基于LED和超级电容的智能小区太阳能路灯

　　若直接采用光伏电池对蓄电池充电，当光照较弱且存在其他干扰因素时其输出电压会不稳定，导致光伏电池在充电时难以保持在充电最小电压上，最后导致系统在该光照范围内不能对蓄电池正常充电。系统通过采用超级电容，把阴天时太阳电池的不稳定的输出能量蓄积起来，等到满足一定的电压条件时，通过升压电路把超级电容中的能量释放到蓄电池，升压电路图如图2 所示。这种采用超级电容的方式可以提高在太阳光照射不强时的发电效率。

图2 充电升压电路

　　LED 的控制电路比较简单，直流驱动即可，且其寿命可达10 万h。但是，驱动电流的大小在很大程度上影响着LED 的寿命，如果电流太大，则可能引起LED 光衰现象严重，且寿命减少。故必须合理设计其驱动电路，如图3 所示为用BUCK电路实现的LED 恒流控制电路。

图3 LED 的恒流控制电路

　　5 防雷接地的设计

　　LED 路灯的工作电压为12 V，属于安全电压，不做电气保护接地。但LED 路灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻经测试为8 Ω，符合要求。

　　太阳能路灯照明系统的配置本智能小区的一盏太阳能路灯的系统基本配置如表2 所示：

　　6 结束语

　　智能小区太阳能路灯系统投入运行后，10 W的新型LED 光源足够用来照明，超级电容的应用能够保证给蓄电池合理充电，提高了充电效率，延长储能元器件的寿命，特别是阳光不太充足的时候，系统能够更好地存储能量，其储能可以连续供照明灯具使用7 天。系统的设计始终遵循智能建筑“节能和环保”的理念，应用了太阳能、长寿命的LED 光源和超级电容。如果再增加25 只超级电容器，则电容储能可以供给路灯一天的照明，随着超级电容容量的扩大和价格的降低，将其用做储能元件是可行的，智能小区的太阳能路灯系统也是对超级电容器应用的一个尝试。

　　智能小区不只是高科技的应用，更注重节能和环保，本太阳能路灯照明系统在一般太阳能路灯的基础上进一步进行了优化，采用了LED 光源和超级电容，充电效率更高，元件寿命更长，比一般太阳能路灯更加节能和环保。本太阳能路灯系统主要由光伏电池极板、储能电池、超级电容器、照明灯具和控制器等几个部分构成。

　　1 照明灯具及控制方式的设计

　　1.1 照明灯具的设计

　　传统的照明灯具效率低，如白炽灯、卤钨灯等，不适合智能建筑节能理念，各种照明光源的性能比较如表1 所示。白光超高亮度的LED 灯具，光效为45 lm/W，虽然不高，但是发出的光线都在可见光范围内，适合用于照明光源。LED 灯具寿命长，可达100 000 h 以上，可以有效减少灯具垃圾。另外，LED 由低压直流电源供电，更加安全，而且适合频繁开、关。因此太阳能照明系统选择了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 灯具，其光效可以达450 lm/W，相当于50 W 的白炽灯，可以达到良好的照明效果。

　　1.2 照明灯具的控制方式

　　太阳能照明灯具的开、关控制方式主要有两种： 定时控制和光照控制。

　　定时控制是设定每天的开、关灯时间后由系统自动控制，但是随着季节的变化需要不断调整设定时间，否则就会出现天黑不亮灯，天亮不熄灯的情况，造成能源浪费。光照控制是系统通过检测光照度来开、关照明灯具，如光照度低于10 lx时开灯，高于10 lx 时熄灯，这样既能满足用户的需要，又能节约电能，符合智能建筑的理念。所以系统照明灯具的开、关采用光照控制方式。

　　光照控制方式的工作时间和本地的纬度及当天的太阳赤纬角有关，而且日出前半小时和日落前半小时，天空的余光足够照明，可以不开路灯，这样每天可以少开灯1 h。智能小区位于东纬116. 84°、北纬38. 31°的位置，本地区光照控制路灯在冬至时工作时间最长为12 h，夏至时工作时间最短为9h。可以看出，光照太阳能路灯工作时间变化不是太大，可以认为是均衡性负载，其对太阳电池板倾角的影响不大。