太阳能路灯控制器研制

太阳能路灯控制器研制

高国生季卫标

（上海市区电力照明工程有限公司200235）

摘要：当今在世界上最核心的话题就是能源问题。太阳能作为一种清洁能源，以其独特的优势被广泛应用。太阳能路灯由太阳能电池板、灯具、蓄电池及控制器组成，其中控制器是整个路灯的核心。本文主要以LED为照明灯具的太阳能路灯作为研究对象，阐述控制器的研发，旨在让路灯更加有效的利用能源。

关键词：太阳能路灯;控制器研制;光伏发电;

太阳能路灯是新型的环保照明产品，它整体是一个以太阳能作为能源光伏发电系统。如果光照条件允许就能安装使用。它的工作原理就是白天通过将太阳能转换成电能储存在蓄电池中，晚上通过蓄电池放电为路灯提供电能。从经济和节能的角度来说，太阳能路灯比传统路灯更节能和经济。从实用性上来说，太阳能路灯只要光照条件充足，就能够使用，这是传统路灯无法实现的。目前市面上的太阳能照明系统存在能量转换低，灯具照明亮度不高且不稳定，蓄电池寿命不长且持续放电的时间不长等问题。为了迎合当前世界“环保节能”的主流，就需要设计一款能够高效节能，性能稳定的太阳能控制系统就是必然趋势[1]。

1太阳能路灯系统主要部件及其功能

太阳能路灯系统主要由太阳能电池组(太阳能电池板)、蓄电池、LED灯具、控制器等组成，如图一所示。

图1太阳能路灯结构图

在太阳能路灯系统中，所使用的原理就是光生伏特特效原理。太阳能电池板在整个路灯系统中就是起到是充能作用，通过白天对太阳能量的吸收，通过控制器调节，将产生的电能存储到蓄电池中。到路灯周围光照比较低后，同过控制其调节，将蓄电池的电能供应给灯具实现照明。蓄电池在整个系统中就起到存储和放电作用。在整个路灯系统中，最重要的就是控制器。它不仅仅起到控制充电和放电的作用，还对整个系统起到保护作用。比如保护蓄电池，防止过充过放损害。对放电时起到稳压作用，保证蓄电池放电稳定。一个路灯系统的好坏，控制器的好坏是其中最主要的判断依据[2]。

2太阳能路灯控制器设计要求

太阳能路灯系统一般使用的是LED环保节能灯具，这样能够对电能的消耗减少，延迟蓄电池的供电时间。根据现有控制器的优缺点，结合环境因素等多方面考虑，对路灯提出设计要求。首先，体积不能太大，太阳能路灯系统控制器安装位置比较特殊，空间比较小，如果太大的控制器会造成难以安装，对日常维护也不方便。其次，太阳能路灯是日常生活的必需品，安装、维护人员不一定是专业人员，要让非专业人员进行安装与维护，就需要做到操作与安装都很简单方便，要做到内部可以非常复杂，外部就需要几个简单的连接口，保证这几个接口简单可靠。第三，选择作为系统各部件的材料使用寿命要相差不大，这样有利于系统能够稳定运行，选定的高料也要考虑成本，选择的材料性价比要高。LED太阳能路灯系统太阳能电池板、蓄电池和LED等都使用寿命之间存在不小的差异，控制器选择的材料也需要与这些材料匹配。第四，注重稳定性，太阳能路灯都是安装在室外，环境因素影响是比较大的，因而保证控制器在不同的环境中都能够稳定工作。因为环境因素的影响，也需要对电路进行有效保护。第五，太阳能路灯工程不是短期项目，因而也要从长远角度考虑，即便是前期耗费比较大，但是只要能达到高效节能，转换能量与放电效率，从整体上看都能节省中成本[3]。

3太阳能路灯控制器设计原理

太阳能路灯控制系统从设立完成之后，控制器设计原理就如图2所示。当然，太阳能路灯也需要与市电进行对接，防止蓄电池没有储备电能影响照明。

图2控制器设计原理架构图

当路灯建设完成后，就需要控制器进行整体调控，实现自动化流程：

首先，初始化程序开始进行程序判断，调用光感设备判断是否是黑夜，如果不是，就通过控制进行调节，接通太阳能电池板转换太阳能为电能为蓄电池充电。充电完成后，在进行判断。

第二步，通过光感设备，判断已经是黑夜，开始执行放电。首先判断电池是否有电，如果有电，就直接执行蓄电池放电，对电路进行驱动，实现LED照明。如果蓄电池储存电量不足，通过控制器连接上市电电压，通过转换器使用市电驱动LED照明系统。

最后返回系统开始状态，形成闭圈。整个系统通过还有一个要点，那就是需要有一个灵敏度比较高的光感元件长时间运行。这样才能实现太阳能路灯系统自动切换放电与充电转换。

4太阳能路灯控制器硬件设计

4.1控制器电源输入与输出

路灯控制器中有3中电源输入方式：太阳能电池输入、蓄电池输入和市电输入，通过充放电和供电进行切换，实现太阳能电池对蓄电池进行充电以及向一些需要持续工作的电力进行放电，同时还需要设定保护机制，以免出现短路造成损害，稳定输出和特殊情况下的通断服务等[4]。

4.2进行数据采集显示与处理器

控制器显示器部分主要是控制按键、电路显示、温度展示及均衡电路显示，通过按键可以实现对控制器进行测试，这些菜单可以选择特定的工作模式，调节运行参数。而整个系统处理器就相当于应用软件，对系统进行有效的控制，做到调节作用，实现自动化负载供电，同时也能减少蓄电池等部件损害。

4.3控制器软件设计

硬件设备完成基本安装后还需要软件进行驱动的。比如光感元件，就需要设定辨别程序通过设定的参数进行辨别是白天还是黑夜，在触发相应的程序处理。值得注意的一点就是，这种关敏感应装置可以集成到太阳能电池板中，因而太阳能电池板对于光敏传感器的信号就有相当大的影响。设计控制器时，还需要有相应的测试功能，当硬件按钮触发测试功能后，就要做到终端程序服务[4]。

结束语

太阳能技术的应用，能够为缓解日夜紧张的能源，保护环境，各种各样的清洁能源是解决能源危机的希望。LED太阳能路灯是人们在利用太阳能完美的应用，但是在设计上还存在不少设计不足之处，因而在应用中还有非常多的技术值得去探索。对于太阳能路灯控制器的研究也需要应用更新的科技，提高太阳能路灯在实际当中的应用。

参考文献

[1]王妍苏,郝宇,董萌萌,蒋野.太阳能路灯追光控制平台[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2019,37(04):557-558.

[2]周长鹏.超级电容储能的太阳能路灯控制系统设计[D].长春工业大学,2019.

[3]牛晨宇,高春妹.基于单片机的太阳能路灯控制器——声光控系统与蓄电池电压获取[J].计算机产品与流通,2019(01):116.

[4]董云峰.太阳能路灯控制器设计[J].科技创新与生产力,2018(03):53-55.

[5]刘乐天.浅谈太阳能路灯的应用[J].中国战略新兴产业,2017(32):32.