太阳能LED路灯控制系统的研制

摘  要

太阳能LED路灯系统采用高效单晶（多晶）硅太阳能电池供电，采用蓄电池（超级电容）存储电能，用高效LED照明，并采用先进的充放电和照明控制电路，具有性能可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无须铺设电缆电线、无须交流电源、采用直流供电、光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保、实用（根据配置和型号不同，充电一天可用3～7天）、寿命长（太阳能电池可用15～20年、蓄电池（超级电容）可用5～7年）等优点，是未来户外照明的发展方向。

本文设计了一个光伏发电系统管理控制电路，实现对太阳能LED路灯的智能控制。白天，当阳光照射到太阳能电池组件表面时，太阳能电池的光生伏特效应产生电能通过充电电路对蓄电池（超级电容）进行充电；夜晚，光线逐渐减弱，太阳能电池的工作电压、工作电流不断下降，当工作电压小于控制器设定电压时，控制器启动负载，此时太阳能灯点亮，当设定的时间到达或环境光线过强时控制器自动关闭负载，太阳能电池充电开始。由此不断循环。

关键词： 太阳能、LED、控制

目录

摘  要 II

1  绪论 1

2  总体方案设计 2

2.1  系统总体结构 2

2.2  太阳能路灯各部件结构 3

2.2.1太阳能电池组件 3

2.2.2太阳能路灯光源 5

2.2.3超级电容器 5

2.2.4控制器 7

2.2.5灯杆及灯具外壳 7

2.2.6线缆和连接紧固辅件 8

3  太阳能电池的设计 9

3.1  太阳能路灯电池板分类 9

3.1.1单晶硅太阳能电池 9

3.1.2多晶硅太阳能电池 10

3.2  太阳能电池的伏-安特性及主要参数 12

3.3  太阳能路灯电池板组件选取 13

3.3.1单晶硅太阳能电池组件结构规格及技术参数 13

3.3.2多晶硅电池组件结构规格及技术参数 15

4  白光LED及其驱动电路 18

4.1  白光LED 18

4.1.1白光LED的特点 18

4.2  白光LED驱动电路 19

4.2.1白光LED驱动电源的分类 19

4.2.2白光LED的直流驱动 21

4.2.3利用单片机的白光LED的直流驱动 23

5  超级电容及路灯控制电路 24

5.1  超级电容器 24

5.1.1超级电容器储能原理及等效电路模型 24

5.1.2超级电容器储能系统 25

5.2  控制器主回路及其工作原理 26

5.2.1MPPT控制方法 26

5.2.2控制器主回路硬件的实现 27

5.2.3系统软件的实现 30

5.2.4实验结果及分析 31

6  太阳能LED路灯的简化电路及成果演示 33

6.1  太阳能LED路灯控制电路的实验室实现 33

6.2  关于电路的改进 33

6.3  成果演示 34

7  总结 36

致谢 37

参考文献 38

附录1  系统总原理图及PCB图 39

附录2  单片机程序 44