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LED路灯驱动的太阳能与市电互补控制研究

文章出处:   责任编辑:   发布时间:2018-07-06 10:04:53    点击数:442   【


光电互补LED 路灯照明系统就是以太阳能电池(Battery)发电为主,以普通220V交流电补充电能为辅的路灯照明系统,采用此系统,光伏电池组和蓄电池容 量可以设计得小一些,基本上是当天白天有阳光,当天就用太阳能发电同时给蓄电池充电,到天黑时蓄电池放电把负载LED 点亮。在我国大部分地区,全年基本上都有三分之二以上的晴朗天气,这样该系统全年就有三分之二以上的时间用太阳能照亮路灯,剩余时间用市电补充能量,既减 小了太阳能光伏照明系统的一次性投资,又有着显着的节能(jieneng)减排效果,是太阳能LED路灯照明在现阶段推广和普及的有效方法。

  1 光电互补LED 照明系统设计

  1.1 LED 照明负载

  假设光电互补LED 路灯灯杆高度为10m,光照光通量大约25 lm,选用1
  W、3.3
  V、350mA 的LED 灯组成两路路灯,每一路14 串2 并共28W,两路为56W。高杆灯厂家高杆灯:一般指15米以上钢制锥形灯杆和大功率组合式灯架构成的新型照明装置。它由灯头、内部灯具电气、杆体及基础部分组成。灯头造型可根据用户要求、周围环境、照明需要具体而定;内部灯具多由泛光灯和投光灯组成,光源采用NG400高压钠灯,照明半径达60米。杆体一般为棱锥形独体结构,用钢板卷制而成,高度为15—40米。设路灯每天平均照明10 小时,LED 路灯前5 小时全亮,后5 小时亮度(Luminance)减半,即电池(Battery)消耗减少一半。

  所需实际驱动电流为:

  350mA×2×2=1.4A

  每天以10 小时计算,负载所需安时数为:

  1.4A×5h+1.4A×0.5×5h=10.5Ah

  电压(voltage)为:

  3.3V×14=46.2V

  1.2 蓄电池组容量设计

  1.2.1 蓄电池的选用

  太阳能路灯用蓄电池由于频繁处于充电、放电循环(continue)中,而且会经常发生过充或深度放电等情况,因此蓄电池工作性能和循环寿命成为最受关注的问题。高杆灯厂家高杆灯:一般指15米以上钢制锥形灯杆和大功率组合式灯架构成的新型照明装置。它由灯头、内部灯具电气、杆体及基础部分组成。灯头造型可根据用户要求、周围环境、照明需要具体而定;内部灯具多由泛光灯和投光灯组成,光源采用NG400高压钠灯,照明半径达60米。杆体一般为棱锥形独体结构,用钢板卷制而成,高度为15—40米。阀控式密闭 型铅酸电池具有不需要维护、不向空气中排出氢气和酸雾(fog)、安全(safe)性好、价格(price)低等优点,因而被一般应用(application)。蓄电池过充电、过放电以及蓄电池环境温度等都是影响蓄电 池寿命的重要因素,所以在控制器中要重点采取保护措施。

  1.2.2 蓄电池(Battery)组容量的计算

  在光电互补路灯系统中,是靠 太阳能和市电互补对LED 路灯进行供电(power supply)的。由于太阳光(sunlight)随天气变化差别很大,白天太阳光强时,太阳能电池板给蓄电池充电;晚上(Evening)蓄电池给负载(load)供电。阴天时,负载用电从蓄电池取得,当蓄 电池放电(discharging)电压降到最低允许限度时,自动转为市电补给。蓄电池的容量(Capacity)对保证可靠性供电很重要,电池容量过大导致成本价格升高,容量过小,又不能充分利用太阳 能达到节能(jieneng)的目的。

  蓄电池(Battery)容量Bc 计算公式:

  Bc = A×QL×NL×T0/CC Ah 
  (1)

  式
  (1)中A 为安全系数,取1.1~1.4 之间,本式为A=1.2;QL 为负载日平均耗电量,为工作电流(Electron flow)乘以日工作小时,QL=10.5Ah;NL 为最长连续阴雨天数,由于采用光电互补,故可以取NL=1 天;T0 为温度修正系数,一般在0℃以上为1.1,- 10℃以下取1.2,本式取T0=1.1;CC 为蓄电池放电深度,一般铅酸(plumbic acid)电池取0.75,碱性镍镉蓄电池取0.8,本式中CC =0.75。

  因此,Bc = A×QL×NL×T0/CC=1.2 ×10.5 ×1×1.1/0.75=18.5Ah,实际设计中,我们选用48
  V、40Ah 免维护阀控密封铅酸(plumbic acid)蓄电池(Battery)。高杆灯厂家一般可分为升降式和非升降式。升降式主杆高度一般是18米以上,电动升降操作方便,灯盘升至工作位置后,能自动将盘自动脱、挂沟,钢丝绳卸和。功能性以框架结构为主,也有以装饰性为主材料以钢通、钢管为主,灯杆、灯盘采用热浸锌处理。

  1.2.3 太阳能电池方阵设计

  太阳能电池组件以一定数目串联起来,可获得所需要的工作电压。但是太阳能电池的串联必须适当,串联数太少,串联电压低于蓄电池浮充电(charging)压,太阳能电池组方阵就不能对蓄电池充电;若串联数太多,使输出电压远高于浮充电压时,充电电流也不会有明显增加。因此,只有当太阳能电池组件串联电压等于合适充电电压时,才能达到最佳状态。

  太阳能(solar energy)电池组的输出电压一般取蓄电池电压的1.2~1.5 倍,当取1.35 倍时,蓄电池电压为48V×1.35=64.8V,此处取65V。

  若当天无太阳光时,蓄电池晚上给负载放电容量为:

  Bcb = A×QL×NL = 1.2×10.5×1 = 12.6Ah

  郑州地区按5 小时太阳光给蓄电池充电,电流为:

  I = 12.6Ah/5h = 2.52A

  所以太阳能(solar energy)电池方阵功率为:

  P = UI = 65V×2.52A = 163.8W

  实际可采用4 块36V 48W 太阳能电池板,共192W,分两组,每组2 块串联,电压为72V。

  2 控制器及工作原理简介

  2.1 光电互补LED 路灯控制(control)器系统(system)结构(Structure)


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