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LED路灯驱动的太阳能与市电互补控制研究

导读: 光电互补LED 路灯照明系统就是以太阳能电池发电为主,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。

  光电互补LED 路灯照明系统就是以太阳能电池发电为主,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1W、3.3V、350mA 的LED 灯组成两路路灯,每一路14 串2 并共28W,两路为56W。设路灯每天平均照明10 小时,LED 路灯前5 小时全亮,后5 小时亮度减半,即电池消耗减少一半。

  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。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、安全性好、价格低等优点,因而被广泛应用。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 路灯进行供电的。由于太阳光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;晚上蓄电池给负载供电。阴天时,负载用电从蓄电池取得,当蓄电池放电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的目的。

  蓄电池容量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48V、40Ah 免维护阀控密封铅酸蓄电池。

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