采用光能和市电互补的太阳能路灯供电优越性分析

在全球经济还没有摆脱金融危机的今天，气候变化亦越来越恶劣，如何降低能耗，减少排放，使用清洁可循环的能源问题，得到各个国家的高度重视，我国新能源产业进入快速发展阶段，新技术不断进步，规模亦不断扩大，特别是太阳能行业，国内市场普遍应用于：热水、发电、路灯照明等领域，我们国家为了降低石油和煤炭等不可再生能源的使用，在全国范围内，针对农村道路照明，全部采用太阳能供电模式，经过几年的投入，已经在全国范围内普及开来，但是问题也出现了：①好多农村一年光照时间少于三分之二；②蓄电池寿命短。为此，提出比较可靠的解决方案，提高蓄电池的使用寿命，保证夜间照明效果的可靠。

前言：能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体

系极大的推动了人类社会的发展。随着不可再生的能源急剧减少，各个国家逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染、清洁的能源开发和利用放在重要的位置，特别是太阳能使用。为了节约能源，现在国家大力提倡路灯照明采用太阳能作为能源供电方案，由于太阳能路灯一次投入成本较大，给推广普及带来了很大难度，国家采用一次性铺贴的方式给予施工的地方政府予以补助，现在全国各地农村亮化工程已经全面普及开来。

但是，经过几年的应用效果来看，现在普遍出现二个问题：

第一，由于采用大阳能极板在有阳光的白天发电并存储在蓄电池，以供夜晚来临时的照明使用，在我国好多农村地区雾霾和阴天时间占一年的三分一以上的时间，蓄电池储能低，照明效果达不到要求；第二，蓄电池由于过度充电和放电过程严重影响了自身的使用寿命，在 5 年内就必须更换新的蓄电池，有些地方甚至仅仅 3 年就必须更换一批蓄电池，造成资源浪费现象严重，同时也影响了农村道路的夜间照明。

2 解决方案

改变原来的供电方案，采用光能和电能相互补充的路灯照明方式，对当前的太阳能路灯照明系统的改进意义深远。其原理就是以太阳能电池发电为主，以普通 220V 交流电补充电能为辅的路灯照明系统，用此供电方案，光伏电池组和蓄电池容量可以设计得小一些，基本上是当天白天有阳光，当天就用太阳能发电同时给蓄电池充电，到天黑时蓄电池放电把负载LED 点亮。

       在全年基本上都有三分二以上的晴朗天气的农村，全年就有三分二以上的时间用太阳能作为照明能源，剩余时间用市电补充，既减小了太阳能光伏照明系统的一次性投资，又有着显著的节能减排效果，是太阳能 LED 路灯照明在现阶段推广和普及的有效方法之一。以往的太阳能路灯是用蓄电池供电的，由于频繁处于充电、放电循环中，而且会经常发生过充或深度放电等情况，因此蓄电池工作性能和循环寿命成为主要的问题。阀控式密闭型铅酸电池具有不需要维护、不向空气中排出氢气和酸雾、安全性好、价格低等优点，因而被广泛应用。蓄电池过充电、过放电以及蓄电池环境温度等都是影响蓄电池寿命的重要因素，所以在控制器中要重点采取保护措施。并且在实际使用过程中，蓄电池的寿命明显缩短，仅仅使用不到 5 年的时间，换句话说，4 年前安装的太阳能LED照明系统，全部存在更换蓄电池的问题，如何提高其使用寿命就是一个急待解决的问题。在光能和电能互补路灯照明系统中，是靠太阳能和市电互补控制器对 LED 路灯进行供电的。

       由于太阳光随天气变化差别很大，白天太阳光强时，太阳能电池板给蓄电池充电；晚上蓄电池给负载供电。阴天时，负载用电从蓄电池取得，当蓄电池放电电压降到最低允许限度时，自动转为市电补给。系统工作时，实时检测太阳能电池板的输出电压、蓄电池的电压，并根据各个电压值的不同状况，控制太阳能电池对蓄电池充电与否，并根据设定的路灯时控或光控方式，控制 LED 路灯是否点亮，以及点亮时供电方式在蓄电池和市电之间的合理切换。如何判断天气的好坏 ? 如何判断是使用蓄电池供电还是采用市电供电？这就需要一个合理的控制切换装置来实施，首先对电池的充电电压和放电电压做到及时跟踪，及时判断出太阳光线充足的日子里，在太阳落山后，蓄电池的蓄电情况：电压和瓦上是否达到夜晚使用标准？

       另外，在太阳光线不足的日子里，也要及时准确判断出蓄电池充电情况：电压和电流及功率等参数，当蓄电池供电电压低到规定值时，必须及时切换成市电供电，确保路灯夜间照明效果。采用光电互补技术，既能提高可靠性，又能降低成本，是目前解决太阳能 LED 路灯照明的最佳选择，并根据 LED 路灯负载计算了蓄电池容量和太阳能电池板容量的匹配关系。太阳能路灯控制器利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。采用串联式 PWM 充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非 PWM 高 3%-6%，增加了用电时间。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。取消了电位器调整控制设定点，而利用了 Flash 存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素使用了数字 LED 显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观。

3 应用实例

大连绿岛机电自动化有限公司，自 2009 年至今在大连长兴岛国家经济开发区交流岛社区陆续安装了几百台普通太阳能路灯，近几年陆续更换上百块蓄电池，主要的问题还是蓄电池无法正常工作，部分农村地区，常年雾霾阴天，太阳能路灯紧靠太阳能极板已经无法保证夜间的照明，经过与当地主管部门商议，对部分地区的太阳能路灯进行改造，采用光能和电能互补供电模式，改造完成至今，原来太阳能极板没有更换，增加了蓄电池电压和电流检测原件，根据电压的和功率的大小，自动切换太阳能和市电，无论是晴天还是阴天，夜晚的照明效果都得了改善，运行至今，无一例更换。

4 结语

本方案的提出是根据我们公司在多年太阳能路灯及市电路灯施工维护中，发现的一些问题，为此，提出自己的一些想法，相信会一定的指导意义。传统的太阳能 LED 控制器没有考虑蓄电池寿命这个主要问题，对过度充电和过度放电没有采用实时、有效的控制，特别是在阴天的时候主要靠蓄电池放电来保证照明，大大的增加了蓄电池的负担，同时又缺少检测和保护环节，降低了使用寿命，采用光能和电能相互补充的方式以及合理的控制蓄电池的过度使用问题，将在实际应用中得到很好的推广。