光伏太阳能LED路灯照明系统设计

闻云

摘要：随着全球能源需求的不断增长，光伏发电作为一种前景良好的绿色能源技术，正逐渐渗透到人们生产、生活的各个方面。伴随着“节能减排”的号召和中国政府的大力支持和倡导，光伏产品越来越受到人们的重视，许多产品如太阳能路灯等产品也在不断涌现。本文对太阳能路灯照明系统的特点和选型进行了研究，为太阳能路灯照明系统设计提供参考。

关键词：光伏太阳能;智能化控制;节能环保

引言

随着太阳能光伏发电技术和 LED照明技术的发展，太阳能 LED路灯在道路照明中的应用将越来越广泛。太阳能LED路灯系统的设计，应根据现场的地理环境和气象数据，选择有效、科学、合理的辅助设备，确保太阳能 LED路灯安全可靠地运行。太阳能 LED路灯系统，包括 LED光源的功率、蓄电池的容量，太阳能光伏组件功率的计算，智能控制器选择等。

1 光伏太阳能LED路灯照明的工作原理

LED光源是一种新型的照明光源，具有高光效率、高功率等优点。LED灯头使用寿命长，环境污染小，对减少资源浪费，保护生态环境具有重要意义。同时 LED灯采用直流光源，可以很好的配合太阳能光伏电源，因此太阳能光伏路灯在环保方面具有巨大的优势。其主要由蓄电池、LED灯头、太阳能光伏组件、智能控制器等构成。太阳能路灯的工作原理是白天利用太阳能电池组件的光电效应将清洁能源太阳能转化为电能，并储存到蓄电池中。夜晚，蓄电池中储存的电能给LED光源供电，将电能转化为光能，以达到照明的效果。此外，运行太阳能路灯时，智能控制器可对路灯亮度进行实时监控和调节。

2 做好电路控制设计

太阳能LED路灯系统通常采用低电压。按电源电压标准，同类型的市电公用设备电压在交流220 V，自耗电流小于工作电流的1%。所以安装公共照明设施时，一定要合理控制线路，太阳能LED路灯系统也不例外。普通太阳能 LED路灯的控制电路主要由集成运放构成。该控制系统中的电气设备大多采用硬件构成，成本低、可控性强、易于维护等特点，因此受到众多厂家的青睐。因此，要有效地提高路灯的功率，就必须调整电路控制系统。

例如，在设计太阳能 LED路灯控制电路时，需要检查其电池的存储容量，以保证其充放电性能和良好的电压回差。在结构上，显示电路采用 LED等优质元件。通过这种方法，可以最大限度地减少太阳能 LED路灯在长时间充放电过程中的不利影响。此外，太阳能 LED路灯系统可以根据电池和光源的特点及时调整输出电流，然后进行功率调整，以保证太阳能 LED路灯在阴天、雨季都能正常使用。然而，在太阳辐射较低的季节，这种照明系统的电池充电效果会明显下降，導致电压和能量消耗增加。

3 研究光伏太阳能LED路灯照明系统的设计

3.1 光伏太阳能LED路灯照明系统设计思路

太阳能LED路灯系统由于增加了细节设计，使其优于传统的太阳能照明系统。一是对太阳能路灯系统各工作部件的功率和电池的存储容量进行了优化。二是根据实际需要，系统选择合理的电气、照明，保证道路照明稳定运行。同时优化了照明系统的结构。掌握路灯照明状况，优化调整路灯的开关量和路灯功率，进一步降低能耗。

3.2 光伏太阳能LED路灯控制系统的设计

太阳能路灯系统是利用太阳能电池所产生的光电效应。白天采集到的太阳能转化为夜间供电的 LED路灯，减少了电力的浪费，提高了清洁资源的利用率。LED路灯照明控制系统的设计主要包括以下几个方面：一是太阳能电池的应用设计。太阳能高效地转换成电能并储存在蓄电池中。本设计方案是太阳能路灯系统的核心。二是单片机控制系统。作为太阳能路灯控制中心，该系统主要为蓄电池提供稳定的电压和电流，实现高效充电。此外，该控制系统既能有效降低电池的损耗，又避免延长电池寿命，提高充电稳定性。三是在 PWM智能充电技术的基础上，采用智能模板技术将电压转换为 DC电压，提高 PWM智能充电的稳定性。四是采用电池设计。能高效存储 DC电源。五是 LED的驱动电路设计。提出一种解决电池电压问题的电路。LED路灯在放电时减小功率，有利于接收稳定的驱动电流，从而保证路灯的亮度。

3.3 光伏太阳能LED路灯照明系统中的智能设计

智能控制系统设计。利用智能控制器，对太阳能路灯系统进行智能控制。该系统综合了照明系统的特点，能够适应太阳能 DC电源系统。智能控制器的智能控制主要依靠单片机实现。在设计控制器时，其开关为一键切换，多种智能功能。具有自动断电恢复，短路保护效果好。此外，控制系统能实时采集电池放电环境和放电电流，实现精确控制。

智能充电设计采用脉宽调制。针对电池、面板的特点，研究人员设计了多种充电方式，包括三层充放电和恒电流充电，但仍存在一些问题。太阳能 LED路灯采用低频 PWM智能充电，可以避免电池中的气体沉淀，延长电池的使用寿命。

LED路灯驱动设计。由于 LED路灯照明采用半导体照明，要求电源类型为DC电源。采用单片机集成芯片对 智能控制器的输出电流进行控制，可有效保证太阳能 LED路灯照明系统驱动电流的稳定性。

3.4 LED路灯灯头设计

由于 LED路灯工作时产生热量，散热功能是灯头设计的关键。对于太阳能光伏 LED路灯的照明系统，设计者从使用环境、节能效果等方面考虑其被动散热。用这种方法设计的 LED路灯基座，不仅具有结构简单、重量轻、外观轻巧等特点，而且与路灯的外部散热器相匹配。可以设计的稍微倾斜一点，利用雨水冲走路灯上堆积的灰尘。同时利用路灯上方的气流散热，大大满足 IP防护的要求。

4 硬件电路设计

4.1 太阳能路灯太阳能板选择

太阳能电池是一种利用光电效应直接将太阳能转化为电能的装置。太阳能电池板主要包括单晶硅和多晶硅。单晶体硅太阳能有20%的光电转换效率，是太阳能电池中最高的，其使用寿命长，但生产成本高。对于太阳能路灯，可以根据蓄电池的电压等级，通过调整太阳能光伏组件内部的串并联方式来达到不同的电压需求。根据LED路灯的照明功率、当地的光照条件合理的选择太阳能光伏组件的功率，如果功率较大时，可以将两块或者多块的光伏组件通过串联或者并联起来使用，已满足功率需求。

4.2 防雷接地

一般来说，太阳能 LED路灯的工作电压一般为12 V或24 V，属于安全电压，不需对地进行电气保护。为了保证太阳能 LED路灯的安全运行，必须进行防雷接地设计。防雷方面，金属灯柱可作接闪器和引下线，路灯基础的钢筋可用作接地体，接地电阻不超过10。如果接地电阻不符合要求，则应加人工接地极。特别天气条件下，如大风等恶劣天气，应采取防风措施，避免突发天气影响太阳能 LED路灯运行质量。

结束语

简而言之，与传统照明系统相比，光伏太阳能 LED路灯照明系统不仅能耗低，而且性能上有很大的进步。因此，相关人员应继续对系统进行分析设计，不断优化太阳能光伏 LED路灯照明系统性能，降低能耗。

参考文献

[1]陆尤欣. 光伏太阳能LED路灯照明系统设计研究[J]. 科学与信息化，2020（21）：129.