(整理)太阳能LED照明系统的设计最终方案
I
目录
中文摘要
ABSTRACT
第一章引言
1.1选题的背景和意义 (1)
1.2国内外光伏发电发展现状......................
1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点..............
1.2.2我国光伏产业发展现状........................
1.3光伏电源具有以下优势......................
1.4新一代照明光源-白光LED......................
1.5论文的研究目的和意义......................
第二章太阳能LED照明系统的总体设计...................
2.1太阳能LED照明系统的基本结构...................
2.2控制器的整体结构
第三章太阳能电池板
3.1太阳能的工作原理和特性
3.1.1太阳能电池的基本原理
3.1.2太阳能电池的特性曲线
3.2太阳能电池的最大功率跟踪
3.2.1最大功率点跟踪原理
3.3本系统采用的MPPT控制方式
3.3.1功率比较法
3.3.1.1功率比较法原理
3.3.1.2功率比较法的算法设计
3.4本章小结
第四章主体电路的设计
4.1整体电路设计
4.1.1电源电路设计
4.1.2 LED驱动电路
4.2单片机的算法实现
4.3 DC/DC变换器式 (25)
4.3本系统采用的MPPT控制方式 (29)
4.3.1功率比较法 (29)
4.3.2最大功率的模糊控制 (32)
4.4本章小结 (33)
第五章太阳能LED照明系统光源优化的研究 (34)
5.1超高亮白光LED的原理和特性 (34)
5.1.1发光原理 (34)
5.1.2工作特性 (34)
5.2 LED照明系统光源亮度的提高方案 (35)
5.2.1光度量参数及其测量方法 (35)
5.2.2主要技术改进 (36)
5.2.3 LED的布板 (37)
5.3 LED照明光源散热问题的研究 (37)
5.3.1半导体制冷的工作原理 (38)
5.3.2半导体制冷的散热效果 (39)
5.3.3半导体制冷的设计 (40)
5.4本章小结 (40)
六章结束语 (41)
6.1本文所做的工作及得到的结论 (41)
有待于进一步研究的问题 (41)
考文献 (43)
谢 (46)
录 (47)
学期间发表的学术论文和参加的科研情况 (52)
第一章引言
1.1选题的背景和意义
在世界能源短缺,环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。太阳能LED照明系统以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆，可以方便安装在广场、校园、公园、街道等多方面的优点而越来越受重视。
我国在1996年提出了“绿色照明工程”，主要就是为了解决与照明相关的能源供应和经济效益问题。绿色照明的科学定义为：绿色照明是指通过科学的照明设计采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附近、灯具、配线器材，以及调光控制和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。许多发达国家和部分发展中国家先后制订了“绿色照明工程”计划，并取得了显著效果。照明的质量和水平已成为人类社会现代化程度的一个重要标志之一，成为人类社会可持续发展的一项重要的措施。
作为固体光源的LED发光二极管，真正点燃了“绿色照明”的光辉，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导，使照明技术面临一场新的革命，从而一定程度上改善人类的生产和生活方式。LED照明的应用前景在全世界掀起了高
潮，被给予了厚望。
目前照明消耗约占整个电力消耗的20%，大幅降低照明用电是节
约能源的重要途径。开发和应用更高效，可靠，安全，使用寿命长的
新型太阳能节能光源势在必行。一般的太阳能LED 照明系统如下图
1-1所示，其实质是一个小的独立光伏系统，主要由几大部分组成，
即太阳能电池、蓄电池、控制器、LED 光源。
图1-1 太阳能LED 照明系统结构图
太阳能路灯控制器主要采用脉宽调制充电方式，具有过充、过放、
短路保护和过充点的温度自动补偿功能。在独立太阳能发电系统中，
为了降低成本、提高效率和可靠性，应该既保证光伏阵列处于最佳工
作状态，又要使蓄电池正确充放电，同时还要最大限度地利用所发电
能。但在目前的光伏系统中，这三者的实现存在矛盾，在设计充电控
制时通常只顾及到一个方面，如何兼顾三者的关系，寻求最优充电控
制策略，是一个设计难点。针对目前的太阳能照明路灯系统所存在的
问题，本文通过对典型的照明控制器进行优化设计，将最大功率跟踪
技术引入太阳能LED 照明系统中，保证光伏阵列工作在最佳工作状
态，以提高系统的工作效率。从而使整个路灯系统的可靠性得以提高。
研究和开发光效更高、更节能、更能适合太阳能灯具发展的LED 新型
发光源就显得势在必行。新型LED 发光源的开发与利用，可以提高光
源亮度，降低功率消耗，提高发光效率，降低整体太阳能灯具的功率
匹配，从而降低太阳能灯具成本，使其性价比提高，在节能环保和太
阳能灯具的市场普及方面具有重大的现实意义。
1.2国内外光伏发电发展现状
1839年法国学者贝克勒尔发现光伏效应，1954年美国贝尔实验
室的三位科学家首次制成实用的单晶硅太阳电池。在可再生能源中，
太阳能光伏发电产业是全球发展最快的新兴产业之一。最近10年太
阳电池产量年平均增长率为37%，最近五年的年平均增长率为45%。
发展可再生能源的时代己经到来传统的化石能源日益枯竭，并且利用
过程中严重污染环境制约了世界经济的可持续发展。能源的需求有增
无减，能源资源已成为重要的战略物资。而太阳能是最有发展前景的太阳能电池板 蓄电池
LED 光源
控制器
可再生能源。
1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点。
1997年，美国提出“百万太阳能光伏屋顶”计划，预计2010年完成。同年，日本“新阳光计划”，到2010年将生产43亿瓦光伏电池。同年，欧盟提出“百万光伏屋顶计1999年，德国实施“十万光伏屋顶计划”，并实行低息贷款。近年发达国家还制定了“研发路线图”。
在光伏应用和安装方面，德、日、美依然是世界上三个最主要的光伏应用市场。年全球安装太阳电池组件1460MW，比前一年增长了34%。德国安装837MW，比前一年增53%;占世界安装量的57%;日本安装292MW，比前一年增长了14%，占世界安装量的2美国安装102MW，占世界安装量的7%;欧洲其它地区安装88MW，占世界安装量的6%;其它地区安装146姗，占世界安装量的10%。
1.2.2我国光伏产业发展现状
1958年，我国开始研究太阳电池。1971年，首次将光伏电池成功应用于东方红2星。1973年，开始太阳电池地面应用。从上世纪70年代初到80年代末，由于成本高，阳电池在地面的应用非常有限。90年代以后，随着成本的降低，太阳电池向工业领域和村电气化应用方向发展。市场稳步扩大，国家和地方政府开始制订光伏计划。2002年，家发改委启动了“送电到乡”项目，使得中国的光伏市场迅速发展起来，总装机容量从2年的23500kw迅速增长到2002年的45000kw，至2003年达到55000kw。2003~2005年，德国巨大的市场需求影响，国内光伏企业产能迅速扩展，产量迅速增长。
1.3光伏电源具有以下优势
(1)可靠。光伏电源很少用到运动部件，工作可靠。目前己有数千套光伏系统的运行验，晶体硅的寿命可达20年以上。
(2)安全、无噪声及其它公害。不产生任何的固体，液体和气体有害废弃物，噪音几没有，无环境污染和公害问题。
(3)安装维护简单，运行成本低，适合无人值守等优点。
(4)兼容性好，光伏发电可以与其他能源配合使用，也可以根据需要而使光伏系统任增容。
(5)标准化程度较高，可由组件的串并联满足不同用电的需要，通用性强。
(6)太阳能无处不有，应用范围广。
1.4新一代照明光源一白光LED
近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出，人们迫切希望应用节能环保的新技术。而半导体照明正是具有这种魅力的新技术。所谓半导体照明，是以半导体发光二极管(Lightning Emitting
Diode，LED)作为光源的照明。应用半导体pN结发光原理制成LED问世于20世纪60年代初。在早期，由于LED光色、发光效能、光通量、光功率和价格等方面的限制，主要应用于指示、显示领域，如电子电气、热工仪表、自动化系统、通信设置、宇航空间开发、家用电气、交通运输工具中作为指示灯、告示牌、警戒灯以及信息广告、显示牌等。90年代以来，随着氮化稼为代表的第三代半导体的兴起，以及白色LED的成功研制，使LED照明成为可能。白光LED被认为是21世纪最有价值的新光源，白光LED照明取代传统照明而成为人类照明的主要方式，将是大势所趋。“绿色照明”是九十年代初国际上对节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法。许多发达国家和部分发展中国家先后制订了“绿色照明工程”计划，并取得了显著效果。照明的质量和水平己成为人类社会现代化程度的一个重要标志之一，成为人类社会可持续发展的一项重要的措施。作为固体光源的白光LED，真正点燃了“绿色照明”的光辉。白光LED照明的应用在全世界掀起了高潮，被寄予了厚望。美国能源部预测，到2010年将会有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯替代，每年可节电350亿美元。而我国科技部有关领导提出:我们要以2008年北京奥运会和2010年上海世博会为契机，推动半导体灯在城市景观照明的应用。科技部“国家半导体照明工程”计划2007年半导体照明逐步取代白炽灯，2012年后取代荧光灯。目前，白光LED在发光强度方面，轴向已达到ZOcd以上，光效达50一70lm/W;色温可在5000K一10000K之间任意选择;显色指数在80以上。完全能符合普通照明之需要。
1.5论文的研究目的和意义
在光伏应用领域，太阳能照明占有重要的地位和份额，而LED太阳能路灯是一个具体而有价值的应用。太阳能与半导体LED照明的有机结合，能有效发挥二者的优势。在该照明系统中，包括硬件和软件两方面，从硬件上来说，要配备性能可靠、价格合理的光伏配套部件，如太阳能电池、蓄电池、控制器及灯具等。在软件方面，则要对光伏系统进行优化设计，包括确定合适的太阳能电池输出功率和蓄电池的容量、负载的大小、控制方式等。这项工作十分重要，如果设计不当.即使光伏配套部件再好，结果要么光伏系统不能正常运行，要么就是容量过大，造成很大浪费。所以，从一定意义上来讲，光伏系统设计要比光伏器件更加重要。
目前，光伏照明难以大面积推广的瓶颈不在于技术问题，而在于成本价格问题。本课题拟在太阳能电池、蓄电池和LED负载三者间进行合理测算、设计和实施以确定最佳匹配方案，优化系统设计，旨在保证同样照明要求的前提下降低运行成本，提高性能价格比。
第二章 太阳能LED 照明系统的总体设计
2.1太阳能LED 照明系统的基本结构
太阳能LED 照明优化系统主要由以下部分组成，即太阳能电池、
控制器、蓄电池、DC/DC 、驱动电路、LED 光源，如图2-1所示。
图 2-1 太阳能照明系统结构框图
太阳能LED 照明系统在白天通过太阳能电池组件采集太阳光的
能量，并将其转化为电能存储起来，在晚上点亮LED 用于照明，是现
代化绿色环保节能产品。具有智能控制系统，全天候供电无需管理人
员。在系统设计时考虑连雨天气，把平时多余的电能储存到蓄电池内，
确保用于阴雨天有足够的电能使用。系统各个组成部分的主要功能如
下:
(1)太阳能电池阵列
由许多太阳能电池组件串、并联而成，其合成的容量可以是数百
峰瓦(WP),也可达数个兆峰瓦(WP)甚至更大，组件可由单晶硅、多晶
硅、非晶硅或其它类型的太阳能电池组成。一般来说，光伏阵列由于
多为半导体器件构成，其特性(伏安特性)具有强烈的非线性。
(2)DC/DC （直流-直流变换器）环节
DC/DC 环节是本系统的关键组成部分，它是将固定的直流电压变
换成可变的直流电压，也称为直流斩波。在该环节中，由于太阳能电
池阵列具有强烈的非线性特性，通过控制开关闭合跟断开的时间（即
PWM —脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压
来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。
(3)驱动电路
驱动电路对输出的控制信号进行放大，产生满足功率器件正常工
作要求的驱动电压。 太阳能电池板 蓄电池
LED 光源
控制器
驱动电路
DC/DC
(4)蓄电池组
蓄电池组一般是由一定数量的铅酸蓄电池经由串、并联组合而成，其容量的选择应与太阳能电池阵列的容量相匹配。该部分的主要作用是储存太阳能阵列所产生的电能，以备不时之需。而且由于蓄电节。
(5)控制器
太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电(由于天气的原因，太阳能电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定)。
为保证太阳能电池阵列在任何日照和环境温度下始终以相应的最大功率输出，引入了太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT-Maximum Power Point Tracking)控制策略。在芯片内部写上由程序所构成的控制软件，配合外围的相关电路完成主要控制功能。
(6)LED光源
应保证亮度高，亮度辐射范围大且均匀，所使用的超高亮LED数量少。在太阳能照明灯具中，发光体所使用的LED数量从一个到上千个不等，一定数量的LED组合成一个发光体时，其排列和组合是一个非常重要的问题。即不同的排列和组合对整体的亮度都有影响。在LED排列组合上依据光学原理及数学模型，最有效的发挥超高亮LED 的发光效率，并使得单位面积LED灯的数量少以降低成本。
2.2控制器的整体结构
在太阳能LED照明系统中，太阳能充放电控制器是整个照明系统中的核心部件，它的性能在一定程度上决定了整个照明系统的性能好坏。目前，市场上有各种各样的太阳能LED照明系统，典型的太阳能充放电控制器结构框图如图2-2所示：
图2-2 控制器的结构框图
该控制器为脉宽调制型控制器，即太阳能电池对蓄电池充电采用脉宽调制方式，具有如下功能：
1)采用容量控制法防止蓄电池的过放电。容量控制方式：双灯控制（调整负载和工作时间）。
2)该控制器具备蓄电池充满点温度补偿功能：以25℃为基准，每2V 蓄电池，温度补偿为-0.3mV/℃。
3)防止任何负载短路的电路保护。
4)防止夜间蓄电池向太阳能电池组件反向放电的保护。
5)防止蓄电池极性反接的电路保护。
6)该控制器最大自身耗电电流不得超过50mA 。
7)该控制器充、放电回路的压降不得超过系统额定电压的5%。
8)该控制器的耐冲击电压为：在一小时内可承受高于太阳能电池组件开路电压的1.25倍的电压，而自身不损坏。
9)该控制器的耐冲击电流为：在一小时内可承受太阳能电池组件短路电流1.25倍的电流的冲击，而自身不损坏。
该控制器具有较高的价格性能比,安装维护简单,且工作稳定可靠。此控制器的电路特点是：
1、由于系统对转换速度要求不高，该控制器电路采用价格便宜的LM331构成A/D 转换器，调节参数，可使LM331的转换精度达到4mv,如果采用12位的A/D 转换器，其精度为10mv,而高精度的A/D 输出驱动模块
微处理器 电源和复位
模块
太阳能电池 电压采样模块 蓄电池电压
采样模块 温度采样模
块
电阻分压
网络 显示模块
时钟电路模块
转换器价格较贵。如果采用内部集成有A/D转换模块的PIC单片机，其A/D转换模块为10位，精度只能达到40mv，不能满足系统的精度要求。
2、充放电开关管采用功率MOSFET，只要保证开关的栅源电压，具有好的开关特性，而且采用继电器作为比较开关，耗能小。
3、单片机与开关管之间采用光电耦合器作为驱动和隔离元件，这样可以避免输出部分电源变化对单片机的影响，减少系统所受的干扰，提高系统的可靠性。此路灯控制器采用了脉宽调制充电方式，并且具有过充点的温度自动补偿功能。在独立太阳能发电系统中，为了降低成本、提高效率和可靠性，既保证太阳能电池阵列处于最佳工作状态，又要使蓄电池正确充放电，同时还要最大限度地利用所发电能。在目前的光伏系统中，这三者的实现存在矛盾，在设计充电控制通常只顾及到一个方面，如何兼顾三者的关系，寻求最优充电控制策略，这也是一个设计难点，也是本文所重点研究的内容。
第三章太阳能电池板
3.1太阳能的工作原理和特性
3.1.1太阳能电池的基本原理
太阳能电池的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转化为电能。所谓光生伏特效应，简单地说，就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应和外观。
可将半导体太阳能电池的发电过程概述如下：①首先是收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上。②太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子（光生载流子）—电子—空穴对。这些电子和空穴应有足够的寿命，在它们被分离之前不会复合消失。
③这些电性符号相反的光生载流子在太阳能电池p-n结内建电场的作用下，电子—空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边，在p-n结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。④在太阳能电池p-n结的两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能（或其他光能）直接转换成了电能。
图3-1太阳能电池的电路及等效电路
太阳能电池的电路及等效电路如图3-1所示，其中L R 中为电池的
外负载电阻。当L R =0时，所测的电流为电池的短路电流SC I ，就是将
太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。当L R 趋于无穷时，所测得的电压为电池的开路电压。
所谓开路电压OC U ，就是将太阳能电池置于1002cm
mW 的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。D I （二极管电流）为通过
p-n 结的总扩散电流，其方向与SC I 相反。S R 为串联电阻，它主要由电
池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅表面间接触电阻所组成。sh R 为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或体内的缺陷引起
的。一个理想的太阳能电池，串联电阻S R 很小，而并联电阻sh R 很大。由于S R 和sh R 是分别串联和并联在电路中的，所以在进行理想的电路
设计时，它们可以忽略不计。此时，流过负载的电流L I 为:
D SC L I I I -=
（3-1） 理想的p-n 结特性曲线方程为
)1(--=AKT qU e I I I D SC L （3-2）
式中D I —太阳能电池在无光照时的饱和电流，A;
q —电子电荷，C ；
K —玻尔兹曼常数；
T —热力学温度，K ；
A —常数因子（正偏电压大时A 值为1，正偏电压小时A 值为2）； e —自然对数的底。
当L I =0时，电压U 即为OC U 可用下式表示：
)1ln(+=D SC OC I I q AKT U （3-3）
3.1.2太阳能电池的特性曲线
根据（3-2）（3-3）两式作图，及坐标变换可得到太阳能电池的电流—电压关
系曲线，如图3-2所示.这个曲线，可简称为I—U曲线，或伏—安曲线。
图3-2 太阳能电池特性曲线
太阳能电池的I-V特性曲线包含其绝大多数技术特性，是系统分析最重要的方面。太阳能电池的I-V特性是指在某一确定的日照强度和温度下，太阳能电池的输出电压和输出电流之间的关系，如图3-2所示。I-V特性曲线表明:太阳能电池既非恒压源，也非恒流源，它不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源。输出电流在大部分工作电压范围内相对恒定，最终在一个足够高的电压之后，电流迅速下降至零。曲线上的每一点都唯一对应着太阳能电池在该一工作电压下的输出功率，
P表示对应于该日照强度和环境温度下的太
m
阳能电池所能输出的最大功率，
U和m I则表示太阳能电池输出最大
m
功率时所对应的工作点电压和电流。也就是说，在一定的温度和日照强度下，太阳能电池具有唯一的最大功率点，当太阳能电池工作在该点时，能输出当前温度和日照条件下的最大功率。在最大功率点左侧，太阳能电池的输出功率随着工作点电压的增加而增大;在最大功率点右侧，太阳能电池的输出功率随着工作点电压的增加而减小。
根据特性曲线可以定义出太阳能电池的几个重要技术参数:
(1)短路电流(
I)在给定温度照度下所能输出的最大电流。
SC
(2)开路电压(
U)在给定温度照度下所能输出的最大电压。
OC
(3)最大功率点电流(
I)在给定温度照度下最大功率点对应的电
m
流。
(4)最大功率点电压(
U)在给定温度照度下最大功率点对应的
m
电压。
(5)最大功率点功率(
P)在给定温度照度下所能输出的最大功
m
率，
P =m I×m U。
m
此外，P-V特性曲线可以更直观的确定
P、m U和m I，它是利用
m
I-V特性曲线数据通过计算后作出的，如图3-3中虚线所示。
图3-3(a)和图3-3(b)分别为太阳能电池在温度变化和日照强度变化下的P-V特性曲线，从图中可以看一出，太阳能电池的输出功率受日照强度、电池结温等因素的影响。当结温增加时，太阳能电池的开路电压下降，短路电流略有增加，最大输出功率减小;当日照强度增加时，太阳能电池的开路电压变化不大，短路电流增加明显，最大输出功率增加。
图3-3 太阳能电池的P-V特性曲线
3.2太阳能电池的最大功率跟踪
3.2.1最大功率点跟踪原理
由于目前太阳能电池的成本高、转换效率低，并且其输出功率易受日照强度、环境温度等因素的影响，因此，为了提高太阳能照明系统的效率，在现在的太阳能照明系统中，通常要求太阳能电池的输出功率始终保持最大，即系统要能实时地跟踪太阳能电池的最大功率点。
最大功率点跟踪控制（MPPT）策略实时检测太阳能电池阵列的输出功率，采用一定的控制算法预测当前工况下阵列可能的最大功率输出，通过改变当前的阻抗情况来满足最大功率输出的要求。这样即使
太阳能电池的结温升高使得阵列的输出功率减少，系统仍然可以运行在当前工况下的最佳状态。
3.3本系统采用的MPPT控制方式
太阳能电池的输出呈非线性，随着光照强度和电池表面温度的改变，它的输出也发生改变。为了避免能量的损失，国内外提出了多种实现办法。本论文采用功率比较法以此来提高系统的跟踪效率。
3.3.1功率比较法
3.3.1.1原理
让流通率α连续变化，即可得出功率的输出特性如图3-4所示，由图可见，输出最大功率值
P。
max
由于用变换器的太阳能发电系统其输出特性具有上述特征，故可取实时的发电功率，把α作定量(△α)增减，以决定最大功率。这是一种最简单的求取最佳工作点方法，称为功率比较法。
当变换器流通率的变化量△α值恒定时，功率比较法的核心是用前后功率大小的比较来确定最佳工作点。
该方法的特点是:
(1)当α增加△α时，P单调增加，则应当让α进一步增加△α(图4-9中的A区);
(2)当α增加△α时，P单调减少，则应当让α减少△α(图4-9中的B区)
(3)当α减少△α时，P单调增加，则应当让α进一步减少△α(图4-9中的C区);
(4)当α减少△α时，P单调减少，则应当让α增加△α(图4-9中的D区)
如图3-4所示的P-α特性曲线是一条凸形的非线性曲线，只要选定初始值。和适当的△α，可以逐步逼近到
P值。此外，检测的
max
信息只是发电功率大小，因此硬件结构简单是其优点。该方案的最大缺陷是不能适应日照量的急剧变化，在短时间内寻找出正确的最佳工作点。此外，当△α固定时，该值的大小将对最佳工作点的跟踪时间和发电功率的脉动值有影响。因此，△α的选择要十分慎重。
4.3.1.2功率比较法的算法设计
α初始值设定为0.5,△α初取为0.01，设程序的控制周期T为70（ms）,则控制流程图如图3-5所示。
开始
5.0=n α
PWM 输出
采集U 、I 数据，A/D 转换
计算I U P n ?=
计算I U P n ?=+1
1+≤n n αα
采集U 、I 数据，A/D 转换
PWM 输出
n n n ααα?+=+1
01.0=?n α
n n P P >+1
n n n ααα??=+1
1+≤n n P P
1+≤n n P P
图3-5功率比较法跟踪最大功率流程图
3.4本章小结
本章对太阳能发电系统中重要的环节—“太阳能电池最大功率点的跟踪方案”进行原理的阐述和实验论证。证明不管日照量是恒定还是急变，均能高速而稳定地跟踪最大功率点。本方案的另一优点是确定变换器通流率α的检测信息只是发电功率，因此，控制硬件简单，只要用单片机即可构成简单、廉价装置，对于小规模太阳能发电系统非常适用。同时在最大功率点跟踪策略中引入模糊控制理论，并对这一思想进行简要介绍。
第四章主体电路的设计
为了使路灯亮度能够调节，本文采用由多个LED组成一盏路灯的方法，控制各个LED的亮灭来达到调节路灯亮度的目的。为了使分析简单明了，在本文以下的分析中暂且假设一盏路灯内部包含三个LED。
4.1整体电路设计
整个太阳能路灯系统的原理示意图如图4-1所示，其中的太阳能电源电路采用光伏电池和超级电容器作为能量转化与储能系统；微控制器采用AT公司生产的AT89C51；单盏路灯中暂设为包含三个LED，可以通过控制LED亮灭的个数调节路灯的亮度；驱动电路为恒流LED 驱动电路，可以保证电流稳定和LED亮度恒定。
图4-1 整体电路框图
4.1.1电源电路设计
如图4-2所示，BT1为光伏电池，C1为超级电容器，为单片机以及LED提供电源，R1，R5为分压电阻，R2，R3，R4为限流电阻，C2为滤波及稳压电容器。Q1用来控制Q2的导通与关断，Q2的发射极接单片机电源，控制单片机的开关。白天有太阳照射时，光伏电池产生电能，通过二极管D0将电能储存进超级电容器C1，D0可以保证超级
电容器中的电流不倒灌入光伏电池。此时A点电位上升，三极管Q1基极为高电平，Q1导通，B点电位为低，致使三极管Q2关断，超级电容器储存的电能无法送到单片机，单片机没有电源，处于未启动状态，路灯处于熄灭状态。当夜晚降临，阳光减少，光伏电池上储存的电量开始降低，致使A点电位降低，Q1关断，超级电容器储存的电能开始令B点电位上升，Q2开通，单片机上电，路灯被点亮，整个路灯系统开始运行。
图4-2电源电路
4.1.2 LED驱动电路
直接从单片机管脚输出的电平难以驱动高辉度的LED路灯，因此本文采用如图4-3所示的驱动电路。此驱动电路为恒流LED驱动电路，Q7基极接单片机PX（X=1，2，3）口。D1为齐纳二极管，作为加在Q3的基极上，由于基极偏压稳定，集电极电流Ic也随着稳定，根据Ic=（VZD-VBE）/R10，即使电压源VDD变化Ic也不会变化，可以保证电流和亮度稳定。
4.1.3单片机的算法实现
本文从合理利用能源的角度出发，分析了太阳能路灯在一天内的运行状态，认为其工作过程可分为三个阶段：
（1）下午18点至晚上20点。此阶段是全天开始进入黑暗的时段，路面光线逐渐变暗，太阳能路灯开始投入运行，此时路灯的亮度不必达到最大，我们将其亮度等级划为C级；
（2）晚上20点至凌晨12点。此时段路面光线最暗，路灯亮度应调为最大。亮度等级为A级；
（3）零点至次日凌晨3点。此阶段间路上行人较少，因此路灯亮度可稍稍降低，亮度等级为B级；
（4）凌晨3点至5点。此阶段所需亮度也较低，亮度等级也为C级。
基于以上分析得出结论：太阳能路灯必须拥有智能化控制技术才能实现路灯亮度的自动调节。单片机控制LED亮度变化的算法如图4所示。
图4-3 单片机算法流程图
由图4-3算法可知，当单片机上电时，程序自动运行，当P1输出高电平时，驱动LED1发光，此时路灯亮度级别为C级，经延时2个小时后P2与P3口同时输出高电平，LED2与LED3也开始发光，路灯亮度级别为A级，依次类推直到P1，P2，P3口全部输出低电平，此时路灯彻底熄灭。
4.2 DC/DC变换器
目前DC/DC主要有Buck电路结构、Boost电路结构、Buck一Boost 电路结构和Cuk电路结构四种，图4-4的a)、b)、c)、d)分别表示了这四种电路结构的拓扑，这四种结构都是由功率开关管、二极管、电感元件、电容元件组成的Dc一Dc变换电路。
图4-4四种主要充电电路拓扑结构
图a)为Buck电路，又称Buck变换器，其工作原理是:当开关管导通时，电流通过电感L对蓄电池和电容充电，二极管承受反向电压，电能转变为磁场能;当开关管闭合时，由于电感线圈电流不突变，负载电流方向不变，电容处于放电状态，从而继续维持输出电流和电压恒定，此时二极管承受正向偏压。Buck电路的输出电压v。满足vo=Duty×vs，其中Duty为开关管的占空比。由于Buck变换器输出电压小于输入电源电压Vs，故又称为降压变换器。
图b)为Boost电路，其工作原理是:当开关管导通时，电流流过电感L，电能以磁场能形式储存在电感线圈中，电容C放电，二极管承受反向电压;当开关管关闭时，由于电感线圈电不突变，电感线圈中产生与电流方向相反的感应电动势与电源电压串联，共同给电容和
太阳能LED照明系统的设计(最终方案)
I 目录 中文摘要 ABSTRACT 第一章引言 1.1选题的背景和意义 (1) 1.2国内外光伏发电发展现状...................... 1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点.............. 1.2.2我国光伏产业发展现状........................ 1.3光伏电源具有以下优势...................... 1.4新一代照明光源-白光LED...................... 1.5论文的研究目的和意义...................... 第二章太阳能LED照明系统的总体设计................... 2.1太阳能LED照明系统的基本结构................... 2.2控制器的整体结构 第三章太阳能电池板 3.1太阳能的工作原理和特性 3.1.1太阳能电池的基本原理 3.1.2太阳能电池的特性曲线 3.2太阳能电池的最大功率跟踪 3.2.1最大功率点跟踪原理 3.3本系统采用的MPPT控制方式 3.3.1功率比较法 3.3.1.1功率比较法原理 3.3.1.2功率比较法的算法设计 3.4本章小结 第四章主体电路的设计 4.1整体电路设计 4.1.1电源电路设计 4.1.2 LED驱动电路 4.2单片机的算法实现 4.3 DC/DC变换器式 (25) 4.3本系统采用的MPPT控制方式 (29) 4.3.1功率比较法 (29) 4.3.2最大功率的模糊控制 (32) 4.4本章小结 (33) 第五章太阳能LED照明系统光源优化的研究 (34) 5.1超高亮白光LED的原理和特性 (34) 5.1.1发光原理 (34) 5.1.2工作特性 (34)
智能照明系统设计方案书
目录 第1章概述 (3) 第2章背景及意义 (4) 第3章标准规范 (5) 第4章需求分析 ............................................................................ 错误!未定义书签。第5章解决方案 .. (6) 5.1总体规划设计 (6) 5.2分部设计 (7) 5.2.1中控中心 (7) 5.2.2通信网络 (8) 5.2.3LED照明设备 (8) 5.2.3.1LED 日光灯 ......................................................................... 错误!未定义书签。 5.2.3.2LED 筒灯 .............................................................................. 错误!未定义书签。 5.2.3.3LED 球泡灯 ......................................................................... 错误!未定义书签。 5.2.3.4LED T5灯管......................................................................... 错误!未定义书签。 5.2.3.5LED 感应灯 (9) 5.2.4智能控制系统 (11) 5.2.4.1硬件部分 ............................................................................... 错误!未定义书签。 5.2.4.2软件部分 (19) 5.3系统特点 (20) 5.3.1分布式控制 (20) 5.3.2网络监听器 (20) 5.3.3场景控制 (21) 5.3.4远程控制 (21) 5.3.5时序控制 (21) 5.3.6系列化产品且安装简便 (21) 5.3.7广泛的控制能力 (21) 5.3.8可靠性 (21) 5.3.9掉电保护（电路发生故障时的照明方式选择） (22)
太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项目设计方案
太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项 目设计方案 1.1概述 传统的化石能源资源日益枯竭，严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。能 源的需求有增无减，能源资源已成为重要的战略物资，化石能源储量的有限性是发展可 再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能 源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有 41年，其年占世界能源总消 耗量的40.5%,国内剩余可开采年限为15年；天然气剩余可采年限61.9年，其年占世 界能源总消耗量的24.1%，国内剩余可开采年限30年；煤炭剩余可采年限230年，其 年占世界能源总消耗量的25.2%，国内剩余可开采年限81年；铀剩余可采年限71年, 其年占世界能源总消耗量的 7.6%，国内剩余可开采年限为50年。 太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再生能源，因此，世界各国都把太阳能 光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向，制定了相应的导向政策。在光伏发 电的历史上，最早规模化推广的是日本，而后是德国，再发展到现在大力推广的包括美 国、西班牙、意大利、挪威、澳大利亚、韩国、印度等超过 40个国家与地区，如日本 “新阳光计划”、欧盟“可再生能源白皮书”，以及美国国家光伏发展计划、百万太阳能 屋顶计划、光伏先锋计划等的相继推出，成为近年来推动太阳能光伏发电产业的主要动 力。根据欧盟的预测：到2030年太阳能发电将占总能耗10%以上，到2050年太阳能发 电将占总能耗20% 1.2光伏照明系统的结构 光伏照明系统主要由五大部分组成，即太阳能电池、蓄电池、控制器、照明电路、 负载，如下图1-1所示。 在系统中，控制器是整个系统的核心。它控制蓄电池的充电及蓄电池对负载的供电, 对蓄电池性能、使用寿命有非常大的影响。目前，光伏系统主要由于控制器控制蓄电池 充电方式不合理，降低了蓄电池寿命而导致整个系统可靠性不高，因此，在控制器的设 计中采用什么样的充电 图1- 1光伏系统组成框图
基于单片机的智能照明控制系统设计[1]
设计名称：智能照明控制系统组别：第五组 组长：XX 组员：XX
基于单片机的智能照明控制系统设计 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。
目录 1 引言....................................................................... 1.1 研究背景.............................................................. 1.2 智能照明控制系统的优点................................................. 2 设计部分................................................................... 2.1设计要求............................................................... 2.2系统设计............................................................... 2.3逻辑控制............................................................... 2.4硬件设计............................................................... 2.4.1 系统硬件总述....................................................... 2.4.2 AT89C51单片机介绍................................................. 2.4.3 光照检测电路....................................................... 2.4.4 人体信号采集电路................................................... 2.4.5 比较电路........................................................... 2.4.6 延迟时间选择电路................................................... 2.4.7 输出控制电路....................................................... 3 系统软件设计及实现......................................................... 4 结论...................................................................... 5 评价……………………………………………………………………………………………….. 6 组员分工…………………………………………………………………………………………..
智能照明系统设计方案
智能照明系统 1、概述 办公环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。现代办公楼的照明已经成为直接影响办公效率的主要因素之一，因此,越来越引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代智能办公大楼的一个重要内容。据国内外有关资料介绍，办公照明用电量占整幢大楼能耗的约1/3，办公照明的设备费用（包括照明器件和配布线工程费）约占电气工程费用的10%以上，因此选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，不仅能大大简化穿管布线的工作量，而且能有效地节约能源，降低用户运行费用，提高大楼管理水准，具有极大的经济意义和社会效益。在一些欧美发达国家，照明系统的智能化控制已成为智能化大楼不可分割的组成部分，而且应用范围越来越广。 智能照明控制系统的技术，随着现代建筑技术的发展而不断更新以适应各种建筑结构布局，不同灯具的选配，实现多样化的控制模式。由于这是一个开放式的系统，采用标准接口可以方便地与其它系统诸如BA、安保、消防等相互连接完成系统集成功能；同时利用系统配备的监控软件，大楼管理工作人员借助“友好”的用户界面，能极其方便地遥控、监控大楼所有控制设备的工作状态。 2、智能照明系统 长期以来智能照明在国内一直受到忽视，绝大多数建筑物仍然沿用传统照明控制方式。部分智能区域照明和定时开关功能，很难实现调光、场景控制等负责多变的功能，澳洲奇胜的C－BUS正是为了满足这些更高的照明需求而开发出来的新一代智能照明控制系统。就照明管理系统而言，它不仅要控制照明光源的发光时间、亮度来配合不同应用场合做出相应的灯光处理，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更等要求。一个优秀的智能照明系统可以提升照明环境的品质，确保在建筑物里工作和生活群体的舒适和健康。
完整的太阳能照明系统主组成部分
完整太阳能照明系统主要构成部分 全球LED照明灯具生产制造及应用解决方案供应商-斯派克光电与您分享“完整太阳能照明系统主要构成部分” 1、太阳能电池板 太阳能电池板是在有阳光时用来产生电能的，发电功率要根据照明用电的功率和照明时间来计算。如照明灯具的功率是2瓦，要求没有阳光时连续照明时间10小时，再考虑变换电路的变换损失，太阳能电池板的发电功率必须是3瓦左右。 2、蓄电池 蓄电池的作用是把有阳光时太阳能电池发出的电存储起来，供没有阳光时使用。蓄电池的容量要根据太阳能电池板的功率和LED灯的功率以及照明时间来决定。如配合2瓦的LED灯，3瓦的太阳能电池板，没有太阳时要求连续照明时间10小时，可选用12V/2.2AH的蓄电池。 3、太阳能充电控制电路 这部分电路的功能是在阳光充足，光照时间长的时候控制充电程度，电池充满即停止充电，不使蓄电池过充损坏，以保护蓄电池，延长其使用寿命。 4、LED驱动器 这是系统的核心控制电路。它的功能有三个： ①、完成发光二极管的恒流驱动控制，使流过发光管的电流不随蓄电池的电压变化。 ②、具有光控功能，天亮时自动关灯，天黑时自动开灯。 ③、低电压保护。当电池电压下降到10.8伏时输出关闭，以免过放电损坏蓄电池。 5、LED照明灯 发光二极管在小功率时光效比较高，用好的发光二极管做半导体灯，2瓦左右就有很好的亮度，2瓦的半导体灯可以用两只1瓦的大功率发光二极管串联组成，也可以用40个小功率发光管2只串联以后再20串并联组成，用小功率发光二极管串/并联做半导体灯时每一串里要串联一个10Ω的电阻以均衡各串之间的电流。目前用小功率发光管做半导体灯成本比较低。制作半导体灯时，LED驱动器装在灯体内部。 以上是知名照明企业，照明行业的领先者，全球LED照明灯具生产制造及应用解决方案供应商-斯派克光电为您分享的“完整太阳能照明系统主要构成部分” https://www.wendangku.net/doc/6e4015714.html,
太阳能台灯设计
设计：***** 二○***年**月***日
一、设计背景 跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。而能源问题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。主要表现为以下几个方面： (1)能源短缺。常规能源的有限性和分布不均匀，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需求。从长远来看，全球已探明石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，人类迟早要面临化石燃料枯竭的危机局面。 (2)环境污染。燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排入天空，是大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；甚至在局部地区形成酸雨，严重污染水土资源。 (3)温室效应。化石能源的利用不仅造成环境污染，同时会排放大量的温室气体，产生温室效应，引起全球气候变化。 随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻找新能源和再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种大量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿桶石油，可以
说是取之不尽，用之不竭。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源更伟大的改革。 二、太阳能灯简介 太阳能台灯是通过太阳能电池板利用光照,吸收太阳能将其转换为电能,并贮存在蓄电池内.当需要照明时,打开开关,即可用于照明.采用超亮LED作光源,具有节能省电的特点,利用太阳能充电,无需频繁更换电池,适应了清洁、环保的发展趋势。该产品携带方便,操作简单,是现代生活中理想的照明工具 三、太阳能台灯优点 （1）点灯不花钱――太阳能供电 清洁环保超节能，采用高亮度低功耗的高科技散光LED灯作为光源。太阳能发电板或市电作为电源供应。不但移动方便，而且几乎不耗市电。经气象部门不完全统计（这个根据地方不同，也有很大的差异），一般一年晴天占总天数的65％，用户在白天出门时将电池盒取出并放置在阳台上，当傍晚回来再将电池盒插入台灯，供晚上使用。在充裕的太阳下光照一天，台灯可以连续使用3.5个小时以上，完全满足用户使用一个晚上。这样就可以靠太阳能来维持学习台灯的供电电源，且不使用国家电网的电来供电，这样就不存在用户额外支付电费。当没有阳光时，可以使用交流电供电，60颗高效散光LED灯才3.6W，却等同于传统
太阳能光伏发电系统照明系统的设计报告
太阳能光伏发电系统—照明系统的设计 摘要：本文介绍一种基于光伏发电的多电源智能管理系统——太阳能照明系统的设计。这个设计，从根本上对太阳能得到全面的了解，掌握太阳能照明的优势，并阐述了太阳能路灯与普通路灯的本质区别，从中了解到太阳能是一种潜力无限的清洁、高效而且可持续的可再生能源，是全人类节能环保的首选。本文还对太阳能路灯照明的太阳能电池，蓄电池，支架等各方面作了一个详细的分析，比较，再根据光伏发电的原理特性，系统采用了智能化控制器，对智能控制器编程序，使得程序可以满足太阳能LED路灯的自动蓄电，自动照明，自动熄灭等一系列工作过程，使太阳能照明更加智能化。最后，本文还举出例子，对现在正使用的太阳能路灯进行了分析，研究，明确太阳能发展的趋势及前景。 关键字：光伏发电，太阳能，节能环保，智能控制 1 绪论 1.1太阳能照明是发展的趋势 太阳的能源非常巨大，可以说太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。利用太阳能发电的经济性在很多情况下要优于常规的供电方式。太阳能照明本质上是一个光电转换系统，专业领域称为“硅晶片地面光伏组件”。其工作原理是通过硅晶片接收太线后转变为电能，然后储存在蓄电池中，再由光感开关进行控制，当天黑时能够自动点亮，天亮时又自动熄灭。太阳能灯是光电转换技术的一种应用产品，凭借其节能、环保、无需布线、自动控制、随时变换位置等优点，在照明行业中树立起神圣的地位。随着太阳能光伏技术的发展和进步，在民用方面首先应用在照明灯具上。据了解，太阳能的优点已被越来越多的人所接受。作为太阳能应用的系列产品之一，太阳能灯具一直是各方研究和关注的焦点。在已有技术基础上，技术人员与厂商集思广益，在诸多方面取得了突破性进展，为太阳能灯最终走向千家万户打下了坚实基础。专家预测，太阳能照明在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。 1.2太阳能路灯与普通路灯相比较
太阳能LED灯照明原理(精)
太阳能照明原理、组成及控制系统 核心提示：随着全球能源的日益紧张，太阳能光伏照明得到了迅速发展。在太阳能照明灯的设计中涉及多个环节，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的... 随着全球能源的日益紧张，太阳能光伏照明得到了迅速发展。在太阳能照明灯的设计中涉及多个环节，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高。在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断发展完善。 一、太阳能灯的原理及组成 太阳能灯具系统为直流型独立光伏系统，其工作原理如图1所示。太阳能电池组件将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，将电能转变为化学能储存在蓄电池中。当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，或者通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用。只有当长时间无光照以致电池中的电能用完时，这个装置才停止工作。 太阳能楼道灯包括有—个安装在建筑物楼顶的太阳能电池和安装在各个楼层的照明灯，以及统一安放的蓄电池，充放电控制器。蓄电池与各楼层的照明灯通过导线连接。负载采用LED灯具，并配合声光控开关工作。白天，太阳能电池组件在一定强度的太阳光照射下产生电能，通过太阳能充放电控制器存储到蓄电池内；夜晚，蓄电池通过充放电控制器为负载提供电能。通常，太阳能系统在设计时会根据实际情况增大蓄电池的容量，队保证阴雨天的照明。 太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。 1、太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。 2、太阳能控制器
施耐德莫顿智能照明技术方案
智能照明系统 一、概述 现代化建筑对照明的要求越来越高，不仅要求提供舒适、绿色的光照，同时不同的场合需要不同的照明环境。传统的照明控制一般采用开关手动控制，对于上述要求很难实现，而且线路十分复杂，操作非常繁琐。随着用户要求的提高和技术的进步，传统的照明控制由于许多问题无法解决而逐步被智能照明控制取代，这已成为一种趋势。 宁波电力调度大楼是一座现代化办公楼，本次智能照明设计采用施耐德公司的莫顿智能化照明控制系统，对大楼的不同区域、不同使用功能的照明营造有层次、变化的灯光环境、美化办公及生活环境；减少人力工作疏忽，节约能源和人力资源；降低人力工作强度，增强控制的灵活性和可靠性。 二、设计依据 ●招标文件技术要求 ●《民用电气设计规范》JGJ/T16－92 ●《建筑电气安装工程质量检验评定标准》GYJ1253－88 ●《民用建筑照明标准规范》GBJ133－90 ●《智能建筑评估标准》DG/TJ08－602－2001 J10105－2001
三、设计目的 通过智能化照明控制系统，给大楼各功能区域以焕然一新的风格，完成公共区域灯光回路的开关控制，完成整个大楼照明的自动化控制。 智能化照明控制技术是计算机技术、通讯技术、控制技术相结合、相渗透的产物，是现代高新技术的结晶。与以往的照明控制相比，它从人工控制、单机控制过渡到整体性控制，从普通开关过渡到智能化开关，其最突出的特点是能够预置场景的变化，不同的照明回路强度组合形成不同的“场景”，场景可预置并存储在控制器里，调用时只需按一键就能选择场景和通过预设的程序自动变换场景（可按时顺序、时间、事件等），操作十分方便。 可依据需要实现自动时间控制、自动顺序控制、占空（动静）探测控制、事件程序响应控制、分割空间控制等多种方式的自动控制，也可增加自动日照控制、事件程序响应控制、远程电话控制、远程Internet控制等。 采用莫顿智能照明控制系统完成车库区域、公共走廊、电梯厅、卫生间等公共区域的灯光的控制。 系统实现以下设计原则： 可行性和适应性 保证技术上的可行性和系统的可适应性 实用性和经济性 贯彻全面应用，坚持实用、经济的原则 先进性和成熟性 既要采用先进的理念、技术和方法，又要注意结构、设备的相对成熟。不但能反映当今的先进水平，而且具有发展潜力，能够适应未来若干年内的发展。 开放性和标准性 为了满足所选用的技术和设备的协同运行能力、系统投资的长期效应以及系统功能不断发展的需
太阳能光伏照明系统设计毕业论文
毕业论文 论文题目：太阳能光伏照明系统设计 系部：环境与能源工程学院 专业：新能源及其应用技术 班级：13级（4）班 学生：XX 学号：20132XXXXX 指导老师： 2015年9 月24 日
太阳能光伏照明系统设计 摘要 照明作为日常生活中不可缺少的一部分，成为了世界上各国的一项重要的能源消耗，据统计，照明用电占我国总发电量的10%以上。太阳能光伏照明作为一种 新兴的绿色能源，以其无可比拟的优势得到迅速的推广应用。太阳能光伏照明即通过太阳电池为媒介将太能转换为电能，然后将电能转变成化学能储存在蓄电池中,在太线不足时由蓄 电池给灯具供电提供照明。本文阐述了太阳能照明的优势以及发展前景，从中了解到太阳能是一种潜力无限的清洁、高效而且可持续的可再生能源，是全人类节能环保的首选。本文还对太阳能光伏照明的工作原理，运行方式，分类以及对太阳能光伏照明系统的各个组成部件（太阳电池，蓄电池，控制器，逆变器）做了详细的介绍。在太阳能光伏照明应用中举例了太阳能路灯，还是涉及到太阳能路灯的安装设计因注意的事项。
关键词：太阳能，光伏，照明，发电，系统 目录一．绪论
1.1太阳能光伏照明系统的优点 1.2太阳能光伏照明系统的发展前景二．太阳能光伏照明系统的原理及分类 2.1 太阳能光伏照明系统的工作原理 2.2 太阳能光伏照明系统的运行方式 2.3 太阳能光伏照明系统的分类 2.3.1 独立光伏照明系统 2.3.2 并网光伏照明系统 三．太阳能光伏照明系统的基本构成 3.1 太阳能光伏照明系统的特点 3.2 太阳电池组件 3.2.1 太阳电池的分类 3.2.2太阳电池组件的组成 3.2.3 太阳电池的工作原理 3.3蓄电池 3.3.1 铅酸蓄电池的组成 3.3.2 铅酸蓄电池的工作原理 3.4控制器 3.4.1控制器的组成 3.4.2控制器的功能 3.5逆变器
智能照明设计方案
XXX项目智能照明控制系统设计说明
目录 一、前言 (3) 二、智能照明控制系统在宝之谷项目应用的效果 (3) 三、智能照明控制系统在宝之谷各区域应用说明 (4) 四、智能照明控制系统与火灾、安防等系统的集成 (7) 五、智能照明控制系统设计结构及技术特点 (8) 六、智能照明控制系统软、硬件特点 (8)
一、前言 XXX项目位于北京市西北部，十三陵水库以北800米处，距北五环33公里，距S212（昌赤路）1.3公里。西邻北新村，南邻水库北路，东临北京国际高尔夫俱乐部，交通便利。总建筑面积约41502.86平方米。由9栋单体建筑组成，建筑高度4.95米，为企业培训、会议交流提供高品质的场所，并配套休闲、娱乐、餐饮等辅助设施。 本项目公共区域所有照明（包括调光照明、园区夜景照明）纳入智能照明控制系统，宴会厅、多功能厅、报告厅的照明具备场景预设功能,可遥控并在紧急情况下自动切换至紧急照明系统。智能照明控制系统提供开放接口与消防、BA系统的集成。 二、智能照明控制系统在宝之谷项目应用的效果 1.实现照明控制智能化 采用智能照明控制系统后，可使照明系统工作在全自动状态，系统将按预先设置切换若干基本工作状态，根据预设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。例如，上午来临时，系统自动将灯关闭1/2，而且光照度会自动调节到人们视觉最舒适的水平。靠窗的区域，系统智能地利用室外自然光，当天气晴朗，室内灯会自动调暗；天气阴暗，室内灯会自动调亮，始终保持室内设定的亮度（此功能需调光控制）。 当夜幕降临时，系统将自动进入“傍晚”工作状态，自动开启各区域的灯光。 此外，工作人员还可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景。 2.可观的节能效果 智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，HDL智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明。
太阳能光伏发电系统照明系统的设计报告范文
太阳能光伏发电系统照明系统的设计 报告
太阳能光伏发电系统—照明系统的设计 摘要：本文介绍一种基于光伏发电的多电源智能管理系统——太阳能照明系统的设计。这个设计，从根本上对太阳能得到全面的了解，掌握太阳能照明的优势，并阐述了太阳能路灯与普通路灯的本质区别，从中了解到太阳能是一种潜力无限的清洁、高效而且可持续的可再生能源，是全人类节能环保的首选。本文还对太阳能路灯照明的太阳能电池，蓄电池，支架等各方面作了一个详细的分析，比较，再根据光伏发电的原理特性，系统采用了智能化控制器，对智能控制器编程序，使得程序能够满足太阳能LED路灯的自动蓄电，自动照明，自动熄灭等一系列工作过程，使太阳能照明更加智能化。最后，本文还举出例子，对现在正使用的太阳能路灯进行了分析，研究，明确太阳能发展的趋势及前景。 关键字：光伏发电，太阳能，节能环保，智能控制 1 绪论 1.1太阳能照明是发展的趋势 太阳的能源非常巨大，能够说太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。利用太阳能发电的经济性在很多情况下要优于常规的供电方式。太阳能照明本质上是一个光电转换系统，专业领域称为“硅晶片地面光伏组件”。其工作原理是经过硅晶片接收太阳光线后转变为电能，然后储存在蓄电池中，再由光感开关进行控制，当天黑时能够自动点亮，天
亮时又自动熄灭。太阳能灯是光电转换技术的一种应用产品，凭借其节能、环保、无需布线、自动控制、随时变换位置等优点，在照明行业中树立起神圣的地位。随着太阳能光伏技术的发展和进步，在民用方面首先应用在照明灯具上。据了解，太阳能的优点已被越来越多的人所接受。作为太阳能应用的系列产品之一，太阳能灯具一直是各方研究和关注的焦点。在已有技术基础上，技术人员与厂商集思广益，在诸多方面取得了突破性进展，为太阳能灯最终走向千家万户打下了坚实基础。专家预测，太阳能照明在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。 1.2太阳能路灯与普通路灯相比较 1.大阳能路灯的造价其实不高，因其使用寿命长，比普通路灯更划算 2.偷盗难，也不划算，太阳能路灯灯杆一般都在8米高以上，偷盗电线不合算 2 设计思路 太阳能光伏发电系统的基本原理相同，因而太阳能路灯的设计思路也可依据一般的太阳能发电系统，先确定太阳电池组件的功率，然后计算蓄电池的容量。但太阳能路灯又有其特殊性，需要确保系统工作的稳定与可靠，因此在设计时需要特别注意。 太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充分就能够就地安装
太阳能家用照明系统控的设计doc
太阳能家用照明系统控的设计 【目录】： ?摘要8-9 ? 1 绪论10-15 ? 1.1.1 课题研究的背景和意义 ? 1.2 太阳能光伏发电利用的现状11-13 ? 1.2.1 国外太阳能光伏发电利用状况11-12 ? 1.2.2 国内太阳能光伏发电利用状况12-13 ? 1.3 太阳能家用照明系统的发展趋势13 ? 2 太阳能家用照明系统组件分析15-31 ? 2.1 太阳能家用照明系统主控制电路15-16 ? 2.2 光伏电池16-18 ? 2.2.1 光伏电池基本知识16-17 ? 2.2.1.1 光伏电池的工作原理及特点16 ? 2.3.2 铅酸蓄电池充放电原理18-19 ? 2.4 DC/DC 控制电路20-26 ? 2.5 电路工作电源29-31 ? 3 太阳能家用照明系统控制器硬件参数设计31-37 ?太阳能家用照明系统控制器软件设计37-44 ? 5 结果与讨论44-45 ?参考文献45-47 ?附录1：太阳能家用照明系统控制器总电路原理图47-48 ?附录2：太阳能家用照明系统控制器电路PCB 图48 ?附录3：我国全年太阳能总辐射图48-49 ?致谢53 【摘要】：太阳能家用照明系统由光伏电池组件、蓄电池、控制器和照明负载等主要器件组成。光伏电池组件将接收到太阳光能转变电能储存在蓄电池之中,控制器将根据用户的需要控制蓄电池向照明负载供电或断电,因此,控制器在太阳能家用照明系统有至关重要的作用。本课题设计了一种以STC12C5410AD核心的太阳能家用照明系统控制器。SG3525电路产生10KHz的PWM信号去驱动Buck 电路,Buck电路将输入直流电变换成稳定的36V直流输出,STC12C5410AD通过数据处理实现对对蓄电池的充电管理,并产生两路方波控制逆变电路实现DC/AC逆变,将36V转换成220V交流电输出。其稳压功能是这样实现的:220V交流电通过变压、整流、滤波后作为电路的反馈电压与SG3525内部提供的给定基准电压进行比较,产生差值信号△Uk送SG3525进行处理,如果△Uk=0,说明此时输出电压满足稳压要求,不需调整Buck电路;如果△Uk0,则说明要输出电压偏高,此时,SG 3525将根据Buck电路V o = TTonVi=DVi的特点,通过反馈电压值降低PWM输出的脉冲宽度,以减少开关管的占空比D,从而降低Buck电路输出,直至与设定值相等;相反,则要增大开关管的占空比,使之稳定。 STC12C5410AD通过对蓄电池端电压进行采样值来确定蓄电池的工作状态,正常工作时绿灯亮;检测到欠压时,红灯亮,报警器工作;检测到过压时,黄灯亮,报警器工作。为防止功率管被烧坏,三路PWM信号都有相应的驱动保护电路。本控制器还设计了欠压保护功能。当ST C12C5410AD检测到电路欠压故障时,发出一个低电平信号触发光耦TLP521,使其
智能照明系统设计方案书
5.2 分部设计 (7) 5.2.1 中控中心 .............................................................. 7 5.2.2 通信网络 .............................................................. 8 5.2.3 LED 照明设备 (8) 5.2.3.3 LED 球泡灯 ............................... 错 误 !.未 定义书签。 5.2.3.4 LED T5 灯管 .............................. 错...误 !.未 定义书签。 5.2.3.5 LED 感应灯 .......................................................... 9 5.2.4 智能控制系统 5.3.5 时序控制 ................................................. 2..1. 5.3.6 系列化产品且安装简便 ..................................... 2..1.. 5.3.7 广泛的控制能力 ........................................... 2..1. 5.3.9 掉电保护（电路发生故障时的照明方式选择）目 录 第1章 概述 ..................... ....... 3 第2章 背景及意义 ............................ ..... 4 第3章 标准规范 ............................ ..... 5 第4章 需求分析 ............................ ................. 错...误 !未定义书 签。 第5章 解决方案 ............................ (6) 5.1 总体规划设计 .................................................................................................................... 6 5.3.8 可靠性 ................................................................................................... 2..1 ................ 5.2.3.1 LED 日光灯 .......................................................... 错 .. 误 !.未 定义书签 5.2.3.2 LED 筒灯 ................................. 错...误 !..未...定.. 义书签 .1..1. 5.2.4.1 硬件部分 ............................................................... 错 ... 误 !.未 定. 义书签 5.2.4.2 软件部分 1..9.. 5.3 系统特点 ...................................................................................................... 2..0 ............... 5.3.1 分布式控制 .......................................................................................... 2...0 .............. 5.3.2 网络监听器 .......................................................................................... 2...0 .............. 5.3.3 场景控制 ............................................................................................... 2..1 ............... 5.3.4 远程控制 ............................................................................................... 2..1 ............... ................................... 2..2
LED光伏太阳能照明系统设计__毕业设计
辽宁工业大学 毕业设计(论文) 题目： LED光伏太阳能照明系统设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：电气091 学号： 学生姓名： 指导教师： 2013年 6月18日
摘要 本文设计了一种具有时控和光控相结合的太阳能路灯控制器，利用单片机STC89C51和时钟芯片DS1302控制路灯照明时间，利用低功耗的数据存储器24C02存储路灯点亮和熄灭时间，利用光敏电阻实现光电控制。傍晚光线暗时控制器自动接通路灯电源，深夜行人少时根据设置的时间熄灭路灯，早上再自动接通电源点亮路灯、天亮后自动关断。文中详细分析了控制器的电路组成和工作原理，简述了控制器的调试过程。 太阳能路灯系统的控制器是整个路灯系统中充当管理者的关键部件，它的最大功能是对蓄电池进行全面的管理，防过充电控制，防过放电控制。过充控制，就是在蓄电池处于过充状态时断开充电电路，过放控制电路就是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。过充、过放控制都是为了保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。 太阳能路灯由太阳能电池、蓄电池、高亮度LED, 控制器等部件组成，减少噪声污染：太阳能路灯运动部件很少，基本没有噪声。 关键词：太阳能电池；LED；铅酸蓄电池；时控、光控电路；充放电控制器
Abstract This paper designed a solar street lamp controller with time control and light control combination, controling street lamp lighting time by using STC89C51 MCU and clock chip DS1302 ,using low power data storage to storage the time of lighting lamps and extinguished lamps,achieving photoelectric control by Photoresistor .In the evening when the light is dim street lamp controller automatically switch on the power, when the late night pedestrian less according to set time extinguished lamp, morning auto power on light, dawn after the automatic shutdown. The circuit and operational principle is detailed analysed in the paper and resume the debugging process of the controller. Controller of solar street lighting system is a key component of the street lamp management system , it's biggest function is to manage the storage battery, prevent charging control, prevent excessive discharge control. Charge control, is in the battery is charging state is disconnected from the charging circuit, a control circuit is to disconnect discharging circuit when the storage battery is in the overdischarge state , prolong the service life of the battery. Solar street lamp is composed of a solar battery, battery, high brightness LED, and other components, reducing noise pollution: solar street lamp has few moving parts, no noise. Key words: solar battery; LED; lead-acid batteries; when the control; light control circuit; charge-discharge controller
智能照明设计方案..-共15页
智能照明方案设计 一、概述 办公环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。现代办公楼的照明已经成为直接影响办公效率的主要因素之一，因此,越来越引起人们的高度重视。做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代智能办公大楼的一个重要内容。据国内外有关资料介绍，办公照明用电量占整幢大楼能耗的约1/3，办公照明的设备费用（包括照明器件和配布线工程费）约占电气工程费用的10%以上，因此选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，不仅能大大简化穿管布线的工作量，而且能有效地节约能源，降低用户运行费用，提高大楼管理水准，具有极大的经济意义和社会效益。在一些欧美发达国家，照明系统的智能化控制已成为智能化大楼不可分割的组成部分，而且应用范围越来越广。 智能照明控制系统的技术，随着现代建筑技术的发展而不断更新以适应各种建筑结构布局，不同灯具的选配，实现多样化的控制模式。由于这是一个开放式的系统，采用标准接口可以方便地与其它系统诸如BA、安保、消防等相互连接完成系统集成功能。例如在上下班时间段，将所有的出入口照明全部打开，在平时打开部分照明，深夜打开深夜模式。室外景观照明根据时间自动运行：根据泛光要求，对灯光控制系统进行了设计，日常模式通过控制室的管理，配合各区域的控制面板实现智能人性化管理。 二、设计方案 2.1 设计依据 本方案的设计依据为： 业主提供的相关装修照明设计说明； YOCMOON产品相关技术要求； 国家照明电器相关技术标准 2.2. 设计范围 按照图纸的描述，我司要设计的范围为：
负一楼 一二楼裙楼及核心筒 三至18楼三个楼梯间及核心筒 室外景观照明(暂按1个配电箱、8个回路考虑) 2.3 配置具体说明 分布式智能控制系统，通常可以由三部分组成，一、模块部分（包括调光器、开关控制器）二、现场控制部分（包括控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、时钟管理器）三、监控，调试部分（包括调试软件和PC监控机）等部件组成，将上述各种具备独立功能的模块用一根五类四对数据通讯线手牵手联接起来组成一个控制网络，其典型系统如图1所示： 根据业主提供的初步技术要求，系统的拟配备情况如下： ①负一层 负一层照明分布在11个配电箱内， 设计配置YCM-ZM-J4-C，4回路，10A/回路智能照明开关控制器6台YCM-ZM-J8-C，8回路，10A/回路智能照明开关控制器2台 YCM-ZM-J10-C，10回路，10A/回路智能照明开关控制器3台 YCM-ZM-MB2-C，2键， 2 键智能开关面板15块共计70个回路。 负一层照明可设置手动模式，定时模式。可以通过监控中心控制开关，也可通过现场开关面板实现开关。 ②景观照明 景观照明分布在1个配电箱内，