一种高亮度LED太阳能路灯照明系统的制作方法

本发明涉及太阳能电池板充电技术领域，具体涉及一种高亮度led太阳能路灯照明系统。

背景技术：

随着固态光源的发展，led的应用已不再仅仅局限于指示灯领域，它凭借寿命长，光效高等优点在现代照明体系中日益凸现优越性。伴随着光伏技术的发展，大功率高亮度led更以其高效、节能而进一步引起了社会各界对该光源的广泛关注。但目前，led太阳能路灯还存在因灯驱动电路导致led光衰现象及太阳能利用率不高等不足。业界普遍认为led的恒流驱动对抑制光衰效果显着。

在传统的太阳能路灯系统中，通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连，这将导致太阳能板的利用效率低，同时容易使蓄电池长期处于欠充满状态，造成其使用寿命的缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上，提出了一种数模混合的最大功率点追踪（maximpowerpointtracking,简称mppt）策略，它可最大程度地利用太阳能，同时对固态光源led的驱动电路做了研究，最后用实验验证了该方案的高效性和实用性。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高亮度led太阳能路灯照明系统，使得太阳电池的输出稳定在mpp附近，从而有效利用了太阳能板可输出的最大功率。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高亮度led太阳能路灯照明系统，包括太阳能板和蓄电池，在太阳能板与蓄电池组中加入dc/dc电路，通过对其进行控制，调节uarr,从而使其稳定在p点，以便能有效利用太阳能板的可输出功率，在标准测试条件下，太阳电池的最佳工作电压与其开路电压之间存在一个特定的比例关系，基于该思想产生了恒压跟踪mppt策略，但在非标准条件下，其实用性较差，利用扰动开关管的工作占空比d,直至输出功率parr达到最大的扰动观察法，在寻找mpp上更具通用性。

优选的，输出功率和d的关系与p和u关系相似，从而可通过扰动d,实现输出功率的变化，并寻找出mpp.由于输出电压即蓄电池的充电电压短期内变化不大。

优选的，在进行d扰动寻找mpp期间可近似认为恒定，因此输出功率的大小直接反应在输出电流即蓄电池的充电电流上，通过采样该充电电流值，从而判断出输出功率随d扰动的变化情况，以便进行mppt.为了提高控制精度和驱动能力。

优选的，还包括单片机和开关管，所述单片机与开关管间加入了d/a转换和pwm芯片。

优选的，通过不断改变开关管驱动信号的d,直至蓄电池的充电电流达到最大，此刻即可认为太阳电池的输出功率达到最大，实现太阳电池的最大功率点追踪。

优选的，温度及光照条件的改变，太阳电池的输出参数不断变化，同时导致mpp的漂移，单片机在经过设定时间后，将再一次做d的扰动，搜寻新的mpp,以保证太阳电池的最大功率输出，从而有效利用太阳能。

优选的，在晴日里不同时刻的mpp处，电路工作的d均变化不大。因此，为了避免搜寻过程中造成寻找时间太久及带来的能量浪费，下一时刻进行mpp追踪的搜寻起点设定为上一次mpp时的d值。

优选的，主电路的工作频率为100khz,当搜寻到输出电流达到最大时，即认为该点为电路工作的mpp。

（三）有益效果

本发明在太阳能板与蓄电池组中加入dc/dc电路，通过对其进行控制，调节uarr,从而使其稳定在p点，以便能有效利用太阳能板的可输出功率，在标准测试条件下，太阳电池的最佳工作电压与其开路电压之间存在一个特定的比例关系，利用扰动开关管的工作占空比d,直至输出功率parr达到最大的扰动观察法，在寻找mpp上更具通用性。本发明本文在研究太阳电池电路模型的基础上，分析了恒压追踪[1]、扰动观察[2,3]等最大功率追踪法，提出了一种数模混合的mppt策略，它可使太阳电池的输出稳定在mpp附近，从而有效利用了太阳能板可输出的最大功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是太阳能电池的电路模型图；

图2是输出功率随d扰动的变化情况图；

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示的一种高亮度led太阳能路灯照明系统，包括太阳能板和蓄电池，在太阳能板与蓄电池组中加入dc/dc电路，通过对其进行控制，调节uarr,从而使其稳定在p点，以便能有效利用太阳能板的可输出功率，在标准测试条件下，太阳电池的最佳工作电压与其开路电压之间存在一个特定的比例关系，基于该思想产生了恒压跟踪mppt策略，但在非标准条件下，其实用性较差，利用扰动开关管的工作占空比d,直至输出功率parr达到最大的扰动观察法，在寻找mpp上更具通用性。

具体的，输出功率和d的关系与p和u关系相似，从而可通过扰动d,实现输出功率的变化，并寻找出mpp.由于输出电压即蓄电池的充电电压短期内变化不大。在进行d扰动寻找mpp期间可近似认为恒定，因此输出功率的大小直接反应在输出电流即蓄电池的充电电流上，通过采样该充电电流值，从而判断出输出功率随d扰动的变化情况，以便进行mppt.为了提高控制精度和驱动能力。还包括单片机和开关管，所述单片机与开关管间加入了d/a转换和pwm芯片。通过不断改变开关管驱动信号的d,直至蓄电池的充电电流达到最大，此刻即可认为太阳电池的输出功率达到最大，实现太阳电池的最大功率点追踪。温度及光照条件的改变，太阳电池的输出参数不断变化，同时导致mpp的漂移，单片机在经过设定时间后，将再一次做d的扰动，搜寻新的mpp,以保证太阳电池的最大功率输出，从而有效利用太阳能。

在晴日里不同时刻的mpp处，电路工作的d均变化不大。因此，为了避免搜寻过程中造成寻找时间太久及带来的能量浪费，下一时刻进行mpp追踪的搜寻起点设定为上一次mpp时的d值。主电路的工作频率为100khz,当搜寻到输出电流达到最大时，即认为该点为电路工作的mpp。

图1示出太阳电池的电路模型。通常，材料内部的等效并联电阻rsh值大，而材料内部的等效串联电阻rs值很小。

针对太阳能的极板最大功率跟踪原理的基础上，以充分提高太阳能电池板的利用率。检测最大充电电流控制方式充电，来对太阳能的极板最大功率跟踪参数进行修正，达到最优的充电方式。

1、对太阳电池的数学模型和输出特性进行研究,分析外界环境温度和光照强度对输出特性的影响,在对光伏电池阵列数学模型进行充分分析抽象之后,建立光伏电池仿真模型。2、针对太阳能电池特性,在深入分析最大功率跟踪原理的基础上,通过分析最大功率跟踪的各种控制方案,提出了一种基于模糊控制的最大功率跟踪控制,以充分提高太阳能电池板的利用率,并对扰动观察法和模糊控制法分别进行了仿真建模,比较这两种控制方法的优劣,并用实验验证了模糊控制最大功率跟踪的充电可行性。3对蓄电池的特性、工作原理及充电方法进行深入研究之后,结合系统整体的需要选用多阶段恒流技术充电,对蓄电池的充电过程进行保护,设计了安全控制电路,使充电控制器系统运行在稳定的状态,诸如防反接、过流、过压、emi防护等。并对系统主电路所选用的参数进行分析与计算,选用buck电路,对24v的蓄电池进行充电。软件方面,用模糊控制的最大功率跟踪算法和多阶段恒流技术进行程序设计,并对各种保护系统的程序进行设计说明。充电结果表明:本设计系统的充电性能良好,极大的提高了光伏电池的利用率。

led灯的恒流驱动，对抑止光衰现象起到了很有效的作用；通过数模混和的方法，避免了单纯数字控制所带来的控制精度不高等问题，且单片机的智能控制，使得能够较快的寻找到最大功率点，提高了太阳能板的利用率及整个路灯照明系统的性能价格比。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。