太陽能是一種清潔的綠色能源，半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）也是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的固態(tài)電光源。將LED技術(shù)和太陽能技術(shù)相結(jié)合在一起，開發(fā)太陽能半導(dǎo)體照明，是佳的節(jié)能、環(huán)保組合，是新一代能源和新一代光源的完美結(jié)合。研究開發(fā)利用太陽能LED照明技術(shù)將是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略決策，意義重大。

　　本文的研究對象是太陽能LED照明控制系統(tǒng)控制器中的處理器。系統(tǒng)通過控制器實現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)的管理、蓄電池剩余容量的管理、蓄電池充電、放電控制、太陽能電池電源及市電電源的切換控制以及LED負(fù)載半功率控制等主要功能。而控制器是主要依靠處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)來實現(xiàn)上述功能的。

　　1、系統(tǒng)構(gòu)成

　　太陽能LED照明控制系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、系統(tǒng)控制器、LED照明負(fù)載和市電電源5部分組成，系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。系統(tǒng)正常工作時，由蓄電池向LED負(fù)載供電，在蓄電池電壓不足時，由市電（備用電源）直接向LED負(fù)載供電，避免了蓄電池電壓不足時LED負(fù)載不亮的情況。有了市電作為備用電源，在設(shè)計時可以適當(dāng)降低蓄電池的容量，降低成本。同時避免了由于利用太陽能而導(dǎo)致的市電資源的浪費(fèi)，達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求。

     

　　圖1、太陽能LED照明系統(tǒng)組成原理圖

　　系統(tǒng)工作時通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，但是由于太陽能電池的輸出受溫度和太陽輻射強(qiáng)度影響很大，輸出功率不穩(wěn)定，因而在太陽輻射強(qiáng)度足夠大的時（白天）需要利用蓄電池將轉(zhuǎn)化的電能儲存起來，以便在需要照明時（晚上）向半導(dǎo)體照明負(fù)載供電。在太陽能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)中，控制器是其核心部分，系統(tǒng)工作時通過控制器實現(xiàn)對系統(tǒng)工作狀態(tài)的控制和對蓄電池充放電過程的管理，以使系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下均能穩(wěn)定可靠地工作。

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　系統(tǒng)各個組成部分的主要功能如下：

　?。?）太陽能電池。由許多太陽能電池組件串、并聯(lián)而成，其合成的容量可以是數(shù)百峰瓦（Wp），也可達(dá)數(shù)個兆峰瓦（Wp）甚至更大，組件可由單晶硅、多晶硅、非晶硅或其他類型的太陽能電池組成。一般來說，光伏陣列由于多為半導(dǎo)體器件構(gòu)成，其伏安特性具有強(qiáng)烈的非線性。

　?。?）蓄電池組。蓄電池也稱電瓶，是太陽能LED照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。一般是由一定數(shù)量的鉛酸蓄電池經(jīng)由串、并聯(lián)組合而成，其容量的選擇應(yīng)與太陽能電池陣列的容量相匹配。它的主要作用是在白天儲存太陽能陣列所產(chǎn)生的電能，晚上把儲存的能量釋放出來，供負(fù)載照明使用。它的佳充電電流和放電電流，一般按10h充、放電率計算。

　　由于蓄電池對電壓的波動具有/緩沖0作用，還可使得負(fù)載系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。雖然鉛酸蓄電池具有容量大、價格低等優(yōu)點，但若使用不當(dāng)，很容易加速蓄電池的老化，使蓄電池的壽命急劇縮短，造成系統(tǒng)運(yùn)行成本的增加，充、放電電流過大都會對電瓶的壽命有一定的影響。因此對蓄電池的充放電進(jìn)行合理規(guī)劃和控制是光伏充電系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)。

　?。?）控制器?？刂破鞯淖饔檬菍μ柲茈姵?、蓄電池電壓、市電電源和LED負(fù)載進(jìn)行總體監(jiān)控。為蓄電池提供佳的充電電流和電壓，同時保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。需要時完成太陽能電池和市電2個電源之間的轉(zhuǎn)換，保證LED負(fù)載穩(wěn)定可靠的工作。

　　以處理器為核心的控制器結(jié)構(gòu)可以給系統(tǒng)帶來極大的可配置型，增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

　　（4）LED照明光源。半導(dǎo)體LED照明光源是系統(tǒng)的重要組成部分。LED應(yīng)保證亮度高，亮度輻射范圍大且均勻，所使用的白光LED數(shù)量少。控制器中的負(fù)載控制策略和LED驅(qū)動電路的設(shè)計直接決定了系統(tǒng)的照明效果。因此，需要根據(jù)LED響應(yīng)速度快和低壓直流驅(qū)動等特性，選擇合適的驅(qū)動方案及控制策略，實現(xiàn)與蓄電池電壓的匹配，以充分發(fā)揮LED照明的優(yōu)點。

　?。?）市電電源。在出現(xiàn)陰雨天時，蓄電池不能及時充電，出現(xiàn)蓄電池電壓不足，不能正常向負(fù)載供電時，由開關(guān)電源將220V交流市電變換成低壓直流電，供LED負(fù)載使用。控制器系統(tǒng)設(shè)計中為市電電源提供了一個低壓直流電輸入接口。
 

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