基本信息
- 项目名称：
- 智能型太阳能路灯控制器的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 太阳能路灯的环保效益是非常明显的,太阳能的开发和利用能有效缓解能源危机和环境污染问题。因此，研制网络化、智能化太阳能路灯控制器对绿色照明产业的发展具有重要意义。本控制器要根据太阳能电池、蓄电池、光源等部件特性和环境光线的变化进行智能充放电控制；还可根据季节、环境、光线变化等因素决定定时点亮等不同智能工作模式；网络监控功能支持区域太阳能路灯的网络化智能管理与控制、远程监控与诊断等。
- 详细介绍：
- 太阳能路灯系统的电气部分一般主要由四大部分组成：太阳能电池板、太阳能阳能路灯控制器、蓄电池和照明灯具。 当外外界光照条件符合要求时，太阳能电池板接收太阳光照射将太阳能转化成电能，经过控制器给蓄电池充电；当光照条件变化，如黑夜或者自然照明条件差的情况下，路灯控制器将蓄电池存储的电能经过转换提供给照明灯具进行照明。由此可见，太阳能路灯控制器在整个路灯的运行过程中起着关键的作用。 太阳能路灯控制控制器是太阳能路灯的核心部件，本课题的重点研究其实现智能化的应用研究。太阳能路灯控制其的智能化主要表现两个方面： (1)控制器的研究。MPPT控制器，即“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking）控制器的智能化应用研究。 (2) 太阳能储能系统，即蓄电池充放电控制系统的智能化应用研究。Cuk变换器同时具有升压和降压功能，将Cuk变换器应用于光伏系统充电控制器中，可以在较大范围内实现最大功率点跟踪，有利于系统效率的提高。 在目前的MPPT方法中，固定电压、固定电流法虽然控制上比较简单，但是需要额外的光伏器件以获取控制所需的开路电压和短路电流，这样做会增加成本。而且由于采样用器件与受控器件的特性差异，这种方法的控制精度差、光电转换效率低，仅适用于小功率场合。扰动观察法和增加电导法这两种方法虽然转换效率高，但是MPPT电路功率开关的占空比调节量Δd为定值，在最大功率点附近会出现较大的功率振荡。 充电控制器作为光伏电池给蓄电池充电的充电电路，在实现MPPT工作的同时，还需要对蓄电池充电进行控制。主电路拓扑主要有：Buck变换器、Boost变换器、Cuk变换器。而对于太阳能电池来说一般输出电压波动较大，而Buck变换器或Boost变换器只能实现单纯的太阳能电池电压的上升或者下降，因此假如采用这两种电路，光伏电池不能在大范围内完全工作于最大功率点，这样就间接地造成系统效率下降。再者，Buck变换器输入电流纹波较大假如输入端不加储能电容就会使系统输出电流在断续状态下，导致光伏电池输出电流断续，从而影响蓄电池的工作寿命；假如采用Boost变换器，者输出电流纹波较大，用此电流对蓄电池进行充电，容易引起电池温度上升，严重影响蓄电池使用寿命；本文采用Cuk变换器，它同时具有升压和降压功能，Cuk变换器应用于太阳能路灯的充电控制器中，可以在较大范围内实现最大功率点跟踪，大大提高系统效率。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 太阳能路灯的环保效益是非常明显的,太阳能的开发和利用能有效缓解能源危机和环境污染问题。因此，研制网络化、智能化太阳能路灯控制器对绿色照明产业的发展具有重要意义。控制器要根据太阳能电池、蓄电池、光源等部件特性和环境光线的变化进行智能充放电控制；还可根据季节、环境、光线变化等因素决定定时点亮等不同智能工作模式；网络监控功能支持区域太阳能路灯的网络化智能管理与控制、远程监控与诊断等。
科学性、先进性
- 目前我国在太阳能电池、LED光源技术方面在世界上已经占有一席之地，但业内采用的控制器多是简易的非智能控制器，制约着太阳能路灯的技术升级和推广应用。特别是目前太阳能路灯控制器可靠性不高、缺乏智能的充放电能量管理、缺乏网络优化与管理技术支持，使得太阳能路灯的可靠性、成本、智能化以及使用效率不很理想，限制了太阳能路灯的推广。本作品控制器能根据太阳能电池、蓄电池、光源等部件的特性和环境光线的变化进行实时智能充放电控制；根据季节、环境、光线的变化等因素决定同时、分时点亮及单独定时等不同智能工作模式；网络监控功能支持区域太阳能路灯的网络化智能管理与控制、远程监控与诊断等。提高太阳能控制器的稳定性、智能性。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年国家级大学生创新性实验计划项目
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术转让，联合生产
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、录像 、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 此太阳能路灯具有网络化智能管理与控制及远程监控与诊断等功能，能够充分已储存的电能，集约化的应用，可以路灯的设备故障率降低，提高了现有太阳能路灯的智能化管理水平。 该设备成为现有路灯的很好的替代产品，在未来的城市路灯工程改造将有很好的市场空间。同时自2009年以来，全国各地先后出台相关政策，支持太阳能灯的示范与推广应用。
同类课题研究水平概述
- 新能源技术已经成为21世纪能源研究的热点问题。而做为新能源之一的太阳能光伏技术相关产业在世界发达国家及我国得到了迅速发展，产业规模也迅速增长。在当今能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。2009年全球新装置的太阳能发电容量为7.2GW，其中欧盟就占了5.8GW。至于德国，由于第4季需求大增，全年新增的太阳能发电容量有3.8GW，约占全球的1/2。 由于太阳能灯与生俱来的种种优势，其必将会成为照明行业的新宠。业内人士认为，节能环保的太阳能路灯将是灯具发展的方向之一，很多企业也纷纷投入了大量的技术和资金开发这一新兴产业。据有关方面估计中国现有路灯总数大约在一亿盏以上，并以每年20%的速度递增，假设这一亿盏路灯可以折合成为6000万盏250瓦的路灯，如果这6000万盏路灯全部改为太阳能路灯，那么可以节约1500万千瓦的功率。假如每盏路灯每天工作12个小时，那么1年内可以节约657亿度电。而三峡水电站在2007年的发电总量为616亿度电。因此，把全国的路灯改为太阳能路灯后所节省的电量将超过三峡水电站一年的发电量。这是一个惊人的数字。 我国目前在LED光源技术、太阳能电池等方面的研究在世界上处于前列，产业规模也在不断扩大。但太阳能路灯核心部件之一的太阳能路灯控制器的研究有待进一步深入。以德国PhocoS公司为代表的国外高端产品，利用先进的IT技术，并根据外部光线的变化，控制由太阳能电池、光源和蓄电池组成的太阳能照明系统的充放电过程，智能性比较高。同时产品还具有短路、过载等安全功能，实用价值较高。 而国内相关企业和研究机构产品由于研发起步较比较晚，所生产的控制器只具有基本的充放电控制与管理功能，不能满足行业快速发展的需求。目前生产的控制器多是简易的非智能控制器，严重制约了太阳能相关技术推广应用。太阳能路灯产品的可靠性、成本、智能化以及使用效率不很理想。因此有必要进一步提高太阳能路灯控制器的稳定性、智能性。
