一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能led路燈控制系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)及其方法，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：該系統(tǒng)包括LED路燈控制器、光照度傳感器、太陽(yáng)能電池板、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、蓄電池、溫度傳感器和LED路燈，該LED路燈控制器與光照度傳感器、太陽(yáng)能電池板、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、溫度傳感器相連接，該蓄電池與第一開關(guān)管、第二開關(guān)管相連接；該方法包括蓄電池充電控制方法和LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法,其根據(jù)實(shí)時(shí)采集的蓄電池的電壓及溫度參數(shù)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電控制和LED驅(qū)動(dòng)控制。本發(fā)明通過LED路燈控制器構(gòu)成光伏發(fā)電照明系統(tǒng)，該控制器通過監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能板、蓄電池、光照強(qiáng)度等來統(tǒng)籌控制蓄電池的充放電、LED燈的亮度等，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
【專利說明】一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能作為一種理想的清潔能源，正迅速得到廣泛應(yīng)用。LED作為固態(tài)光源，具有壽命長(zhǎng)、耗能少等特點(diǎn)，屬于綠色光源。隨著大功率LED驅(qū)動(dòng)的技術(shù)日趨成熟，LED在照明領(lǐng)域得到廣泛的推廣應(yīng)用。太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，配合蓄電池組件，使LED路燈不需要市電就可以滿足照明的需求。這種將太陽(yáng)能和LED結(jié)合在一起應(yīng)用于路燈照明領(lǐng)域，既可節(jié)約大量電纜的成本，又可節(jié)約大量能源。
[0003]由于太陽(yáng)能受天氣因素的制約比較大，太陽(yáng)光照射分布密度小，受光時(shí)間、強(qiáng)度大小具有隨機(jī)性、間歇性，要保證太陽(yáng)能電池輸出電壓的穩(wěn)定，必須利用蓄電池，在白天有陽(yáng)光時(shí)，將發(fā)出的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，晚上蓄電池放電給負(fù)載LED。如果遇到連續(xù)陰雨天氣，對(duì)蓄電池容量要求就大，而太陽(yáng)能電池組容量越大，成本就越高，因此，如何合理控制蓄電池的充放電、LED燈的亮度以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行是目前迫切需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、節(jié)能環(huán)保且安全穩(wěn)定的基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)及其方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)，包括LED路燈控制器、太陽(yáng)能電池板、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、蓄電池和LED路燈，LED路燈控制器通過光照度傳感器采集光照信息，LED路燈控制器與太陽(yáng)能電池板相連接用于采集太陽(yáng)能電池板的電壓，LED路燈控制器通過第一開關(guān)管、第二開關(guān)管與蓄電池相連接用于控制蓄電池的充放電，LED路燈控制器通過電壓采集模塊和溫度傳感器與蓄電池相連接實(shí)現(xiàn)蓄電池電壓及溫度采集，該蓄電池的輸入端通過第一開關(guān)管與太陽(yáng)能電池板相連接，該蓄電池的輸出端通過第二開關(guān)管與LED路燈相連接為其供電。
[0007]而且，所述的LED路燈控制器包括CPU單元、電源與復(fù)位模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、光照度傳感器和輸出控制快模塊，CPU單元分別和電源與復(fù)位模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、光照度傳感器、輸出控制快模塊相連接，該輸出控制模塊控制與蓄電池及LED路燈相連接實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電以及驅(qū)動(dòng)LED路燈的功能。
[0008]而且，所述的太陽(yáng)能電池板采用多晶硅太陽(yáng)能電池板CETC48.150 ;所述的蓄電池采用鉛酸蓄電池LCX12120ST ;所述的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管采用IRF530N ;所述的溫度傳感器采用可編程溫度傳感器DS18B20 ;所述的光照度傳感器采用TSL256X。
[0009]而且，所述的CPU單元采用ATxmega256A3BU芯片，該CPU單元通過I2C總線連接方式與溫度采集模塊、光照度傳感器相連接。。
[0010]—種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)的控制方法,包括蓄電池充電控制方法和LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法，其中:
[0011]蓄電池充電控制方法包括以下步驟:
[0012]步驟1:CPU單元根據(jù)光照度傳感器的光照度判斷是否是白天，是則執(zhí)行對(duì)蓄電池充電，否則就結(jié)束；
[0013]步驟2 =CPU單元根據(jù)溫度傳感器采集蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償；
[0014]步驟3:充電過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池電壓并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在11.2V過欠壓點(diǎn)至
13.6V浮充點(diǎn)采用高占空比充電，浮充點(diǎn)13.6V?14.4V之間采用低占空比浮充；14.4V?
14.8V之間采用超低占空比浮充，達(dá)到14.8V則終止充電；
[0015]LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法包括以下步驟:
[0016]步驟1:CPU單元根據(jù)光照度傳感器的光照度判斷是否是黑夜，是則執(zhí)行對(duì)LED路燈的驅(qū)動(dòng)，否則就結(jié)束；
[0017]步驟2 =CPU單元根據(jù)溫度傳感器采集蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償；
[0018]步驟3:在蓄電池電壓高于13.6V時(shí)，用低于額定電流25%的電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；在蓄電池電壓處于12.5V?13.6V之間時(shí)，用低于額定電流20%電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；蓄電池電壓處于12V?12.5V之間時(shí)，用低于額定電流15%電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；蓄電池電壓低于12V時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)LED路燈。
[0019]而且，所述步驟2對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償后得到電壓為:
[0020]Ue = U+ (t-25) f
[0021]U為實(shí)際測(cè)量到的電壓，t為溫度傳感器測(cè)到的環(huán)境溫度，f為溫度補(bǔ)償系數(shù)，Ue為補(bǔ)償后的電壓值。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0023]1、本發(fā)明通過LED路燈控制器構(gòu)成光伏發(fā)電照明系統(tǒng)，該控制器通過監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能板、蓄電池、光照強(qiáng)度等來統(tǒng)籌控制蓄電池的充放電、LED燈的亮度等，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
[0024]2、本發(fā)明集光控開燈、光控關(guān)燈、過充過放保護(hù)功能于一身，性能穩(wěn)定可靠。
[0025]3、本發(fā)明根據(jù)光照度傳感器判斷白天還是黑夜，免去了時(shí)鐘芯片，無需遠(yuǎn)方校時(shí)或GPS校時(shí)，節(jié)約了成本，增加了太陽(yáng)能LED路燈控制的智能化。
[0026]4、本發(fā)明不需要輸電線路，不需要耗電網(wǎng)電能，一次性投入與常規(guī)路燈大體相當(dāng)?shù)慕?jīng)費(fèi)就可一勞永逸地利用取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能提供穩(wěn)定可靠的照明，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，避免了常規(guī)路燈需要埋地電纜供電帶來的路燈供電線路的建設(shè)成本很高、線路上消耗的電能多等問題，可滿足于偏遠(yuǎn)地區(qū)、海上作業(yè)平臺(tái)等不通市電的照明需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的LED路燈控制器的電路方框圖；
[0029]圖3是本發(fā)明的蓄電池充電控制流程圖；
[0030]圖4是本發(fā)明的LED路燈驅(qū)動(dòng)控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0032]一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括LED路燈控制器、太陽(yáng)能電池板、第一開關(guān)管(開關(guān)管I)、第二開關(guān)管(開關(guān)管2)、蓄電池和LED路燈，LED路燈控制器通過光照度傳感器采集光照信息，LED路燈控制器與太陽(yáng)能電池板相連接用于采集太陽(yáng)能電池板的電壓，LED路燈控制器通過第一開關(guān)管、第二開關(guān)管與蓄電池相連接用于控制蓄電池的充放電，LED路燈控制器通過電壓采集模塊和溫度傳感器與蓄電池相連接實(shí)現(xiàn)蓄電池電壓及溫度采集，該蓄電池的輸入端通過第一開關(guān)管與太陽(yáng)能電池板相連接，該蓄電池的輸出端通過第二開關(guān)管與LED路燈相連接為其供電。在本實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池板采用多晶硅太陽(yáng)能電池板CETC48.150，在1000照度25°C情況下其峰值電壓為18.65V、峰值電流為8.8A ;蓄電池采用鉛酸蓄電池LCX12120ST，該蓄電池容量為45AH ;AC_DC采用通用模塊化AC-DC電源，其輸出電壓等級(jí)為+12V，電流為25A ;開關(guān)管采用IRF530N，它的擊穿電壓VDSS為100V，能夠滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的需要。
[0033]如圖2所示，LED路燈控制器包括CPU單元、電源與復(fù)位模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、光照度傳感器和輸出控制快模塊，CPU單元分別和電源與復(fù)位模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、光照度傳感器、輸出控制快模塊相連接，該輸出控制模塊控制與蓄電池及LED路燈相連接實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電以及驅(qū)動(dòng)LED路燈的功能。在本實(shí)施例中，CPU單元采用ATMEL公司的ATxmega256A3BU芯片，此芯片具有最高32MHZ的運(yùn)行主頻，256+8K的片內(nèi)可編程flash，16K的SRAM，同時(shí)具有豐富的外圍接口，方便擴(kuò)展各種硬件電路。溫度采集傳感器采用可編程溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度檢測(cè)，具有抗干擾能力強(qiáng)、溫度采集精度高、不需要復(fù)雜的調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換電路等特點(diǎn)，DS18B20與ATxmega256A3BU之間采用的是I2C總線連接方式。光照度傳感器采用TSL256X，該TSL256x的訪問遵循標(biāo)準(zhǔn)的SMBus和I2C協(xié)議，這使得該芯片軟件和硬件設(shè)計(jì)變得很簡(jiǎn)單，這兩種協(xié)議的讀寫時(shí)序雖然很類似，但仍存在不同之處，在本實(shí)施例中，采用I2C總線與ATxmega256A3BU相連。
[0034]一種基于光伏發(fā)電的LED路燈控制方法，包括蓄電池充電控制方法和LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法。下面分別進(jìn)行說明:
[0035]蓄電池充電控制方法是CPU單元據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光照度、太陽(yáng)能電池板的電壓、蓄電池電壓以及蓄電池的溫度來控制蓄電池充電，如圖3所示，具體包括以下步驟:
[0036]步驟1:CPU單元根據(jù)光照度傳感器的光照度判斷是否是白天，是則執(zhí)行對(duì)蓄電池充電，否則就結(jié)束。
[0037]步驟2 =CPU單元根據(jù)溫度傳感器采集蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0038]由于蓄電池具有負(fù)溫度效應(yīng)，因此，CPU單元需要通過溫度傳感器采集蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。溫度補(bǔ)償后的電壓表示為:
[0039]Ue = U+(t-25) f(I)
[0040]式中，U為實(shí)際測(cè)量到的電壓，t為溫度傳感器測(cè)到的環(huán)境溫度，f為溫度補(bǔ)償系數(shù)，Ue為補(bǔ)償后的電壓值。
[0041]步驟3:充電過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池電壓并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在11.2V過欠壓點(diǎn)至13.6V浮充點(diǎn)采用高占空比充電，浮充點(diǎn)13.6V?14.4V之間采用低占空比浮充；
14.4V-14.8V之間采用超低占空比浮充，達(dá)到14.8V則終止充電。
[0042]LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法目前通常采用的驅(qū)動(dòng)方式恒壓(CV)驅(qū)動(dòng)、恒流(CC)驅(qū)動(dòng)、恒流恒壓(CCCV)驅(qū)動(dòng)三種方式。對(duì)于蓄電池供電的路燈系統(tǒng)來說，不能保證亮燈時(shí)間最長(zhǎng)，可能引起光衰，因此，本LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法采用分階段恒流、過欠壓斷電的控制策略。如圖4所示，LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法包括以下步驟:
[0043]步驟1:CPU單元根據(jù)光照度傳感器的光照度判斷是否是黑夜，是則執(zhí)行對(duì)LED路燈的驅(qū)動(dòng)，否則就結(jié)束。
[0044]步驟2:對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0045]步驟3:在蓄電池電壓高于13.6V時(shí)，用低于額定電流25%的電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；在蓄電池電壓處于12.5V?13.6V之間時(shí)，用低于額定電流20%電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；蓄電池電壓處于12V?12.5V之間時(shí)，用低于額定電流15%電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；蓄電池電壓低于12V時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)LED路燈。
[0046]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)，其特征在于:包括LED路燈控制器、太陽(yáng)能電池板、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、蓄電池和LED路燈，LED路燈控制器通過光照度傳感器采集光照信息，LED路燈控制器與太陽(yáng)能電池板相連接用于采集太陽(yáng)能電池板的電壓，LED路燈控制器通過第一開關(guān)管、第二開關(guān)管與蓄電池相連接用于控制蓄電池的充放電，LED路燈控制器通過電壓采集模塊和溫度傳感器與蓄電池相連接實(shí)現(xiàn)蓄電池電壓及溫度采集，該蓄電池的輸入端通過第一開關(guān)管與太陽(yáng)能電池板相連接，該蓄電池的輸出端通過第二開關(guān)管與LED路燈相連接為其供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的LED路燈控制器包括CPU單元、電源與復(fù)位模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、光照度傳感器和輸出控制快模塊，CPU單元分別和電源與復(fù)位模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、光照度傳感器、輸出控制快模塊相連接，該輸出控制模塊控制與蓄電池及LED路燈相連接實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電以及驅(qū)動(dòng)LED路燈的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的太陽(yáng)能電池板采用多晶硅太陽(yáng)能電池板CETC48.150 ;所述的蓄電池采用鉛酸蓄電池LCX12120ST ;所述的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管采用IRF530N ;所述的溫度傳感器采用可編程溫度傳感器DS18B20 ;所述的光照度傳感器采用TSL256X。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的CPU單元采用ATxmega256A3BU芯片，該CPU單元通過I2C總線連接方式與溫度采集模塊、光照度傳感器相連接。
5.一種如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述LED路燈控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括蓄電池充電控制方法和LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法，其中: 蓄電池充電控制方法包括以下步驟: 步驟1:CPU單元根據(jù)光照度傳感器的光照度判斷是否是白天，是則執(zhí)行對(duì)蓄電池充電，否則就結(jié)束； 步驟2:CPU單元根據(jù)溫度傳感器采集蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償； 步驟3:充電過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池電壓并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在11.2V過欠壓點(diǎn)至13.6V浮充點(diǎn)采用高占空比充電，浮充點(diǎn)13.6V?14.4V之間采用低占空比浮充；14.4V?14.8V之間采用超低占空比浮充，達(dá)到14.8V則終止充電； LED路燈驅(qū)動(dòng)控制方法包括以下步驟: 步驟1:CPU單元根據(jù)光照度傳感器的光照度判斷是否是黑夜，是則執(zhí)行對(duì)LED路燈的驅(qū)動(dòng)，否則就結(jié)束； 步驟2 =CPU單元根據(jù)溫度傳感器采集蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償； 步驟3:在蓄電池電壓高于13.6V時(shí)，用低于額定電流25%的電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；在蓄電池電壓處于12.5V?13.6V之間時(shí)，用低于額定電流20%電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；蓄電池電壓處于12V?12.5V之間時(shí)，用低于額定電流15%電流驅(qū)動(dòng)LED路燈；蓄電池電壓低于12V時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)LED路燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng),其特征在于:所述步驟2對(duì)蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償后得到電壓為:
Ue = U+(t-25)f U為實(shí)際測(cè)量到的電壓，t為溫度傳感器測(cè)到的環(huán)境溫度，f為溫度補(bǔ)償系數(shù)，Ue為補(bǔ)償后的電壓值。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104135800SQ201410391962
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】張磐, 葛榮剛, 鄭悅 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司