Quiero crear un sistema de control de alumbrado público solar fotovoltaico que pueda completar la detección de carga y descarga.

Las farolas solares se componen de las siguientes partes: paneles solares, controladores solares, paquetes de baterías, fuentes de luz, postes de luz y carcasas de lámparas, y algunas también están equipadas con inversores.

1. Paneles solares

Los paneles solares son la parte central de las farolas solares y también 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 formar una unión P-N similar a la de un diodo. El principio de funcionamiento es similar al de un diodo. Es sólo que en un diodo, es el campo eléctrico externo el que impulsa 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 impulsan y afectan el movimiento de los huecos y electrones en la unión P-N. Unión P-N. Esto se conoce comúnmente como principio del efecto fotovoltaico. La eficiencia de conversión fotoeléctrica actual es aproximadamente del 13% al 15% de las células fotovoltaicas para el silicio monocristalino y del 11% al 13% para el silicio policristalino. La última tecnología incluye actualmente células fotovoltaicas de película delgada.

2. Controlador solar

La parte más importante del sistema de iluminación solar es el controlador, cuyo rendimiento afecta directamente a la vida útil del sistema, especialmente a la vida útil de la batería. El controlador utiliza una MCU 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 el encendido y apagado de los dispositivos MOSFET para lograr diversos controles y protecciones. funciones. El controlador de iluminación solar inteligente Huangming puede proporcionar una protección integral para la batería, de modo que pueda funcionar de manera más confiable y durante más tiempo.

Principio, composición y sistema de control de la iluminación solar 21 de enero de 2010 Autor: Hu Xingjun Fuente: "China Power Expo" Número 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. Generalmente existen baterías de plomo-ácido, baterías de Ni-Cd y baterías de Ni-H. La selección de la capacidad de la batería generalmente sigue los siguientes principios: primero, bajo la premisa de que puede satisfacer las necesidades de iluminación nocturna, intente almacenar la energía de los componentes de las células solares durante el día y, al mismo tiempo, debe poder almacenar la energía eléctrica necesaria para cubrir las necesidades de iluminación nocturna en días de lluvia continua. La capacidad de la batería es demasiado pequeña y no puede satisfacer las necesidades de iluminación nocturna. La batería es demasiado grande, 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). Existe una forma sencilla de determinar la relación entre ellos. La potencia de la célula solar debe ser más de 4 veces mayor que 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 entre 20 y 30 para garantizar una carga negativa normal de la batería. La capacidad de la batería debe ser al menos 6 veces mayor que el consumo de carga diario.

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 1.000.000 de horas, bajo voltaje de trabajo, no requiere inversor, alta eficiencia lumínica, nacional 50 Lm/w, importada 80 Lm/w. A medida que avance la tecnología, se mejorará aún más el rendimiento de los LED. 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 y utilizan principalmente energía de células solares para funcionar. Cuando la luz del sol incide sobre la célula solar durante el día, la energía luminosa se convierte en energía eléctrica y se almacena en la batería. La batería proporciona energía al LED (diodo emisor de luz) de la lámpara de césped durante la noche. 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 experimentado avances clave y sus características han mejorado enormemente en los últimos 5 años, y su relación rendimiento-precio también ha mejorado enormemente.

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. En cuanto a la carcasa de la lámpara, hemos recopilado mucha información sobre las lámparas solares extranjeras. Entre la estética y el ahorro de energía, la mayoría elige el ahorro de energía. La apariencia de la lámpara 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 Se compone de aparatos eléctricos, paquetes de baterías, controladores de fuentes de luz LED y luces LED. La estructura del sistema se muestra en la Figura 1:

(1) Circuito de control principal del microordenador

El circuito 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) Circuito impulsor de carga

El circuito impulsor de carga está compuesto por un módulo controlador MOSFET y un MOSFET. El módulo controlador MOSFET adopta aislamiento de acoplamiento óptico de alta velocidad, salida de emisor y tiene protección contra cortocircuitos y funciones de apagado lento. El MOSFET seleccionado es un circuito integrado de fuente de alimentación conmutada con microcontrolador aislado y que ahorra energía. El rango de entrada de voltaje completo para controlar 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 carga, gran capacidad antiinterferencias y bajo consumo de energía.

Este sistema completa la carga del paquete de baterías solares a la batería a través del circuito de accionamiento 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 se compone 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 paralelo para formar módulos. Un módulo estándar incluye 36 celdas, de modo que 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 de mayor voltaje y corriente, se pueden combinar múltiples componentes en un conjunto de células solares para obtener el voltaje y la corriente requeridos.

Las células solares tienen dos funciones en todo el sistema: una es convertir la luz solar en energía eléctrica, es decir, durante el día, las células solares cargan la batería la otra es que las células solares sirven como base; Componente de control de luz del sistema, a partir del voltaje a través de la celda solar, puede detectar el brillo del exterior, es decir, a partir del voltaje de la celda solar, puede juzgar la oscuridad y el amanecer y el brillo de la fuente de iluminación LED. .

(5) Paquete de baterías

Dado que la energía obtenida del conjunto fotovoltaico no siempre coincide con la demanda de la carga electrónica, cuando el conjunto fotovoltaico por sí solo no puede proporcionar suficiente energía, la batería Todavía puede hacer que la carga funcione. Si la carga electrónica necesita funcionar de noche o en días nublados o nublados, se requiere almacenamiento de energía. La energía almacenada en la batería está dimensionada para satisfacer las demandas diarias promedio de carga electrónica durante el funcionamiento autónomo. En términos generales, debería poder reservar de 5 a 7 días de consumo de energía de 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. proporcionado por la batería. En segundo lugar, el suministro de energía en días lluviosos también debe proporcionarse dependiendo de las baterías para completar. En los sistemas fotovoltaicos independientes, la electricidad generada por el conjunto fotovoltaico no siempre se utiliza al mismo tiempo que se genera la electricidad, por lo que en la mayoría de los sistemas fotovoltaicos independientes se requieren baterías.

(6) Dispositivo de comunicación

consta de 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 es de hasta 100 metros. Tiene una fuerte antiinterferencia y no se ve interferido por radio, televisión ni comunicaciones móviles. Puede realizar la comunicación entre farolas adyacentes. terminales.

2. Control de funciones

(1) Requisitos básicos para los controladores de alumbrado público solar

Las farolas solares se componen de múltiples luces LED conectadas en serie. El sistema de iluminación no solo consume una gran cantidad de energía eléctrica y requiere enormes costos de mantenimiento diario, lo que ejerce una doble presión sobre el suministro de energía y los gastos financieros de la ciudad. Desarrollar una estrategia de suministro de energía de "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 del interruptor se puede realizar a través del modo PWM en cualquier período de tiempo, para lograr el propósito de resaltar la atmósfera de iluminación de la ciudad. Los requisitos básicos para el control son los siguientes:

1) Controlar el brillo en la primera mitad de la noche y en la segunda mitad de la noche, y la relación de control depende de la situación

<; p> 2) Habilite la estrategia de alumbrado público de un solo lado, es decir, la batería ahora está La energía restante solo se usa para encender un alumbrado público y el otro alumbrado público está apagado

3) Estrategia de iluminación de medianoche, es decir, encender las luces en la primera mitad de la noche y apagarlas en la segunda mitad de la noche. La energía de la batería existente solo se utiliza para iluminar la primera mitad de la noche.

Las farolas solares utilizan la intensidad de la luz natural para controlar el encendido de los artefactos de iluminación. El diseño optimizado de estos sistemas de iluminación solar controlados por luz es un requisito previo para el funcionamiento confiable del sistema a largo plazo. La capacidad del sistema se puede diseñar de manera óptima en función de la ubicación geográfica local, las condiciones climáticas y las condiciones de carga. Sin embargo, debido a factores estacionales, la radiación solar es menor en invierno que en verano. El panel solar genera menos electricidad en invierno que en verano, pero se necesita más electricidad para la iluminación en invierno que en verano. La electricidad generada por el sistema de iluminación y la demanda de electricidad aún es difícil de lograr. Equilibrar el excedente de generación de energía mensual y la pérdida de consumo de energía. Para mejorar la tasa de utilización de la generación de energía del sistema de iluminación y superar las deficiencias causadas por la escasez de energía del sistema, en el desarrollo de sistemas de iluminación solar, la gente continúa analizando los modos de control comúnmente utilizados de los sistemas de iluminación y diseñando varios métodos prácticos y factibles. Los modos de trabajo también se actualizan constantemente, y el modo de carga de la batería también se investiga y explora continuamente, y la tasa de utilización efectiva es cada vez mayor, por lo que en el desarrollo y coordinación de varios componentes de la energía solar. energía, los sistemas de iluminación solar son cada vez más perfectos.

Según las características del sistema de alumbrado público solar, el funcionamiento del alumbrado público debe tener en cuenta el impacto de la capacidad restante de la batería. 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 de suministro de energía que se mantendrá la batería se obtiene mediante la consulta de la energía existente de la batería. Al mismo tiempo, el método de iluminación de la calle se controla de manera flexible de acuerdo con la energía de la batería disponible esa noche. Utilice la capacidad de la batería existente de manera racional.

(2) Función de 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 puede evitar que la batería se sobrecaliente y se descargue en exceso. La sobrecarga o descarga excesiva de una batería tiene un grave impacto en 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 de un solo canal y multicanal) y tipo de control de modulación de ancho de pulso (PWM) (incluido el control de seguimiento de potencia máxima) según el método de control. El dispositivo de conmutación en el tipo de control de interruptor puede ser un relé o un transistor MOS. El tipo de control de modulación de ancho de pulso (PWM) solo puede utilizar transistores MOS como dispositivo de conmutación. Este sistema adopta el modo controlador de modulación de ancho de pulso y utiliza transistores MOS como dispositivos de conmutación. Cuando hace sol durante el día, se selecciona el método de ciclo de trabajo correspondiente para cargar la batería de acuerdo con la capacidad restante de la batería y se esfuerza por cargar de manera eficiente por la noche, de acuerdo con la capacidad restante de la batería y las condiciones climáticas futuras; Las luces LED se ajustan ajustando el método del ciclo de trabajo para garantizar un 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 reduce automáticamente a partir de entonces; 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 de ecualización.

Cuando el voltaje de la batería es inferior al voltaje de protección (11 V), el controlador apaga automáticamente el interruptor de carga para proteger la batería de daños. La carga mediante el modo PWM no solo puede maximizar la efectividad de los paneles solares, sino también 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 luces LED de alto brillo y alta corriente ahorran aproximadamente el 90% de la energía que las lámparas incandescentes con el mismo brillo y han sido ampliamente utilizado. , existe una tendencia a reemplazar gradualmente la iluminación convencional.

Las farolas solares se componen de múltiples luces LED conectadas en serie. El brillo es ajustable mediante PWM, es decir, la corriente que fluye a través del LED se cambia a través del terminal EN para ajustar el brillo de la luz LED. La intensidad de corriente puede ser desde unos pocos miliamperios hasta 1 amperio, logrando finalmente que la luz LED alcance el brillo deseado.

La señal PWM puede ser generada por un microcontrolador u otras señales de pulso. La señal PWM puede cambiar la corriente a través de la luz LED de 0 a la corriente nominal, lo que puede cambiar la luz LED de brillo oscuro a normal. . Cuanto menor sea el ciclo de trabajo de PWM (mayor tiempo de nivel alto), 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 varias 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 mayor. de 40 V; en segundo lugar, según la corriente de conducción de la lámpara LED. El tamaño del MOSFET se selecciona para la corriente máxima del IDS. En el caso de la fuente de alimentación CC, lo primero a considerar es el valor de corriente máxima IDS y el valor RDS. En términos generales, la corriente máxima IDS del MOSFET debe ser 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 debe ser el RDS; Y cuanto menor sea el RDS, mayor será la eficiencia de conversión.