常见问题

1 光伏太阳能LED路灯的组成及其工作原理

1.1 光伏太阳能LED路灯的组成

光伏太阳能LED路灯由光伏太阳能电池组件、光控单元、智能控制器、蓄电池、发光负载等组成，如图1所示。

图1 光伏太阳能LED路灯组成

技术特性包含以下几个方面：发光效率在20lm/W以上，节能效果显著；光电智能控制器集保护、光敏自控、时控装置于一体，以提高其性价比、延长其使用寿命；智能控制器中预先存储了全球不同纬度地区的全年日照时间数据，方便用户按照其实际所在位置进行输入设置，保证系统能够自动跟踪光照情况；在较大范围内应用时，几乎不存在启动和关闭时差。

1.2 光伏太阳能LED路灯的工作原理

太阳能光伏发电利用太阳能电池组件依据光生伏特效应将太阳辐射能转化为电能输出，并将电能储存于蓄电池，由智能控制器控制其充电过程。夜晚当控制器检测到照度降低至10lux以下，同时组件开路电压将至4.5V时，启动蓄电池放电给灯头满足照明需要。

2 智能控制器的设计

2.1 控制器硬件系统设计

控制器硬件系统组成如图2所示，该系统利用STC12C5410AD单片机进行数据采集、处理和控制，外围电路用以实现太阳能电池板开路电压采集、蓄电池电压采集及充放电控制、负载过流与短路保护。

图2 控制器硬件系统

STC12C5410AD系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统法8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位A/D转换；具有可编程的8级中断源4种优先级，片内资源丰富、集成度高、使用方便。

太阳能电池板电压检测用于光照强度的识别判断，保护电路能够实现电池板反充、反接保护。P3.5引脚接键盘F2键用于自检和完成“当前值加1”功能。蓄电池电压检测完成当前蓄电池工作电压的识别功能，充放电保护用于防止蓄电池过充、过放。若蓄电池充电电压高于设定的保护阈值15V时，自动关断充电回路；若蓄电池电压降低至维护电压13.2V时，进入浮充过程；若蓄电池电压继续下降至11V至13.2V之间，则进入匀充状态；直至蓄电池电压降到11V以下时，控制器自动切断发光负载供电回路。根据最大功率点跟踪（MPPT）原理，单片机给出PWM信号调节电池板输出电压。

系统具有完善的负载输出控制与过流、短路保护功能。过流与短路保护包含两级保护：前级保护采用软、硬件结合的方式，由电阻、运算放大器及比较器配合单片机外部中断和A/D转换实现；后级保护利用电子保险丝在流经电流超过整定值时，其温度上升、阻值增大的特性达到电路保护目的。

此外，在设计硬件电路时还应注意：将感应雷保护置于电池板引线的入口；防止太阳能电池板反接应采用快速恢复二极管；保护电路取样电阻的阻值选择应充分考虑工作电流、功率和热稳定性要求。

2.2 控制器软件系统设计

控制器硬件系统对应的软件程序包含主程序、中断子程序、充放电管理子程序、键盘处理子程序等。以KeilC编译器的Windows集成开发环境μvision2作为软件开发平台，采用C51高级语言编写软件程序。限于篇幅，仅给出电压检测子程序流程图，如图3所示。

3 实际应用

鹤壁市国立光电股份有限公司对于本设计的实际改造项目给予了大力协助与支持，在鹤壁市淇滨区仕佳光电子工业园区沿河路上已装设了采用本设计的光伏太阳能LED路灯。图4为实际拍摄的应用图片。

图3 电压检测子程序流程图

图4 本设计实际应用图片

4 结语

本文给出了光伏太阳能LED路灯智能控制系统的设计方法，其在实际应用中的情况表明该路灯整体结构简约、美观，各环节之间匹配性好，运行状况良好，社会认可度较高。但对于光伏太阳能LED路灯的初投资问题仍需要在日后的研究中给予更多的关注。