專利名稱：高效率太陽能照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能半導(dǎo)體照明技術(shù)，具體是高效率太陽能照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
普通LED燈具配置有驅(qū)動恒流電源，但都不具備調(diào)光功能，并且在交流直流轉(zhuǎn)換 過程有15%以上的電能損耗。另外現(xiàn)有太陽能照明系統(tǒng)均為由太陽能光伏模塊陣列提供電 能，為蓄電池組充電，再由逆變器將蓄電池的直流電能轉(zhuǎn)變成220V交流市電，并供給照明 燈系統(tǒng)用電。此類照明系統(tǒng)存在逆變器所固有的交直流轉(zhuǎn)換電能損耗和220V交流市電帶 來的安全性降低等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高效率太陽能照明系統(tǒng)。采用成本相對較低的多晶硅太陽能光伏模塊陣列提供電能，通過太陽能充電控制 器給蓄電池組充電，之后再經(jīng)智能電源控制器、自動調(diào)光器，給LED燈組供電，可以根據(jù)環(huán) 境照度自動調(diào)節(jié)亮度，提供最合適的照明效果。智能電源控制器的作用是監(jiān)測蓄電池組儲 存電量的盈虧情況，不間斷地切換至由蓄電池組供電、或者由市電補充供電。本發(fā)明包括太陽能光伏模塊陣列、蓄電池組、逆變器、LED燈具及其配套的驅(qū)動恒 流電源，本發(fā)明中提供電能的是空載輸出60V的多晶硅太陽能光伏模塊陣列，太陽能充電 控制器連接多晶硅太陽能光伏模塊陣列，太陽能充電控制器連接著基于單片機控制的不間 斷電源切換控制器形成的智能電源控制器，在太陽能充電控制器與智能電源控制器之間連 接著由總共18個單體36V的深循環(huán)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池組成的蓄電池組，智能電源控制 器的另一個輸入端連接著接入市電的整流穩(wěn)壓器，智能電源控制器的輸出端順序連接著自 動調(diào)光器、LED燈組。在太陽能充電控制器中，多晶硅太陽能光伏模塊陣列提供的空載輸出接入充電控 制器，充電控制器連接著IGBT和顯示器，在IGBT后連接蓄電池組，在充電控制器與IGBT的 電路上并聯(lián)著電流檢測取樣電阻Rl，在充電控制器與蓄電池組之間設(shè)置電壓檢測回路。在進(jìn)入智能電源控制器的蓄電池組輸出端連接單向可控硅SCR，在單向可控硅 SCR前后并聯(lián)著繼電器1的開關(guān)K1，開關(guān)Kl連接肖特基反向阻斷二極管，單片機(MCU)分 別連接著繼電器1、繼電器2和可控硅SCR，繼電器2的開關(guān)K2連接整流穩(wěn)壓器。在整流穩(wěn)壓器中，市電輸入低頻整流濾波電路，低頻整流濾波電路后順序連接著 高頻逆變電路、高頻變壓電路、高頻整流濾波電路，高頻逆變電路還分別連接PWM控制器、 故障保護(hù)電路，高頻整流濾波電路還連接著故障保護(hù)電路，整流穩(wěn)壓器的輸出端還分別連 接穩(wěn)壓穩(wěn)流控制及故障保護(hù)電路，PWM控制器還分別連接穩(wěn)壓穩(wěn)流控制及故障保護(hù)電路。自動調(diào)光器中PWM控制器(脈沖寬度調(diào)制器)后順序連接著VMOS大功率LED驅(qū) 動IC和LED燈組，LED燈組還連接光敏傳感電阻RL。1、采用輸出電壓相對較高(空載輸出60V)，成本相對較低的多晶硅“太陽能光伏
3模塊陣列，，提供電能。跟低電壓光伏模塊陣列相比，類似于遠(yuǎn)距離高壓輸電原理，在相同輸 出功率的情況下，整個系統(tǒng)承載電流明顯減小、電能傳輸損耗降低8%以上，并更有利于對 LED燈組的調(diào)節(jié)控制。2、太陽能光伏模塊陣列提供的電能由“太陽能充電控制器”對蓄電池組進(jìn)行充電 控制蓄電池組端電壓低于48V(單體2. 7V)時，為主充電狀態(tài)；等于和大于48V時，停止充 電，并維持小電流浮充狀態(tài)。該控制器可限制蓄電池組的最大充電電流，避免因電流過大而 損傷極板，縮短其使用壽命。整個太陽能充電控制器的核心部分為充電控制器和IGBT，充電控制器為單片機控 制的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，IGBT為高頻大功率開關(guān)器件模塊。當(dāng)蓄電池組的端電壓低于 32.4V(單體1.8V)時，充電控制器對IGBT開關(guān)控制的脈沖占空比增大，IGBT輸出電壓增 高，給蓄電池組的充電電流亦增大；反之，給蓄電池組的充電電流減小。這樣就實現(xiàn)了對蓄 電池組充電的自動控制。“電流檢測”的作用為檢測和限制蓄電池組的最大充電電流，以免 因電流過大對蓄電池的實際使用壽命造成不利影響?！帮@示器”的作用是實時顯示該控制器 的工作狀態(tài)和電壓、電流等參數(shù)。3、“蓄電池組”選用總共18個單體(格)36V的深循環(huán)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。這 跟汽車蓄電池(屬淺循環(huán)電池)不同，深循環(huán)蓄電池可以釋放出比存儲電能還要多的電能， 并能保持較長的使用壽命。4、智能電源控制器這是一種基于單片機控制的低損耗不間斷電源切換控制器， 其控制核心為單片機(MCU)的智能程序控制輸出。(1)當(dāng)蓄電池組的端電壓低于32. 4V (單 體1. 8V)時，蓄電池組處于虧電狀態(tài)繼電器1的Kl觸點不吸合、可控硅SCR關(guān)斷，蓄電池 組停止供電；繼電器2的K2觸點吸合，LED燈組由市電補充供電。( 當(dāng)蓄電池組的端電壓 超過32.4V(單體1.8V)時，蓄電池組電量足夠，SCR首先導(dǎo)通，然后繼電器2的K2觸點斷 開、繼電器1的Kl觸點吸合，通過SCR的電流小于其維持電流，SCR即刻關(guān)斷，避免由其正 向?qū)▔航狄鸬墓β氏?。這時蓄電池組經(jīng)Kl和肖特基反向阻斷二極管(正向?qū)▔?降很小)向LED燈組不間斷供電。如此循環(huán)，實現(xiàn)了蓄電池組和市電供電的不間斷切換。該控制器跟電路復(fù)雜的同類型太陽能控制器相比，其工作可靠性高，硬件成本較 低。由于可控硅SCR只在電源切換時瞬間使用，其導(dǎo)通損耗基本可以忽略不計，肖特基反向 阻斷二極管正向?qū)▔航祪H為0. 5V左右，實際功耗很小，其余的繼電器機械觸點ΚΙ、K2吸 合時無功率消耗。因此，整體電能傳輸損耗已降至最低。5、整流穩(wěn)壓器主要由低頻整流濾波、高頻逆變、高頻變壓、高頻整流濾波、PWM控 制、穩(wěn)壓穩(wěn)流控制及故障保護(hù)等電路組成高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。工作時市電220V交流輸 入，經(jīng)低頻整流濾波電路加至由絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的高頻逆變電路，由其中主 電路轉(zhuǎn)換成脈寬可調(diào)的高頻交流(約20KHz)，再經(jīng)高頻變壓電路降壓、高頻整流濾波電路 (肖特基二極管)整流轉(zhuǎn)換為適合工作需求的36V低壓直流電。上述高頻逆變電路采用全橋移相零電壓開關(guān)主電路，并采用軟開關(guān)技術(shù)，以實現(xiàn) 大功率低損耗高頻逆變。高頻開關(guān)管采用大功率IGBT模塊，可以提高電源可靠性，高頻整 流管采用肖特基整流模塊以提高整體效率。穩(wěn)壓穩(wěn)流控制、PWM控制單元輸出的控制信號可以對主電路輸出作出迅速響應(yīng)，不 但可以給出優(yōu)良的動、靜態(tài)輸出特性，而且能對各種輸入電壓的波動予以補償、能對各種原因造成的故障作出迅速的保護(hù)響應(yīng)。跟國內(nèi)外同類設(shè)備相比，該整流穩(wěn)壓器制造成本較低。由于采用PWM高頻控制、軟 開關(guān)及開關(guān)器件零電壓開通等技術(shù)設(shè)計，其輸入功率因數(shù)高達(dá)0. 955，開關(guān)損耗很低，能量 傳輸效率明顯提高。具有高效節(jié)能，穩(wěn)定可靠，體積小、重量輕等優(yōu)良特性。5、自動調(diào)光器具體由光敏傳感電阻RL、PWM控制(脈沖寬度調(diào)制器)、VMOS大功 率LED驅(qū)動IC等部分組成。LED驅(qū)動IC輸出的電流波形為方波，該波的頻率及占空比均與 外部PWM控制信號相同，電流的平均值等于輸出電流幅值與占空比的乘積。當(dāng)外部PWM控 制信號的占空比發(fā)生變化時，LED驅(qū)動IC輸出電流的占空比也隨之變化，并與其保持同步。 這樣，輸出電流的平均值就隨著外部PWM控制信號的占空比變化而變化。當(dāng)環(huán)境照度變暗 時，光敏傳感電阻RL的電阻值變大，PWM控制信號的占空比增大，LED驅(qū)動IC輸出電流的占 空比也增大，輸出電流的平均值增大，LED燈組變亮；反之，環(huán)境照度變亮?xí)r，LED燈組變暗。 如此，就實現(xiàn)了根據(jù)不同的環(huán)境亮度對LED燈組進(jìn)行所需要亮度的實時自動控制。本照明系統(tǒng)由36V低壓直流電驅(qū)動LED燈組，無需中間的交直流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因而有 效回避了此過程的電能損耗；更由于采用了光傳感PWM控制驅(qū)動IC，可根據(jù)環(huán)境照度情況， 自動、適時地調(diào)節(jié)LED燈的亮度。跟采用交直流逆變轉(zhuǎn)換、電子變壓器恒流電源驅(qū)動，無自 動調(diào)光功能的同類方案相比，整體效率大幅度提高，綜合電能損耗減少達(dá)60%以上，LED燈 具的使用壽命也明顯延長。本照明系統(tǒng)主要應(yīng)用于商場、酒店、學(xué)校、辦公樓等需要較多數(shù)量照明燈具，并且 要求照明亮度較高、分布均勻的場所。同樣也可用于家庭照明系統(tǒng)。優(yōu)缺點可以大幅度 降低照明系統(tǒng)的綜合用電消耗，工作可靠，故障率低，使用壽命長，無工作噪聲，無排放污染 等。跟同類太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有制造成本較低，整體用電效率高等優(yōu)點。再由于 LED燈組直接采用36V低壓供電，因此用電更安全、節(jié)電率更高，燈具本身的故障率和維護(hù) 費用隨之降低，使用壽命明顯延長。


圖1是本發(fā)明的高效率太陽能照明系統(tǒng)示意圖；圖2是太陽能充電控制器示意圖；圖3是智能電源控制器示意圖；圖4是單片機軟件程序模塊方框圖；圖5是整流穩(wěn)壓器示意圖；圖6是自動調(diào)光器示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明中，各部件的具體連接見圖1。1、太陽能光伏模塊陣列選用總?cè)萘繀?shù)為60V、80A，額定輸出功率4500W，具體 由多晶硅單體模塊通過內(nèi)部串聯(lián)和并聯(lián)的方式組成。2、太陽能充電控制器主要控制器件IGBT選用參數(shù)為120V/150A的產(chǎn)品，電流檢 測取樣電阻為0.5 Ω (根據(jù)蓄電池組的容量安時數(shù)ΑΗ，即所控制充電電流的允許上限值I計 算確定R = V/(AH/10)。具體連接見圖2。
3、蓄電池組選用總共18個單體(格)36V的深循環(huán)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，總?cè)?量為650安時。4、智能電源控制器單向可控硅選用參數(shù)為120V/150A的產(chǎn)品，肖特基反向阻斷 二極管為100V/150A，繼電器1和繼電器2均為12V/150A (直流)，單片機MCU為51系列并 燒寫已編寫好的程序。具體連接見圖3，單片機軟件程序見圖4。5、整流穩(wěn)壓器主要控制器件IGBT選用參數(shù)為120V/150A的產(chǎn)品，工作頻率約 20KHz，輸出電壓為36V直流電。具體連接見圖5。6、自動調(diào)光器(A、B、C三組)光敏傳感電阻RL根據(jù)所需調(diào)節(jié)的起點照度閥值選 定為20KQ/1W，PWM控制器選用脈寬調(diào)制集成電路UC3842AN、VMOS大功率LED驅(qū)動IC選 用大功率LED驅(qū)動集成電路SMD802。LED燈組(A、B、C三組)單燈功率5W，每組總功率 1400W，三組合計功率4200W。具體連接見圖6。本方案由36V低壓直流電驅(qū)動三組LED燈組，無中間的交直流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，并同時采 用了光傳感PWM控制驅(qū)動IC，可根據(jù)環(huán)境照度，自動、適時調(diào)節(jié)LED燈的亮度。
權(quán)利要求
1.高效率太陽能照明系統(tǒng)，包括太陽能光伏模塊陣列、蓄電池組、逆變器、LED燈具及 其配套的驅(qū)動恒流電源，其特征在于提供電能的是空載輸出60V的多晶硅太陽能光伏模 塊陣列，太陽能充電控制器連接多晶硅太陽能光伏模塊陣列，太陽能充電控制器連接著基 于單片機控制的不間斷電源切換控制器形成的智能電源控制器，在太陽能充電控制器與智 能電源控制器之間連接著由總共18個單體36V的深循環(huán)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池組成的蓄 電池組，智能電源控制器的另一個輸入端連接著接入市電的整流穩(wěn)壓器，智能電源控制器 的輸出端順序連接著自動調(diào)光器、LED燈組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率太陽能照明系統(tǒng)，其特征在于在太陽能充電控制器 中，多晶硅太陽能光伏模塊陣列提供的空載輸出接入充電控制器，充電控制器連接著IGBT 和顯示器，在IGBT后連接蓄電池組，在充電控制器與IGBT的電路上并聯(lián)著電流檢測取樣電 阻Rl，在充電控制器與蓄電池組之間設(shè)置電壓檢測回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率太陽能照明系統(tǒng)，其特征在于在進(jìn)入智能電源控制 器的蓄電池組輸出端連接單向可控硅SCR，在單向可控硅SCR前后并聯(lián)著繼電器1的開關(guān) Kl，開關(guān)Kl連接肖特基反向阻斷二極管，單片機分別連接著繼電器1、繼電器2和可控硅 SCR,繼電器2的開關(guān)K2連接整流穩(wěn)壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率太陽能照明系統(tǒng)，其特征在于在整流穩(wěn)壓器中，市電 輸入低頻整流濾波電路，低頻整流濾波電路后順序連接著高頻逆變電路、高頻變壓電路、高 頻整流濾波電路，高頻逆變電路還分別連接PWM控制器、故障保護(hù)電路，高頻整流濾波電路 還連接著故障保護(hù)電路，整流穩(wěn)壓器的輸出端還分別連接穩(wěn)壓穩(wěn)流控制及故障保護(hù)電路， PWM控制器還分別連接穩(wěn)壓穩(wěn)流控制及故障保護(hù)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率太陽能照明系統(tǒng)，其特征在于自動調(diào)光器中PWM控 制器后順序連接著VMOS大功率LED驅(qū)動IC和LED燈組，LED燈組還連接光敏傳感電阻RL。
全文摘要
本發(fā)明的高效率太陽能照明系統(tǒng)，提供電能的是空載輸出60V的多晶硅太陽能光伏模塊陣列，太陽能充電控制器連接多晶硅太陽能光伏模塊陣列，太陽能充電控制器連接著基于單片機控制的不間斷電源切換控制器形成的智能電源控制器，在太陽能充電控制器與智能電源控制器之間連接著由總共18個單體36V的深循環(huán)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池組成的蓄電池組，智能電源控制器的另一個輸入端連接著接入市電的整流穩(wěn)壓器，智能電源控制器的輸出端順序連接著自動調(diào)光器、LED燈組。系統(tǒng)由36V低壓直流電驅(qū)動LED燈組，無需中間的交直流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，有效回避了此過程的電能損耗，綜合電能損耗減少60％以上；采用光傳感PWM控制驅(qū)動IC，可根據(jù)環(huán)境照度情況，自動、適時地調(diào)節(jié)LED燈的亮度。主要應(yīng)用于商場、酒店、學(xué)校、辦公樓等需要較多數(shù)量照明燈具，并且要求照明亮度較高、分布均勻的場所，同樣也可用于家庭照明系統(tǒng)。
文檔編號F21V23/00GK102102841SQ20101062046
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者余仙民, 曾桂榮 申請人:桂林市百能科技設(shè)備有限責(zé)任公司