自适应太阳能路灯控制器设计案例

　　基于改善季节性负载光伏太阳能路灯运行可靠性的目的，采用新一代自适应单纯太阳能供电路灯控制器设计的方法，通过功率调节，电量检测和剩余电量计算、组网功能等对蓄电池的充、放电以及路灯的开、关、最大功率跟踪等智能控制，提高了太阳能电池的转换效率，延长了蓄电池的使用寿命，降低产品造价。得到了自适应单纯太阳能供电路灯控制器是提高季节性负载光伏太阳能路系统可靠性保证的结论。

　　大阳能路灯以其无需铺设电缆，不消耗常规能源等优点得到了广泛认可。然而太阳能路灯还存在一些问题造成其成本偏高，可靠性不稳定，、比如电池往往不到一年就需要更换，不仅提高了后期维护的费用，而且增加了客户的消费成本，也造成了资源浪费。其次是太阳能属于不稳定能源，而且能量分布不均，夏天能量充足，但路灯使用时间短，冬天有效光照时间短，但路灯使用时间长，大大降低了运行的可靠性，其原因主要受到太阳能路灯控制器性能的影响。太阳能控制器是太阳能光伏系统中的核心部分，主要完成对蓄电池的充、放电、调光和路灯的开、美控制，以及在过充、过放电、过载等情况发生时对系统进行及时和有效地保护，保证照明时间，确保可靠性，有效延长电池寿命，降低成本。

　　1 太阳能路灯控制器的主要设计要求和发展阶段

　　太阳能路灯控制器的技术和质量的主要要求有：

　　1）供电系统，根据太阳能路灯蓄电池板特性，要设计成恒流输出：

　　2）过充，过放保护；

　　3）具有系统功率调节功能；

　　4）建立网络控制系统；

　　5）根据市场要求，产品模块化。

　　太阳能路灯控制器的发展到日前为止已经经历了3个阶段：第一代功能比较简陋，开关灯控制需要外接光敏感应器，定时时间不可设置，没有电池保护电路，系统寿命非常短暂，很快就被市场淘汰：第二代在第一代的基础上，设置了电池保护电路，通过太阳能路灯蓄电池组件搜集光敏数据，通过开关或程序设置定时，技术上有了阶跃式的发展，逐渐被市场接受：第三代路灯控制器在于多数商家采用了PWM充电控制功能，对蓄电池进行涓流充电，有效延长了电池寿命，降低了使用成本，从而进一步扩大市场占有率。

　　一个好的控制器可以弥补甚至解决纯太阳能路灯的诸多问题，提高其呵靠性。白适应太阳能供电路灯需要开发第四代控制器，它的特点是具有白适应灯的功率调节功能，电量检测和剩余电量计算是必备的：同时具有组网功能，这样可以保持整条街的路灯亮度一致，并可以进行通讯。

　　2 自适应单纯太阳能供电路灯控制器的设计

　　日前各种现代控制理论，如白适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用在光伏发电系统中。其中自适应控制太阳能供电路灯控制器设计是值得推进的技术。

　　2.1设计目标

　　白适应单纯太阳能供电路灯的设计目标：主要针对支路和供行人和非机动车通行的居住区道路和人行道路灯，对于南风能供电或风光互补的路灯系统本设计同样适合：由于太阳能的不可靠性以及主干道的照明设计标准的严格性，单纯太阳能供电比市电供电的路灯控制器的设计更为复杂，如系统控制需要太阳能和市电切换，则在本设计的基础上进行精简就好了。目标地点位于北京市内。

　　2.2 自适应单纯太阳能供电路灯控制器设计特点及功能

　　白适应单纯太阳能供电路灯控制器设计方案的宗旨：通过精确控制，达到降低成本，提高可靠性的日的。主要具有以下几个特点及功能（以太阳能路灯储能器件为铅酸电池为例）：

　　1）MPPT电路

　　根据太阳能路灯蓄电池板的特性，如将太阳能路灯蓄电池阵列的输出电压控制在某个恒定电压值附近，则太阳电池在整个工作过程中近似日标在最大功率点处，太阳能电池组件的能量转换效率最高。利用PWM技术并通过对负载稳压来实现对LED的恒流，从而保证了LED的可靠使用141.采用意法半导体公司的MPPT专用芯片SPV1020.跟踪效率可达98%，能量转换效率为95%.理论上，使用MPPT技术会比传统方法效率提高50%，实际测试中，由于周围环境影响与各神能量损失，最终的效率也可以提高20%-30%.

　　2）过充过放保护

　　采用充电限压，电池温升检测策略，如蓄电池电36 V，充电截止电压42.5-43 V，充电截止温度80℃，充电截止温升30℃。不过绝大部分时间蓄电池基本处于欠充状态。同时通过对电池电压的数据实时采集，利用软件控制对电池采取限压保护：通过实时计算电池电量进行防过充过放保护，电量为100%时停止充电，电量为20%时停止放电，为延长其寿命，做了第二道防线。图1 为蓄电池过充保护流程图。

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