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太阳能LED路灯节能控制系统设计

作者：陈华

来源：《科技传播》2013年第05期

摘要随着太阳能光伏器件和大功率LED器件技术快速发展成熟，太阳能路灯的应用越来

越广泛，但是因为没有对太阳能所产生电能进行合理利用，造成一部分能量的浪费。基于此本

文提出了一种利用单片机控制的太阳能LED路灯节能控制系统设计方案，该系统在实现对路

灯的智能化控制的同时，还能够达到很好的节能效果，具有广阔的应用前景。

关键词太阳能；LED；蓄电池；节能控制

中图分类号TK6文献标识码A文章编号1674-6708（2013）86-0058-02

引言0

随着世界能源形势紧缺形势的愈演愈烈，各国在都在努力寻找一种新型能源或可再生能源

来取代传统能源，同时人们在节能技术、节能材料和节能降耗管理方面也不遗余力，开展了很

多的研究和开发工作。太阳能作为给予我们的无偿馈赠，是一种巨大的可再生绿色能源，实验

数据表明每天辐射到地球表面的能量相当于2.5亿万桶石油燃烧所产生热能，可以说有效的开

发利用太阳能是未来人类应对能源危机的有效途径之一。而大功率LED器件技术的发展，在

节能技术和材料上为应对能源短缺铺就了另一条途径，由于LED器件的光谱都集中与可见光

频段，因而具有发光效率高、亮度高的优点。那么如果在路灯照明上能够使太阳能和LED有

机结合，必然会发挥出更大的节能效果。

太阳能1LED路灯的供电系统设计

太阳能LED路灯控制器在结构上由太阳能电池板、蓄电池组、充电管理模块和供电模块

等构成。其工作原理是首先由太阳能电池板将太阳辐射能转换成电能，然后再经过二极管后对

蓄电池充电，其中二极管的作用是防止蓄电池箱太阳能电池板反向充电，而在蓄电池充电环节

引入了由单片机为主要控制核心的充电管理系统，在充电过程中，由单片机对电池充电过程进

行实时的状态检测，并根据检测所得结果而选择优化的充电模式，当检测到蓄电池电量偏低时

则切断负载回路中断对负载供电，从而对蓄电池起到保护作用。

此外，在太阳能LED路灯控制器中加入了光电传感器，从而实现对白天还是黑夜的判

断，并以此为依据决定是调用充电管理模块给蓄电池组充电还是调用供电模块给负载供电，同

时，单片机还能够对蓄电池的电压进行实时监测，以防蓄电池因过充电或过放电而损坏。

控制器2硬件系统

充2.1电管理系统

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在白天，太阳能LED路灯控制器会自动关闭供电系统而转入充电模式，并且在每次充电

之初控制其会首先监测蓄电池电压，并以电压高低来决定充电模式，主要的充电模式有快速充

电、恒压充电两种。

2.1.1充电原理及模式

本控制器采用低压定周期脉冲充放电模式，当蓄电池电压水平较低时，采用大电流快速充

电模式，使蓄电池电压迅速上升，当电池的极化现象较为严重时控制器则发出控制指令切断充

电回路使其进入短暂的停充环节，使电池开始大电流放电，这样蓄电池的计划现象就会迅速得

到缓解或消除，如此反复运行则和可以将电池充满，这种充电模式就是所谓的Reflex充电法。

其原理是在充电时利用瞬间大电流放电脉冲事积聚在正极板周围的气体除去，使氧气在负极板

被充分吸收，以此来缓解或消除由于快速充电而产生的极化现象，使电池内部的艳丽、阻抗和

温度得到有效的降低，减少能量损失，提高了电池的充电效率。

随着充电过程的推进，充电过程会进入两个可选模式：一是恒压充电模式，这种充电模式

情况下充电电流会随着电池的蓄电池端电压的升高而衰减；二是限压变电流间歇充电模式，这

种模式下的充电初期为恒电流充电阶段，这时会采用最佳的充电电流值以使其获得最好的充电

效果，到充电后期时则进入定压充电阶段，这样可以得到过充电量，将电池恢复至完全充电状

态。

2.1.2充电管理系统的组成及功能

蓄电池的充电管理系统如图2所示。

在充电管理系统中加入了DC-AC-DC变换模块，通过这个变换模块DC-AC变换将太阳能

电池板输出的直流电能首先转化为交流电，并且该变换过程实现了由单片机的脉冲信号的控

制，并且脉冲的持续时间可以进行调整。AC-DC变换环节采用整流桥电路，鉴于单片机控制

器的脉冲频率值很高，在整流桥