태양광 가로등은 태양광 패널, 태양광 컨트롤러, 배터리 팩, 광원, 전등 기둥, 램프 케이스 등의 부품으로 구성되며 일부에는 인버터도 장착되어 있습니다.
1. 태양광 패널
태양광 패널은 태양광 가로등의 핵심 부품이자 태양광 가로등의 가장 귀중한 부품입니다. 그 기능은 태양의 복사 능력을 전기 에너지로 변환하거나 저장을 위해 배터리로 보내는 것입니다. 태양전지는 주로 단결정 실리콘을 재료로 사용한다. 단결정 실리콘은 다이오드와 유사한 P-N 접합을 만드는 데 사용됩니다. 작동 원리는 다이오드와 유사합니다. 다이오드에서는 P-N 접합에서 정공과 전자의 이동을 구동하는 것이 외부 전기장인 반면, 태양 전지에서는 태양광 광자와 빛 복사열이 정공과 전자의 이동을 구동하고 영향을 줍니다. P-N 접합. 이것은 일반적으로 광전지 효과 원리로 알려져 있습니다. 현재 광전 변환 효율은 단결정 실리콘의 경우 광전지 효율의 약 13~15%, 다결정 실리콘의 경우 11~13%입니다. 현재 최신 기술에는 광전지 박막 셀이 포함됩니다.
2. 태양광 컨트롤러
태양광 조명 시스템에서 가장 중요한 부분은 컨트롤러로, 컨트롤러의 성능은 시스템 수명, 특히 배터리 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 컨트롤러는 산업용 등급 MCU를 메인 컨트롤러로 사용하여 주변 온도를 측정하고 배터리 및 태양전지 구성요소의 전압 및 전류와 같은 매개변수를 감지 및 판단하여 MOSFET 장치의 켜짐 및 꺼짐을 제어하여 다양한 제어 및 보호를 구현합니다. 기능. Huangming 스마트 태양광 조명 컨트롤러는 배터리에 대한 포괄적인 보호 기능을 제공하여 배터리가 더 안정적이고 오랫동안 작동할 수 있도록 합니다.
태양광 조명 원리, 구성 및 제어 시스템 2010년 1월 21일 작성자: Hu Xingjun 출처: "중국 전력 박람회" 106호 편집자: Li Yuanfang
3. 배터리
태양광 발전 시스템은 입력 에너지가 매우 불안정하기 때문에 일반적으로 작동하려면 배터리 시스템이 필요합니다. 일반적으로 납산 배터리, Ni-Cd 배터리, Ni-H 배터리가 있습니다. 배터리 용량 선택은 일반적으로 다음 원칙을 따릅니다. 첫째, 야간 조명 요구 사항을 충족할 수 있다는 전제 하에 낮 동안 태양 전지 구성 요소의 에너지를 저장하려고 노력하는 동시에 다음과 같은 기능을 수행할 수 있어야 합니다. 비가 계속 내리는 날 야간 조명 요구 사항을 충족하는 데 필요한 전기 에너지를 저장합니다. 배터리 용량이 너무 작아 야간 조명 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 한편으로는 배터리가 항상 전력 손실 상태에 있어 배터리 수명에 영향을 미치고 낭비가 발생합니다. 배터리는 태양전지 및 전기 부하(가로등)와 일치해야 합니다. 그들 사이의 관계를 결정하는 간단한 방법이 있습니다. 시스템이 제대로 작동하려면 태양전지 전력이 부하 전력보다 4배 이상 높아야 한다. 배터리의 정상적인 음극 충전을 보장하려면 태양전지의 전압이 배터리의 작동 전압보다 20~30배 더 커야 합니다. 배터리 용량은 일일 부하 소비량의 6배 이상이어야 합니다.
4. 광원
태양광 가로등에는 어떤 종류의 광원이 사용되는지는 태양광 램프를 정상적으로 사용할 수 있는지 여부를 나타내는 중요한 지표입니다. 일반적으로 태양광 램프는 저전력을 사용합니다. 전압 에너지 절약 램프, 저압 나트륨 램프, 무전극 램프 및 LED 광원.
LED 광원은 긴 수명, 최대 1,000,000시간, 낮은 작동 전압, 인버터 필요 없음, 높은 조명 효율, 국내 50Lm/w, 수입 80Lm/w를 갖추고 있습니다. 기술이 발전함에 따라 LED의 성능은 더욱 향상될 것입니다. 저자는 태양광 가로등의 광원으로 LED가 대세가 될 것이라고 믿는다.
현재 대부분의 잔디 램프는 LED를 광원으로 사용하며 주로 태양 전지 에너지를 사용하여 작동합니다. 낮 동안 태양전지에 햇빛이 비치면, 그 빛 에너지가 전기에너지로 변환되어 배터리에 저장되고, 밤에는 잔디등의 LED(발광다이오드)에 전력을 공급합니다. LED는 에너지를 절약하고 안전하며 수명이 길고 작동 전압이 낮아 태양광 잔디 조명에 사용하기에 매우 적합합니다. 특히 LED 기술은 획기적인 발전을 이루었으며 지난 5년 동안 그 특성이 크게 개선되었으며 성능 대비 가격 비율도 크게 향상되었습니다.
5. 가로등 기둥 및 램프 하우징
가로등 기둥의 높이는 도로 폭, 램프 간격 및 조명 표준에 따라 결정되어야 합니다. 도로.
램프 쉘에 관해서는 외국 태양광 램프에 대한 많은 정보를 수집했는데, 대부분은 에너지 절약을 선택하며 램프의 외관은 높지 않고 상대적으로 실용적이면 됩니다.
2. 태양광 가로등 조명 제어 시스템
1. 시스템 구조
태양광 가로등 마이크로컴퓨터 모니터링 시스템은 마이크로컴퓨터 주 제어 회로, 태양광 패널로 구성됩니다. , 배터리 충전 및 방전 가전 제품, 배터리 팩, LED 광원 드라이버 및 LED 조명으로 구성됩니다. 시스템 구조는 그림 1에 나와 있습니다.
(1) 마이크로컴퓨터 주 제어 회로
마이크로컴퓨터 주 제어 회로는 전체 시스템의 제어 코어이며 마이크로컴퓨터의 정상적인 작동을 제어합니다. 전체 태양광 가로등 시스템. 마이크로컴퓨터 주 제어 회로에는 태양광 패널 전압, 배터리 전압 및 기타 매개변수의 감지 및 판단을 통해 해당 회로의 개방 또는 폐쇄를 제어하여 다양한 제어 및 보호 기능을 구현하는 측정 기능이 있습니다.
(2) 충전 구동 회로
충전 구동 회로는 MOSFET 구동 모듈과 MOSFET으로 구성됩니다. MOSFET 드라이버 모듈은 고속 광 커플링 절연, 이미터 출력을 채택하고 단락 보호 및 느린 끄기 기능을 갖추고 있습니다. 선택된 MOSFET은 절연형, 에너지 절약형 마이크로 컨트롤러 스위칭 전원 공급 장치 IC입니다. LED 구동을 위한 전체 전압 입력 범위는 150V ~ 200V이고 출력 전류는 8A ~ 9A입니다. 넓은 입력 전압 범위, 우수한 전압 조정 및 부하 조정, 강력한 간섭 방지 기능 및 낮은 전력 소비를 갖추고 있습니다.
이 시스템은 충전 구동 회로를 통해 태양전지 팩의 배터리 충전을 완료하고 회로도 이에 상응하는 보호 조치를 제공합니다.
(3)LED 구동 회로
가로등 밝기 조정 및 가로등 스위칭을 구현하기 위해 IGBT 구동 모듈과 MOSFET으로 구성됩니다.
(4) 태양전지 팩
태양전지 팩은 태양전지로 구성됩니다(작동전압 약 0.5V, 작동전류 약 20~25mA/cm2, 면적 10cm) × 10cm)을 직렬 및 병렬로 연결하여 모듈을 구성합니다. 표준 모듈은 36개의 셀로 구성되어 있으며, 태양전지 모듈은 약 17V의 전압을 생성하여 12V의 정격 전압을 갖는 배터리 팩이 됩니다. 응용 시스템에 더 높은 전압과 전류 구성 요소가 필요한 경우 여러 구성 요소를 태양 전지 어레이에 결합하여 필요한 전압과 전류를 얻을 수 있습니다.
태양 전지는 전체 시스템에서 두 가지 기능을 가지고 있습니다. 하나는 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 것입니다. 즉, 태양 전지는 낮 동안 배터리를 충전하는 것이고, 다른 하나는 태양 전지가 태양 전지의 역할을 한다는 것입니다. 시스템의 조명 제어 구성 요소는 태양 전지의 전압으로 실외의 밝기를 감지할 수 있습니다. 즉, 태양 전지의 전압으로 어둠과 새벽, LED 광원의 밝기를 판단할 수 있습니다. .
(5) 배터리 팩
태양광 어레이에서 얻은 에너지가 전자 부하의 수요와 항상 일치하지 않기 때문에 태양광 어레이 자체가 충분한 전력을 제공할 수 없는 경우 배터리는 여전히 부하를 작동시킬 수 있습니다. 전자 부하가 밤이나 흐린 날에 작동해야 하는 경우 에너지 저장이 필요합니다. 배터리에 저장된 에너지는 자율 작동 중 일일 평균 전자 부하 수요를 충족하도록 크기가 조정됩니다. 일반적으로 야간 조명 소비 전력을 5~7일 정도 확보할 수 있어야 합니다. 배터리는 전체 태양광 가로등 시스템의 핵심 부품으로, 낮에는 태양광 배터리가 배터리를 충전하고, 시스템과 부하에서 사용되는 전력은 모두 충전됩니다. 둘째, 비오는 날에도 전원 공급을 완료하려면 배터리를 사용해야 합니다. 독립형 태양광 시스템에서는 태양광 어레이에서 생성된 전기가 항상 전기 생성과 동시에 사용되지 않으므로 대부분의 독립형 태양광 시스템에는 배터리가 필요합니다.
(6) 통신 장치
는 무선 데이터 전송 모듈로 구성됩니다. 무선 데이터 전송 모듈은 GPRS를 지원하고 RS-232 인터페이스를 갖추고 있으며 통신 거리는 최대 100미터입니다. 간섭 방지 기능이 강하며 라디오, TV 및 모바일 통신에 의해 간섭을 받지 않습니다. 터미널.
2. 기능 제어
(1) 태양광 가로등 컨트롤러의 기본 요구 사항
태양광 가로등은 직렬로 연결된 여러 개의 LED 조명으로 구성됩니다. 조명 시스템은 많은 양의 전기를 소비할 뿐만 아니라 막대한 일일 유지 관리 비용이 필요하므로 도시의 전력 공급과 재정 지출에 이중 압력을 가합니다. "요구 시 조명"이라는 전원 공급 전략을 개발하면 이러한 모순을 완화할 수 있습니다. 프로그래밍을 통해 도시의 번화가에 분산된 가로등을 유연하게 제어할 수 있으며 언제든지 PWM 모드를 통해 스위치 제어를 실현하여 도시 조명 분위기를 강조하는 목적을 달성할 수 있습니다. 제어를 위한 기본 요구 사항은 다음과 같습니다.
1) 야간 전반과 후반의 밝기를 제어하며 상황에 따라 제어 비율이 달라집니다. p> 2) 단면 가로등 전략을 활성화합니다. 즉, 이제 배터리가 남아 있습니다. 남은 전력은 한 가로등을 켜는 데만 사용되고 다른 가로등은 꺼집니다.
3) 심야 조명 전략, 즉 전반부에 조명을 켜고 후반부에 조명을 끄는 것입니다. 기존 배터리 전력은 전반부 조명에만 사용됩니다.
태양광 가로등은 자연광의 강도를 사용하여 조명기구의 전환을 제어합니다. 이러한 조명 제어 태양광 조명 시스템의 최적화된 설계는 시스템의 장기간 안정적인 작동을 위한 전제조건입니다. 시스템 용량은 현지 지리적 위치, 기상 조건, 부하 조건에 따라 최적으로 설계될 수 있습니다. 그러나 계절적 요인으로 인해 여름보다 겨울에 일사량이 적습니다. 태양광 어레이는 여름보다 겨울에 전력을 덜 생산하지만, 여름보다 겨울에 조명에 더 많은 전력이 필요합니다. 조명 시스템에서 생산되는 전력과 전력 수요는 여전히 월별 발전 잉여와 전력 소비 손실의 균형을 맞추기가 어렵습니다. 조명 시스템의 발전 활용률을 향상시키고 시스템의 전력 부족으로 인한 단점을 극복하기 위해 태양광 조명 시스템을 개발할 때 사람들은 조명 시스템의 일반적으로 사용되는 제어 모드를 계속 분석하고 실용적이고 실현 가능한 다양한 설계를 계속합니다. 작동 모드 광원 기술도 지속적으로 업데이트되고 있으며 배터리 충전 모드도 지속적으로 연구 및 탐구되고 있으며 따라서 태양광의 다양한 구성 요소의 개발 및 조정에서 유효 활용률이 점점 더 높아지고 있습니다. 에너지, 태양광 조명 시스템은 점점 더 완벽해지고 있습니다.
태양광 가로등 시스템의 특성에 따라 가로등 작동 시 배터리 잔량의 영향을 고려해야 합니다. 가로등이 정상적으로 켜졌을 때 배터리 잔량 검출 방식에 따라 현재 배터리 용량을 구하고, 쿼리를 통해 배터리가 유지되는 전원 공급 시간을 구합니다. 동시에 가로등 조명 방식은 그날 밤 사용 가능한 배터리 전력에 따라 유연하게 제어됩니다. 기존 배터리 용량을 합리적으로 사용합니다.
(2) 배터리 충방전 제어 기능
배터리 충방전 제어는 전체 시스템의 중요한 기능으로 태양광 가로등 시스템 전체의 작동 효율에 영향을 미치며, 배터리 팩의 과열 및 과방전도 방지할 수 있습니다. 배터리의 과충전 또는 과방전은 배터리 성능과 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 충방전 제어 기능은 제어 방식에 따라 스위치 제어(단일 채널 및 다채널 스위치 제어 포함)형과 펄스폭 변조(PWM) 제어(최대 전력 추적 제어 포함)형으로 나눌 수 있다. 스위치 제어형의 스위칭 소자는 릴레이 또는 MOS 트랜지스터가 될 수 있습니다. 펄스 폭 변조(PWM) 제어 유형은 스위칭 장치로 MOS 트랜지스터만 사용할 수 있습니다. 이 시스템은 펄스 폭 변조 컨트롤러 모드를 채택하고 MOS 트랜지스터를 스위칭 장치로 사용합니다. 낮 동안 날씨가 좋을 때 해당 듀티 사이클 방식을 선택하여 배터리 잔량에 따라 배터리를 충전하고, 배터리 잔량 및 향후 기상 조건에 따라 밤에도 효율적으로 충전하도록 노력합니다. 배터리의 균형 있고 합리적인 사용을 보장하기 위해 듀티 사이클 방식을 조정하여 LED 조명을 조정합니다.
또한 시스템에는 배터리 과충전에 대한 보호 기능도 있습니다. 즉, 충전 전압이 보호 전압(15V)보다 높으면 이후에 배터리의 충전 전압이 자동으로 낮아집니다. 전압이 유지 전압(13.2V)으로 떨어지면 배터리는 플로트 충전 상태로 들어갑니다. 유지 전압(13.2V)보다 낮으면 플로트 충전이 꺼지고 균등 충전 상태로 들어갑니다. 배터리 전압이 보호 전압(11V)보다 낮으면 컨트롤러는 자동으로 로드 스위치를 꺼서 배터리가 손상되지 않도록 보호합니다. PWM 모드를 통한 충전은 태양광 패널의 효율성을 극대화할 뿐만 아니라 시스템의 충전 효율도 향상시킬 수 있습니다.
이 설계에는 배터리의 역접속, 과충전 및 과방전에 대한 보호 조치가 포함되어 있습니다.
(3) 태양광 가로등 동작 모드 제어 기능
고휘도, 고전류 LED 조명은 백열등 대비 약 90%의 전력을 동시에 절약할 수 있어 널리 사용되고 있다. 밝기, 이제 점차적으로 기존 조명을 대체하는 추세입니다.
태양광 가로등은 직렬로 연결된 여러 개의 LED 조명으로 구성되어 있으며, PWM을 통해 밝기를 조절할 수 있습니다. 즉, LED에 흐르는 전류를 EN 단자를 통해 변경하여 LED 조명의 밝기를 조절합니다. 전류 강도는 수 밀리암페어에서 1암페어까지 가능하며 최종적으로 LED 조명이 원하는 밝기에 도달합니다.
PWM 신호는 마이크로 컨트롤러 또는 기타 펄스 신호에 의해 생성될 수 있습니다. PWM 신호는 LED 조명을 통해 전류를 0에서 정격 전류로 변경하여 LED 조명을 어두운 상태에서 일반 밝기로 변경할 수 있습니다. . PWM 듀티 사이클이 작을수록(하이 레벨 시간이 길수록) 밝기는 높아집니다. PWM을 사용하여 LED 밝기를 제어하는 것은 매우 편리하고 유연합니다. 이는 가장 일반적으로 사용되는 조광 방법이며, PWM의 주파수 범위는 수십Hz에서 수천KHz까지입니다.
PWM 조광은 MOSFET 트랜지스터를 제어하여 달성됩니다. 이 시스템의 가로등 유닛에 사용되는 전압은 직렬로 연결된 여러 개의 배터리에 의해 생성되므로 MOSFET 트랜지스터를 선택할 때 먼저 MOSFET의 내압을 고려해야 합니다. 이 시스템에서는 MOSFET의 내압이 더 높아야 합니다. 둘째, LED 램프의 구동 전류에 따라 MOSFET의 크기는 IDS 최대 전류에 맞게 선택됩니다. DC 전원 공급 장치의 경우 가장 먼저 고려해야 할 사항은 IDS 최대 전류 값과 RDS 값입니다. 일반적인 상황에서 MOSFET의 IDS 최대 전류는 LED 램프 구동 전류의 5배 이상이어야 하며, LED 구동 전류가 클수록 MOSFET의 내부 저항도 작아야 합니다. RDS는 이어야 하며 RDS가 작을수록 변환 효율이 높아집니다.
도시형 태양광 가로등은 국민 생활과 밀접한 공공시설로 도시의 번영과 발전 수준을 어느 정도 반영한다. 과거 오랫동안 가로등의 업데이트는 대부분 조명 부분에 국한되어 있었습니다. 도시와 전자 기술의 발전으로 도시 가로등 시스템은 수동 제어, 자동 타이밍/광전 제어 및 제어의 개발 과정을 경험했습니다. 컴퓨터 프로그램 제어. 컴퓨터를 사용하여 도시 태양광 가로등 시스템의 자동 제어를 실현하면 도시의 현대 관리 수준을 향상시키고 인력 및 물적 자원을 절약하는 데 있어 경제적, 사회적 이점이 좋습니다. 조명 전환 시간을 효과적으로 조정함으로써 가로등 시스템의 작업 품질과 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 도시 조명 시스템의 운영, 유지 관리 및 확장을 위한 포괄적인 솔루션과 강력한 기술 지원을 제공하고 도시 조명 시스템의 운영을 개선할 수 있습니다. 조명 관리 수준.