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基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能路燈智能控制系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目是基于全球能源緊缺、提倡可持續(xù)“綠色照明”的背景下，針對太陽能路燈系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)、庭院燈、信號燈及一部分光伏小工程的控制要求，設(shè)計一套功能完善、性能良好、設(shè)置合理的智能控制型太陽能路燈系統(tǒng)。系統(tǒng)由光伏組件、蓄電池、智能控制器、高亮LED路燈、市電等組成，其性能不僅適合用于太陽光充足日照好的南方地區(qū)而且適應(yīng)東北市場的低溫需求等就有廣闊的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 太陽能路燈智能控制系統(tǒng)包括五個部分：智能控制器，太陽能電池板，蓄電池，LED路燈，輔助電源市電部分。系統(tǒng)應(yīng)用在路燈系統(tǒng)中，能夠根據(jù)需要設(shè)置不同的工作模式，白天路燈是熄滅的，充分利用太陽能對蓄電池充電。夜晚用蓄電池對路燈供電，在連續(xù)陽光不充足造成蓄電池電量不足的情況下，由市電補充供電，避免蓄電池的“過放”現(xiàn)象發(fā)生。 采用低功耗的PIC16F887單片機對太陽能路燈供電進行智能化控制?？刂颇K包括硬件電路部分及軟件電路兩大部分：硬件電路部分包括有市電輔助電路、充電電路、放電電路、PWM驅(qū)動電路、電壓采樣電路、電流檢測電路、按鍵電路、負(fù)載過流保護電路、數(shù)碼管顯示電路的集成化設(shè)計。所述的電壓采樣電路包括蓄電池電壓采樣電路和太陽能電池電壓采樣電路, 所述的電流檢測電路包括對太陽能電池板輸出電流采集電路,負(fù)載過流保護電路及負(fù)載放電電路。控制器采集太陽能電池板的工作電壓電流，用以實現(xiàn)太陽能電池板最大功率點(MPPT)跟蹤；采集蓄電池的端電壓，防止蓄電池的過充及過放；電壓采集采用電阻分壓法實現(xiàn)，電流采集采用分流器實現(xiàn)。負(fù)載過流保護我們采用外部中斷的方式控制，一旦產(chǎn)生中斷，斷開負(fù)載;軟件部分設(shè)計采用的是MICROCHIP公司的MPLAB軟件平臺實現(xiàn)了包括模式記憶、AD測量、MPPT控制、光控開、光控關(guān)、LED燈亮的時間、16種模式、按鍵、數(shù)碼管的顯示設(shè)計等。 設(shè)計中采用基于MOSFET的理想二級管來替代傳統(tǒng)的肖特基二極管與太陽能電池板串聯(lián),有效抑制蓄電池與電池板之間的能量泄露問題同時,減少了能量耗散。市電輔助電路中采用光耦隔離,避免了市電與單片機不同電壓下的共地連接。對于蓄電池,太陽能電池板和LED路燈進行了精心的選型搭配,在控制電路系統(tǒng)的綜合調(diào)節(jié)下，通過蓄電池、太陽能電池板、市電三者之間的電壓值比較，選擇16種工作模式中相應(yīng)的模式進行控制，實現(xiàn)蓄電池、太陽能電池板、市電的合理調(diào)配，以達到太陽能的最大利用；蓄電池的優(yōu)化應(yīng)用；市電的合理使用的效果。 本作品技術(shù)成熟, 功能強大,應(yīng)用性強, 適用范圍廣,已經(jīng)投入生產(chǎn)使用中獲得良好的經(jīng)濟效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- ★發(fā)明目的：在全球能源緊缺、提倡可持續(xù)“綠色照明”的背景下，針對太陽能路燈系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)、庭院燈、信號燈及一部分光伏小工程的控制要求，設(shè)計一款功能、性能、設(shè)置均合理的智能型太陽能路燈控制系統(tǒng)。 ★基本思路：系統(tǒng)由光伏組件、蓄電池、智能控制器、高亮LED路燈、市電組成?？勺詣訖z測是否有電網(wǎng)市電，既可應(yīng)用于原先已鋪設(shè)電網(wǎng)線路的城市道路，也可應(yīng)用于脫離電網(wǎng)的偏遠山村。在有電網(wǎng)市電的路燈系統(tǒng)中，系統(tǒng)會優(yōu)先使用太陽能，將市電作為備用供電源，以保證路燈在連續(xù)陰雨天氣里的正常工作。 ★創(chuàng)新點：采用光耦器件進行+13V直流電壓電路的檢測電壓匹配，能夠控制系統(tǒng)在太陽能和市電對路燈供電之間的切換?？萍疾樾聢蟾婢幪枺?0113600GN010401；采用的PIC16F887單片機控制擴展功能強,成本低;系統(tǒng)集成了16種工作模式,可根據(jù)一年四季不同的充電量來自動調(diào)節(jié)放電時間,可滿足不同用戶的應(yīng)用需求。 ★技術(shù)關(guān)鍵：本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是太陽能智能控制器模塊，用以實現(xiàn)系統(tǒng)的16種工作模式、光控、時控、過充保護、過放保護、反接保護、MPPT以及市電輔助電路等功能。 ★主要技術(shù)指標(biāo)：太陽能電池板：100W/17.2V；蓄電池：12V/100AH；太陽能控制器：額定工作電壓12V、額定工作電流5A；系統(tǒng)設(shè)置：過放電壓10.8V、過放恢復(fù)電壓點12.3V、過充電壓點14.4V、過充恢復(fù)電壓點13.6V。
科學(xué)性、先進性
- ★主控制芯片采用PIC16F887，控制功能強，功耗低，采用MOSFET有效抑制蓄電池與電池板之間的能量泄露問題同時,減少了能量耗散，使整個控制器部分耗能更低。 ★集成了包括直流輸出和1HZ閃頻輸出下的16種工作模式,可應(yīng)用在多種工作場合中，并實現(xiàn)PWM技術(shù)對蓄電池進行高效充電和根據(jù)太陽能電池板的最大功率輸出特性應(yīng)用MPPT技術(shù)，提高太陽能的利用率。 ★根據(jù)使用要求和太陽能電池板的輸出特性，配置蓄電池。結(jié)合太陽能路燈系統(tǒng)的經(jīng)濟和生態(tài)因素尋找能達到最佳使用效果的蓄電池充放點。 ★所設(shè)計的太陽能路燈智能控制系統(tǒng)通過光耦器件自動檢測電網(wǎng)市電，既可應(yīng)用于原先已鋪設(shè)電網(wǎng)線路的城市道路，也可應(yīng)用于脫離電網(wǎng)的偏遠山村。應(yīng)用在具有電網(wǎng)市電的路燈系統(tǒng)中，考慮了在連續(xù)沒有太陽的天氣里可以控制開啟后備電源，與市電連接，提供路燈供電以及蓄電池充電。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- ★作品曾在2010年瑞安新能源展示會上展示。 ★在2010中國（溫州）新能源與節(jié)能技術(shù)交易會上展示成果，并被選為特邀簽約單位。 ★作品在2011年**省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲特等獎。 ★作品在****大學(xué)“運河杯”課外科技立項競賽活動中獲特等獎。 ★該項目已通過中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部科技查新，查新報告編號：20113600GN010401，查新結(jié)論為：相關(guān)內(nèi)容未見公開報道，見附件3。
作品所處階段
- 生產(chǎn)使用階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)成果轉(zhuǎn)讓給廠家，已和廠家簽約。
作品可展示的形式
- 實物，產(chǎn)品，現(xiàn)場展示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- ★作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢：采用PWM和MPPT技術(shù)對蓄電池進行高效充電，有效延長蓄電池使用壽命。市電接入功能實現(xiàn)太陽能和市電的綜合利用，可有效保證在連續(xù)陰雨天氣里系統(tǒng)正常工作，防止蓄電池出現(xiàn)冬天“欠壓”或夏天“過充”的發(fā)生，提高了系統(tǒng)的適用性。具有包括直流和1Hz閃頻兩類輸出方式下的16種工作模式，LED指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，數(shù)碼管和按鍵顯示調(diào)整當(dāng)前工作模式，操作簡單方便，具有負(fù)載短路保護、過載保護和防反接保護功能保證系統(tǒng)安全可靠運行。通過對太陽能路燈，蓄電池，負(fù)載進行選型搭配，實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化。 ★作品的適用范圍：作品除了可以用作城市街道路燈外，還可以應(yīng)用于太陽能家庭供電系統(tǒng)、庭院燈、海陸交通信號燈、草坪燈、景觀燈等。 ★市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：在光伏發(fā)電迅速崛起勢頭的帶動下，該產(chǎn)品將會產(chǎn)生很好的經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益，整套智能型太陽能路燈控制系統(tǒng)成本費約為4160元，出廠單價在5200元左右。批量投產(chǎn)后，年產(chǎn)值估計為100萬元，年利潤約為20萬元。
同類課題研究水平概述
- 由于太陽能相比于其他傳統(tǒng)的能量來源,具有環(huán)保,節(jié)能,儲量豐富的優(yōu)點,近年來越來越受到各國的重視,從2010年我國國家能源局公布的相關(guān)數(shù)據(jù)來看,2010年歐洲新增發(fā)電設(shè)備容量中,新增光伏發(fā)電設(shè)備的比重僅次于天然氣發(fā)電設(shè)備已達22.4%,而我國新增光伏發(fā)電設(shè)備的比重卻只有0.4%,處于主導(dǎo)低位的還是煤電和水電,從這個角度來看我國太陽能產(chǎn)業(yè)與發(fā)達國家比仍具有較大差距。 太陽能路燈是光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中的一個部分,其應(yīng)用性強，是目前所有光伏應(yīng)用系統(tǒng)相對具有優(yōu)勢的產(chǎn)品。在各國政府的大力支持下，太陽能路燈產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有許多產(chǎn)品應(yīng)用在了道路交通照明中，但在實際應(yīng)用中，太陽能路燈仍存在價格昂貴、穩(wěn)定性差、技術(shù)不完善的缺點，這是制約太陽能路燈完全替代傳統(tǒng)路燈照明的主要因素。 為提高太陽能路燈的競爭力，最根本的解決方法是技術(shù)上尋求突破?，F(xiàn)在對太陽能路燈系統(tǒng)的研究多是將系統(tǒng)中的四個主要部分（太陽能電池，蓄電池，路燈，控制部分）獨立開來分別進行研究的。近年來太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)得到很大提升，2010年10月6日，美國Spire半導(dǎo)體公司研發(fā)的三結(jié)砷化鎵（GaAs）太陽電池峰值效率達到了42.3%，聚光條件相當(dāng)于406個太陽。 2010年11月22日，Spectrolab宣布其開發(fā)的最新型地面用太陽電池C3MJ已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，該系列太陽電池的平均光電轉(zhuǎn)換效率可達39.2%，這是目前已量產(chǎn)的太陽能電池中轉(zhuǎn)換效率最高的。鉛酸蓄電池廣泛用于光伏系統(tǒng)中，主要有固定式鉛酸蓄電池、工業(yè)型閥控密封鉛酸蓄電池及小型閥控密封鉛酸蓄電池。制約鉛酸蓄電池的是其壽命，影響其壽命的因素有：放電深度、長期欠充電、小電流放電、過充電和溫度影響。為解決這一問題，常采用太陽能光伏系統(tǒng)中專用的膠體鉛酸蓄電池，它具有更好的深放電恢復(fù)特性，在較高的環(huán)境溫度下也有很長的使用壽命。對LED路燈的研究主要集中在：LED散熱問題，二次光學(xué)元件設(shè)計以及LED橫流驅(qū)動源設(shè)計上。國產(chǎn)太陽能光伏控制器價格低廉，相比國外產(chǎn)品仍存在質(zhì)量不夠穩(wěn)定，性能不高，產(chǎn)品少，知名度低等問題，因此在競爭中國內(nèi)產(chǎn)品仍然處于劣勢。如國外控制器產(chǎn)品可實現(xiàn)對蓄電池的恒流型PWM智能三階段充電管理，而國內(nèi)多數(shù)控制器仍采用電壓型2階段充電管理模式甚至采用直充的充電方式對蓄電池進行充電,因此國產(chǎn)太陽能光伏控制器的發(fā)展還具有很多的空間。
