Diagrama esquemático del sistema de alumbrado público solar.
1. Paneles solares
Los paneles solares son la parte central de las farolas solares y la parte más valiosa de las farolas solares. Su función es convertir la capacidad de radiación del sol en energía eléctrica o enviarla a la batería para su almacenamiento. Las células solares utilizan principalmente silicio monocristalino como material. El silicio monocristalino se utiliza para crear uniones P-N similares a diodos. Su principio de funcionamiento es similar al de un diodo. Es sólo que en un diodo, es el campo eléctrico externo el que promueve el movimiento de los huecos y electrones en la unión P-N, mientras que en las células solares son los fotones solares y el calor de la radiación luminosa los que promueven y afectan el movimiento de los huecos y electrones en la unión P-N. Unión P-N. Esto también se conoce comúnmente como principio del efecto fotovoltaico. En términos de eficiencia de conversión fotovoltaica actual, la eficiencia de las células fotovoltaicas es de aproximadamente 13% -15% para el silicio monocristalino y 11% -13% para el silicio policristalino. Las últimas tecnologías también incluyen células fotovoltaicas de película fina.
2. Controlador solar
El eslabón más importante en un sistema de iluminación solar es el controlador, cuyo rendimiento afecta directamente a la vida del sistema, especialmente a la vida de la batería. El controlador utiliza un microcontrolador de grado industrial como controlador principal. Al medir la temperatura ambiente, detectar y juzgar parámetros como el voltaje y la corriente de los componentes de la batería y la célula solar, controla la apertura y el cierre de los dispositivos MOSFET para lograr diversas funciones de control y protección. . El controlador de iluminación solar inteligente Huangming puede proporcionar una protección integral para la batería, de modo que pueda funcionar de manera más confiable durante mucho tiempo.
Principio, composición y sistema de control de la iluminación solar 21 de enero de 2010 Autor: Hu Xingjun Hu Xingjun Fuente: "China Electric Power Expo" No. 106 China Electric Power Expo No. 106 Editor: Li Yuanfang
3. Batería
Dado que la energía de entrada del sistema de generación de energía solar fotovoltaica es extremadamente inestable, generalmente requiere un sistema de batería para funcionar. Las baterías generalmente incluyen baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio y baterías de níquel-hidruro metálico. La selección de la capacidad de la batería generalmente debe seguir los siguientes principios: primero, bajo la premisa de satisfacer las necesidades de iluminación nocturna, cuanta más energía pueda almacenar el módulo de células solares durante el día, mejor debe poder almacenar. para almacenar energía eléctrica que cubra las necesidades de iluminación nocturna en días de lluvia continua. La capacidad de la batería es demasiado pequeña para satisfacer las necesidades de iluminación nocturna. Por un lado, la batería siempre está en un estado de pérdida de energía, lo que afecta la vida útil de la batería y provoca desperdicio. La batería debe coincidir con la celda solar y la carga eléctrica (alumbrado público). Se puede utilizar un método simple para determinar la relación entre ellos. La potencia de la célula solar debe ser más de 4 veces la potencia de carga para que el sistema funcione correctamente. El voltaje de la celda solar debe exceder el voltaje de funcionamiento de la batería en un 20-30% para garantizar el suministro negativo normal de la batería. La capacidad de la batería debe ser al menos 6 veces mayor que el consumo de energía diario de la carga.
4. Fuente de luz
El tipo de fuente de luz que se utiliza para las farolas solares es un indicador importante de si las lámparas solares se pueden utilizar normalmente. Generalmente, las lámparas solares utilizan baja potencia. lámparas de bajo voltaje, lámparas de sodio de baja presión, lámparas sin electrodos y fuentes de luz LED.
La fuente de luz LED tiene una larga vida útil, hasta 1 millón de horas, bajo voltaje de funcionamiento, no requiere inversor y alta eficiencia lumínica, producida nacionalmente 50Lm/w, importada 80Lm/w. El autor cree que el LED como fuente de luz en las farolas solares será una tendencia.
En la actualidad, la mayoría de las lámparas de césped utilizan LED como fuente de luz, utilizando principalmente la energía de las células solares para funcionar. Cuando la luz del sol incide sobre las células solares durante el día, la energía luminosa se convierte en energía eléctrica y se almacena en la batería. Por la noche, la batería proporciona energía eléctrica al LED (diodo emisor de luz) de la lámpara para césped. El LED ahorra energía, es seguro, tiene una larga vida útil y un bajo voltaje de funcionamiento, lo que lo hace muy adecuado para su uso en luces solares para césped. En particular, la tecnología LED ha logrado avances clave, sus características han mejorado considerablemente en los últimos cinco años y su rentabilidad también ha mejorado considerablemente.
5. Postes de luz y portalámparas
La altura del poste de luz debe determinarse de acuerdo con el ancho de la vía, el espaciado de las lámparas y el estándar de iluminación del camino. Según la información que hemos recopilado sobre muchas lámparas solares extranjeras, la mayoría de las carcasas de las lámparas ahorran energía en términos de apariencia y ahorro de energía. La apariencia de las lámparas no es alta y solo debe ser relativamente práctica.
2. Sistema de control de iluminación de alumbrado público solar
1. Estructura del sistema
El sistema de monitoreo por microcomputador de alumbrado público solar consta de un circuito de control principal de microcomputador y paneles solares. y carga y descarga de baterías. Está compuesto por aparatos eléctricos, paquetes de baterías, controladores de fuentes de luz LED y lámparas LED. La estructura del sistema se muestra en la Figura 1:
(1) Línea de control principal del microordenador
La línea de control principal del microordenador es el núcleo de control de todo el sistema y controla el funcionamiento normal del Todo el sistema de alumbrado público solar. El circuito de control principal del microordenador tiene una función de medición mediante la detección y evaluación del voltaje del panel solar, el voltaje de la batería y otros parámetros, controla la apertura o cierre del circuito correspondiente para realizar diversas funciones de control y protección.
(2) Línea de accionamiento de carga
La línea de accionamiento de carga está compuesta por un módulo de accionamiento MOSFET y un MOSFET. El módulo de accionamiento MOSFET adopta aislamiento de optoacoplador de alta velocidad, salida de emisor y cortocircuito. Funciones de protección y apagado lento. El MOSFET seleccionado es un IC dedicado de fuente de alimentación conmutada de un solo chip, aislado y que ahorra energía. El rango de entrada de voltaje completo para conducir el LED es de 150 V ~ 200 V y la corriente de salida es de 8 A ~ 9 A. Tiene un amplio rango de voltaje de entrada, buena regulación de voltaje y regulación de carga, gran capacidad antiinterferente y bajo consumo de energía.
Este sistema completa la carga del paquete de baterías solares a la batería a través de la línea de transmisión de carga, y el circuito también proporciona las medidas de protección correspondientes.
(3) Circuito de accionamiento LED
Está compuesto por un módulo de accionamiento IGBT y MOSFET para realizar el ajuste del brillo de la luz de la calle y el encendido de las luces de la calle.
(4) Paquete de batería solar
El paquete de batería solar consta de células solares (el voltaje de funcionamiento es de aproximadamente 0,5 V, la corriente de funcionamiento es de aproximadamente 20 ~ 25 mA/cm2, el área es de 10 cm × 10 cm) se conectan en serie y en paralelo. Un módulo estándar incluye 36 celdas. De esta manera, un módulo de celda solar puede generar un voltaje de aproximadamente 17 V y convertirse en un paquete de baterías con un voltaje nominal de 12 V. Cuando el sistema de aplicación requiere componentes con mayor voltaje y corriente, se pueden formar múltiples componentes en un conjunto de células solares para obtener el voltaje y la corriente requeridos.
Las células solares desempeñan dos funciones en todo el sistema: una es convertir la luz solar en energía eléctrica, es decir, las células solares cargan las baterías durante el día. El voltaje en ambos extremos puede detectar el grado de exterior; iluminación, es decir, el voltaje de la célula solar se puede utilizar para determinar si está oscuro o brillante y la fuente de iluminación LED. brillo.
(5) Paquete de baterías
Dado que la energía obtenida por el conjunto fotovoltaico no necesariamente coincide con la demanda de la carga electrónica, cuando el conjunto fotovoltaico por sí solo no puede proporcionar suficiente energía eléctrica, el La batería aún puede hacer que la carga funcione. Si la carga electrónica necesita funcionar de noche o en días nublados, se requiere almacenamiento de energía. La energía almacenada en la batería debería poder satisfacer la demanda diaria promedio de la carga electrónica durante el funcionamiento autónomo. En términos generales, debería almacenar de 5 a 7 días de energía para iluminación nocturna. La batería es una parte clave de todo el sistema de alumbrado público solar. Es el dispositivo de energía de reserva de todo el sistema solar. Durante el día, la batería solar carga la batería. proporcionada por la batería. En segundo lugar, el suministro de energía en días de lluvia también depende de la batería. En un sistema fotovoltaico independiente, la electricidad generada por el conjunto fotovoltaico no siempre se utiliza para generar electricidad, por lo que se requieren baterías en la mayoría de los sistemas fotovoltaicos independientes.
(6) Dispositivo de comunicación
Está compuesto por un módulo de transmisión de datos inalámbrico. El módulo de transmisión de datos inalámbrico admite GPRS y tiene una interfaz RS-232. La distancia de comunicación puede ser de hasta 100 metros. Tiene una fuerte antiinterferencia y no se ve interferido por radio, televisión ni comunicaciones móviles. terminales de la lámpara.
2. Control de funciones
(1) Requisitos básicos para los controladores de alumbrado público solar
Las farolas solares se componen de múltiples farolas LED conectadas en serie. El sistema de alumbrado público no solo consume una gran cantidad de energía eléctrica y requiere una gran cantidad de costos de mantenimiento diarios, lo que genera una doble presión sobre el suministro de energía y los gastos financieros de la ciudad. Desarrollar una estrategia de suministro de energía para la "iluminación según demanda" puede aliviar esta contradicción.
A través de la programación, las luces de las calles distribuidas en las zonas bulliciosas de la ciudad se pueden controlar de manera flexible y el control de interruptores se puede realizar a través de PWM en cualquier momento para lograr el propósito de tener en cuenta la atmósfera de iluminación urbana. Los requisitos básicos para el control son los siguientes:
1) Control de brillo en la primera mitad de la noche y la segunda mitad de la noche, la relación de control depende de la situación
; 2) Estrategia de apertura de farola de un solo lado, es decir, el estado actual de la batería. La energía restante solo la utiliza una farola y la otra farola se apaga
3) Noche intermedia; estrategia de iluminación, es decir, las luces se encienden en la primera mitad de la noche y se apagan en la segunda mitad de la noche. La energía existente de la batería solo se utiliza para iluminar en la primera mitad de la noche. usar.
Las farolas solares son dispositivos de iluminación controlados por la intensidad de la luz natural. El diseño optimizado de estos sistemas de iluminación solar controlados por luz es un requisito previo para un funcionamiento fiable a largo plazo del sistema. La capacidad del sistema se puede optimizar y diseñar en función de la ubicación geográfica local, las condiciones meteorológicas y las condiciones de carga. Sin embargo, debido a factores estacionales, la radiación solar en invierno es menor que en verano, y los paneles de células solares generan menos electricidad en invierno que en verano, pero la iluminación requiere más electricidad en invierno que en verano. Esto crea un contraste entre la electricidad generada por. el sistema de iluminación y la electricidad necesaria. El excedente de generación eléctrica mensual y la pérdida de consumo eléctrico siguen siendo difíciles de equilibrar. Para mejorar la tasa de utilización de la generación de energía en el sistema de iluminación y superar las deficiencias causadas por la falta de energía en el sistema, mientras se desarrollan sistemas de iluminación solar, la gente continúa analizando los métodos de control de sistemas de iluminación comúnmente utilizados y diseñando una variedad. de los modos de funcionamiento prácticos también se actualiza continuamente, el método de carga de las baterías también se ha utilizado cada vez más eficazmente a través de la investigación y exploración continuas. Por lo tanto, en el desarrollo y coordinación de varios componentes de la energía solar, los sistemas de generación de energía solar también lo son. el más efectivo. Por lo tanto, en el desarrollo y coordinación de los diversos componentes de la energía solar, los sistemas de iluminación solar son cada vez más perfectos.
De acuerdo con las características del sistema de alumbrado público solar, se debe considerar el impacto de la capacidad restante de la batería al operar el alumbrado público. Cuando las luces de la calle se encienden normalmente, la capacidad actual de la batería se obtiene de acuerdo con el método de detección de capacidad restante de la batería. El tiempo que la batería mantendrá el suministro de energía se obtiene mediante consulta y la energía existente de la batería se utiliza en promedio. Al mismo tiempo, el alumbrado público se puede controlar de manera flexible durante la noche de acuerdo con la energía de la batería, por lo que se puede utilizar de manera racional la capacidad de la batería existente.
(2) Control de carga y descarga de la batería
El control de carga y descarga de la batería es una función importante de todo el sistema. Afecta la eficiencia operativa de todo el sistema de alumbrado público solar y también. evita que la batería se sobrecargue y se sobrecargue. La sobrecarga o descarga excesiva de la batería afectará gravemente su rendimiento y vida útil. La función de control de carga y descarga se puede dividir en tipo de control de interruptor (incluido el control de interruptor único y control de interruptor múltiple) y tipo de control de modulación de ancho de pulso (PWM) (incluido el control de seguimiento de potencia máxima) según el método de control. Los dispositivos de conmutación controlados por interruptores pueden ser relés o transistores MOS. El tipo de control de modulación de ancho de pulso (PWM) solo puede elegir transistores MOS como dispositivos de conmutación. Este sistema utiliza un tipo de controlador de modulación de ancho de pulso y selecciona transistores MOS como dispositivos de conmutación. Cuando hay suficiente luz solar durante el día, se puede seleccionar el modo de ciclo de trabajo apropiado para cargar la batería de acuerdo con la capacidad restante de la batería para lograr una carga eficiente durante la noche, el LED se puede ajustar ajustando el modo de ciclo de trabajo de acuerdo con la capacidad restante de la batería y las condiciones climáticas futuras. El brillo de la luz garantiza el uso equilibrado y razonable de la batería.
Además, el sistema también tiene una función de protección contra sobrecarga de la batería, es decir, cuando el voltaje de carga es superior al voltaje de protección (15 V), el voltaje de carga de la batería se reducirá automáticamente más tarde; cuando el voltaje cae al voltaje de mantenimiento (13,2 V), la batería entra en el estado de carga flotante. Cuando es inferior al voltaje de mantenimiento (13,2 V), la carga flotante se apaga y entra en el estado de carga uniforme. Cuando el voltaje de la batería es inferior al voltaje de protección (11 V), el controlador apagará automáticamente el interruptor de carga para proteger la batería de daños. El uso de carga PWM puede maximizar la efectividad de los paneles solares y mejorar la eficiencia de carga del sistema. Este diseño tiene las correspondientes medidas de protección contra conexión inversa, sobrecarga y sobredescarga de la batería.
(3) Función de control del modo de funcionamiento de la farola solar
Las lámparas LED de alto brillo y alta corriente ahorran aproximadamente el 90% de la electricidad que las lámparas incandescentes del mismo brillo, y han sido ampliamente utilizado Ahora existe la tendencia de reemplazar gradualmente la iluminación tradicional.
Las farolas solares se componen de múltiples LED conectados en serie. El brillo se puede ajustar mediante PWM, es decir, la corriente que fluye a través del LED se cambia a través del terminal EN para ajustar el brillo del LED. La intensidad de la corriente puede ser desde unos pocos miliamperios hasta 1 amperio. Espere hasta que el LED alcance el brillo requerido.
La señal PWM puede ser generada por un microcontrolador u otras señales de pulso. La señal PWM puede hacer que la corriente a través del LED se encienda de 0 a la corriente nominal, y puede hacer que el LED se encienda de brillo oscuro a normal. . Cuanto menor sea el ciclo de trabajo de PWM (nivel alto durante mucho tiempo), mayor será el brillo. Usar PWM para controlar el brillo de los LED es muy conveniente y flexible. Es el método de atenuación más utilizado. La frecuencia de PWM puede variar desde decenas de Hz hasta miles de KHz.
La atenuación PWM se consigue controlando transistores MOSFET. Dado que el voltaje utilizado en la unidad de alumbrado público de este sistema es generado por múltiples baterías conectadas en serie, al seleccionar un transistor MOSFET, primero debe considerar el voltaje soportado del MOSFET. Este sistema requiere que el voltaje soportado del MOSFET sea. superior a 40 V; en segundo lugar, debe basarse en el LED de conducción. Para el tamaño de la corriente de la lámpara, seleccione la corriente máxima del IDS del MOSFET. Para las fuentes de alimentación de CC, lo primero que hay que considerar es el valor de corriente máximo de IDS y el valor de RDS. En términos generales, la corriente IDS máxima del MOSFET debe seleccionarse para que sea más de 5 veces la corriente de conducción de la lámpara LED. Además, la resistencia interna del MOSFET debe ser pequeña cuanto mayor sea la corriente de conducción del LED, menor será; El RDS debe ser, y cuanto más pequeño sea el RDS, mayor será la eficiencia de conversión.
Las farolas solares urbanas son servicios públicos estrechamente relacionados con la vida de las personas y reflejan hasta cierto punto el nivel de prosperidad y desarrollo de la ciudad. Durante mucho tiempo en el pasado, las actualizaciones del alumbrado público se limitaban principalmente a sus partes de iluminación. Con el desarrollo de las ciudades y la tecnología electrónica, los sistemas de alumbrado público urbano han experimentado el proceso de desarrollo del control manual, el control fotoeléctrico/temporizador automático y el control fotoeléctrico. control de programas informáticos. El uso de computadoras para realizar el control automático de los sistemas de alumbrado público solar urbano tiene buenos beneficios económicos y sociales para mejorar el nivel de gestión de la modernización urbana y ahorrar mano de obra y recursos materiales. Al ajustar eficazmente el tiempo de conmutación de la luz, se puede mejorar enormemente la calidad de trabajo y la eficiencia del sistema de alumbrado público, brindando soluciones integrales y un sólido soporte técnico para la operación, mantenimiento y expansión de los sistemas de alumbrado urbano, y mejorando el nivel de operación del alumbrado urbano. gestión.