浅议风光互补LED路灯照明系统

摘 要：本文介绍了风光互补及风光互补的技术原理、技术结构及技术优势和风光互补系统的组成、风光互补路灯的优势；以及介绍了风光互补控制器，风光互补控制器的特点，风光互补控制器的工作原理。

关键词：风光互补；工作原理；技术结构

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01

一、风光互补的概念及技术原理

风光互补是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能单晶硅电池板、风力发电机将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。

二、风光互补的技术构成

（一）发电部分：由1台风力发电机和太阳能电池板组成，完成风-电；光-电的转换，作。

（二）蓄电部分：由多节蓄电池组成，完成系统的全部电能储备任务。

（三）风光互补控制器：集光控亮灯，时控关灯，自动功率跟踪，自动泄荷，过充过放保护功能于一体，对负载进行全方面的控制。

（4）负载部分：本项目由于未使用逆变器，所以直接使用直流LED照明灯作为负载。

三、风光互补控制器

（一）风光互补控制器的概述。风光互补控制器是专门为风能、太阳能发电系统设计的；集风能控制、太阳能于一体的智能型控制器。充分利用风能和光能资源发电，可减少采用单一能源可能造成的电力供应不足或不平衡的情况。设备不仅能够高效率地转化风力发电机和太阳能电池板所发出的电能对蓄电池进行充电，而且还提供了强大的控制功能。集光控亮灯，时控关灯，自动功率跟踪，自动泄荷，过充过放保护功能于一身，性能稳定可靠。

（二）风光互补控制器的特点及功能

1.风光互补控制器的主要功能

（1）白天对太阳能电池板的电压和电流进行检测太阳能电池板最大输出功率点，使太阳能电池板以最大输出功率给蓄电池充电，并控制太阳能电池对蓄电池进行充电的方式；（2）控制光电互补自动转换，晚上控制蓄电池放电，驱动LED负载照明；（3）对蓄电池实行过放电保护、过充电保护、短路保护、反接保护和极性保护；（4）控制LED灯的开关，通过对外环境监测，可以控制LED灯开灯、关灯时间。

（三）风光互补路灯控制器的结构图

（四）风光互补控制器的工作原理。在风光互补LED照明系统中，控制器主要包括风电控制单元、光电控制单元和蓄电池充放电控制单元三部分。控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化、蓄电池的充电状况来控制风力发电机组、太阳能电池阵列的运行方式和开断情况，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节，一方面把调整后的电能直接送往直流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，从而保证负载的正常供电以及系统各个部分的安全运行和整个系统工作的连续性和稳定性。

控制器是由一些电子元器件组成，如电阻、电容、半导体器件、继电器等组成。简单地说，控制器就是一个“开关”。对于风力发电部分，当风力发电机发出的交流电经整流后，如蓄电池电压低于系统设定的电压时，控制器使充电电路接通，风力发电机向蓄电池充电，当蓄电池电匪上升达到保护电压时，充电控制开关电路截止，风力发电机停止向蓄电池充电，以免蓄电池过充电。但是，根据蓄电池的充电特性，这时，蓄电池电压会慢慢下降，为防止蓄电池充电不足，当其电压下降到一定值时，充电控制开关导通，对蓄电池进行自动补充充电，该状态一直保持到下一次充电保护为止。

控制电路是指控制主电路的控制回路，通常包括检测电路、驱动电路和保护电路等。本项目的设计是选择PIC16F877A单片机作为控制芯片，由于其计算速度等性能比普通单片机高，且价格比高级信号处理器（DSP）低，所以得到广泛应用。PIC16F877A具有以下功能和特点：

（1）属于精简指令集（RISC）的计算机结构，只有35个汇编语言指令，且每一条指令都固定为14位长；（2）采用哈佛总线结构，它的程序存储器、数据存储器以及堆栈可以灵活设计；（3）工作频率范围为DC～20MHz，具有上电复位和掉电锁定复位两种重置功能；（4）3个定时器（Timer），除了具有最基本的定时器功能外，还有捕捉、比较、产生PWM信号等功能；（5）12个外部中断源，共享一个中断向量（位于程序存储器的004H处）；（6）RS232串行通信接口；（7）8个8位模拟数字转换器（A/D）；（8）采用Flash程序存储器芯片，产品可以多次编程，可以随意擦写芯片程序；（9）I/O端口驱动负载能力较强，输出引脚可以驱动20～50mA的负载。

此外，PIC16F877A单片机还有外接电路简洁、驱动能力强、寻址空间设计简洁、代码压风光互补控制器需要对太阳能电池板输出电压、风力发电机整流输出电压、蓄电池端电压、光伏充电电流和风力发电充电电流等进行实时检测，才能实现控制功能。

风光互补路灯控制器利用太阳能电池的光生伏特效应原理，白天太阳电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存在蓄电池里，当夜幕降临或光电板周围光照较低时，蓄电池通过控制器向光源供电，通过设定一定的时间后切断。

四、结束语

本论文着重讲述了介绍了风光互补LED灯照明系统，该系统是利用太阳能单晶硅电池、风力发电机将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。本设计为相应的系统设计提供了思路。

参考文献：

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[4]崔雪，贾廷纲.一种小型独立风光互补照明装置[J].上海电机学院学报，2010，02.

[作者简介]董玉龙（1992.10.24-），男，安徽人，上海电机学院本科在读，研究方向：港口自动化。