太陽能路燈
太陽能路燈是采用晶體硅太陽能電池供電，免維護(hù)閥控式密封蓄電池（膠體電池）儲(chǔ)存電能，超高亮LED燈具作為光源，并由智能化充放電控制器控制，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)公用電力照明的路燈。
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案匯總及太陽能路燈原理圖
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案（一）
太陽能路燈主要由太陽電池組件、組件支架、電控箱（內(nèi)裝控制器、蓄電池）、燈桿（含燈具）等幾部分組成。系統(tǒng)示意圖如下圖：
設(shè)計(jì)流程
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程主要包括：燈桿的選型，燈具的選型，太陽能組件的配置，蓄電池、控制器的配置，系統(tǒng)保護(hù)措施設(shè)定。
1、燈桿的選型
燈桿是整個(gè)路燈的支撐部分，對(duì)其硬度，高度，抗風(fēng)能力，防腐等有較高的要求；現(xiàn)在常用的材料為Q235，通過一系列工藝加工而成，表面噴鍍80μm的防腐層。
本系統(tǒng)安裝路況為主干道，路寬30米，采用雙側(cè)對(duì)稱排布。根據(jù)路燈施工設(shè)計(jì)規(guī)范（見表1），本系統(tǒng)采用截光型燈具，安裝高度為10米（按照標(biāo)準(zhǔn)本應(yīng)安裝高度為15M，但是考慮高度越高，需要燈具的功率越大，燈桿設(shè)計(jì)越復(fù)雜，綜合考慮后選擇燈桿為12米，燈具安裝高度為10米），間距為30米。
表1 燈具的配光類型、布置方式與燈具的安裝高度、間距的關(guān)系
2、路燈功率的選擇
根據(jù)路燈施工設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)（見表2）的要求，本系統(tǒng)屬于級(jí)別I，路面平均照度取20勒克斯（lx）。則由此可得出燈具的總光通量為：光通總量=（平均光照度*維護(hù)系數(shù)*照射面積）/（燈具數(shù)量*燈具利用系數(shù)）=（20*0.9*15*30）/0.95=8526lm。
表2 機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值
3、蓄電池、電池板選型
選型過程：
（1）負(fù)載日耗電量Q=W*H/U=120*8/24=40Ah。式中U為系統(tǒng)蓄電池標(biāo)稱電壓
（2）滿足負(fù)載日用電的太陽能電池組件的充電電流I1=Q*1.05/h/0.85/0.9=40*1.05/4.46/0.85/0.9A=12.3A式中1.05為太陽能充電綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率、0.9為控制器效率，h為標(biāo)準(zhǔn)峰值時(shí)數(shù)，為4.46小時(shí)。
（3）蓄電池容量的確定滿足連續(xù)5個(gè)陰雨天正常工作的電池容量CC=Q*（d+1）/0.8*1.1=40*6/0.8*1.1=330Ah式中0.8為蓄電池放電深度，1.1為蓄電池安全系數(shù)，選取2節(jié)12V180Ah的電池串成電池組。
（4）連續(xù)陰雨天過后需要恢復(fù)蓄電池容量的太陽能電池組件充電電流I2I2=C*0.8/h/D=330*0.8/4.46/20=2.96A式中0.8為蓄電池放電深度，D為兩次連續(xù)陰雨天間隔天數(shù)。
（5）太陽電池組件的功率為（I1+I2）*30=（12.3+2.96）*30=457Wp式中30為太陽電池組件工作電壓，選取2塊峰值功率為230W的太陽能電池組件。
控制器選型
控制器是整個(gè)路燈系統(tǒng)中充當(dāng)管理者的關(guān)鍵部件，它的最大功能是對(duì)蓄電池進(jìn)行全面的管理，好的控制器應(yīng)當(dāng)根據(jù)蓄電池的特性，設(shè)定各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)，比如蓄電池的過充點(diǎn)、過放點(diǎn)，恢復(fù)連接點(diǎn)等。
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案（二）
分時(shí)、分壓控制太陽能燈，就是根據(jù)夜晚不同時(shí)間段人們對(duì)光照度的不同要求，以及太陽電池白天吸收能量的大小，控制太陽能燈的輸入功率，達(dá)到用最小成本設(shè)計(jì)出能夠滿足最惡劣氣象條件下人們對(duì)太陽能燈的最基本要求的目的。
該控制電路適合以12只LED為光源的草坪燈。U中包含驅(qū)動(dòng)、光控檢測(cè)、脈寬調(diào)制、電池電壓檢測(cè)等電路。其1腳為使能端，2腳為電源電壓端，4腳為負(fù)載電流調(diào)整口，5腳為開關(guān)口，8腳為接地端，3、6、7均懸空。改變R4的阻值可以改變LED的工作電流，其最大允許電流為500mA，M接地時(shí)電流最小。
J1為太陽電池，J2為電源開關(guān)，J3為2節(jié)鎳氫電池。為了降低管壓降，VD1、VD2可采用肖特基二極管。改變R5、R6可調(diào)節(jié)蓄電池的分壓保護(hù)值，改變R1、R2可調(diào)節(jié)分時(shí)值。該電路能在盡可能降低太陽電池成本的基礎(chǔ)上，保證照明時(shí)間，具有很高的性價(jià)比。
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案（三）
用PIC12F675單片機(jī)制作的太陽能路燈控制器
PIC 12F675控制蓄電池的過充電、過放電，開、關(guān)路燈功能，定時(shí)點(diǎn)亮、天黑自動(dòng)點(diǎn)亮、延時(shí)點(diǎn)亮、自動(dòng)跟蹤點(diǎn)亮等功能，路燈點(diǎn)亮測(cè)試控制功能，LED指示功能等。
由蓄電池 BTl 、蓄電池過充電控制執(zhí)行場(chǎng)效應(yīng)管 01 、三端穩(wěn)壓器 U1 組成電源供電系統(tǒng)； Q2 、 Q4．組成放電控制；K1 手動(dòng)， R_GM1 光控自動(dòng)開燈系統(tǒng)，蓄電池分壓電阻，發(fā)光指示二極管等部分組成。
太陽能電池板電壓由接口J3輸入．經(jīng)防反充二極管 D1 后分成兩路，一路經(jīng) U1 LM 78L 05 穩(wěn)壓后，為 PIC 12F675單片機(jī)提供工作電源，另一路經(jīng) FB 保險(xiǎn)絲給蓄電池充電。單片機(jī)上電后，首先由 Rf 、 Cf組成的硬件電路進(jìn)行復(fù)位．然后由軟件控制U2 ③腳 GP4 輸出高電平，讓 Q4 導(dǎo)通、 Q2 截止，控制系統(tǒng)停止放電，再檢測(cè) U2⑦腳 GP0 上的分壓值，通過內(nèi)部 A/ D 轉(zhuǎn)換及軟件運(yùn)算間接檢測(cè)、判斷蓄電池是否欠壓、過壓。
若蓄電池發(fā)生過充電，則通過軟件控制U2 ②腳 GP5 輸出高電平，使 Q1導(dǎo)通．短路太陽能電池板、停止向蓄電池充電，同時(shí)點(diǎn)亮“過充電”指示燈 LED2；若未發(fā)生過充電，則 U2 ②腳 GP5輸出低電平，允許蓄電池充電。通過檢測(cè) U2 ⑥腳 GP1 所接的光敏電阻R_GM1上的分壓值，判斷是否已經(jīng)“天黑，到了開路燈時(shí)間”，若到了預(yù)設(shè)的開燈點(diǎn)，則由軟件控制 u2 ③腳 GP4 輸出低電平，使 Q4截止、02 導(dǎo)通，點(diǎn)亮路燈。若不到開燈點(diǎn)，則程序返回，循環(huán)檢測(cè)上述諸參數(shù)。
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案（四）
電路原理見圖所示。該電路由以U5為核心組成的蓄電池過充電控制電路、以 U 4A ～U4D為核心組成的蓄電池電壓指示電路及顯示電壓按鈕開關(guān) KS1 電路、以 U1B 組成的蓄電池過放電控制電路、以 U1A組成的開燈檢測(cè)控制電路、以 U2 組成的開燈及延時(shí)熄燈及二次開燈定時(shí)控制電路，以及以控制三極管Q2驅(qū)動(dòng)繼電器組成的輸出控制電路等組成?，F(xiàn)分別介紹如下。
（1） 過充電、過放電檢測(cè)保護(hù)部分
太陽能電池組件板或陣列由插口 CZ1 的①腳輸入，加至防反充電二極管 D2 的正極．D2的負(fù)極接 12V 蓄電池的正極，即 CZ1 的③腳?？刂破髟诔跏忌想姇r(shí)，由于 C4 的作用使 U5②腳為低電平，③腳輸出高電平，Q7 導(dǎo)通； Q8 截止，允許太陽能電池給蓄電池充電。
（2） 開燈檢測(cè)方法與控制
太陽能電池板是一個(gè)很好的光敏元件，其輸出電流、電壓能隨著接受光的強(qiáng)度和照度變化而變化，本控制器就是利用這一原理實(shí)現(xiàn)開、關(guān)燈控制的。太陽能電池板PVin 輸入電壓經(jīng) R5 、 R6 串聯(lián)分壓后；加至運(yùn)放 U 1A ②腳，其③腳接于 R9 、R8+VR1的分壓點(diǎn)上。在白天，太陽能電池板在陽光的照射下輸出電壓很高，其經(jīng) R5 、 R6 分壓后使運(yùn)放 U 1A②腳電壓高于③腳， U 1A①腳輸出低電平， Q1 截止， U2 無供電電壓不工作，Q2截止，繼電器不吸合，系統(tǒng)無輸出電壓，路燈不工作。隨著天色漸黑，太陽能電池板輸出電壓降低。
（3） 路燈延時(shí)電路點(diǎn)亮、熄滅控制電路
延時(shí)控制電路選用 CD4541BE 可編程定時(shí)控制芯片，它功耗低、內(nèi)置可編程分頻器電路，最大分頻級(jí)數(shù)為 65536 級(jí)。
本控制器設(shè)計(jì)定時(shí)開燈和定時(shí)關(guān)燈時(shí)間調(diào)節(jié)范圍是： 2 ． 093 小時(shí) -11 ． 93 小時(shí)．分別由 V ： R2 和VR3控制調(diào)節(jié)。
（4） 蓄電池停止放電優(yōu)先控制電路
若在路燈欲點(diǎn)亮或已點(diǎn)亮?xí)r，蓄電池電壓已經(jīng)低于其允許終止放電值時(shí)， Q4 導(dǎo)通．此時(shí)無論 U 1A 輸出高電平與否，均會(huì)使Q1截止，從而保護(hù)蓄電池避免過放電損壞。
（5） 電池電壓指示電路
為了讓現(xiàn)場(chǎng)看管、維護(hù)人員及時(shí)了解、掌握蓄電池的狀態(tài)，本控制器設(shè)有 LED 電池電壓指示裝置，通過LLED點(diǎn)亮的數(shù)量指示蓄電池電壓的高低。
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案（五）
描述TPS61165的工作輸入電源電壓介于3V～18V之間，可提供高達(dá)38V的輸出電壓。該器件具有額定40V集成型開關(guān)FET，可驅(qū)動(dòng)多達(dá)10個(gè)串聯(lián)LED。其可在1.2MHz固定開關(guān)頻率下工作，不僅能夠顯著降低輸出紋波、提升轉(zhuǎn)換效率，而且還允許使用小型外部組件。在默認(rèn)情況下，白光LED（WLED）的電流由外部感測(cè)電阻RSET設(shè)定，反饋電壓穩(wěn)定在200mV。
該設(shè)計(jì)的重要優(yōu)勢(shì)在于擁有極高的效率和良好的LED穩(wěn)流性能。TPS61165可在能夠穩(wěn)定LED電流的恒流模式下工作。CTRL引腳可同時(shí)用于數(shù)字與PWM調(diào)光的控制輸入。每次啟用器件時(shí)即可選擇TPS61165的調(diào)光模式。通過改變反饋參考電壓也可實(shí)施模擬調(diào)光。
可使用20k歐的可變電阻來改變LED電流，以達(dá)到調(diào)光的目的。轉(zhuǎn)換器可在350mA條件下將電壓從6V提升至10.5V，轉(zhuǎn)換效率不低于85%。該電路可用于驅(qū)動(dòng)三個(gè)1W的LED或輸入總功率不超過3W的多個(gè)50mA的LED。
30w太陽能路燈設(shè)計(jì)方案（六）
下圖所示所示太陽能燈電路是一種低損耗電路，使用一只7W四引腳CFL（小型熒光燈）和一塊12V、7-Ahr密封免維護(hù)電池。逆變器的效率大于85%，靜態(tài)電流小于2mA。它有一個(gè)帶電池過放電保護(hù)功能和過充電保護(hù)功能的并聯(lián)充電控制器。
低靜態(tài)電流、過放電保護(hù)功能和過充電保護(hù)功能三者確保電池使用壽命很長(zhǎng)。逆變器的預(yù)熱功能可以避免CFL兩端變黑，從而延長(zhǎng)其使用壽命。這一電路可在農(nóng)村地區(qū)用作一種可靠小巧的便攜式光源，在城市用作應(yīng)急燈系統(tǒng)。
并聯(lián)充電控制器電路包括IC1（低電流2.5V電壓基準(zhǔn)源LM385）和IC2（LM324比較器）。配有電阻R1 ~ R8和三極管Q1的IC2A可防止電池過放電。
這種太陽能供電的電燈驅(qū)動(dòng)器可用作應(yīng)急燈系統(tǒng)。
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