太陽能是一種清潔的綠色能源，半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）也是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的固態(tài)電光源。將LED技術(shù)和太陽能技術(shù)相結(jié)合在一起，開發(fā)太陽能半導(dǎo)體照明，是最佳的節(jié)能、環(huán)保組合，是新一代能源和新一代光源的完美結(jié)合。研究開發(fā)利用太陽能LED照明技術(shù)將是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略決策，意義重大。 <h%O?mkC
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本文的研究對(duì)象是太陽能LED照明控制系統(tǒng)控制器中的處理器。系統(tǒng)通過控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)的管理、蓄電池剩余容量的管理、蓄電池充電、放電控制、太陽能電池電源及市電電源的切換控制以及LED負(fù)載半功率控制等主要功能。而控制器是主要依靠處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)上述功能的。 MYJg8 '[j
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系統(tǒng)構(gòu)成：太陽能LED照明控制系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、系統(tǒng)控制器、LED照明負(fù)載和市電電源5部分組成，系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。系統(tǒng)正常工作時(shí)，由蓄電池向LED負(fù)載供電，在蓄電池電壓不足時(shí)，由市電（備用電源）直接向LED負(fù)載供電，避免了蓄電池電壓不足時(shí)LED負(fù)載不亮的情況。有了市電作為備用電源，在設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)降低蓄電池的容量，降低成本。同時(shí)避免了由于利用太陽能而導(dǎo)致的市電資源的浪費(fèi)，達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求。 ];'v8)Y
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系統(tǒng)工作時(shí)通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，但是由于太陽能電池的輸出受溫度和太陽輻射強(qiáng)度影響很大，輸出功率不穩(wěn)定，因而在太陽輻射強(qiáng)度足夠大的時(shí)（白天）需要利用蓄電池將轉(zhuǎn)化的電能儲(chǔ)存起來，以便在需要照明時(shí)（晚上）向半導(dǎo)體照明負(fù)載供電。在太陽能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)中，控制器是其核心部分，系統(tǒng)工作時(shí)通過控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的控制和對(duì)蓄電池充放電過程的管理，以使系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下均能穩(wěn)定可靠地工作。 B`*ZsS=R-
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系統(tǒng)各個(gè)組成部分的主要功能如下： ]8q3>
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1.太陽能電池。由許多太陽能電池組件串、并聯(lián)而成，其合成的容量可以是數(shù)百峰瓦（Wp），也可達(dá)數(shù)個(gè)兆峰瓦（Wp）甚至更大，組件可由單晶硅、多晶硅、非晶硅或其他類型的太陽能電池組成。一般來說，光伏陣列由于多為半導(dǎo)體器件構(gòu)成，其伏安特性具有強(qiáng)烈的非線性。 eP*lI< NQ1
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2.蓄電池組。蓄電池也稱電瓶，是太陽能LED照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。一般是由一定數(shù)量的鉛酸蓄電池經(jīng)由串、并聯(lián)組合而成，其容量的選擇應(yīng)與太陽能電池陣列的容量相匹配。它的主要作用是在白天儲(chǔ)存太陽能陣列所產(chǎn)生的電能，晚上把儲(chǔ)存的能量釋放出來，供負(fù)載照明使用。它的最佳充電電流和放電電流，一般按10h充、放電率計(jì)算。 G9g1hie@%
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由于蓄電池對(duì)電壓的波動(dòng)具有/緩沖0作用，還可使得負(fù)載系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。雖然鉛酸蓄電池具有容量大、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但若使用不當(dāng)，很容易加速蓄電池的老化，使蓄電池的壽命急劇縮短，造成系統(tǒng)運(yùn)行成本的增加，充、放電電流過大都會(huì)對(duì)電瓶的壽命有一定的影響。因此對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行合理規(guī)劃和控制是光伏充電系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)。 ~\{^%~[48
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3.控制器。控制器的作用是對(duì)太陽能電池、蓄電池電壓、市電電源和LED負(fù)載進(jìn)行總體監(jiān)控。為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。需要時(shí)完成太陽能電池和市電2個(gè)電源之間的轉(zhuǎn)換，保證LED負(fù)載穩(wěn)定可靠的工作。 06$!R/K
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以處理器為核心的控制器結(jié)構(gòu)可以給系統(tǒng)帶來極大的可配置型，增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。 'smWLz}
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4.LED照明光源。半導(dǎo)體LED照明光源是系統(tǒng)的重要組成部分。LED應(yīng)保證亮度高，亮度輻射范圍大且均勻，所使用的白光LED數(shù)量少。控制器中的負(fù)載控制策略和LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)直接決定了系統(tǒng)的照明效果。因此，需要根據(jù)LED響應(yīng)速度快和低壓直流驅(qū)動(dòng)等特性，選擇合適的驅(qū)動(dòng)方案及控制策略，實(shí)現(xiàn)與蓄電池電壓的匹配，以充分發(fā)揮LED照明的優(yōu)點(diǎn)。 pw7[y^[Qg
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5.市電電源。在出現(xiàn)陰雨天時(shí)，蓄電池不能及時(shí)充電，出現(xiàn)蓄電池電壓不足，不能正常向負(fù)載供電時(shí)，由開關(guān)電源將220V交流市電變換成低壓直流電，供LED負(fù)載使用。控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為市電電源提供了一個(gè)低壓直流電輸入接口。
