常见问题

根据可持续发展战略和环境保护的需求，在可以预计的将来，光伏发电必将部分取代常规能源。由于光伏技术逐渐成熟，成本不断下降，加之太阳能无处不在，取之不尽，所以各种各样的利用太阳能开发的太阳能电子产品发展非常迅速。

本文结合了太阳能光伏发电技术，将该技术充分应用在了LED路灯系统中。首先介绍了新型的LED路灯系统的原理，然后详细给出了路灯系统的电路设计和路面照明布置设计。实验结果证明，该设计具有一定的实际应用价值。

1 太阳能LED路灯的基本原理

1.1 系统工作原理

系统由太阳能电池组件部分、LED灯具、开关灯自动控制电路和灯杆几部分构成。太阳能电池使用的是光生伏特原理，也就是说在有太阳的时候，太阳能电池板将太阳能转换成电能，同时存放在蓄电池中；在没有太阳的时候，蓄电池开始放电。这个看似简单的过程中蕴含着光控、温度补偿和保护功能等。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。

1.2 太阳能电池板

太阳能电池板功率要综合考虑当地的太阳平均辐射强度、灯具功率和灯具每天的工作时间等因素，故太阳能电池板的估算功率如下：

其中，P0表示为LED灯的功率(W)；η1表示为蓄电池充电效率，取η1=0.7；η2表示为LED驱动电路的效率，取 η2=0.9；hd表示为灯具每天点燃时间(h)；h（PV）表示为平均每日的峰值日照时数(h)；k1表示为阴雨期富余系数，为1.0～1.3；k2是太阳电池方阵表面灰尘的遮挡损失系数k2=1.05。

图1 电源电路
Fig.1 Power circuit

图2 LED驱动电路
Fig.2 LED Driving circuit

2 电路设计

2.1 电源电路设计

正如图1显示：光伏电池、超级电容器和滤波及稳压电容器分别是BT1、C1和C2。 分压电阻为R1，R5，限流电阻为R2，R3，R4，Q1控制Q2，Q2控制单片机。当有外界良好的太阳光存在时，光伏电池产生电，并且将这个电能存储在C1，此时A点位高电压，B点位低电压，此单片机关，故路灯处于非工作状态。当外界良好的太阳光消失，此时光伏电池上电量降低，A点为低电位，B点位高电位，此单片机开，路灯处于工作状态。

2.2 LED驱动电路

白光LED的基本特性是通过白光LED的电流量与发光量成线性正比关系。因此，严格控制白光LED正向电流对于获得所需的发光量而言极为重要。白光LED与普通整流二极管相比，白光LED在电气性能上与其唯一的区别是其正向电压变化范围在3~4 V。因此，驱动白光LED的最佳方法是使其工作在电流模式下。

本文采用如图2所示的为恒流LED驱动电路，Q7基极接单片机PX（X=1，2，3）口，D1为齐纳二极管，作为恒压源加在Q3的基极上，集电极电流Ic也随着稳定，根据Ic=（VZD-VBE）/R10， 即使电压源VDD变化Ic也不会变化，可以保证电流和亮度稳定。

2.3 单片机的算法实现

为了合理的利用能源，本文根据每个时段路灯应该调至的亮度进行了分析，将其分成3个等级，下面分别一一叙述：

A级，也就是路灯的亮度最亮，这个时段应该在晚上的8点至凌晨。这个时候自然光线最弱，但是人们的外出活动比较频繁。

B级，相对于的中间一级的亮度。这个时间段隶属于零点到第二天的早上3点。这个时候，人们活动相对较少。

C级，是亮度最低的一个等级，这个时间段是指的是下午的6点至晚上的8点和第二天早上的3点到5点。这个时候，因为自然光的亮度相对于A级来说较强，人们活动也少。

使用单片机来控制太阳能路灯的亮度，由于其简单的封装性，便于携带的简便性，效率高的实用性被广泛地使用，在很大程度上降低了人员维护的繁琐性。因此，在本文中用了AT89C51单片机来控制亮度的调节。

3 LED路灯控制技术

LED路灯系统中，对蓄电池的管理是至关重要的。本文提出了蓄电池管理新的方法。首先要求蓄电池达到设置的过充电电压时，能自动转换成涓流(小电流)充电，蓄电池停止放电后，其电压也能保持在2.2 V左右，在没有重新充电之前不能自动恢复放电。

随着环境温度而变化的特性是安装温度补偿蓄电池的原因，故太阳能灯系统还有个基准电压，收到太阳能的控制，并且分成两种情况，一种是温度在T1=15℃和T2=35℃之间时，无需温度补偿，另一种是温度不在这个区间时，需要确定浮充电压

UF=UF0+（T-T0）C(2)

式中，UF0和T0分别为基准点的电压和温度值；C为电压温度系数。

4 结论

随着人们物质生活地日益提高，对于科学技术的要求也越来越高，本文提出的设计方法基本上考虑到了各个环节，又新颖地引进了脉冲快速充电的技术，大大地提高了太阳的利用率，延长了路灯的使用时间。