基于太阳能LED照明系统的研究

1、第卷第期年月杭州师范大学学报（自然科学版）（）：基于太阳能照明系统的研究胡克用，李静（）杭州师范大学钱江学院，浙江杭州摘要：由于能源紧张问题日趋严重，近年来太阳能光伏发电和文章介绍了开始引起了人们的关注将两者结合应用于太阳能着重分析该系统中的蓄电池、照明系统，转换器、控制器等各个组成部分的配置原则，使得系统能简单可靠地实现智能控制，进而提出一种新颖的充电控制方法关键词：光伏发电；转化器；控制器中图分类号：文献标志码：）文章编号：（随着世界经济的发展，各国对能源的需求量越来越大，石油、煤炭等当今世界的主要能源即将被消耗殆尽；另一方面，经济的增长在某些地区是以牺牲环境质量作为代价的，周边的环境污染

2、日益严重因此，节能、环保已经成为各地政府迫切需要解决的问题作为一种清洁无污染的能源，太阳能已被越来越多的对其有效的利用手段之一便是将它转化成电能照明是日常生活中不可缺少的一部分，成为部门所重视，）世界各国一项重要的能源消耗而作为一种新型的光源，其节能环保的优（势，目前已经在照明领域中突显出来如何把太阳能和形成一种新型的照明系统，就成为完美结合，当前研究开发的重点之一太阳能照明系统太阳能如图所示）一般由个部分组成：照明系统（太阳能电池、蓄电池、控制器、通常太驱动以及光源阳能电池放在屋顶等高处位置上，充放电控制器和铅蓄电池放在地面的控制箱内，驱动芯片和光源都装在灯具中太阳能电池太阳能电池的作用就是

3、能够集聚光子的能量，并将其转化成当无光照时，可以将太阳能电池看成是一个二极管，因此为电能首先可以得出正向偏压与通过的电流之间的关系：图太阳能照明系统框图收稿日期：（），（），：作者简介：胡克用（男，浙江杭州人，讲师，硕士，主要从事智能控制研究）第期胡克用，等：基于太阳能照明系统的研究）式（中：理论值一般设为，为理想二极管参数，是玻尔兹曼常量，为电为二极管的反向饱和电流，子的电荷量，为热力学温度当光照射到太阳能电池上时，将产生光生电流此电流是由区到区的方向同时，由于结二，极管的特性，存在着正向二极管电流此电流的方向从区指向区，与光生电流的方向刚好相反因，此，实际获得的电流为两者之差：）中的参数含

4、义与式（）中表示的含义相同式（），（）当太阳能电池带上负载时，负载的取值范围理论上可以从到；如果当负载时，使得这个最大功率就定义为太阳能电池的输出功率最大，）中式（和为最佳的工作电流和工作电压（）转换由于不同纬度的日照强度有差异，加上所驱动的负载量有变化，从太阳能电池这里产生出来的直流电压是不够稳定的，这样就很难满足后级装置的需要，因此必须设计对太阳能电池的输出转换电路，电压进行调节，从而把输出电压稳定在一定的要求范围内该系统设计采用的是它具有转换电路，功率开关内置的在宽广的输控制、转换功能入电压范围内，输出电流能达到，负载调整率和线性调整率极好其工作过程是：刚开始时，开关管处于截止状态，内部

5、的续流管导通，则接到地，的电压通过内部肖特基二极管对外部自举电与之间的自举电容充电，容两端的电压作为开关管驱动部分的电源电压，以保证开关管能正常工作；当自举电容两端电压超过开关管的阈值电压时，控制环路开始正常工作在每次时钟的上升沿对开关管会导通，输入电压通过电感连触发器进行置位，接到输出电容，电感电流线性增加，同时对输出电容进行充电如此循环，将输出电容上的电压充至设置的输出电压设计的外围应用电路图如图所示对于该系统所采用的需要对它充电使用的电压为因此也就要求经过蓄电池，转换之后输出电压能达到于是，从太阳能电池产生的电压，必须先通过左右转换电路之后，稳压成为电压，再通过转换为电路，供蓄电池充电使

6、用图的应用电路图蓄电池的充电控制蓄电池是太阳能照明系统中储存能量的部件，蓄电池的基本特性直接影响着照明系统的性能，配有蓄电池的照明系统的运行特性，很大程度上由蓄电池的特性所决定，根据马斯定律蓄电池当前可接受充电电流与蓄电池的剩余容量及充电时间有关根据这一定律，该系统设计对最大充电电流限制为，采用恒流充电、恒压充电和浮的铅酸蓄电池进行充电，充充电种混合式充电方式其设计的充电控制流程如图所示，下面来具体阐述其设计的控制过程：）由控制器来检测蓄电池的端电压大小，当发现其值小于蓄电池的最大电压上限时，充电器便以的恒流模式对蓄电池进行快充；杭州师范大学学报（自然科学版）年）由控制器来检测蓄电池的端电压大

7、小，当发现其值大于上限值时，这时判断的变量发生了变化，比较充电电流与转换阈值电流的大小，假设则充电器以恒压模式对蓄电池进行慢充；，）继续判别充电电流与转换阈值电流当上一步慢的大小关系，充过程接近尾声时，会发现充电电流小于阈值电流这时蓄电池就进，入了浮充模式，对蓄电池进行涓流充电，直至饱和状态综上所述，蓄电池的充电方式为：当白天有日照时，由太阳能电池吸收再经过对蓄电池进行光能转化成电能，转换模块进行稳压输出后，充电过程可以采用恒流充电、恒压充电和浮充充电这三者中的任意充电，一种或者几种方式组合而成，具体采用何种方式要根据蓄电池的端电压和充电电流的大小而定同时，蓄电池也不能过充电，一般情况下，蓄电

8、池的端电压不能超过蓄电池规定电压的否则容易造成蓄电池损坏，控制器控制电路是整个系统的核心，该系统采用的是一种新型太阳能，照明系统控制方案，使用控制整单片机作为微处理器（）该控制方案能实现对太阳能电池输出和蓄电池的充放电管个系统的运行控制系统的结构如图所示，主要具理、照明控制驱动管理等功能，有以下几个功能：）采样检测太阳能电池的工作电压、电流等参数，根据事先设定的算法输出合适的信号，来调节输出稳定的电压供蓄电池充转换电路，电使用）采样检测蓄电池的工作电压、电流等参数，判断蓄电池的状态；根据上文所提供的充电方案，采用相对应的充电控制方式）通过控制外部照明控制驱动管理，信号的占空比可以调节驱动光源的

9、电流大小，从而达到调节照明亮度的功能）各类状态的显示界面，采用常用的模块图控制系统结构图图蓄电池的充电控制流程图灯具驱动电路（，该系统采用的如图所示）这是一款降压型、功率开关内置驱动电路是控制、的使用电流模式控制驱动电路，发光管下面简述一下刚开始工作时，开关管若驱动的工作原理：处于截止状态，的管脚电压高于电流采样的值，这时电流比较器就输出低电平至在振荡器时钟的上升沿进行置触发器端口，使得这样由电感上的电流逐渐增加然位操作，导通，和电感、就组成了一个通路，后再采样电流，经过放大叠加斜率补偿信号之后与跨导放大器的输出进行比较，若前者已大于后者，则使开关管流过电感的电流量减少等到下一个时钟周期到来，

10、重新打开使得触发器复位，截止，电感上的电流再逐渐增加，这样周而复始的操作，使得输出电流稳定在一定的值附近输出电流大小由采样电阻和设定的电压值决定，通过调节采样电阻的大小来调节输出电流，由以第期下公式计算而得：胡克用，等：基于太阳能照明系统的研究灯（）是一种半导体器件，它又称发光二极管，可以直接把电转化为光如果与目前流行的照明光源作类比，可以得出照明具有以下优点：）色彩艳丽、纯度高目前产品几乎覆盖了整个可见光谱范围，且色彩纯度高）寿命长超的寿命可以达到万，过普通光源好几倍）节能，经济）三原色的可采用控制方组合，式来实现颜色的变化表说明了目前常用的灯与灯之间的性能比较表各种灯的性能指标图驱动电路框图种类白炽灯荧光灯高压汞灯灯节能灯（）光效色温全系列显色指数平均寿命供电方式交流交流交流直流交流结束语该文设计的太阳能采用的都是目前常用的模块或电路，其稳定