近年來，人們對能源和環(huán)境問題的日益關注，而太陽能這種極具代表性的清潔能源越來越受人們重視。如果我們合理地利用太陽能，那么我們將有充足的能源可以利用，太陽能算得上是地球上最直接最普遍、最清潔的能源。隨著太陽能光伏技術(shù)的進一步發(fā)展和進步，太陽能發(fā)電在路燈照明領域得到了良好的發(fā)展空間。從而形成一種高效節(jié)能的新型路燈系統(tǒng)，這種路燈系統(tǒng)具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保、安裝簡單、維護方便等多種優(yōu)點，是一種具有很大價值的新技術(shù)。
1LED光伏路燈控制系統(tǒng)光伏LED光伏路燈照明系統(tǒng)是利用太陽能電池的光伏效應，白夭將光能轉(zhuǎn)換成電能儲存在蓄電池中，晚上蓄電池將電能釋放，供給LED路燈，用于夜間照明。光伏LED路燈照明系統(tǒng)原理框圖如所示。
太陽16電池大功率LED路燈酬智雄充電蓄電ft PWM恒流板動控M系統(tǒng)LED光伏路燈照明基本框。1太陽能電池太陽能電池是整個系統(tǒng)的動力來源，首先，在白天有陽光時，它利用光能發(fā)生光伏效應，產(chǎn)生電能，并將電能存儲在蓄電池中，夜間把白天存儲的電能釋放出來，為LED路燈提供電能。
MCU控制系統(tǒng)它是整個系統(tǒng)中的控制中心，給蓄電池提供最適合的充電電壓和充電電流，可以實現(xiàn)快捷、安全穩(wěn)、穩(wěn)定、高效的充電，在對電池的影響方面，它能夠在充電過程中減少損耗，最大程度上延長蓄電池的使用壽命，同時還可以防止蓄電池出現(xiàn)過充電和過放電現(xiàn)象。
由于太陽光照不穗定，其輸出的電壓也不穩(wěn)定，所以要用DC/DC轉(zhuǎn)換模塊把不穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，并通過調(diào)整PWM的占空比來實現(xiàn)對蓄電池智能充電。
1.4蓄電池儲存由太陽能電池板轉(zhuǎn)換的直流電能，在需要的時候給用電器供電。
LED驅(qū)動電路當蓄電池電壓變化時依然輸出恒定不變的電流提供給LED路燈，從而保證LED的亮度基本不變。
1.6大功率LED路燈作為太陽能路燈系統(tǒng)的負栽消耗電能，理想的燈不僅要高效照明，而且要盡可能地降低功率損耗。
2LED光伏路燈的主要問題LED光伏路燈系統(tǒng)主要由太陽能電池、控制器、鉛酸蓄電池和LED燈組成。光伏電池在利用半導體將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的時候，是以直流電的方式儲存電能的。LED路燈所需要的電能供應方式也是需要以直流電的形式供應，在電能的利用過程中，互相配合度較高，減少了交直流電轉(zhuǎn)換的過程，使應用起來更加方便直接。在白天，光伏電池吸收太陽能發(fā)生光伏效應，產(chǎn)生電能，然后儲存電能，在晚上，LED路燈將電能轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)出亮光。在整個系統(tǒng)中，太陽能電池的成本是最高的，在達到相同效果的條件下，就要在設計時盡可能少的應用太陽能電池，這樣不僅可以發(fā)揮太陽能電池所具有的最大效率，更能節(jié)省開支和成本。還有一點，太陽能的輸出電流是隨著溫度和光照而變化的，所以我們要確保讓太陽能電池在同一光照和溫度條件下工作，才能讓大陽能電池的輸出功率達到最大，最后在實際使用過程中還要注意太陽能電池的過充和過放只有這樣才能保障其最佳效果。
3最大功率點跟蹤原理和實現(xiàn)方法3.1最大功率跟蹤點的原理太陽能電池的輸出特性曲線如。
太陽能電池的輸出曲線從太陽能電池的輸出特性曲線上，我們可以知道每條特性曲線上都有一個最大功率點，最大功率點隨著光照強度的增加而增加，但是隨著溫度的上升卻減少。如果太陽能電池直接為蓄電池充電，由于其輸出的電壓恒定不變，不能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率點的跟蹤。要實現(xiàn)最大功率點的跟蹤，就是要在太陽能電池和蓄電池之間植人一個直流變換器，把直流變換器和蓄電池看作太陽能電池的負載，通過調(diào)節(jié)直流變換器，使負栽和太陽能電池內(nèi)阻相匹配，從而使負栽上獲得最大功率。隨著科技的發(fā)展，直流變換器的效率可以通過電子技術(shù)做得很高，所以太陽能電池的功率大部分能夠給蓄電池充電。直流變換器輸出電壓可以看作等于蓄電池的電壓，是不變的，調(diào)節(jié)占空比改變其輸入電壓即光伏電池的輸出電壓。
3.2最大功率點跟蹤的控制方法就目前的理論來說，常用的最大功率跟蹤方式主要有如下幾種：模糊邏輯控制法、增量電導法、滯環(huán)比較法、恒電壓控制法、最優(yōu)梯度法、擾動觀察法等�？偟膩碚f，這些方法都是以太陽能電池的輸出曲線圖為依據(jù)，通過光照強度的變化和溫度的變化來找到其最大功率點，然后由相應的電路來實現(xiàn)。這些方法既有優(yōu)點，也有缺點。其中恒電壓控制法具有電路簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，實際中應用得相對較多。考慮到本系統(tǒng)的功率并不是很大，所以采用恒電壓控制的方法。從特性曲線上可以看出，當溫度一定時，在不同光照強度下，最大功率點光伏電池的輸出電壓近乎是不變的，因此，只要我們使光伏電池的輸出電壓為某一定值，就可以跟蹤最大功率點。這就是恒電壓控制法的原理。但是，其不足在于沒有考慮到溫度變化的影響。針對這個問題，我們可做以下改進：加入溫度補償系統(tǒng)，從而使不同溫度對應不同最大功率點電壓，或者按-3~-5mV/"C，這樣就能夠解決該問題。
3.3實現(xiàn)最大功率點跟蹤具體電路一般來講，要實現(xiàn)最大功率點跟蹤，用的電路比較多的是Buck電路和Boost電路。Buck電路的輸入電流是斷斷續(xù)續(xù)的，如果把這種電流加在光伏電池上，那么光伏電池的輸出電流也會是斷續(xù)的，光伏電池就不能一直處于最好的工作的狀態(tài)。要解決這個問題，我們要引入儲能電容，做法就是給Buck電路與光伏電池之間插入儲能電容。然而加入儲能電容以后，雖然前面的問題得到了解決，電路可靠性和體積等外部因子都會受到一定程度的影響。與Buck電路相比，Boost電路的輸入電流是連續(xù)的，只要在Boost電路中的升壓電感足夠大，就可以保證光伏電池輸出的電流基本上沒有波動，相比之下，Boost電路在實現(xiàn)最大功率點跟蹤時有明顯的優(yōu)點，如所示。
1光伏電池r蓄電他boost電路用于實現(xiàn)MPPT的結(jié)構(gòu)BiBoost-Buck在系統(tǒng)中的應用從整個系統(tǒng)看，蓄電池的能量需要雙向傳遞。然而，光伏電池不能給蓄電池直接充電，要給蓄電池充電，需要有一個直流變換器，而在恒流驅(qū)動LED燈時，蓄電池也需要一個直流變換器。這兩個直流變換器共用在一個主電路中，并且控制電路是做在一起的，這樣就構(gòu)成了一個雙向直流變換器。這種雙向直流變換器的作用是能量的雙向傳遞，是典型的一機兩用設備。它可以減少電路元件的數(shù)量，使控制更加集中，電路的體積更小。許多的單向直流變換器都能夠通過將其中的無源開關反并一個有源的開關，并將原來的有源開關反并上一個無源開關成為雙向DC/DC變換器。上述Boost變換器通過上述變換構(gòu)成BiBoost-Buck雙向直流變換器，如所示。
由于蓄電池的充電過程和放電過程不會在同時進行，所以任一時間內(nèi)，能量都是單向傳遞的。當光伏電池對蓄電池充電時，即能量從左往右傳遞，由LiSD，和C，工作，其運行電路相當于是Boost電路；當蓄電池給LED燈供電時，即能量是從右往左傳遞的，由S2，L，C2D1工作，其運行電路相當于Buck電路。合適地選擇電感L，就可以使電路處于Boost電路工作狀態(tài)，讓電路輸入電流基本上沒有波動；電路處于Buck電路工作狀態(tài)時，LED燈的恒流驅(qū)動比較容易于實現(xiàn)。同時，電容02可選用較小的電容值。
5系統(tǒng)的設計在光伏路燈中，控制器包括雙向的直流變換器，還有帶MPPT的充電控制器以及放電與LED驅(qū)動控制�？刂撇糠种饕ǚ烹娕cLED驅(qū)動和帶MPPT的充電控制器這兩部分，它們是系統(tǒng)設計的核心。當光伏電池對蓄電池充電，蓄電池放電時，由雙向直流變換器來驅(qū)動LED燈。中開關K，和K2是不允許同時開通的。在光線較好而且蓄電池不過充電時，K，開通；在光線較差時并且蓄電池不過放電時K2閉合，系統(tǒng)框圖如。
系統(tǒng)框圖系統(tǒng)選用的光伏電池最佳工作的電壓為20.4V，額定功率為100W，蓄電池容量為100Ah/24V，LED燈功率為60W.設計每天照明約6~8h.系統(tǒng)采用微軟公司的16位單片機。表1是在無最大功率點跟蹤控制和有最大功率點跟蹤控制時所測得的數(shù)據(jù)。從表1中可得出，當系統(tǒng)加入MPPT控制后，光伏電池的輸出功率可以提高13%左右。
表1實滴數(shù)據(jù)光照強度電池度有MPPT控制時充電電流無MPPT控制時充電電流6結(jié)束語在本文所設計的LED光伏路燈系統(tǒng)中，所采用的光伏電路是恒電壓控制的Boost電路，這種的系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對最大功率點的跟蹤，構(gòu)成BiBoost-Buck變換器，而且實現(xiàn)了對LED燈的恒流驅(qū)動。由上述研究分析可以看出，采用LED光伏路燈系統(tǒng)具有很大的可行性，且其具有簡單易性的安裝方法，系統(tǒng)具有電路簡單，實現(xiàn)同樣照明效果成本低，電路體積小，實用高效等優(yōu)點，在當前能源危機的背景下具有推廣價值。
