时间：2023-05-30 09:05:43
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇太阳能控制器，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】 太阳能 自适应窗户 单片机 智能化
一、引言
目前，最广泛应用的窗户仍是最原始的人工关闭的方式，不具备智能化防高温、防雨、防雾等人性化功能。本文设计的智能开关窗系统能通过检测的环境信息，完全实现窗户的智能化。
二、系统总体设计
本文选用STC15系列单片机作为主控芯片，系统采集太阳能作用供电电源，通过传感器分别采集PM2.5、温湿度、风速等信号，并将这些信号送至单片机进行数据处理，根据处理结果进行显示并语音提醒，驱动电机模块动作，实现自动开关窗。系统同时具有遥控功能，实现一定距离的手动开关窗。系统总体结构图如图1所示。
三、系统硬件设计
1、PM2.5颗粒物检测模块。PM2.5颗粒物检测采用的传感器型号为GP2Y1010au0f，该传感器与单片机的引脚接线图如图2所示，当雾霾天气时窗户能够自动关闭。
2、风速传感器。风速传感器采用YGC―FS风速传感器该传感器具有产品特点灵敏度高：启动风速≤0.3m/ s；测量范围宽：测量范围0-70m/s；精度高：准确度为±（0.3+0.03V）m/s等特点，当检测到室外的风速较大时窗户自动关闭。
3、电机驱动模块。电机驱动模块采用L298N作为主要的驱动芯片，它的内部可以看成是两个H型的控制桥，功能是可以同时驱动两个电机。ENA作为INA和INB的使能端，ENB为INC和IND的使能端。电机驱动电路图如图3所示。
四、软件设计
首先将各传感器采集到的数据送到显示屏，当PM2.5、温度、湿度和风速超过设定值时，来控制电机正反转从而达到窗户自动开关的效果，系统流程如图4所示。
五、结论
本系统一定程度上促进了智能家居的进一步发展，具有很强的实用性，贴近生活，完全实现了窗户的智能化，为人们的生活带来了更大的方便。
参 考 文 献
[1]沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[J].2005（9）：32-42
[2]韩丹翱，王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].2013（5）：78-79
【关键词】太阳能；LED；MPP大功率追踪；智能追光
Abstract：this system with STC12C5410AD MCU as the core，with two VMOS tube as a basic control unit，in the circuit is extremely simple to very small self power consumption under the condition of realization of solar streetlight system intelligent management；system using an adaptive algorithm of the MPP maximum power tracking control method，realized in the same light under the condition of maximum power output of the solar battery control，design of intelligent light battery plate with automatic cleaning surface mechanical structure，so that each time the light and battery plate can keep the best angle，at the same time to light pressure overcharge protection，weak light booster continue to charge the full functionality of the charging control.
Key words：solar energy；LED；MPP high power tracking；intelligent equipment
1.系统简介
本作品的最大特点在于提高了太阳能电池板的光伏利用效率，最大限度的降低了控制电路本身的功耗，具有良好的实用性和较高的技术含量。系统采用了一种自适应性算法的MPP最大功率追踪控制法，实现了在同样光照条件下太阳能电池发电量最大化的控制，设计了电池板智能追光与自动清洁板面的机械结构，使各个时间段的光线与电池板都能保持最佳角度，做到了强光时降压防过充、弱光时升压继续充的全功能充电控制，使相对昂贵的太阳能电池得到了最大限度的利用。采用了蓄电池剩余容量（SOC）控制法的最新技术，从而使蓄电池不会发生过充、过放现象，延长了蓄电池的使用寿命，提高了太阳能路灯系统运行可靠性，使该系统更加节能环保。整体系统框图如图1所示。
图1 系统框图
2.研制背景及意义
近年来，随着石油、煤碳等不可再生资源的枯竭，能源问题成为多方面关注的焦点。各国都在寻求解决能源危机的办法。
目前被称为第四代新光源的高亮度LED灯作为新型照明灯具有功耗低、亮度高、色彩艳丽、抗振动、寿命长（正常发光60000―100000h），冷光源、节能环保等优点，是真正的“绿色照明”。以LED为光源的灯饰产品在21世纪的将来，必然取代白炽灯，成为人类照明史上的又一次革命。
我们根据太阳能利用和LED灯特点，在经多方面的走访调查、征求部分太阳能路灯厂家和客户意见的基础上，以最大限度提高能源利用，最佳节能减排环保精神为准则，开发了该能适用于太阳能路灯的充电过程控制、点亮时间设定的全功能控制系统。
3.设计方案
我们制作的这个控制系统，功能强大，但电路设计简单，器件较少，这是主要考虑到控制系统本身的耗能问题。
3.1 控制模块的选择方案
采用AT89C51单片机进行控。AT89C51价格低廉，结构简单，且资料丰富，性能稳定故采用AT89C51作为主控制芯片。采用STC12C5410AD单片机作为充电控制核心。STC12C5410AD单片机虽然也是一种8位单片机，但其具有独特的AD功能，还可输出PWM波，电路简单，编程方便且存储空间大，抗干扰性能强。更适合做充电控制。
3.2 其他方案的选择
根据系统要求，我们在电路设计上采用单片机输出的PWM波对两只VMOS管进行控制，一只控制太阳能电池板的充电全过程，一只控制蓄电池对LED灯点亮时间和电流大小的全功能控制。
为了设定LED灯点亮或半功率点亮时间，电路板上加了数码管显示连接接口。
为了方便调节各种参数和连接器件，电路上加了按键和输出端口。
4.理论设计与计算
控制器系统由于采用了高性能的单片机，所以在各种功能控制上可以较为方便的实现。为了充分利用太阳能电池板进行能量转换，对电池板设计了追光控制系统；并用最先进的蓄电池五步充电法给对蓄电池实施最佳充电管理。根据充电方式，控制器可分为开关型控制器和脉宽调制型（PWM）控制器两种控制器都具有充满断开（HVD）欠压断开（LVD）和恢复功能也就是说，当蓄电池电压升至过充点时，控制器能自动切断充电；当蓄电池电压降到过放点时，控制器能自动切断负载，而当蓄电池电压回升到充电恢复点时，控制器能自动恢复对负载的供电，在程序上设置了特殊的调制信号脉冲，用以提高蓄电池的充电效率和容量减少老化效应延长，并有修复电瓶的作用。为了节能，微控制器可对LED灯的点亮时间进行任意设定，并可对全功率点亮时间和任意功率点亮时间进行设定，系统使得LED灯点亮时间的控制具有很强的可控性；在程序编制上我们采用一种适应性算法的MPP最大功率追踪控制法。
图2 充电电路
图3 主控电路
同时实现了在同样光照条件下太阳能电池发电量最大化的控制，并设计了电池板自动清洁板面的机械结构。根据目前市场上普通充电控制器存在阳光最强时和光照不足时不能给电瓶充电的事实。从电路上和程序上均做到了强光时降压、弱光时升压全功能的充电控制。对由于蓄电池处于过放电而造成蓄电池寿命短和可靠性不高等问题，采用了蓄电池剩余容量（SOC）控制法的最新技术，编制了具有自适应功能的新型太阳能路灯全新控制系统，从而使蓄电池不会发生过充、过放现象，延长了蓄电池的使用寿命，提高了太阳能路灯系统运行可靠性。蓄电池剩余容量控制法对蓄电池的放电过程进行控制。它所依据的理论是根据电化学原理导出的蓄电池放电过程中的余容量（SOC）与端电压之间关系的数学模型：
式中：a由于反应物和生成物比例改变引起的电压变化的常数，0.1～0.2；b为电化学极化项常数，0.1～0.15；c为内阻极化项常数，0.08～0.15；Vr为蓄电池充电初始或放电终了的静态电压；SOC为蓄电池的荷电状态或在任意时刻的容量；I为充电电流或放电电流；T为实际温度；K为温度系数；DOD为蓄电池放电深度。
5.电路设计方案
我们的控制系统，主要是以单片机为控制单元，以大功率VMOS管为执行器件，根据太阳能电池板的光电特性，太阳能专用蓄电池充、放电性能特点进行了各种功能设定和控制，以使用方便、控制简单，寿命长成本低等要求，以最简洁的电路结构，最人性化的程序保证，最实用的蓄电池充、放电规程，充电电路如图2所示，主控电路如图3所示。
参考文献
[1]张国华，刘克铜，李雪霞.一款太阳能警示灯的设计和实现[J].电子科技，2010（12）.
[2]宋振灿，邹继军.太阳能充电器的设计[J].湖南农机，2009（07）.
[3]赵云丽，宋振灿.太阳能手机充电器的设计[J].电子质量，2009（04）.
[4]刘克铜，张国华.单片机设计与制作――太阳能警示灯[J].经营管理者，2010（14）.
[5]谢志义.基于MC68HC908JL3抽油烟机控制器设计[J].中国高新技术企业，2010（33）.
[6].基于单片机的太阳能充电装置设计[J].科技信息，2009（20）.
[7]刘巍，王志超，沈，朱天宇，卞新高.太阳自动跟踪系统的研究与设计[J].水电能源科学，2009（02）.
[8]张华熊，汪亚明，张聿，章晨衍.基于单片机的货运电梯控制器设计[J].测试技术学报，2008（03）.
[9]阚玉怀，王占杰.基于STC5404AD的太阳能路灯控制器设计与实现[J].照明工程学报，2010（04）.
基金项目：2013年高校国家级大学生创新创业训练计划项目（201310448021）。
作者简介：
1、调水位上限和温度上限：按一下设置键进入这二个参数的设置，此时，原设置的温度上限和水位上限的参数不停的闪烁，用加水水位键修改水位上限的值（出厂100％，设置范围50-100％），用加温水温键修改温度上限的值（出厂50，设置范围50-90），等待5秒钟自动保存退出。
2、调定时加水：按住加水水位键3秒，听到“滴”一声后，显示温度的两位数码和“定时加水”指示灯开始同时闪烁，重复按 加水水位键即可设置定时加水的时间。设置时的北京时间加上设入的小时数即为定时加水，如在中午12点的时候设置，定时在每天早上8点定时上水，则设定小时数20（范围00-23），等待5秒自动保存退出“定时加水”指示灯常亮，定时加水功能生效，以后每天的上午8点都会启动定时加水。若要取消定时加水：按住加水水位键3秒，听到“滴”一声后“定时加水”指示灯灭，定时加水功能取消。
3、调定时加热时间：按住加温水温键3秒，听到“滴”的一声后，显示温度的二位数码和“定时加热”指示灯开始不停的闪烁，重 复按加温水温键即可设置定时加热的时间。设置时的北京时间加上设入的小时数即为定时加热的时间，如在上午10点的时候设置，定时在每天下午4点加热，则时定小时数06（范围00-23），等待5秒自动保存退出“定时加热”指示灯常亮，定世加热功能生效，以后每天的下午4点都会自动定时加热。取消定时加热，按住“加温水温”间3秒，听到“滴”的一声后“定时加热”指示灯灭，定时加热功能取消。
4、传感器灵敏度调节：如果遇到水质太纯净或传感器长时间使用结水垢出现灵敏度降低，检测不到最高水位时，可以将接线盒内传感器的灵敏度跳线开关从低跳到高的位置（出厂时传感器的灵敏度设在低的位置）。
（来源：文章屋网 ）
关键词：节能，太阳能光伏照明系统，太阳能电池板，控制器，蓄电池，LED红外感应照明灯
作为人类可持续利用能源发展的一个重要方向，太阳能能发电日益受到重视，按照太阳能光伏照明的电源分为以下几类：
（1）独立使用的太阳能光伏照明
独立使用的太阳能光伏照明是将太阳能电池组件、蓄电池、照明部件、控制器以及机械结构等部件组合在一起，以太阳能为能源，在室外离网、独立使用的含有一个或多个照明组件的照明装置。它需要配用较大的太阳能电池（3～5倍的光源功率）、蓄电池来储存能量。
（2）风/光互补的太阳能照明
在（1）装置上增设风力发电机与太阳能电池共同使用，从而提高效率，降低太阳能电池的设计容量。
（3）太阳能能与市电互补照明
太阳能与市电互补太阳能照明是以太阳能为主要能源，供当天晚上照明用电，当阴雨天电池储能不足时，由市电供电的照明装置，可减小太阳能电池、蓄电池的装机容量。
本工程采用的是第一种独立使用的太阳能光伏照明。
（二）按使用的场合和功能则分为：太阳能信号灯，太阳能草坪灯，太阳能景观灯，太阳能标识灯，太阳能路灯，太阳能杀虫灯，太阳能灯箱，建筑主体内的照明灯具，太阳能手电筒。
（三）按太阳能光伏照明光源供电方式分类
（1）直接式供电
太阳能电池板所发的电贮存在蓄电池中，由蓄电池直接为光源供电。
（2）间接式供电（逆变供电）逆变器将直流电转换成交流电，再为照明光源供电，逆变供电会增加 10%～20%的功率损耗。
下文介绍的项目采用的是直接供电方式。
1 工程概况
某政府投资的办公楼，面积7200平方米，8层，每一层面积约为900平方米，中间为公共走道，两边为办公室。为响应国家节能政策和宁波市政府的可再生能源利用的要求，公共走道部分设置了太阳能光伏照明系统。
太阳能光伏照明系统由太阳能电池组件、蓄电池、控制器和光源组成。其中光源有交流220V节能灯和LED光源两种不同的负载。文中以LED光源为计算依据。
原理图如下：
2 主要部件功能介绍和技术要求
（1）电池板。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。太阳能照明灯具中使用的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池串并联构成的。
（2）控制器。太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充、过放电保护作用。在温差较大的地方，控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都是控制器的可选项。系统通过控制器对充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。另外，控制器还具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。
（3）蓄电池。一般为铅酸电池，小型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来[2]。
（4）LED红外感应灯。 半导体LED光源有全固体、冷光源、寿命长、体积小、光效高、响应速度快、耐侯性好等优点，同时具有宽电压、寿命长、无污染的特点，点燃了真正的“绿色照明”， 红外感应的功能还能消除声控灯所需的噪音。
3 用电量计算及设备配置
根据设计，本建筑公共走道共设计LED感应灯53套，每套感应灯功率4W。
1、每天耗电量：
照明电耗：LED红外感应灯：53盏*10小时*4W/盏= 2120 WH
注：平均每灯每天按点亮10小时计算
待机电耗：感应灯待机用电：24小时*53盏*0.02W/盏= 25.44 WH
注：0.02W为LED红外感应灯待机电耗
控制器电耗：30mA*24V*24H/1000= 17.28 W
注：共3条回路，每条回路配一个10A的控制器
每天总电耗：2120+25.44+17.28= 2162.72 WH
2、设备配置计算：
① 太阳能电池板为2162.72WH/（4H*70%）=772.40 Wp （实配185Wp 5块）
② 控制器配置方法： 212W/24V=8.83 A （共3条回路，每条回路配一个10A的控制器）
③逆变器配置方法： 所有负载为直流，无需配逆变器。
④ 蓄电池配置方法：
以连续阴雨5天计算：2162.72WH*5（天）/（12V*70%）=1287.33 AH
（实配100AH 14块）
如果采用交流220V节能灯做光源，控制器后需要接入DC/AC逆变器，然后接入交流负载。
4 结束语
节能是长期的国策，可再生能源的利用是建筑设计节能很重要的措施。太阳能光热利用、太阳能光伏发电、太阳能照明、地源热泵、水源热泵、风力发电等都是国家大力推广的技术。宁波市政府根据国家政策出台了宁波市人民政府令第176号，政府令第四章第二十七条如下：
对具备可再生能源利用条件的建筑，建设单位应当选择合适的可再生能源，用于采暖、制冷、照明和热水供应等。
政府投融资的民用建筑项目及新建建筑面积在2万平方米以上的商场、酒店、医院等公共建筑，应当至少利用一种可再生能源，并应出具专家论证意见。
该政府令于2010年8月正式开始实行，本文为太阳能光伏照明系统的设计提供了参考。
参考文献
【关键词】太阳能；LED；路灯；照明；光源；光伏
随着传统能源的不断消耗，人们对新能源的应用也更加关注，尤其对于可再生、清洁的太阳能更是首当其冲。太阳能路灯作为一种太阳能的应用领域，随着城建设和交通的发展，日益受到关注，太阳能路灯的灯具采用更加环保节能的白光LED照明灯。本设计中路灯的控制部分采用了以STC12C5410AD单片机为核心，电路包括电压采集、负载输出控制、检测、LED显示及键盘等部分。
1 太阳能路灯系统
太阳能路灯系统属于独立的太阳能光伏发电系统，其由太阳能电池板、蓄电池、灯具、控制箱、路灯杆等组成。太阳能路灯系统的核心组成，如图1所示。
图1 太阳能路灯系统的核心组成
该系统由太阳能电池方阵（包括电池支架）、路灯控制箱（内有蓄电池组、控制器等）、LED照明灯头和路灯杆等几部分组成。灯头部分采用1W功率的LED白光集成于电路板上排列为一定间距的点阵来作为平面发光源。LED有21世纪新光源之称，是继白炽灯、日光灯、高压气体灯后的第四代光源，具有节能、光效高、寿命长、无频闪、直流供电、便于控制、安全、可靠性强等特点。路灯控制箱箱体采用不锈钢材质，美观耐用，箱内布置铅酸蓄电池和相应的充放电控制元件，其中的充放电控制器和核心的设计环节，要考虑功能和成本，功能上具备光控、时控、过放保护、过充保护和反接保护等，实现较好的性价比。
2 太阳能路灯控制器
太阳能控制器是应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、交直流负载的工作，是光伏系统中最重要的组件，维护整个太阳能光伏系统安全、可靠、高效的运作。光伏电源系统的运行参数进行实时高速采集，并按照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏电池阵列进行接通和断开控制。利用光伏效应原理制成的太阳能电池白天接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器存储于蓄电池组中，夜晚当光线暗下来后，利用充放电控制器自动检测光度，控制蓄电池对灯头放电，为了保护蓄电池，避免过放电，蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器自动动作，进行切换，蓄电池放电结束。此控制器对12V和24V蓄电池能自动识别，可以对蓄电池进行科学管理，还能对蓄电池过压、欠压等运行状态有所指示，且有两路负载输出，每路负载的额定电流可达到5A，两路负载根据实际需要，可随意设置为分时点亮、同时点亮或单独定时等多种工作方式，此控制器还可对负载实现短路、过流等保护功能，具有较高的智能化和自动化水平。
3 道路照明的规划设计
3.1 倾角设计
为了让太阳能电池在一年中接收到更多的太阳辐射能，提高太阳能的利用率，一定要结合当地的维度，合理设置太阳能电池组件的最佳倾角。
3.2 抗风设计
在太阳能路灯系统设计中，抗风设计是一个需要特别重视的问题，抗风设计主要包括灯杆的抗风设计和电池组件支架的抗风设计两大块。
3.3 灯具布置
道路照明设计应根据场所和道路的特点，并结合照明要求，选择高杆照明方式或常规照明方式。常规照明灯具的布置可分为双侧交错布置、双侧对称布置、单侧布置、中心对称布置和横向悬索布置五种方式，具体选择哪一种，要结合实际选择，采用常规照明方式时，应根据道路宽度、横断面形式及照明要求进行选择。[1]
3.4 照明设计
对于现代社会，城市道路建设是城市建设的关键，夜晚色彩斑斓、交相辉映的灯光是现代城市经济发展和文明进步的象征，因此，道路照明与道路建设需同步进行。在规划设计上，需根据道路宽度和绿化隔离带情况，采用单排、双排或单、双臂照明，选用一定色调、高度、形状、灯杆的灯具与周围环境协调配置，使道路照明壮观、亮丽，真正成为城市亮点和旅游观光景点。
4 结束语
该太阳能LED路灯的控制器系统，是以STC12C5410AD单片机为核心，达到了对蓄电池及负载运行的有效管理，提高了太阳能电池板的利用率，延长了蓄电池的使用寿命，可以防止因线路问题而造成意外事件的发生，具有成本低廉、设计可靠的特点，具有较高的应用推广价值。
太阳能路灯操作简单、设备可靠、使用方便、节能环保，充分体现了太阳能利用的多种优势，特别适合于偏远地区、牧区、部分山区使用，在城市及郊区道路、广场均可配置太阳能路灯，其应用必将受到越来越多的重视。
【参考文献】
[1]唐琼，等.LED照明控制系统在道路照明的应用研究[J].中国住宅设施，2013.
[2]贾瑞匣.基于单片机的太阳能LED路灯控制器设计[J].电子测试，2013.
[3]吴正茂，等.基于STC单片机的太阳能LED路灯控制器设计[J].中国科技财富，2012.
[4]张可儿，等.基于单片机的智能太阳能路灯设计[J].电子科技，2014.
【关键词】太阳能，路灯控制器，LED节能
中图分类号：TK511文献标识码： A
一、前言
随着经济的快速发展，人们对能源的需求日益扩大，能源也越来越紧张并制约着经济发展。国家的可持续发展要求我们要节约能源，保护环境。太阳能作为一种环保新能源越来越受重视，太阳能发电的技术日趋成熟，应用的范围也越来越大。LED智能路灯就是用太阳能供电的，它具有体积小而坚固耐用,耗电量低、使用奉命长、环保、光色性能好等优点。
二、太阳能LED灯具的特性
1.低成本：高亮度、低功耗，所需太阳能电池及蓄电池组配置较低、成本下降。
2.寿命长:单晶硅或多晶硅太阳能组件的质量保证期为20年，20年后电池组件可继续使用，但发电量略有下降。超高亮白光LED使用寿命可达10万小时，智能控制器静态功耗低、使用寿命长。
3.施工便捷:在道路照明工程中只需进行灯杆灯具安装，不用架设输电线路或挖沟铺设电力线路及安装电源变配电设备。
4.节约能源:不用电网的电能，采用光伏技术将太阳的辐射能转换为电能，在蓄电池中存储起来，在夜间给路灯供电。
5.低维护成本：以目前的技术水平和测试结果推算，大功率LED光源可以正常使用10年不用更换，而传统高压钠灯平均1年半就要更换一次，使用半导体光源可以大大降低维护成本。
三、太阳能LED路灯的供电系统设计
太阳能LED路灯控制器在结构上由太阳能电池板、蓄电池组、充电管理模块和供电模块等构成。其工作原理是首先由太阳能电池板将太阳辐射能转换成电能，然后再经过二极管后对蓄电池充电，其中二极管的作用是防止蓄电池箱太阳能电池板反向充电，而在蓄电池充电环节引入了由单片机为主要控制核心的充电管理系统，在充电过程中，由单片机对电池充电过程进行实时的状态检测，并根据检测所得结果而选择优化的充电模式，当检测到蓄电池电量偏低时则切断负载回路中断对负载供电，从而对蓄电池起到保护作用。
四、控制器的硬件系统
1.充电管理系统
在白天，太阳能LED路灯控制器会自动关闭供电系统而转入充电模式，并且在每次充电之初控制器会首先监测蓄电池电压，并以电压高低来决定充电模式，主要的充电模式有快速充电、恒压充电两种。
(1)充电原理及模式
本控制器采用低压定周期脉冲充放电模式，当蓄电池电压水平较低时，采用大电流快速充电模式，使蓄电池电压迅速上升，当电池的极化现象较为严重时控制器则发出控制指令切断充电回路使其进入短暂的停充环节，使电池开始大电流放电，这样蓄电池的计划现象就会迅速得到缓解或消除，如此反复运行就可以将电池充满，这种充电模式就是所谓的Reflex充电法。其原理是在充电时利用瞬间大电流放电脉冲的积聚。在正极板周围的气体除去，使氧气在负极板被充分吸收，以此来缓解或消除由于快速充电而产生的极化现象，使电池内部的阻抗和温度得到有效的降低，减少能量损失，提高了电池的充电效率。
随着充电过程的推进，充电过程会进入两个可选模式：一是恒压充电模式，这种充电模式情况下充电电流会随着电池的蓄电池端电压的升高而衰减；二是限压变电流间歇充电模式，这种模式下的充电初期为恒电流充电阶段，这时会采用最佳的充电电流值以使其获得最好的充电效果，到充电后期时则进入定压充电阶段，这样可以得到过充电量，将电池恢复至完全充电状态。
(2)充电管理系统的组成及功能
在充电管理系统中加入了DC-AC-DC变换模块，通过这个变换模块DC-AC变换将太阳能电池板输出的直流电能首先转化为交流电，并且该变换过程实现了由单片机的脉冲信号的控制，并且脉冲的持续时间可以进行调整。AC-DC变换环节采用整流桥电路，鉴于单片机控制器的脉冲频率值很高，在整流桥上使用的二极管应该采用快速恢复二极管，整流后的电压就可以直接连接到蓄电池的电极上，同时单片机对蓄电池的电压、电流进行实时监测，以防其过充电，以及电流过大或过小对电池造成损坏或影响充电效率。
2.供电管理系统
在黑天，太阳能LED路灯控制器可以自动进入供电模式，给LED等供电，同时对蓄电池的蓄电量进行实时监测，防止过放电给电池造成损害。在蓄电池的检测方式上可以采用恒流放电法，即在对给定的负载供电时，使电流保持不变，当负载变化时，电流也随之改变以适应负载变化。
(1)恒流放电原理
在给负载供电过程中，需要对蓄电池的剩余容量进行实时监测，以便及时充电以防止蓄电池过放电，对蓄电池的检测可以采用电池内阻与容量对应法，简称内阻法，其原理是利用标准检测仪器将蓄电池内阻和容量的对应关系标定出来存入ROM中，这样当需要知道电池容量时，就可以通过检测电池内阻值，然后通过内阻和容量的对应关系而获得其容量值。这种方法具有一定的局限性，当蓄电池的内阻较大或较小时测量的精度会难以保证。这时候可以采用对蓄电池恒流放电的方式，利用电池电压和容量的对应关系对电池容量进行估算，这种方法叫做恒流放电法，该方法是利用标准的测量设备检测出蓄电池恒流放电时的电压与容量的对应关系，这样检测是通过检测获得的电压值就可以得到电池容量状况，这种方法的准确性较高，但是主要的难点在于要保持蓄电池恒流放电。
(2)供电管理系统的组成及功能
由于LED灯的固体光源是直流供电，所以电路设计时不需要再考虑将直流变换为交流，蓄电池供电系统中电池正极接晶体管集电极，负极接地。系统利用电流电压转换器检测蓄电池的放电电流，然后经过放大电路、跟随器以及A/D转换电路后，送入到控制器，这时单片机对电池的放电电流是否恒定进行检测，如果其不恒定，则会对输出电压进行调节，输出电压在D/A转换之后通过跟随器和反向放大器，实现对晶体管基极电压的控制，从而达到稳定蓄电池放电电流的目的。同时，蓄电池的电压也通过反向放大、跟随器、滤波器之后，由A/D转换输入控制器，使控制器可同时监测电压的变化情况。另外，控制器也会对蓄电池的电压和电流进行实时的检测，从而避免蓄电池由于深度放电而使其损坏。
五、设计的材料选型
负载参数:8W的LED灯,驱动电流为1A。
蓄电池参数:设计使用24V蓄电池,每天照明时间为晚7:00～早7:00,最坏情况下需要保证48个小时的照明供电。如果始终以1A恒流驱动LED,需要16Ah的蓄电池。在最坏情况下(单日有效充电时间6小时),则需要的充电电流是2.6A。
1.太阳能电池的选型
太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池三类。多晶硅太阳能电池光电转换率约12%左右,介于单晶硅太阳能电池与非晶硅薄膜太阳能电池之间,而且其材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低。使用多晶硅电池其光电转换率降低12%。
2.蓄电池选型
参数设定为额定电压24V,容量16Ah,能承受大于2.6A的充电电流。在太阳能供电系统中,蓄电池的性能好坏直接影响系统的综合成本及运行好坏和使用寿命,太阳能储能型胶体蓄电池与普通的铅酸电池相比,它在设计上和制造工艺上有很大的优点。
六、结束语
随着人们对太阳能LED灯具的认知越来越广，太阳能LED灯具及太阳能产品的普及率也会越来越高，市场越来越广阔。它的节能效果有利于我国的可持续发展，因此在未来的城市路灯控制系统的应用中太阳能LED灯具有广阔的应用前景。
参考文献:
太阳能热水器会出现漏电现象；
1、水阀，严格上说，太阳能热水器的水阀通常都不会出现故障，对水阀的检查主要是打开太阳能热水器的进水，看微动开关是否张开，如果能够正常张开、关闭，就说明水阀是没有问题的，反之，则必须更换，通常水阀是出现故障后，都伴有漏电现象；
2、控制器，太阳能热水器漏电的问题一旦出现，需要快速检查控制器，若它出现故障将无高压打火，不能用手直接去搬动微动开关，也不能用线直接连接微动开关的两侧电线看能不能打火，能打火则控制器是好的，不能打火就得更换控制器，
3、电磁阀，当电磁阀出现故障后就只能看到高压打火而太阳能热水器无法燃烧，在太阳能热水器中也是最容易坏的一个部件，维修时最好更换掉此部件，因为很多维修人员都会采取一些更方便的措施直接抠掉电磁阀后面的胶皮，这样维修到是方便，可以快速解决太阳能热水器漏电问题。
（来源：文章屋网 ）
关键词：变电站；光伏直流系统；研究与应用
Abstract: with the continuous development of China's economic construction, effective way of energy saving and environmental protection of electric power enterprises has been attached great importance to the relevant departments, the solar energy as our present abundant renewable energy, has been widely used in electric power enterprise. This paper first introduces the substation DC system constitute, photovoltaic system design elements and principles and methods, and based on this, the recent research status of China's relevant staff of substation DC system photovoltaic, in order to promote the sustainable development of China's power enterprises.
Keywords: substation; photovoltaic DC system; research and Application
[中图分类号] TU113 [文献标识码]A[文章编号]
随着我国经济建设发展脚步的不断加快，能源作为最重要的物质基础，其作用也体现的越来越明显。对能源的有效节约也成为了国家相关部门所面临的一项重大课题。太阳能是资源最丰富的可再生资源，凭借着自身诸多优势在我国多个领域都得到了广泛应用，电力企业就是其中最重要的一个领域，光伏产业在国家大型工程项目、推广计划和国际合作项目的推动下，得到了飞速的发展，随着太阳能光伏电池的单位造价的降低，使变电站使用太阳能供电成为可能。
一、系统的构成与设计
1.1系统的构成
变电站光伏直流系统的构成主要包括太阳能电池组件、光伏控制器、蓄电池组以及高频开关充电装置等几个部分。在系统运行过程中，每个部分都起到了不同的作用。其中，太阳能电池组件主要负责将光能转换成电能。在多块太阳能电池串并联的作用下，就能够在一定程度上满足负载要求的电压和电流；光伏控制器作为整个系统的控制核心，主要就是对系统中各个设备的运行进行控制，比如说太阳能板的发电、负载的管理和保护等；蓄电池组主要为系统中的储能设备，主要复杂将多余的电能进行储存，在太阳能组件发电量不足的时候，对其进行补充；高频开关充电器装置主要是控制系统交流输入端交流接触器的闭合与断开,进而达到控制充电机的启停。
1.2系统的设计
在对变电站光伏直流系统进行设计的时候，首先应该对相关的设计标准、变电站所处的地理位置、气候气象等数据资料进行充分全面的了解，其中不仅包括直流负载的电压等级、功耗以及相关的工作时间等，而且还应该对具体环境中的温度、风速以及日照强度等进行全面掌握。由于变电站光伏直流系统在设计的过程中包括许多环节，因此，设计人员在对系统进行设计的时候，必须要从整体出发，在满足负载用电要求的基础上，还要确保系统能够长期可靠的运行，同时还要考虑系统工程整体的经济性和可靠性。
二、系统的工程原理及实现
2.1光伏控制器的研制
在整个变电站光伏直流系统中，光伏控制器作为核心设备，不仅是连接太阳能电池组件阵列和蓄电池组的控制中心的主要设备，而且对系统输入、输出功率调节和分配也起到了不可替代的作用。因此，光伏控制器的科学研制对整个系统的稳定运行来说，具有重要的作用。
图1：光伏控制器原理
在变电站光伏直流系统中，光伏控制器主要是由多个电路组成的，这些电路包括单片机电路、充电开关电路、开关电源电路以及键盘接口驱动电路等。每个电路在系统运行的时候都具备不同的功能，单片机电路主要是通过其输入/输出(I/O)口实现与其他各功能电路的连接,其模/数(A/D)转换输入口实现对蓄电池、光伏电路的采样测量；充电开关电路主要是在系统运行过程中，针对运行情况输出相应的充电控制信号；开关电源电路主要负责为单片机电路以及其他相关电路提供必要的电源。光伏控制器的工作原理则如图1所示。
2.2系统工作原理
图2：变电站光伏直流系统结构图
通过图2我们能够看出，在变电站光伏直流系统中，主要利用太阳能电池组件实现对太阳能向电能的转换需要，经光伏控制器稳压输出接直流系统合母上。当太阳能电池组件输出电压在直流系统电压要求范围内的时候，充电机输入端交流接触器受光伏控制器控制而断开，由光伏电源给变电站直流系统供电；当太阳能电池组件输出电压不符合直流系统电压要求时，光伏控制器自动停止输出，而且控制充电机输入端交流接触器闭合，此时由充电机给变电站直流系统供电。光伏控制器和充电机自动切换，交替工作。
三、系统运行的效果
变电站光伏直流系统中所采用的主要为单母线接线，其在具体运行过程中，在白天有日光照射的条件下，以光伏直流电为主用直流电源,输出接直流系统合母,给直流负载供电和给蓄电池组浮充电。太阳光照减弱时,光伏直流电压下降,蓄电池组电压也随之下降。此外，从变电站光伏直流系统实际的运行效果来看，由于系统采用光伏控制器和原有充电机自动切换，从而大大提高了变电站系统运行的可靠性，同时还在很大程度上减少了噪声，也不会产生有害物质，运行安全稳定。
四、结语
综上所述，随着太阳能在电力企业发展中的广泛应用，变电站光伏直流系统也必然会得到不断的优化与完善，其本身所具有的节能环保、运行稳定可靠等优点也会表现的越来越明显。但就我国目前变电站光伏直流系统的应用现状来看，仍然存在一些有待改进的问题，比如说系统对太阳光照的利用率相对较低等。因此，在未来的时间里，相关工作人员还需要不断积累经验，不断对系统进行完善，从而促进我国电力企业的可持续发展。
参考文献：
[1]陈晓明,张俊生,林航,葛晖.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].《水电自动化与大坝监测》.2009(01)
关键词： 太阳能 救生艇 光伏系统
1.太阳能在海上的应用现状
1985年美国的德克萨斯州的Sun Smith公司推出了一种太阳能充电装置，可供车辆和船舶的蓄电池充电。之后，多个国家的企业和研究机构都成功制作了小型太阳能驱动的模型船。上世纪80年代，日本松下电器产业股份有限公司研发了一艘太阳能小艇，好天气时在太平洋上航行，一天可发出7千瓦时电力。2000年，随着世界第一艘商用太阳能/风能混合动力的SOLAR SAILOR号（图1）双体客船在澳大利亚悉尼水域试航成功，标志着可再生能源在船上的应用进入了一个新的里程。该船的8片可调控翼帆覆盖着太阳能发电装置，还用做风帆，船长约21米，可搭载100人左右。澳大利亚的企业和研究机构近年又提出雄心勃勃的太阳能船舶研究计划，建立太阳能、风能、燃料电池和燃油混合动力的多体船，计划在近几年内实现环球航行。
图1 澳大利亚的SOLARSAILOR号
除澳大利亚外，其他国家如美国、英国、德国和瑞士等非常重视太阳能船舶和混合动力船舶的开发和研究，都研制了不少太阳能游艇，并提出了相应的研究计划，计划将太阳能、风能等新能源技术应用在大型船舶上。2007年5月8日，经过5个多月的航行，瑞士的全太阳能动力船“太阳21号”（图2）完成了横渡大西洋之旅，成为世界上第一艘完全以太阳能为动力横跨大西洋的船只。
图2 瑞士的“太阳21号”
在国内，中国船舶及海洋工程设计研究院、中国船舶科学研究中心及上海大学等科研院所、高校也在开展或者关注太阳能等可再生能源动力船舶的研制，并建造出一些太阳能动力小艇。
2.太阳能救生艇的设计思路
2.1太阳能救生艇的提出
救生艇是一种具有一定浮力、强度、航速，在承载额定乘员的同时，还配备有一定的属具备品，并在恶劣天气下航行或漂流的刚性小艇，是海船非常重要的救生工具。当海难事故发生时，船上人员可以借助救生艇迅速脱离难船，利用救生艇进行海上求生活动，以最大限度保证旅客和船员的生命安全。目前海船上配备的救生艇都是采用压燃式四冲程柴油机作为推进动力，柴油机通过齿轮减速箱控制艇的进车、倒车、停车，经过尾轴传递到螺旋桨，使其正反旋转，实现使艇前进、后退或减速。但是该种救生艇配备的柴油只能维持救生艇持续航行24小时，当燃料用完后，救生艇就失去自航能力，只能靠人力航行，给海上求生活动造成巨大的威胁。因此，太阳能救生艇是一种以太阳能为辅助动力，旨在提高救生艇的续航能力和改善救生艇的救生条件，从而提高救生艇的救生效率。
2.2太阳能光伏系统
太阳能救生艇的核心是太阳能光伏系统，是一种将太阳能转变成电能的系统，包括太阳能电池板、控制器、逆变器、蓄电池组、电动机（交流负载）等。该系统各部分作用如下：
2.2.1太阳能电池板：是太阳能光伏发电系统的核心部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或储存于蓄电池内备用。
2.2.2控制器：是对太阳能光伏发电系统进行控制的设备，是确保整个系统正常运行的控制核心。最主要作用是根据光照的强弱和负载的需求，自动控制蓄电池的最佳充放电方式和时机，保证负载能够持续、平稳地获得所需的电能。此外，还可以显示整个系统各个单元的运行状态和参数，对系统发生故障进行指示和诊断，保护系统各个设备。
2.2.3逆变器：将太阳能电池板产生的直流电转换成负载所需的交流电。
2.2.4蓄电池组：是太阳能光伏发电系统的储能部件，采用酸铅蓄电池。它的作用是将太阳能电池板产生的直流电直接储存起来，随时向负载提供。当光照较强，太阳能电池板产生的电能大于负载所需时，太阳能电池板除了对负载供电，还对蓄电池充电，将多余的电能储存在蓄电池内备用;当光照较弱，电池板产生的电能小于负载所需时，蓄电池开始放电，并向负载供应所需电能。
2.2.5电动机：即所述的负载，是系统的动力部件。电动机获得所需能量后运转，带动螺旋桨转动，产生动力。
2.3太阳能光伏系统的工作原理
太阳能光伏系统的工作原理如图3所示，在有光照的白天，太阳能电池板将太阳能转换成直流形式的电能，在控制器的控制下，一部分电能经过逆变器转换，直流电被转换成负载所需的交流电，该交流电可直接向交流负载（电动机）供应使其获得动力，电动机产生动力转动从而带动螺旋桨一起转动;另一部分电能直接储存于蓄电池组，在夜间或者白天光照不足的情况下，蓄电池开始放电，并经过逆变器转换，放出的直流电被转换成交流电，继续供负载（电动机）使用，从而产生动力带动螺旋桨转动。
图3 太阳能光伏系统原理图
而整个系统要连续、自动、稳定地运行，控制器起着不可或缺的作用，控制器是整个太阳能光伏系统的核心。它将系统的各个元件串联起来，保证各个元件能够正常工作。一方面，控制器要计算负载运行所需的功率，从而控制太阳能电池板的最大输出功率，以满足负载的需求。另一方面，它要控制蓄电池组的最佳充放电时机，以保证负载在各种天气条件下都能够获得足够的功率，从而保证系统运行稳定。
3.太阳能救生艇关键性技术研究分析
目前，关于太阳能救生艇的研究仅停留在理论阶段，要将太阳能救生艇应用于实践，研制出一种太阳能救生艇，还有待进一步论证研究。要将理论研究应用于实践，关键在于解决几大关键性技术问题。比如，太阳能电池板的安装问题、蓄电池的选择问题、充放电的自动控制问题、系统运行的连续性和稳定性问题等。
3.1太阳能电池板的安装
太阳能电池板的安装问题是首先要考虑的问题，因为太阳能电池板是整个太阳能光伏发电系统的基础，它能否最优化安装，关系到太阳能光伏发电系统能否产生足够的电能。关于太阳能电池板的安装，我们首要考虑它的发电效率问题。救生艇的外表面积本来就相对较小，能够安装太阳能电池板的空间相对有限，因此在安装太阳能电池板时，我们基于两点考虑：一是安装在救生艇上的太阳能电池板要足够牢固，经得起海上大风浪的抗击;二是产生足够的电能，尤其是在光照强度不高的情况下，如何产生足够的电能。
因此，为了解决上述问题，我们提出这样的方案：为了使电池板的受光面积尽可能大，我们在安装太阳能电池板时，采用可折叠式翼形太阳能电池板，这种电池板可以调整受光面积和受光角度，以便最大限度地利用太阳能。在天气晴朗的情况下，太阳能电池板可以展开到最大受光面积，有效利用光能，在风浪较大的情况下，考虑到它的牢固，可以适当折叠太阳能电池板，通过调整它的光照角度实现最大限度地利用光能。另外，为了提高太阳能光电转换效率，我们采用聚透镜提高受光强度，从而实现弱光高效发电的目标，其技术方案包括太阳能电池板和覆盖在太阳能电池板受光面上的微棱透镜板。微棱透镜板由多个凸透镜紧密排列而成，利用凸透镜将照射到太阳能电池板的平行太阳光聚集成多个亮度更高的光束，能提高光电转换效率和光照强度较弱时太阳能电池板的输出电压，使太阳能电池板在弱光时也可以正常供电。
3.2蓄电池的选择
蓄电池是太阳能光伏发电系统的储能部件，它的作用是将太阳能电池板产生的直流电直接储存起来，随时向负载提供。当光照较强，太阳能电池板产生的电能大于负载所需时，太阳能电池板除了对负载供电，还对蓄电池充电，将多余的电能储存在蓄电池内备用;当光照较弱，电池板产生的电能小于负载所需时，蓄电池开始放电，并向负载供应所需电能。因此蓄电池是太阳能光伏发电系统中不可缺少的元件之一，选择一种性能优良、使用寿命长、价格相对便宜的蓄电池尤其重要。目前，太阳能光伏系统中常应用的蓄电池主要有传统开口铅酸蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池和铬镍蓄电池三种，根据三种蓄电池的特性及价格等综合因素考虑，阀控式密封铅酸蓄电池是目前用蓄电池储能的最佳选择。
3.3充放电的自动控制
选择一种最佳蓄电池后，接下来要解决的关键问题是，如何实现蓄电池充电与放电的自动控制，这就涉及太阳能光伏发电系统的另一个重要元件――控制器。它是对太阳能光伏发电系统进行控制的设备，是确保整个系统正常运行的控制核心。最主要作用是根据光照的强弱和负载的需求，自动控制蓄电池的最佳充放电方式和时机，保证负载能够持续、平稳地获得所需的电能。除此之外，它还应该具有以下功能，以保证系统正常连续地运行。
3.3.1信号检测。检测光伏系统中各种装置和各个单元的状态和参数，为对系统进行判断、控制、保护等提供依据。
3.3.2最优充电控制。控制器根据当前太阳能资源状况和蓄电池荷电状态，确定最佳充电方式，以实现高效、快速地充电，并充分考虑充电方式对蓄电池寿命的影响。
3.3.3设备保护。光伏系统连接的用电设备在有些情况下需要由控制器提供保护，如系统中逆变器电路故障而出现的过压和负载短路而出现的过流等，如不及时加以控制，就有可能导致光伏系统或用电设备损坏。
3.3.4故障诊断定位。当光伏系统发生故障时，可自动检测故障类型、指示故障位置，为系统检测维修提供方便。
3.3.5运行状态指示。通过指示灯、显示屏等方式指示光伏系统的运行状态。
3.4系统运行稳定性
这里所指的系统运行稳定性包含两方面：一是在内部环境下运行稳定;二是在外部环境下运行稳定。内部环境下运行的稳定性，指太阳能光伏系统的各个设备要正常运行，从而保证系统正常有序地运行，尤其是保证系统能够根据实际需要自动充放电，以满足负载的要求。在保证内部环境下运行稳定性方面，控制器起着核心作用。关于控制器的作用前面已经论述过。外部环境下运行的稳定性，指整个系统安装在救生艇后，要在海上变化多样的环境下正常运行，不仅要在风和日丽的良好气候下运行，而且要在狂风暴雨等不良气候下运行。由全国光伏能源系统标准技术委员会提出并由宁波太阳能电源厂、交通部标准研究所负责起草的《中华人民共和国国家标准――海上用太阳电池组件总规范》对于平板型海上硅太阳电池组件的技术要求、试验方法和检测规范等均有明确的要求，其中包括温度交变、振动冲击、冰雹冲击、盐雾腐蚀等环境下具体试验验证程序规范。因此，在海洋气候环境下，光伏系统要特别考虑使用防风雨及抗盐雾的保护装置，从而保证系统在外部环境条件下正常运行。
4.结语
太阳能作为一种新型、环保、可再生能源，在各个领域有广阔的应用。在节约资源和环境保护的双重制约下，太阳能已经初步应用于海上交通运输工具，随着太阳能技术越来越成熟，其应用将更广泛。因此，只要解决太阳能在救生艇应用中的几个关键技术难题，太阳能救生艇的问世将成为可能。
参考文献：
[1]孙玉伟.船用太阳能光伏发电系统设计及性能评估[D].武汉：武汉理工大学，2010.
[2]吴新宪.太阳能和风能在船舶上的应用分析[D].武汉：武汉理工大学，2010.
[3]韩烁.新能源在船舶中的应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012.
关键词 变电站；光伏直流系统；应用
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-062-2
对于可再生能源的发掘与发展如今已经变成了全球性的研究命题，通过我们对各种可再生能源的比较分析可以发现，对太阳能的开发利用具有巨大的潜力和光明的前景。从世界范围来看，太阳能光伏发电具有最大的能源节约功效，同时作为一种高新技术产业，可以有效的促进绿色电力的迅速发展。为了解决各国普遍存在的能源和经济、环境之间的矛盾，对光伏产业的大力发展可谓是最佳途径之一。由于我国的国家大型工程项目和国际合作项目的大力推动，使得光伏产业在我国获得了良好的发展环境。如今，节能减排政策和光伏产业政策在我国陆续出台并得到了有效的实施，在未来的发展中，光伏产业的应用与推广范围必将更将广泛。
1 简述变电站光伏直流系统的构成要素
1.1 对系统构成的概述
太阳能的光伏阵列即电池组件、光伏的控制器、蓄电池组以及高频的开关充电装置也就是充电机等组合在一起构成了变电站光伏直流系统。
太阳能对“光生伏打”效应进行充分利用，以把光能有效的转变成电能。当一定的光照条件被满足时，电压与电流会随之产生。太阳能板由许多块的太阳能电池块组合而成，通过串并联多块太阳能板，使得负载要求的电压与电流得到充分的满足，这边是所谓的光伏组件阵列。
整个变电站光伏直流系统的核心便是光伏控制器，它对太阳能板的发电、蓄电池的充电与放电以及对于负载的管理和保护工作起到一个控制作用；除此之外，它还可以进行本地显示和远程监控。
在变电站光伏直流系统中，储能设备是蓄电池。它对太阳能组件工作过程中产生的多余电能进行存储，以在正常的太阳能组件发电量小于负载的实际需要时，提供及时的供电。变电站原本配置的蓄电池组完全可以达到直流系统的需求要求，因而，进行重新配置是没有必要的。
所谓的高频开关充电装置即变电站光伏直流系统中的充电机。属于系统的原配装置。在对充电机的启停进行控制时可以通过加强对系统交流输入端与接触器的闭合与断开的控制工作。
1.2 设计系统
若要实现变电站光伏直流系统的完善设计，应当以国际和国内的相关标准以及有关的气象数据为依据，对直流负载需要消耗的功率、电压的等级以及工作的时间等信息作出详细的了解，最重要的数据资料是变电站的建设地点的气象情况，诸如日照的强度、环境的温度和湿度、风速级别、以及沙尘暴、台风等恶劣天气的持续时间。在进行多种设计时遵循系统的安全级别要求，设计的类型包括关于光伏组件的容量大小的设计、对于蓄电池容量的设计、接地防雷系统以及关于系统安全性的设计等各种类型。在进行系统设计时应当遵循同时满足负载的用电需求以及系统的长期性与可靠性两个条件，也就是说，可靠性与经济性是当时并驾齐驱、缺一不可的。
1）对光伏组件方阵容量设计时应当考虑的因素。
通常来说，日照强度、光谱和温度等会对光伏组件的方阵容量产生影响，影响效果最显著最直接的是日照强度。一般来说，气象部门关于日照强度的数据是通过水平面上的测量得到的，而通常来说，太阳能板的放置具有一定的倾角，因而，在对相关数据进行使用时应当把其进行换算。
2）如何选择光伏组件的方阵倾角。
将光伏组件方阵放在不同的倾角下，对不同情况下的发电量进行比较，由此才能确定最佳倾角，使得变电站光伏直流系统在够在各月接收到基本等量的日照强度，为系统的常年正常运行打下基础。伴随着信息时代的不断发展，目前我们已经可以利用相关软件计算光伏组件方阵的最佳倾角。通常情况下，在我国境内，多数地区的最佳倾角都要比本地区的维度更大。
2 探究光伏直流系统的工作原理
2.1 关于光伏控制器的研究
在系统的研制过程中，光伏控制器是核心设备，因而，它发挥的作用是关键性的。它功能的实现是通过将太阳能电池组方阵与蓄电池组进行连接并加以控制。调节并分配系统的输入输出功率，从而实现对变电站内光伏直流系统的控制。
光伏控制器的组成构件主要包括单片机电路、掌控电源的开关的电路、对时钟进行实时控制的电路、利用液晶对显示进行驱动的电路、以及对开关进行充电、驱动键盘接口等的电路。具体来说，在单片机电路中，实现输入输出口与其他不同功能的电路的连接，对蓄电池和光伏电路进行采样测量工作的实现主要依靠A/D输入口；为单片机及其他电路提供电源的是开关电源电路；而利用液晶对显示进行驱动的电路的主要功能是以半字节的数据和控制的纵线为桥梁实现与单片机电路的连接。应当注意的是，液晶显示电路的控制器是本身所有的独立的，它的工作电源的提供是由电源模块来负责。而通过将SCL、SDA总线与单片机进行串行连接使得读写功能发挥出来，这是由实时时钟电路来完成的；对开关进行充电的电路采用场效应管方式，通过一组控制线实现与单片机电路的相连接，并将充电控制信号输出。
2.2 阐述系统工作的原理
变电站光伏直流系统在工作时要依托太阳能组件方阵的作用将太阳能转换成有效的电能，在光伏控制器的作用下稳压输出，与直流系统合母实现对接。如果由太阳能组件输出的电压符合直流系统的电压要求，在光伏控制器的控制下充电机的输入端交流接触器就会自动断开，对变电站直流系统供电的工作便由光伏电源来完成。相应的，如果输出的电压不能满足直流系统对电压作出的要求，输出工作就会在光伏控制器的控制下自动停止，与此同时，充电机的输入端的交流接触器也会随之发生闭合，这时候变电站的直流系统供电工作便由充电机来完成。光伏控制器和充电机就在这样的工作原理下进行交替的工作，实现自动切换。
3 结束语
变电站光伏直流系统充分运用了可再生能源实现发电，实现了与我国相关能源与光伏产业政策的相吻合，深入贯彻落实了建设资源节约型和环境友好型社会的基本国策，可以有效的促进电网企业与节能环保产业的不断高效发展。该系统以其独有的环保性能、可靠性能等优点获得了不断的推广，使人们看到了这一产业发展的广阔前景。在实践过程中，我们还应努力将这一技术推广到站用电系统，使得变电站光伏并网得到不断的开发。
参考文献
关键词： 太阳能供电； 充放电控制器； 防雷器； GSM短信开关
中图分类号： TN98 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）14?0156?04
Research on wireless sensing device of solar?energy power supply system
SONG Li?qing， LIU Chong， ZHANG Zhi?xin， LIANG Bang?wei， LIU Yang， LI Yi?hui
（School of Mechanical Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China）
Abstract： In order to be able to achieve uninterrupted power supply for the wireless sensor device on the seamless rail， a method of solar uninterrupted power supply system is introduced in detail. Taking the charging and discharging controller as the core of this system and the maintenance?free lead?acid battery as backup power， the design of the uninterrupted power supply system for the wireless sensing device was realized. In the completion process of system design， the impact of lightning strikes and remote voltage monitoring of wireless sensor were also fully considered. Therefore， the lightning?proof surge protection module and the GSM SMS switch are added to improve the safety and reliability of the system. The field testing results that the battery can continuously work for 7 days in rainy weather. This system has the characteristics of safety， reliability， lightning protection， remote monitoring and so on.
Keywords： solar energy power supply； charge and discharge controller； lightning arrester； GSM SMS switch
无线传感装置被安装在野外的铁路钢轨上，它利用传感器获取钢轨信息，通过无线通信将获取的感知信息传送给远端的监控终端，可以及时地对铁路的安全进行监测、预警等。在无线传感装置中，电源是整个系统的重要组成部分。目前，无线传感器多采用传统的化学电池供电，使用寿命有限。在野外环境下，无法期望对多个监测节点进行频繁的电池更换操作，考虑到我国的许多地区太阳光照充分，若利用太阳能对无线传感装置供电则不失为一种较好的选择[1]。
太阳能是一种取之不尽，用之不竭的资源，并且是一种绿色节能环保的新能源。利用太阳能可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失，安装简单，维护方便，适合于无人值守情况下使用。本文设计的太阳能供电系统可为安装在无缝钢轨上的无线传感装置提供安全、可靠、稳定的低电压输出，从而保证无线传感装置在持续长久作业时的稳定性，克服了铁路现场供电困难的问题。太阳能供电系统不仅解决了野外长时间无人监护的网络节点供电问题而且还具有供电持久环保节能和便于维护等优点，具有良好的应用前景。
1 供电系统简介
由于太阳能电池板的输出电压不稳定，传统的太阳能供电系统往往因为蓄电池充放电管理不合理导致蓄电池使用寿命大大缩短，且太阳能供电系统安装在户外，容易在雷雨天气遭遇雷电干扰而使整个系统发生故障。无线传感装置安装在钢轨上，工作人员无法长期在现场对其进行看护，当传感装置工作出现异常时，不能够及时有效地对其供电单元进行故障分析和判断，这就急需一种能够有效对其进行远程控制的装置来获取供电系统的运转状况。
本文提出了一种基于太阳能的无线装置的太阳能供电系统。主要由太阳能电池板，蓄电池，充放电控制器，防雷器和GSM短信开关五部分组成。该系统能够自动管理蓄电池的充电过程并进行有效的能量储存，通过对电池电压的监测避免蓄电池过度放电以达到延长蓄电池寿命的目的。太阳能供电系统的核心单元是充放电控制器，它不仅能够根据太阳光照射的条件来完成太阳能供电到蓄电池的控制，对蓄电池的过充和过放进行保护，并且能够输出稳定的电压给负载[2]。防雷模块的使用可以抗击雷电的干扰从而对整个系统进行保护，保证了供电系统的安全稳定性[3]。GSM短信开关的安装可有效解决传感装置工作出现异常时对其进行重新上电或断电来实现复位重启。通过发送不同功能指令的短信到GSM短信开关卡，既能够查询当前蓄电池的电压状况，又能够实现对传感装置进行远程重新上电或断电功能，同时，当供电系统出现异常时，短信开关又能够及时地向绑定的手机号码发送报警功能。
2 太阳能供电系统总体设计
太阳能供电系统的整体设计思路，首先要考虑系统总功耗来选取合适的蓄电池，然后根据蓄电池的容量确定太阳能电池板，最后根据太阳能电池板和蓄电池的充电电压、充电电流等参数选择合适的充放电控制器。基本供电系统搭建以后，再综合传感装置的工作环境等因素，加入防雷模块以及短信开关控制，使系统更加完善可靠。根据传感装置的实际供电需求，搭建的太阳能供电系统如图1所示。
图1 太阳能供电系统结构图
2.1 供电模块选取
系统供电模块包括太阳能电池板和蓄电池，二者的选取应满足无线传感装置不间断工作的需求。
2.1.1 蓄电池的选取
太阳能供电系统的储能装置主要是蓄电池，与太阳能电池板配套使用的蓄电池通常工作在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的电能量比用电负载所需的电能量大得多。同时，蓄电池放在室外，在严冬和酷暑环境下受环境温度的影响较大。因此，要求蓄电池不仅有较好的深循环能力，以及很好的过充和过放能力，而且能够适用不同的环境要求，维护简单，使用寿命长。目前国内被广泛使用的太阳能蓄电池主要有：铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池。因为它们固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适用于性能可靠的太阳能供电系统，特别是无人值守的工作站[4]。从价格低廉角度考虑，本系统最终选用铅酸免维护电池。
无线传感装置对钢轨必须进行全天24小时无间断安全监测，且必须考虑到至少7天阴雨连天以及夜晚无日照情况下能够正常工作。综合多种因素，来选取满足容量要求的蓄电池。
钢轨安全监测所需的一套测量传感装置包括4个传感节点（加速度传感节点，动态应变传感节点，静态应变传感节点，静态温度传感节点），当列车未经过钢轨时传感节点处于低功耗模式，工作电流大约为0.13 A；列车经过时，传感节点全部进入工作模式，工作电流最大约为0.25 A。每天大约经过60次列车，节点每次进行数据采集传输所需时间大约为60 s，所以一套传感节点在一天之内的功耗大约为3.24 A・h。
铅酸蓄电池的容量计算公式如下：
[Bc=QlTlKtDdKs] （1）
式中：[Bc]为铅酸蓄电池的容量；[Ql]为传感节点的日均耗电量，取值为3.24 A・h；[Tl]为最长连续阴雨天数，取值为7天；[Kt]为铅酸蓄电池温度修正系数，一般0 ℃以上为1，0 ℃以下为1.1，取[Kt]=1；[Dd]为铅酸蓄电池放电深度，一般为0.75；[Ks]为安全系数，取[Ks]=1.25。由式（1）计算得到蓄电池容量[Bc]=23.389 A・h，根据通信电源相关工程设计规范以及蓄电池常用规格，本系统最终选择12 V 38 A・H的铅酸蓄电池给无线传感装置供电。
2.1.2 太阳能电池板的选取[5]
选择太阳能电池板的决定因素在于光伏发电系统所需要的功率，另外蓄电池性能和转换电路的损耗等对选取电池板也有一定的影响。根据无线传感装置的工作状况和蓄电池的充电需求，选取所需功率的太阳能电池板。太阳能电池板的功率可由下列公式计算得出：
[Ps=P1T1V1・VsTsη×Ks] （2）
式中，[Ps]为所要计算的太阳能电池板的功率；[P1]为负载最大功率，本文中一套节点的功耗[P1]=12 V×0.25 A=3 W；T1为负载一天所需要工作的时间，取T1=24 h；V1为负载的工作电压，取V1=12 V；Vs为太阳能电池板的平均充电电压，取Vs=14 V；Ts为太阳能电池板每天可以正常工作的时间，北方一般为4～5 h，取Ts=4 h；η为太阳能电池板的充电效率，一般为60%～70%，取η=60%；Ks为保险系数，一般为1.1～1.4，取Ks=1.3。由式（2）计算得到Ps=43 W。由计算可知，太阳能电池板所需功率大约为43 W时才能保证一套无线传感装置的正常工作，实际应用中应留有设计余量。目前常用的太阳能板主要有单晶和多晶电池板两种，同功率的单晶电池板价格要比同功率的多晶板高些，考虑设计成本及太阳能电池板功率规格，本文选用12 V 65 W多晶硅太阳能电池板，其最大工作电压17.6 V，开路电压21.8 V，最大工作电流3.7 A，短路电流4.11 A。
2.2 充放电控制器
一般太阳能电池板输出电压不稳定，不能直接应用于负载，而控制器在这个过程中起着枢纽作用，其性能的好坏将会直接影响充电效果和输出负载电压的稳定性。控制器控制太阳能电池板对蓄电池的充电，为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。基于以上设计要求并结合太阳能电池板和蓄电池参数，本系统采用PWM（Pulse Width Modulation）调制方法控制对蓄电池充放电的控制器，该控制器具有温度补偿，过充、过放、负载短路、过载保护等功能，极大的延长蓄电池的使用寿命，保证整个系统的正常工作[6]。其性能参数如表1所示。
表1 充放电控制器性能参数
所选用的充放电控制器在实际应用中具体工作过程如下：
有阳光照射时，如果蓄电池发生过充动作（蓄电池电压超过保护值14.4 V），控制器则会自动断开对蓄电池的充电电路，以防止因过充对蓄电池造成的损害；当电压下降到13.8 V时，太阳能控制器将会重新启动充电电路，从而对蓄电池进行保护。阴雨无光照时，蓄电池对负载供电，同样也要检测蓄电池两端电压，当电压到达设定的最低放电电压10.8 V时，控制器会自动切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能极板对蓄电池的充电达到控制器设定值（恢复电压12.2 V）时，负载才会被再次接通。经过多次试验证明，设计中采用充放电控制器，延长了蓄电池的使用寿命，能够为负载提供稳定的输出电压。
2.3 防雷模块设计
无线传感装置安装在户外进行数据传输通信，雷击会给通信设备及其供电系统造成危害， 导致设备故障，通信中断甚至设备烧毁，酿成严重事故。为减少雷击浪涌造成的损失， 供电系统必须进行雷击浪涌保护设计，如图1所示供电系统中加入两级防雷设备来降低雷电对无线传感装置的损伤。在电路设计中，防雷保护电路图如图2所示，主要由三种元器件组成：陶瓷气体放电管（GDT），聚合物正温度系数热敏电阻（PPTC），瞬态电压抑制器（TVS）。
图2 防雷模块电路原理图
当几百伏到一千多伏脉冲击穿电压加载到图2所示输入端时，陶瓷气体放电管内（G1、G2）气体电离，放电管导通，冲击电流被泄放到大地，作为一级保护电路[7]。PPTC在正常情况下阻值很低，当通过其电流急剧增大，电路出现异常时，器件的温度会在瞬间急剧上升迅速产生很高的阻抗，限制异常电流通过，作为二级保护电路。TVS二极管（TVS1，TVS2，TVS3）在承受瞬间高能量脉冲时，能在ns级时间内由原来的高阻抗状态变为低阻抗，并把输出端电压箝制到特定的水平，用作电路的三级保护[8]。实验中使用雷击浪涌发生器SKS?0510，浪涌极性分正负极，对防雷模块进行共模雷击浪涌模拟测试，将12 V电源经防雷模块加载到负载电路（负载电路为发光LED灯）。元器件GDT，PPTC，TVS和LED灯的实验数据如表2所示。
实验分析：所选用的GDT、PPTC、TVS能够有效的抵挡2 200 V的浪涌干扰，因此，该防雷电路是有效的。
2.4 GSM短信开关
太阳能供电系统应用在铁路沿线且远离监控中心，操作人员在监控中心无法及时了解和掌控无线传感装置的供电和工作状况。且GSM短信通信具有成本低、可扩展性强等优点，受到了广泛关注，因此在供电系统中引入了GSM短信开关[9]。本文选用GSM模块和单片机为核心的远程控制器，用户通过发送短信的方式遥控千里之外的远程开关，时刻查询蓄电池电压，并可对负载进行断电或重启，以及供电异常时向手机绑定用户发送报警信息[10]。选用的GSM短信开关输入电压为12 V，最大工作电流只有0.3 A，内部包含两个常闭继电器，触点最大切换电压30 V，最大切换电流10 A。实际使用过程中，一个继电器一端连接12 V的输入电压，另一端接负载（无线传感装置）。用户可通过开关配置助手进行设置绑定手机号码和操控密码如图3所示。
表2 雷击浪涌共模测试结果
图3 短信开关配置助手
实际应用中当短信开关重新上电时，会自动向绑定手机号码发送消息，返回蓄电池当前电压值；短信开关若接收到用户命令，会根据其格式及密码来判断是否为有效命令，执行相应的操作后返回一条消息告知用户当前执行的结果。同时，短信开关通过每分钟模块运行状态自动查询来及时处理死机状态。若发现死机，单片机会自动重启模块供电部分；当GSM模块无法连接网络或者网络信号比较差时，单片机也会自动重启模块供电部分，使得模块重新运行和连接网络。
通过在铁路现场应用GSM短信开关，实现了操作人员在监控中心对负载供电实现远程操控的需求，操作简单方便，可随时查询蓄电池电压，对负载进行断电或重启，以及供电异常时向手机绑定用户发送报警信息。
3 供电系统测试与结果
实验设备包括两块并联的太阳能电池板（12 V 65 W）、蓄电池（12 V 38 A・h）、充放电控制器、防雷模块、GSM短信开关、GSM天线、负载（无线传感装置）、数字万用表及若干导线。按照供电系统的原理图搭建如图4所示测试环境。
图4 太阳能供电系统
测试过程：
（1） 天气晴朗阳光充足，蓄电池初始电压10.1 V，即放空状态情况下，测试充满蓄电池的时间。所得实验数据如表3所示。
表3 蓄电池充电数据表
（2） 用黑色布遮住太阳能板，模拟连续阴雨天气，测试负载持续工作时间，所得实验数据如表4所示。
表4 负载持续工作时间表
（3） 测试小结
太阳能供电系统基本上能够实现设计的要求和功能，在历时6 h左右基本达到蓄电池满充状态，并且能够在阴雨天气一周内保证无线传感装置的正常工作。
4 结 语
目前，研究的太阳能供电系统已应用于某线路无缝钢轨上的无线传感装置，经过长期实验测试，该系统能够在连续阴雨天气内给负载提供稳定的电压，通过手机短信随时随地获取蓄电池电量，同时能够应对雷雨天气，保障系统安全正常可靠的运行。
参考文献
[1] 王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学出版社，2005.
[2] 冯大伟，张明明.太阳能?蓄电池供电系统在无人值守环境监测站的设计与实现[J].黑龙江环境通报，2010，34（3）：28?29.
[3] 周洪伟，罗建，吴英杰，等.低电压太阳能供电系统设计[J].电子测量技术，2011（2）：18?21.
[4] 高云.太阳能充电控制器研究[D].北京：北京交通大学，2009.
[5] 李以辉.分布式钢轨应力无线监测系统硬件研究[D].大连：大连理工大学，2013.
[6] 王建文，丁嘉.智能型太阳能充电控制器[J].中小企业管理与科技，2011（7）：291?292.
[7] 范大祥.电子通讯设备的雷击浪涌保护设计[J].质量与可靠性，2011（1）：25?29.
[8] 贺胜民，钱立国.一种防雷击浪用的开关电源电路设计[J].电源技术应用，2009，12（10）：28?30.
关键词：太阳能路灯 光伏照明 LED 节能环保
中图分类号：TK519 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0100-02
1 绪论
1.1 我国太阳能资源及分布
太阳能资源的分布与各地的维度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰富度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。我国属太阳能资源丰富的国家之一，太阳能总辐射量大致在930～2330MJ/m2之间。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000 h。特别是在甘肃、新疆、青藏高原、内蒙古一带，利用太阳能的条件尤其有利。
1.2 国内外光伏产业的发展
1839年法国学者贝克勒尔发现光伏效应，1954年美国贝尔实验室的三位科学家首次制成实用的单晶硅太阳能电池。2004年德国推出光伏补贴启动了全球第一阶段需求驱动，从2012年开始，德国率先进入了第二阶段需求驱动时期。2013年美国、日本和中国刚进入第一阶段需求驱动时期，市场完成结构性变化后进入一轮新的发展周期。按照中国政府的规划，2015年前中国平准化能源成本（LCOE）达到环保水平，中国将进入第二阶段需求驱动时期。太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的产业。
1.3 太阳能光伏能源的优势
（1）照射在地球上的太阳能能源在运用上是取不尽，用不竭的，但对于人类当前使用的小号能量，太阳能要比其大6000倍，同时它不受地域和海拔等相关因素的限制，其应用与分布比较广泛。
（2）太阳能能源不管在任何时候都可以就近取得，人们供电就可以通过太阳能就近供电，不必进行长距离的输送供电，而这样就避免了长距离输电给电能带来的损失。
（3）光伏发电能量的转换是直接从光子到电子的转换，这个转换过程比较简单，其中没有机械运动和中间过程这两个方面，就不存在对机械方面的磨损。根据热力学方面分析，光伏发电的理论发电效率很高，达到了80%以上，这就说明了这项技术开发的潜力是很大的。
（4）光伏发电是绿色环保的能源，也是最新型的、可再生的能源，它不污染空气，不产生噪声，不使用燃料，不会给燃料市场带来不稳定和冲击，不会遭受能源流失的危机等特点。
（5）光伏发电的过程中是冷却水是不需要的，而光伏发电可以在没有水的荒漠戈壁安装，同时可以与建筑物进行有效结合，构成先进的光伏与建筑一体化的发电系统，不需要在单的占用土地进行建设，这就给土地资源得到了节省。
（6）光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。
（7）光伏发电工作性能稳定可靠，使用寿命（30年以上）。晶体硅太阳能电池寿命可达20～35年。在光伏发电系统中，只要设计合理、造型适当，蓄电池的寿命也可长达10～15年。
（8）太阳能电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而用根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。
2 太阳能路灯照明设计
2.1 太阳能路灯的组成、设计选配及工作原理
随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在节能环保上的双重优势已经逐渐显现，太阳能路灯的应用也日见普及，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。
2.1.1 工作原理
太阳能光伏系统的工作原理是利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池，白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度低于设定值（一般为10Lx左右）时，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电数小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。第二天白天，太阳出来后，重复前一日的过程。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。其原理如图1所示。
2.1.2 太阳能路灯的组成及设计选配
太阳能路灯主要由以下几部分组成：太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池组、光源和灯具外壳等。如输出电源为交流220 V或110 V，还要配置逆变器。
太阳能电池板是太阳能路灯的核心部分，其作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。太阳能电池主要分为以下几种：
（1）单晶硅太阳能电池。
单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的。单晶硅电池的使用寿命一般可达20年左右。但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，价格相对较高。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区宜采用单晶硅太阳能电池。
（2）多晶硅太阳能电池。
多晶硅的制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜材料制造更简便，总的生产成本较低。多晶硅太阳能电池的光电转换效率相对较低，使用寿命也比较短。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。因此，多晶硅薄膜电池将会在太阳能电地市场上占据主导地位。在太阳光充足日照好的东西部地区宜采用多晶硅太阳能电池。
（3）非晶硅太阳能电池。
非晶硅太阳电池的制作工艺过程简化，硅材料消耗少，电耗低，它的主要优点是在弱光条件也能发电，主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。在光照不足的地区或小型电子设备（如计算器、电子表）上宜采用非晶硅太阳能电池。
太阳能路灯系统中，一个性能良好的充放电控制器是必不可少的，其作用是保护蓄电池。基本功能是必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。即当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态，还应具有光控、时控功能，以及夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。
太阳能路灯光源的选择原则是选择适合环境要求、光效高、显色性好、寿命长的光源。同时为了提高太阳能发电的使用效率，尽量选择直流输入光源，避免由于引入逆变器而带来的功率损失（由于小型逆变器的效率比较低，一般低于80%）。
2.2 太阳能路灯设计
2.2.1 太阳能路灯系统在使用中存在的问题
在保证路灯灯具正常工作的情况下，太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池组之间的匹配与否对于整个照明系统的正常运行、维护保养有着重要的影响。很多设计人员在进行太阳能路灯设计时不考虑当地的日照因素，只是经验性的选配光伏组件，有时为满足客户低成本的要求，配低了太阳能组件，或者只考虑了单日发电与耗电的匹配，而没有考虑蓄电池充电问题。导致路灯在使用一段时间后，经常几天不能正常工作。出现该问题的原因主要是连续几天阴雨天后，路灯系统蓄电池回过放，控制器会出现过放保护，此时如果太阳能发电量偏小，蓄电池电压达不到控制器的恢复放电电压，控制器与负载间一直断电，组件容量过小或阴雨天过长必然导致长时间不放电。因此，在组件容量计算式需要考虑蓄电池充电时间问题，尽可能2～3天充满。
2.2.2 路灯系统配置计算
太阳能路灯配置的计算一般按照独立光伏系统的设计方法进行，下面介绍太阳能路灯配置的设计步骤：
设计要求：某地区负载输入电压24 V功耗20 W，每天工作时数9 h，保证连续阴雨天数6天，年辐射量为103.6 Kcal/cm2。
（1）太阳能电池板的选型。
①峰值日照时数：A×0.0116÷365= 103.6×1000×0.0116÷365=3.3 h。
A为倾斜面的上年均辐射量，单位为Kcal/cm2；
0.0116为将辐射量（卡/cm2）换算成峰值日照时数的换算系数。
②负载日耗电量：20 W÷24 V×9 h=7.5 Ah。
③所需太阳能组件的总充电电流：1.05×7.5×1.34÷（3.3×0.85）=3.8A。
这里两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，系数为1.34，太阳能电池组件系统综合损失系数为1.05，蓄电池充电效率为0.85。
④太阳能组件的最少总功率数：17.2 V×3.8 A=65.4 W。
太阳能组件最低输出电压为17.2 V。
选用峰值输出功率70wp的标准电池组件可以满足路灯系统的正常运行。
（2）蓄电池的选型。
首先根据当地的阴雨天情况确定选用的蓄电池类型和蓄电池的存贮天数，一般北方选择的存贮天数在3～5天，西部少雨地区可以选用2天，南方的多雨地区存贮天数可以适当增加。容量计算公式如下：
蓄电池容量=负载功率×日工作时间×（存贮天数+1）÷放电深度÷系统电压
其中：蓄电池容量单位为Ah；
负载功率单位为W；
日工作时间单位为h；
存贮天数单位为d；
放电深度，一般取0.7左右；
系统电压单位为V。
根据上面计算：负载日耗电量7.5 Ah。在蓄电池充满的情况下，在阴雨天可连续正常工作6天，则需要的蓄电池容量为：7.5×10×7÷0.7÷12=63 Ah。
然后根据系统电压和容量的要求选配蓄电池。
以上计算没有考虑温度的影响，若蓄电池的最低工作温度低于-20 ℃，应对蓄电池的放电深度加以修正，具体修正系数可咨询蓄电池厂家。
（3）路灯控制器的选择
因路灯工作电压是24 V，蓄电池串联输出额定电压也是24 V，所以太阳能路灯控制器应该选择24 V额定工作电压，其光伏组件的额定输出电压为34 V。在选择控制器时还需注意过充保护、恢复充电、过放保护、恢复放电电压。如果系统配置不合理，很可能长时间不工作，因此对恢复放电电压不能设置过高，但同样的，把恢复放电电压设置过低，甚至低于23 V，很可能会出现使用寿命缩短的问题，特别对蓄电池更是如此。
3 结论
随着全球性的能源危机和大气污染问题日益突出，寻求绿色替代能源已成为世界各国面临的共同课题。因此，无论是在未来城市的建设中，还是在日常生活中更广泛、更合理的运用太阳能光伏技术是具有实际意义的，这不仅可以减轻我们对石油、煤炭等化石能源的依赖，而且可以减少对自然环境的影响。国外在这方面的研究起步较早，已出具成效，我国近年来也开始重视该问题。随着绿色工程的增多，太阳能光伏照明建设的经验会更多、技术会更加成熟，除了设计时要尽可能完善之外，工程施工也是一个非常重要的环节，有关施工方面的专业知识，这里不再赘述。
参考文献
[1] 汤宁.一种太阳能路灯的设计[J].通信与广播电视，2008，（4）：72.
[2] 桑久强.太阳能路灯系统的优化设计及经济评估[J].石油石化节能[J]，2008，19（1）：32.
[3] 江晓.浅谈太阳能路灯[J].日用电器，2009（8）：51-52.
[4] 黄国华.太阳能路灯[J].太阳能，2001（4）：17-18.
[5] 张耀明.中国太阳能光伏发电产业的现状与前景[J].新能源与新材料，2007（1）：1-6.
[6] 赵争鸣，刘建政.太阳能光伏发电及其应用[M].北京科学出版社，2005：20-26.
