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高亮度LED太阳能路灯照明系统设计方案

2012-04-02 12:00
姚看江湖
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  在传统的太阳能路灯系统中,通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连,这将导致太阳能板的利用效率低,同时容易使蓄电池长期处于欠充满状态,造成其使用寿命的缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上,提出了一种数模混合的最大功率点追踪(Maxim Power Point Tracking,简称MPPT)策略,它可最大程度地利用太阳能,同时对固态光源LED 的驱动电路做了研究,最后用实验验证了该方案的高效性和实用性。

  一、引言

  随着固态光源的发展,LED 的应用已不再仅仅局限于指示灯领域,它凭借寿命长,光效高等优点在现代照明体系中日益凸现优越性。伴随着光伏技术的发展,大功率高亮度LED 更以其高效、节能而进一步引起了社会各界对该光源的广泛关注。但目前,LED 太阳能路灯还存在因灯驱动电路导致LED 光衰现象及太阳能利用率不高等不足。业界普遍认为LED的恒流驱动对抑制光衰效果显着。

  传统的太阳能路灯充电系统中,通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连,这将导致太阳能板的工作点偏移最大功率点(MaximPower Point,简称MPP),而未有效利用太阳能板的可输出功率;同时容易使蓄电池因供能不足而长期处于欠充满状态,造成寿命缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上,分析了恒压追踪[1]、扰动观察[2,3]等最大功率追踪(MPP Tracking,即MPPT)法,提出了一种数模混合的MPPT 策略,它可使太阳电池的输出稳定在MPP 附近,从而有效利用了太阳能板可输出的最大功率。

  二、太阳电池的电路模型

  图1 示出太阳电池的电路模型。通常,材料内部的等效并联电阻Rsh 值大,而材料内部的等效串联电阻Rs 值很小。

太阳电池的电路模型

图1 太阳电池的电路模型

  图中Is---由光生伏特效应产生的电流

  输出负载RL 上的电压电流关系为:

电压电流关系

  式中q,k---电子电荷量及波耳兹曼常数

  A---太阳能板的理想因素,A=1~5

  T---太阳能板的温度

  Ios---太阳能板的逆向饱和电流,与T有关

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