一种集中储能式太阳能led路灯系统的制作方法
【专利摘要】一种集中储能式太阳能LED路灯系统，包括多个太阳能电池板、多个LED路灯，多个太阳能电池板通过第一直流线路连接控制器；多个LED路灯通过第一直流线路连接控制器；控制器通过第二直流线路连接多个铅酸蓄电池组。本实用新型一种集中储能式太阳能LED路灯系统，在不增加总的设计成本的基础上，对太阳能LED路灯分段进行集中储能，并对该段系统采用集中控制器，实现能量合理分配。既有利于减小铅酸蓄电池组更换难度，方便施工，又提高能量的利用率。
【专利说明】一种集中储能式太阳能LED路灯系统
【技术领域】
[0001]本实用新型一种集中储能式太阳能LED路灯系统，涉及太阳能光伏应用领域。
【背景技术】
[0002]太阳能是安全可靠、方便灵活的可再生清洁能源，太阳能光伏技术的应用规模和范围在迅速扩大，在太空、交通、照明、通信中应用及其广泛。太阳能LED路灯是一种利用太阳能作为能源的灯，只要阳光充足就可以就地安装，不必远距离连接公共电网，十分方便，已经开始大量推广，是目前太阳能光伏发电技术应用最多的领域之一。太阳能路灯主要由太阳能电池组件部分(包括支架)、LED灯头、控制器、铅酸蓄电池组和灯杆几部分构成。太阳能LED路灯的工作原理是白天太阳能路灯在控制器控制下，太阳电池板经过太阳光的照射，吸收太阳光转换成电能，白天光伏组件向铅酸蓄电池组充电，晚上铅酸蓄电池组提供电力给LED灯供电，实现照明功能。控制器确保铅酸蓄电池组不因过充或过放而被损坏，同时具备光控、时控、温度补偿及防雷、反极性保护等功能。
[0003]太阳能LED路灯是集光、电、机械控制等技术为一体化的艺术品，要与周围的环境相统一协调，要考虑其外形美观、结构合理，同时还要恰当确定太阳能电池组件、铅酸蓄电池组的容量及负载功率的大小，以保证系统可靠地工作，达到最好的经济效益。目前，现有的太阳能LED路灯采用的是单灯独立储能供电模式，即每一盏路灯分别配备一组铅酸蓄电池进行储能供电。实际上，在太阳能LED路灯系统中，光伏电池组件的寿命约为20年，LED灯头的平均寿命能达到10年，而铅酸蓄电池组实际寿命一般只有2-3年的寿命，铅酸蓄电池组的寿命相比系统其它部件要短的多。
[0004]太阳能LED路灯在安装过程中，灯杆之间的距离同路的宽度和地理位置等因素有关，大致设为30米左右，目前道路太阳能LED路灯系统采用单灯独立储能供电模式的。铅酸蓄电池组因体积、重量等原因一般采取就近安放在路灯地下，然后使用导线外接控制器。道路路灯系统每隔30米左右就需要在灯杆下挖砌一个水泥防水槽专门用来安置铅酸蓄电池组，由于铅酸蓄电池组经常需要维护，寿命相对较短，以及埋于地下的特殊安装形式，都给太阳能LED路灯的基本维护和故障检修造成了较大影响，从而增加了维护成本。
[0005]针对以上问题，本实用新型提出使用太阳能LED路灯系统集中储能供电模式来替代单灯独立储能供电模式的解决方案。以下主要对城镇街道太阳能LED路灯系统如何实施集中储能供电模式进行简要说明:城镇街道主要道路的长度一般为8-12km，灯杆之间的距离大致在30米左右，因此一条主要道路大致拥有533-800盏的路灯。
[0006]若把这些路灯储能装置——铅酸蓄电池组全部进行集中储能，则所需集中储能铅酸蓄电池组的容量非常大。
[0007]实际太阳能LED路灯产品设计中，为确保储能和供电的可靠性，一般每盏太阳能LED路灯所需储能元件的容量为12V，38-150AH。铅酸蓄电池组产品都按一定标称容量来进行批量生产，在太阳能LED路灯系统中常用阀控式密封铅酸蓄电池容量的规格为12V，100AH，而负载电压一般为24V，所以对于采用单灯独立储能供电模式时通常使用两台12V，10AH的铅酸蓄电池串联使用给负载供电。不同厂家生产的蓄电池在外观设计和尺寸大小上有所不同，但尺寸差异不大，以“奥特多”阀控密封式铅酸电池为例，对于12V，100AH型号的蓄电池其尺寸为335*172*214mm。
[0008]在对集中储能的太阳能LED路灯数量进行确定时，需要考虑以下几个因素。第一，铅酸蓄电池组的并联数目。参与集中储能的太阳能LED路灯数量越多，所需的储能铅酸蓄电池组的容量越大，而铅酸蓄电池组的并联数目不宜太多，是为了尽量减少铅酸蓄电池组之间的不平衡造成的影响。第二，输电距离。太阳能LED路灯系统工作条件为低压直流电，加之LED光源节能高效，供电电流不大，采用普通的输电线便能可靠实现能量传递，线路造价较低，有利于太阳能LED路灯的集中储能设计。但当输电距离过大时，用于集中储能设计的蓄电线路的传输成本是不能被忽略的，因此不宜将相距很远的太阳能LED路灯进行集中储能。第三，蓄电池安装空间。对铅酸蓄电池进行集中设计时，为了安装与维护的方便可以建设蓄电池房来安放蓄电池从而代替将蓄电池埋于地下的方式。受地理环境限制，蓄电池房的体积不宜过大。
【发明内容】
[0009]本实用新型提供一种集中储能式太阳能LED路灯系统，在不增加总的设计成本的基础上，对太阳能LED路灯分段进行集中储能，并对该段系统采用集中控制器，实现能量合理分配。既有利于减小铅酸蓄电池组更换难度，方便施工，又提高能量的利用率。
[0010]本实用新型采取的技术方案为:一种集中储能式太阳能LED路灯系统，包括多个太阳能电池板、多个LED路灯，多个太阳能电池板通过第一直流线路连接控制器；多个LED路灯通过第一直流线路连接控制器；控制器通过第二直流线路连接多个铅酸蓄电池组。
[0011]多个太阳能电池板并联连接控制器。多个LED路灯并联连接控制器，每一个LED路灯能独立工作。
[0012]所述控制器、多个铅酸蓄电池组安装在蓄电池房内。
[0013]一个铅酸蓄电池组由:2个铅酸蓄电池单元先串联，再将串联的2个蓄电池单元取4组并联构成，一个铅酸蓄电池组供8盏LED路灯4储能供电。
[0014]一个蓄电池单元为12V，200AH的铅酸蓄电池。
[0015]每一个LED路灯由多个发光二极管连接构成。
[0016]本实用新型一种集中储能式太阳能LED路灯系统，技术效果如下:
[0017]I)、控制器用于对太阳能电池板、铅酸蓄电池组和LED灯进行控制，安装在铅酸蓄电池组附近，能够对LED灯进行能量分配。
[0018]2)、LED灯是太阳能LED路灯系统中的负载，对于集中储能的系统，其中的LED灯并联连接在控制器两端，能够进行独立照明，能量获取由控制器进行分配。
[0019]3)、实施LED路灯分段集中储能，并通过集成化控制器对LED的能量进行统一分配，通过检测蓄电池总的储存电量，来确定路灯的开通数量。当铅酸蓄电池组储能不充分时，可以控制该段路灯间隔性闭合照明，虽然减小了照明强度，但仍能满足一定的照明需求，故提高了路灯的照明时间。
[0020]4)、由于采用集中储能，大大减小的安装于更换储能设备的工作量，提高了施工效率，能够减小安装成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021 ] 图1为本实用新型系统连接示意图。
[0022]图2为本实用新型系统控制电路图。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，一种集中储能式太阳能LED路灯系统，包括多个太阳能电池板1、多个LED路灯4，多个太阳能电池板I通过第一直流线路5连接控制器2 ;多个LED路灯4通过第一直流线路5连接控制器2 ;控制器2通过第二直流线路6连接多个铅酸蓄电池组3。由于铅酸蓄电池组3具有充放电的功能，因此它与控制器2之间的第二直流线路6具有双向导通的能力，线路电流流向与铅酸蓄电池组3的工作状态有关。
[0024]多个太阳能电池板I并联连接控制器2。多个LED路灯4并联连接控制器2，每一个LED路灯4能独立工作，从而其中任意一盏LED路灯4发生故障，不会影响其他路灯的工作。所述控制器2、多个铅酸蓄电池组3安装在蓄电池房5内。
[0025]本实用新型一种集中储能式太阳能LED路灯系统，通过设定控制器2，根据检测太阳能电池板I的工作状态，控制多个铅酸蓄电池组3的充放电，并根据监测多个铅酸蓄电池组3的电压大小，来判断其所储能量的多少，结合时间设定系统来控制负载LED路灯4的通断状态，以及LED路灯4的通断数量。整个过程完全由控制器2进行智能控制，无需人工干预。
[0026]当白天有阳光时，太阳能电池板1，将太阳能转换成电能，通过控制器2储存到铅酸蓄电池组3里。当夜晚无阳光时，多个铅酸蓄电池组3通过控制器2将能量分配给LED路灯4，供其照明。控制器2对多个LED路灯4的开关进行时间和数量上控制。
[0027]首先，在时间上，这可以根据春夏秋冬不同季节进行调节。春秋季节:控制器2早6点对LED灯组进行关灯，晚6点进行开灯。夏季:控制器早5点对LED路灯4进行关灯，晚7点进行开灯。冬季:控制器早7点对LED路灯4进行关灯，晚5点进行开灯。接着，在数量上，当多个铅酸蓄电池组3电量不是很充足时，通过检测多个铅酸蓄电池组3的电压来计算其所剩余电量，从而确定能够供太阳能LED路灯正常工作的组数，这时候可以选择间隔点亮和熄灭路灯的方式来增长照明时间。控制器2主要用来协调太阳能电池板1、铅酸蓄电池组3和LED路灯4的工作。其中包括太阳能充放点控制功能用来保护铅酸蓄电池组3 ;还有对太阳能电池板I实施最大功率追踪，并保证光伏电池发出直流电的稳定性；此外，还具备其他基本功能有光源控制、时间控制、LED接通数量的控制等。并且需要对控制器2进行集成化，使一个控制器2能够协调控制多个太阳能电池板I和多个LED路灯4。
[0028]LED路灯4工作电压本案中设为24V，每个LED路灯4由多个发光二极管组成。LED灯具有环保无污染、耗电少、光效搞、寿命厂等特点。
[0029]铅酸蓄电池组3主要用来将白天太阳能电池板I转换的电能以化学能的形式储存起来，晚上再将化学能转换成电能供LED路灯4使用。为了降低安装和更换铅酸蓄电池组3工作的繁杂度，将一定距离的LED路灯进行集中储能，为了减小布线成本，选择该该段路的中间位置进行多个铅酸蓄电池组3的集中安装。
[0030]实施例:
[0031]每一个本实用新型一种集中储能式太阳能LED路灯系统中，采用12V，200AH规格的铅酸蓄电池进行储能，一个12V，200AH规格的铅酸蓄电池尺寸大概为522*240*218mm。当的铅酸蓄电池组3容量相同时，12V，200AH蓄电池比12V，100AH蓄电池所占总体积要小，且采用大容量蓄电池可以减小蓄电池并联数量。蓄电池的并联组数一般不超过4组，因此本实用新型中，将2个12V，200AH的铅酸蓄电池串联起来，以满足负载输入电压为24V的要求，再将串联起来的铅酸蓄电池取4组并联起来，构成一个铅酸蓄电池组3，一起供8盏LED路灯的储能供电。总有144个LED路灯4。并联能使铅酸蓄电池组在工作中互为备用，增加太阳能LED路灯的供电可靠性。此外，为了较小输电总距离，选择将蓄电池房5安装在参与集中储能的太阳能路灯的中间位置。权衡以上因素，本实用新型中，每个蓄电池房5允许安放不超过144个12V，200AH的铅酸蓄电池，即:18组铅酸蓄电池组3。故长为8_12km的主要道路，道路两侧分别需建设2-3个体积为3.2*2*2m的蓄电池房5。蓄电池房5考虑到蓄电池安放时中间留有一定间隙，以及预留部分体积安放其他配套设备。
[0032]工作原理:
[0033]每个路灯单元里面的开关器件Ti和S1、二极管VDi和VD’ 1、保险丝BX，以及控制器附近设置的温度、光敏和电压传感器测量检测电路共同组成控制器2的辅助电路。控制器2的辅助电路满足以下功能:1)、通过电压传感器对蓄电池组电压u进行监测；2)、通过光敏传感器测量光照强度r，来协助判断路灯单元中太阳能电池板I和LED路灯4的工作状态。3)、通过温度传感器来测量实时温度t，实现温度补偿功能。该控制器2核心芯片采用DSP28335，为多输入多输出控制器，可以同时并行控制多个铅酸蓄电池组3的充放电，实现其能量的合理分配。根据本实用新型的设计要求，此控制器2设计为至少能实现对18个蓄电池组的控制。
[0034]控制器2及其辅助电路的工作流程如图2所示。PVi (i=l、2、…、η)是每个路灯的太阳能电池板；VDi (i=l、2、…、η)是防反充二极管；VD’ i (i=l、2、…、η)是防反接二极管；Ti (i=l、2、…、η)是控制充电回路的开关，Si (i=l、2、…、η)是控制蓄电池放电开关；ΒΧ是保险丝；检测控制电路监控蓄电池的端电压U，以控制Ti和Si的开合；蓄电池表示的是整个蓄电池房5里所设置的蓄电池，按照2串4并的形式进行组合后安置；Li是LED灯。
[0035]控制器2是利用并联在蓄电池充电回路中的开关器件Ti控制充电电流i的大小变化过程。控制器2检测电路监控蓄电池的端电压U，当充电电压超过蓄电池设定的充满断开电压时，控制器2控制Ti按照(T1、T9、T17、…)一(Τ2、Τ10、Τ18、…)一…一(Τ8、Τ16、Τ24、…)的顺序分8组逐渐关断开关Ti，实现对每组蓄电池的充电电压u和电流i调节，这种连续调节的形式，可以避免电参量突变，有利于设备的保护。通过控制开关Ti起到了防止蓄电池过充电的保护作用。
[0036]Si (i=l、2、…、η)为蓄电池放电控制开关，当检测控制电路通过监测到蓄电池的电压u，判别出蓄电池的持续供电时间低于所需供电时间时，控制开关S2、S4、S6、S8、…关断；而开关S1、S3、S5、S7、…保持接通，为LED路灯4供电，提供照明。当蓄电池的供电电压低于蓄电池的过放电保护电压时，控制器继续控制开关Si，使余下的S1、S3、S5、S7、…也关断。从而，通过控制开关Si，既能起到对蓄电池的过放保护，而且以分段控制形式实现能量的分配，又能尽可能的增长照明时间。
[0037]电路中的VD’i (i=l、2、…、η)为蓄电池接反保护二极管，当某一蓄电池极性接反时，对应VD’ i导通，蓄电池将通过VD’ i短路放电，对应单元的保险丝BX将被短路电流熔断，起到防蓄电池反接保护作用。
【权利要求】
1.一种集中储能式太阳能LED路灯系统，包括多个太阳能电池板(I)、多个LED路灯(4)，其特征在于，多个太阳能电池板(I)通过第一直流线路(5)连接控制器(2);多个LED路灯(4 )通过第一直流线路(5 )连接控制器(2 );控制器(2 )通过第二直流线路(6 )连接多个铅酸蓄电池组(3)。
2.根据权利要求1所述一种集中储能式太阳能LED路灯系统，其特征在于，多个太阳能电池板(I)并联连接控制器(2)。
3.根据权利要求1所述一种集中储能式太阳能LED路灯系统，其特征在于，多个LED路灯(4)并联连接控制器(2)，每一个LED路灯(4)能独立工作。
4.根据权利要求1所述一种集中储能式太阳能LED路灯系统，其特征在于，所述控制器(2)、多个铅酸蓄电池组(3)安装在蓄电池房(5)内。
5.根据权利要求1所述一种集中储能式太阳能LED路灯系统，其特征在于，一个铅酸蓄电池组(3 )由:2个铅酸蓄电池单元先串联，再将串联的2个蓄电池单元取4组并联构成，一个铅酸蓄电池组(3)供8盏LED路灯(4)储能供电。
6.根据权利要求5所述一种集中储能式太阳能LED路灯系统，其特征在于，一个蓄电池单元为12V，200AH的铅酸蓄电池。
7.根据权利要求1或3或5所述一种集中储能式太阳能LED路灯系统，其特征在于，每一个LED路灯(4)由多个发光二极管连接构成。
【文档编号】F21V23/00GK204062816SQ201420523760
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】袁建华, 代春燕 申请人:三峡大学