄電池通過控制器向光源供電，通過設定一定的時間后切斷。

四、結束語

本論文著重講述了介紹了風光互補LED燈照明系統，該系統是利用太陽能單晶硅電池、風力發電機將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。本設計為相應的系統設計提供了思路。

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[作者簡介]董玉龍（1992.10.24-），男，安徽人，上海電機學院本科在讀，研究方向：港口自動化。