光伏太陽能LED路燈照明系統設計

聞云

摘要：隨著全球能源需求的不斷增長，光伏發電作為一種前景良好的綠色能源技術，正逐漸滲透到人們生產、生活的各個方面。伴隨著“節能減排”的號召和中國政府的大力支持和倡導，光伏產品越來越受到人們的重視，許多產品如太陽能路燈等產品也在不斷涌現。本文對太陽能路燈照明系統的特點和選型進行了研究，為太陽能路燈照明系統設計提供參考。

關鍵詞：光伏太陽能;智能化控制;節能環保

引言

隨著太陽能光伏發電技術和 LED照明技術的發展，太陽能 LED路燈在道路照明中的應用將越來越廣泛。太陽能LED路燈系統的設計，應根據現場的地理環境和氣象數據，選擇有效、科學、合理的輔助設備，確保太陽能 LED路燈安全可靠地運行。太陽能 LED路燈系統，包括 LED光源的功率、蓄電池的容量，太陽能光伏組件功率的計算，智能控制器選擇等。

1 光伏太陽能LED路燈照明的工作原理

LED光源是一種新型的照明光源，具有高光效率、高功率等優點。LED燈頭使用壽命長，環境污染小，對減少資源浪費，保護生態環境具有重要意義。同時 LED燈采用直流光源，可以很好的配合太陽能光伏電源，因此太陽能光伏路燈在環保方面具有巨大的優勢。其主要由蓄電池、LED燈頭、太陽能光伏組件、智能控制器等構成。太陽能路燈的工作原理是白天利用太陽能電池組件的光電效應將清潔能源太陽能轉化為電能，并儲存到蓄電池中。夜晚，蓄電池中儲存的電能給LED光源供電，將電能轉化為光能，以達到照明的效果。此外，運行太陽能路燈時，智能控制器可對路燈亮度進行實時監控和調節。

2 做好電路控制設計

太陽能LED路燈系統通常采用低電壓。按電源電壓標準，同類型的市電公用設備電壓在交流220 V，自耗電流小于工作電流的1%。所以安裝公共照明設施時，一定要合理控制線路，太陽能LED路燈系統也不例外。普通太陽能 LED路燈的控制電路主要由集成運放構成。該控制系統中的電氣設備大多采用硬件構成，成本低、可控性強、易于維護等特點，因此受到眾多廠家的青睞。因此，要有效地提高路燈的功率，就必須調整電路控制系統。

例如，在設計太陽能 LED路燈控制電路時，需要檢查其電池的存儲容量，以保證其充放電性能和良好的電壓回差。在結構上，顯示電路采用 LED等優質元件。通過這種方法，可以最大限度地減少太陽能 LED路燈在長時間充放電過程中的不利影響。此外，太陽能 LED路燈系統可以根據電池和光源的特點及時調整輸出電流，然后進行功率調整，以保證太陽能 LED路燈在陰天、雨季都能正常使用。然而，在太陽輻射較低的季節，這種照明系統的電池充電效果會明顯下降，導致電壓和能量消耗增加。

3 研究光伏太陽能LED路燈照明系統的設計

3.1 光伏太陽能LED路燈照明系統設計思路

太陽能LED路燈系統由于增加了細節設計，使其優于傳統的太陽能照明系統。一是對太陽能路燈系統各工作部件的功率和電池的存儲容量進行了優化。二是根據實際需要，系統選擇合理的電氣、照明，保證道路照明穩定運行。同時優化了照明系統的結構。掌握路燈照明狀況，優化調整路燈的開關量和路燈功率，進一步降低能耗。

3.2 光伏太陽能LED路燈控制系統的設計

太陽能路燈系統是利用太陽能電池所產生的光電效應。白天采集到的太陽能轉化為夜間供電的 LED路燈，減少了電力的浪費，提高了清潔資源的利用率。LED路燈照明控制系統的設計主要包括以下幾個方面：一是太陽能電池的應用設計。太陽能高效地轉換成電能并儲存在蓄電池中。本設計方案是太陽能路燈系統的核心。二是單片機控制系統。作為太陽能路燈控制中心，該系統主要為蓄電池提供穩定的電壓和電流，實現高效充電。此外，該控制系統既能有效降低電池的損耗，又避免延長電池壽命，提高充電穩定性。三是在 PWM智能充電技術的基礎上，采用智能模板技術將電壓轉換為 DC電壓，提高 PWM智能充電的穩定性。四是采用電池設計。能高效存儲 DC電源。五是 LED的驅動電路設計。提出一種解決電池電壓問題的電路。LED路燈在放電時減小功率，有利于接收穩定的驅動電流，從而保證路燈的亮度。

3.3 光伏太陽能LED路燈照明系統中的智能設計

智能控制系統設計。利用智能控制器，對太陽能路燈系統進行智能控制。該系統綜合了照明系統的特點，能夠適應太陽能 DC電源系統。智能控制器的智能控制主要依靠單片機實現。在設計控制器時，其開關為一鍵切換，多種智能功能。具有自動斷電恢復，短路保護效果好。此外，控制系統能實時采集電池放電環境和放電電流，實現精確控制。

智能充電設計采用脈寬調制。針對電池、面板的特點，研究人員設計了多種充電方式，包括三層充放電和恒電流充電，但仍存在一些問題。太陽能 LED路燈采用低頻 PWM智能充電，可以避免電池中的氣體沉淀，延長電池的使用壽命。

LED路燈驅動設計。由于 LED路燈照明采用半導體照明，要求電源類型為DC電源。采用單片機集成芯片對 智能控制器的輸出電流進行控制，可有效保證太陽能 LED路燈照明系統驅動電流的穩定性。

3.4 LED路燈燈頭設計

由于 LED路燈工作時產生熱量，散熱功能是燈頭設計的關鍵。對于太陽能光伏 LED路燈的照明系統，設計者從使用環境、節能效果等方面考慮其被動散熱。用這種方法設計的 LED路燈基座，不僅具有結構簡單、重量輕、外觀輕巧等特點，而且與路燈的外部散熱器相匹配。可以設計的稍微傾斜一點，利用雨水沖走路燈上堆積的灰塵。同時利用路燈上方的氣流散熱，大大滿足 IP防護的要求。

4 硬件電路設計

4.1 太陽能路燈太陽能板選擇

太陽能電池是一種利用光電效應直接將太陽能轉化為電能的裝置。太陽能電池板主要包括單晶硅和多晶硅。單晶體硅太陽能有20%的光電轉換效率，是太陽能電池中最高的，其使用壽命長，但生產成本高。對于太陽能路燈，可以根據蓄電池的電壓等級，通過調整太陽能光伏組件內部的串并聯方式來達到不同的電壓需求。根據LED路燈的照明功率、當地的光照條件合理的選擇太陽能光伏組件的功率，如果功率較大時，可以將兩塊或者多塊的光伏組件通過串聯或者并聯起來使用，已滿足功率需求。

4.2 防雷接地

一般來說，太陽能 LED路燈的工作電壓一般為12 V或24 V，屬于安全電壓，不需對地進行電氣保護。為了保證太陽能 LED路燈的安全運行，必須進行防雷接地設計。防雷方面，金屬燈柱可作接閃器和引下線，路燈基礎的鋼筋可用作接地體，接地電阻不超過10。如果接地電阻不符合要求，則應加人工接地極。特別天氣條件下，如大風等惡劣天氣，應采取防風措施，避免突發天氣影響太陽能 LED路燈運行質量。

結束語

簡而言之，與傳統照明系統相比，光伏太陽能 LED路燈照明系統不僅能耗低，而且性能上有很大的進步。因此，相關人員應繼續對系統進行分析設計，不斷優化太陽能光伏 LED路燈照明系統性能，降低能耗。

參考文獻

[1]陸尤欣. 光伏太陽能LED路燈照明系統設計研究[J]. 科學與信息化，2020（21）：129.