专利名称：高效率太阳能照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能半导体照明技术，具体是高效率太阳能照明系统。
背景技术：
普通LED灯具配置有驱动恒流电源，但都不具备调光功能，并且在交流直流转换 过程有15%以上的电能损耗。另外现有太阳能照明系统均为由太阳能光伏模块阵列提供电 能，为蓄电池组充电，再由逆变器将蓄电池的直流电能转变成220V交流市电，并供给照明 灯系统用电。此类照明系统存在逆变器所固有的交直流转换电能损耗和220V交流市电带 来的安全性降低等缺陷。
发明内容
本发明提供一种高效率太阳能照明系统。采用成本相对较低的多晶硅太阳能光伏模块阵列提供电能，通过太阳能充电控制 器给蓄电池组充电，之后再经智能电源控制器、自动调光器，给LED灯组供电，可以根据环 境照度自动调节亮度，提供最合适的照明效果。智能电源控制器的作用是监测蓄电池组储 存电量的盈亏情况，不间断地切换至由蓄电池组供电、或者由市电补充供电。本发明包括太阳能光伏模块阵列、蓄电池组、逆变器、LED灯具及其配套的驱动恒 流电源，本发明中提供电能的是空载输出60V的多晶硅太阳能光伏模块阵列，太阳能充电 控制器连接多晶硅太阳能光伏模块阵列，太阳能充电控制器连接着基于单片机控制的不间 断电源切换控制器形成的智能电源控制器，在太阳能充电控制器与智能电源控制器之间连 接着由总共18个单体36V的深循环密封免维护铅酸蓄电池组成的蓄电池组，智能电源控制 器的另一个输入端连接着接入市电的整流稳压器，智能电源控制器的输出端顺序连接着自 动调光器、LED灯组。在太阳能充电控制器中，多晶硅太阳能光伏模块阵列提供的空载输出接入充电控 制器，充电控制器连接着IGBT和显示器，在IGBT后连接蓄电池组，在充电控制器与IGBT的 电路上并联着电流检测取样电阻Rl，在充电控制器与蓄电池组之间设置电压检测回路。在进入智能电源控制器的蓄电池组输出端连接单向可控硅SCR，在单向可控硅 SCR前后并联着继电器1的开关K1，开关Kl连接肖特基反向阻断二极管，单片机(MCU)分 别连接着继电器1、继电器2和可控硅SCR，继电器2的开关K2连接整流稳压器。在整流稳压器中，市电输入低频整流滤波电路，低频整流滤波电路后顺序连接着 高频逆变电路、高频变压电路、高频整流滤波电路，高频逆变电路还分别连接PWM控制器、 故障保护电路，高频整流滤波电路还连接着故障保护电路，整流稳压器的输出端还分别连 接稳压稳流控制及故障保护电路，PWM控制器还分别连接稳压稳流控制及故障保护电路。自动调光器中PWM控制器(脉冲宽度调制器)后顺序连接着VMOS大功率LED驱 动IC和LED灯组，LED灯组还连接光敏传感电阻RL。1、采用输出电压相对较高(空载输出60V)，成本相对较低的多晶硅“太阳能光伏
3模块阵列，，提供电能。跟低电压光伏模块阵列相比，类似于远距离高压输电原理，在相同输 出功率的情况下，整个系统承载电流明显减小、电能传输损耗降低8%以上，并更有利于对 LED灯组的调节控制。2、太阳能光伏模块阵列提供的电能由“太阳能充电控制器”对蓄电池组进行充电 控制蓄电池组端电压低于48V(单体2. 7V)时，为主充电状态；等于和大于48V时，停止充 电，并维持小电流浮充状态。该控制器可限制蓄电池组的最大充电电流，避免因电流过大而 损伤极板，缩短其使用寿命。整个太阳能充电控制器的核心部分为充电控制器和IGBT，充电控制器为单片机控 制的脉冲宽度调制器(PWM)，IGBT为高频大功率开关器件模块。当蓄电池组的端电压低于 32.4V(单体1.8V)时，充电控制器对IGBT开关控制的脉冲占空比增大，IGBT输出电压增 高，给蓄电池组的充电电流亦增大；反之，给蓄电池组的充电电流减小。这样就实现了对蓄 电池组充电的自动控制。“电流检测”的作用为检测和限制蓄电池组的最大充电电流，以免 因电流过大对蓄电池的实际使用寿命造成不利影响。“显示器”的作用是实时显示该控制器 的工作状态和电压、电流等参数。3、“蓄电池组”选用总共18个单体(格)36V的深循环密封免维护铅酸蓄电池。这 跟汽车蓄电池(属浅循环电池)不同，深循环蓄电池可以释放出比存储电能还要多的电能， 并能保持较长的使用寿命。4、智能电源控制器这是一种基于单片机控制的低损耗不间断电源切换控制器， 其控制核心为单片机(MCU)的智能程序控制输出。(1)当蓄电池组的端电压低于32. 4V (单 体1. 8V)时，蓄电池组处于亏电状态继电器1的Kl触点不吸合、可控硅SCR关断，蓄电池 组停止供电；继电器2的K2触点吸合，LED灯组由市电补充供电。( 当蓄电池组的端电压 超过32.4V(单体1.8V)时，蓄电池组电量足够，SCR首先导通，然后继电器2的K2触点断 开、继电器1的Kl触点吸合，通过SCR的电流小于其维持电流，SCR即刻关断，避免由其正 向导通压降引起的功率消耗。这时蓄电池组经Kl和肖特基反向阻断二极管(正向导通压 降很小)向LED灯组不间断供电。如此循环，实现了蓄电池组和市电供电的不间断切换。该控制器跟电路复杂的同类型太阳能控制器相比，其工作可靠性高，硬件成本较 低。由于可控硅SCR只在电源切换时瞬间使用，其导通损耗基本可以忽略不计，肖特基反向 阻断二极管正向导通压降仅为0. 5V左右，实际功耗很小，其余的继电器机械触点ΚΙ、K2吸 合时无功率消耗。因此，整体电能传输损耗已降至最低。5、整流稳压器主要由低频整流滤波、高频逆变、高频变压、高频整流滤波、PWM控 制、稳压稳流控制及故障保护等电路组成高频开关稳压电源系统。工作时市电220V交流输 入，经低频整流滤波电路加至由绝缘栅双极型晶体管IGBT组成的高频逆变电路，由其中主 电路转换成脉宽可调的高频交流(约20KHz)，再经高频变压电路降压、高频整流滤波电路 (肖特基二极管)整流转换为适合工作需求的36V低压直流电。上述高频逆变电路采用全桥移相零电压开关主电路，并采用软开关技术，以实现 大功率低损耗高频逆变。高频开关管采用大功率IGBT模块，可以提高电源可靠性，高频整 流管采用肖特基整流模块以提高整体效率。稳压稳流控制、PWM控制单元输出的控制信号可以对主电路输出作出迅速响应，不 但可以给出优良的动、静态输出特性，而且能对各种输入电压的波动予以补偿、能对各种原因造成的故障作出迅速的保护响应。跟国内外同类设备相比，该整流稳压器制造成本较低。由于采用PWM高频控制、软 开关及开关器件零电压开通等技术设计，其输入功率因数高达0. 955，开关损耗很低，能量 传输效率明显提高。具有高效节能，稳定可靠，体积小、重量轻等优良特性。5、自动调光器具体由光敏传感电阻RL、PWM控制(脉冲宽度调制器)、VMOS大功 率LED驱动IC等部分组成。LED驱动IC输出的电流波形为方波，该波的频率及占空比均与 外部PWM控制信号相同，电流的平均值等于输出电流幅值与占空比的乘积。当外部PWM控 制信号的占空比发生变化时，LED驱动IC输出电流的占空比也随之变化，并与其保持同步。 这样，输出电流的平均值就随着外部PWM控制信号的占空比变化而变化。当环境照度变暗 时，光敏传感电阻RL的电阻值变大，PWM控制信号的占空比增大，LED驱动IC输出电流的占 空比也增大，输出电流的平均值增大，LED灯组变亮；反之，环境照度变亮时，LED灯组变暗。 如此，就实现了根据不同的环境亮度对LED灯组进行所需要亮度的实时自动控制。本照明系统由36V低压直流电驱动LED灯组，无需中间的交直流转换环节，因而有 效回避了此过程的电能损耗；更由于采用了光传感PWM控制驱动IC，可根据环境照度情况， 自动、适时地调节LED灯的亮度。跟采用交直流逆变转换、电子变压器恒流电源驱动，无自 动调光功能的同类方案相比，整体效率大幅度提高，综合电能损耗减少达60%以上，LED灯 具的使用寿命也明显延长。本照明系统主要应用于商场、酒店、学校、办公楼等需要较多数量照明灯具，并且 要求照明亮度较高、分布均勻的场所。同样也可用于家庭照明系统。优缺点可以大幅度 降低照明系统的综合用电消耗，工作可靠，故障率低，使用寿命长，无工作噪声，无排放污染 等。跟同类太阳能光伏发电系统相比，具有制造成本较低，整体用电效率高等优点。再由于 LED灯组直接采用36V低压供电，因此用电更安全、节电率更高，灯具本身的故障率和维护 费用随之降低，使用寿命明显延长。
图1是本发明的高效率太阳能照明系统示意图；图2是太阳能充电控制器示意图；图3是智能电源控制器示意图；图4是单片机软件程序模块方框图；图5是整流稳压器示意图；图6是自动调光器示意图。
具体实施例方式本发明中，各部件的具体连接见图1。1、太阳能光伏模块阵列选用总容量参数为60V、80A，额定输出功率4500W，具体 由多晶硅单体模块通过内部串联和并联的方式组成。2、太阳能充电控制器主要控制器件IGBT选用参数为120V/150A的产品，电流检 测取样电阻为0.5 Ω (根据蓄电池组的容量安时数ΑΗ，即所控制充电电流的允许上限值I计 算确定R = V/(AH/10)。具体连接见图2。
3、蓄电池组选用总共18个单体(格)36V的深循环密封免维护铅酸蓄电池，总容 量为650安时。4、智能电源控制器单向可控硅选用参数为120V/150A的产品，肖特基反向阻断 二极管为100V/150A，继电器1和继电器2均为12V/150A (直流)，单片机MCU为51系列并 烧写已编写好的程序。具体连接见图3，单片机软件程序见图4。5、整流稳压器主要控制器件IGBT选用参数为120V/150A的产品，工作频率约 20KHz，输出电压为36V直流电。具体连接见图5。6、自动调光器(A、B、C三组)光敏传感电阻RL根据所需调节的起点照度阀值选 定为20KQ/1W，PWM控制器选用脉宽调制集成电路UC3842AN、VMOS大功率LED驱动IC选 用大功率LED驱动集成电路SMD802。LED灯组(A、B、C三组)单灯功率5W，每组总功率 1400W，三组合计功率4200W。具体连接见图6。本方案由36V低压直流电驱动三组LED灯组，无中间的交直流转换环节，并同时采 用了光传感PWM控制驱动IC，可根据环境照度，自动、适时调节LED灯的亮度。
权利要求
1.高效率太阳能照明系统，包括太阳能光伏模块阵列、蓄电池组、逆变器、LED灯具及 其配套的驱动恒流电源，其特征在于提供电能的是空载输出60V的多晶硅太阳能光伏模 块阵列，太阳能充电控制器连接多晶硅太阳能光伏模块阵列，太阳能充电控制器连接着基 于单片机控制的不间断电源切换控制器形成的智能电源控制器，在太阳能充电控制器与智 能电源控制器之间连接着由总共18个单体36V的深循环密封免维护铅酸蓄电池组成的蓄 电池组，智能电源控制器的另一个输入端连接着接入市电的整流稳压器，智能电源控制器 的输出端顺序连接着自动调光器、LED灯组。
2.根据权利要求1所述的高效率太阳能照明系统，其特征在于在太阳能充电控制器 中，多晶硅太阳能光伏模块阵列提供的空载输出接入充电控制器，充电控制器连接着IGBT 和显示器，在IGBT后连接蓄电池组，在充电控制器与IGBT的电路上并联着电流检测取样电 阻Rl，在充电控制器与蓄电池组之间设置电压检测回路。
3.根据权利要求1所述的高效率太阳能照明系统，其特征在于在进入智能电源控制 器的蓄电池组输出端连接单向可控硅SCR，在单向可控硅SCR前后并联着继电器1的开关 Kl，开关Kl连接肖特基反向阻断二极管，单片机分别连接着继电器1、继电器2和可控硅 SCR,继电器2的开关K2连接整流稳压器。
4.根据权利要求1所述的高效率太阳能照明系统，其特征在于在整流稳压器中，市电 输入低频整流滤波电路，低频整流滤波电路后顺序连接着高频逆变电路、高频变压电路、高 频整流滤波电路，高频逆变电路还分别连接PWM控制器、故障保护电路，高频整流滤波电路 还连接着故障保护电路，整流稳压器的输出端还分别连接稳压稳流控制及故障保护电路， PWM控制器还分别连接稳压稳流控制及故障保护电路。
5.根据权利要求1所述的高效率太阳能照明系统，其特征在于自动调光器中PWM控 制器后顺序连接着VMOS大功率LED驱动IC和LED灯组，LED灯组还连接光敏传感电阻RL。
全文摘要
本发明的高效率太阳能照明系统，提供电能的是空载输出60V的多晶硅太阳能光伏模块阵列，太阳能充电控制器连接多晶硅太阳能光伏模块阵列，太阳能充电控制器连接着基于单片机控制的不间断电源切换控制器形成的智能电源控制器，在太阳能充电控制器与智能电源控制器之间连接着由总共18个单体36V的深循环密封免维护铅酸蓄电池组成的蓄电池组，智能电源控制器的另一个输入端连接着接入市电的整流稳压器，智能电源控制器的输出端顺序连接着自动调光器、LED灯组。系统由36V低压直流电驱动LED灯组，无需中间的交直流转换环节，有效回避了此过程的电能损耗，综合电能损耗减少60％以上；采用光传感PWM控制驱动IC，可根据环境照度情况，自动、适时地调节LED灯的亮度。主要应用于商场、酒店、学校、办公楼等需要较多数量照明灯具，并且要求照明亮度较高、分布均匀的场所，同样也可用于家庭照明系统。
文档编号F21V23/00GK102102841SQ20101062046
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者余仙民, 曾桂荣 申请人:桂林市百能科技设备有限责任公司