基于LED和超級電容的智能小區太陽能路燈

　　若直接采用光伏電池對蓄電池充電，當光照較弱且存在其他干擾因素時其輸出電壓會不穩定，導致光伏電池在充電時難以保持在充電最小電壓上，最后導致系統在該光照范圍內不能對蓄電池正常充電。系統通過采用超級電容，把陰天時太陽電池的不穩定的輸出能量蓄積起來，等到滿足一定的電壓條件時，通過升壓電路把超級電容中的能量釋放到蓄電池，升壓電路圖如圖2 所示。這種采用超級電容的方式可以提高在太陽光照射不強時的發電效率。

圖2 充電升壓電路

　　LED 的控制電路比較簡單，直流驅動即可，且其壽命可達10 萬h。但是，驅動電流的大小在很大程度上影響著LED 的壽命，如果電流太大，則可能引起LED 光衰現象嚴重，且壽命減少。故必須合理設計其驅動電路，如圖3 所示為用BUCK電路實現的LED 恒流控制電路。

圖3 LED 的恒流控制電路

　　5 防雷接地的設計

　　LED 路燈的工作電壓為12 V，屬于安全電壓，不做電氣保護接地。但LED 路燈金屬燈桿應做防雷接地，接地電阻經測試為8 Ω，符合要求。

　　太陽能路燈照明系統的配置本智能小區的一盞太陽能路燈的系統基本配置如表2 所示：

　　6 結束語

　　智能小區太陽能路燈系統投入運行后，10 W的新型LED 光源足夠用來照明，超級電容的應用能夠保證給蓄電池合理充電，提高了充電效率，延長儲能元器件的壽命，特別是陽光不太充足的時候，系統能夠更好地存儲能量，其儲能可以連續供照明燈具使用7 天。系統的設計始終遵循智能建筑“節能和環保”的理念，應用了太陽能、長壽命的LED 光源和超級電容。如果再增加25 只超級電容器，則電容儲能可以供給路燈一天的照明，隨著超級電容容量的擴大和價格的降低，將其用做儲能元件是可行的，智能小區的太陽能路燈系統也是對超級電容器應用的一個嘗試。

　　智能小區不只是高科技的應用，更注重節能和環保，本太陽能路燈照明系統在一般太陽能路燈的基礎上進一步進行了優化，采用了LED 光源和超級電容，充電效率更高，元件壽命更長，比一般太陽能路燈更加節能和環保。本太陽能路燈系統主要由光伏電池極板、儲能電池、超級電容器、照明燈具和控制器等幾個部分構成。

　　1 照明燈具及控制方式的設計

　　1.1 照明燈具的設計

　　傳統的照明燈具效率低，如白熾燈、鹵鎢燈等，不適合智能建筑節能理念，各種照明光源的性能比較如表1 所示。白光超高亮度的LED 燈具，光效為45 lm/W，雖然不高，但是發出的光線都在可見光范圍內，適合用于照明光源。LED 燈具壽命長，可達100 000 h 以上，可以有效減少燈具垃圾。另外，LED 由低壓直流電源供電，更加安全，而且適合頻繁開、關。因此太陽能照明系統選擇了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 燈具，其光效可以達450 lm/W，相當于50 W 的白熾燈，可以達到良好的照明效果。

　　1.2 照明燈具的控制方式

　　太陽能照明燈具的開、關控制方式主要有兩種： 定時控制和光照控制。

　　定時控制是設定每天的開、關燈時間后由系統自動控制，但是隨著季節的變化需要不斷調整設定時間，否則就會出現天黑不亮燈，天亮不熄燈的情況，造成能源浪費。光照控制是系統通過檢測光照度來開、關照明燈具，如光照度低于10 lx時開燈，高于10 lx 時熄燈，這樣既能滿足用戶的需要，又能節約電能，符合智能建筑的理念。所以系統照明燈具的開、關采用光照控制方式。

　　光照控制方式的工作時間和本地的緯度及當天的太陽赤緯角有關，而且日出前半小時和日落前半小時，天空的余光足夠照明，可以不開路燈，這樣每天可以少開燈1 h。智能小區位于東緯116. 84°、北緯38. 31°的位置，本地區光照控制路燈在冬至時工作時間最長為12 h，夏至時工作時間最短為9h。可以看出，光照太陽能路燈工作時間變化不是太大，可以認為是均衡性負載，其對太陽電池板傾角的影響不大。