佛山市中德光电特种照明有限公司广东佛山528226
摘要：随着我国经济发展，能源需求大幅增加，照明用电量已经占到了总用电量的10%—12%。合理、有效地利用太阳能照明，将太阳能转化为电能是节能的有效途径。光电互补LED路灯照明系统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。。但太阳能的不稳定性会使蓄电池电压出现过低现象，影响照明系统的正常工作。
关键词：照明；太阳能；电能；光电互补；LED路灯
1引言
光电互补LED路灯照明系统是利用太阳能电池进行发电，普通220V交流电为辅进行补充电能的路灯照明系统。一般情况下我们采用这个系统，蓄电池容量和光伏电池组需要设计的较小些，基本上要满足白天有阳光，当天就能够用太阳能发电并且能够做到给蓄电池充电，到天黑时蓄电池进行放电直到把LED点亮。实际上我国大部分地区，基本上全年有三分之二以上的晴朗好天气，利用这个系统全年就能够有三分之二以上的时间采取光电互补照亮路灯，剩下时间用少许市电进行补充，这样不仅降低了太阳能光伏照明系统的基本投资，又达到了节能减排的效果，是光能互补LED路灯照明在现阶段推广和普及的有效方法。
由于太阳能受天气因素的制约比较大，太阳光照射分布密度小，受光强度大小、时间长短的影响，具有间歇性、随机性，如果想要稳定太阳能电池的输出电压，就得要利用蓄电池。但若要遇到连续的阴雨天气，就会增大对蓄电池的容量要求，但是对太阳能电池组而言，需要容量越大，成本就会越高。采用光电互补LED路灯的方式能够比较好地解决这个难题，对推广光电互补LED路灯控制器有着现实和经济意义。
2光电互补LED路灯工作原理
在光电互补路灯系统中，是靠太阳能和市电互补控制器对LED路灯进行供电的。由于太阳光受天气变化影响比较大，当白天太阳比较强时，太阳能电池板能够给蓄电池进行充电；而到了晚上蓄电池就会给负载LED供电。阴天时，LED负载用电就会从蓄电池获得能量，当蓄电池的放电电压减小到最低限度的时候，就会自动转变为市电补给。蓄电池的容量对保证可靠性供电很重要，电池容量过大导致成本价格升高，容量过小，又不能充分利用太阳能达到节能的目。充电电路用来调节充电电流与电压，使太阳能电池板稳定地对蓄电池充电。由于每天在各个时段太阳能电池板所转换的太阳辐射能不同，使得太阳能电池输出的电流和电压各不相同，这就需要通过必要的充电电路来控制。当系统在正常工作的时候，对太阳能电池的输出电压、蓄电池电压进行实时检测，然后根据各电压的不同情况，决定是否要控制太阳能电池对蓄电池进行充电，再依据设定的光控方式或路灯时控，决定是否点亮控制LED路灯。
该控制器控制太阳能电池板对蓄电池组充放电，实时检测蓄电池容量，并用光电互补方式对负载供电。同时阐述了太阳能LED路灯采用光电互补技术，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。
3控制器的结构和主要功能
3.1控制器的结构
光电互补照明系统控制器结构如图1虚线框中所示，主要由PIC单片机及外围电路组成。外围电路主要包括：市电供电—蓄电池供电切换电路，蓄电池充放电、保护电路，信号采样电路及LED负载驱动电路。
图1光电互补控制器的结构框图
3.2控制器的主要功能
（1）对太阳电池及蓄电池进行电压采样。通过进行电压采样，可以实现对太阳电池及蓄电池的A/D转换和适时电压采集。
（2）控制蓄电池的充放电过程。单片机通过把设定电压和采样电压进行比较，利用得到的比较结果发出与之相适应的控制信号，从而达到对蓄电池的充放电控制效果。
（3）实现市电供电与蓄电池供电之间的自动切换。把得到的的蓄电池电压V、保护电压VOCXmin进行比较，实现市电供电—蓄电池供电自动切换的效果。
（4）实现LED负载的变功率照明工作的控制。利用人体红外传感器的输入结果，使单片机的相应端口对负载驱动芯片端可以产生PWM控制信号，从而实现对LED负载的变功率照明的工作。
4光电互补LED路灯控制器的应用
4.1光电互补LED路灯控制器的提出
①保障道路的路面照度和路面亮度是在城市主干道应用光电互补LED路灯照明的前提条件。另外还得要保证路灯的着灯率，即必须保证主要道路每晚亮灯。但是往往由于太阳能路灯配制系数设计的影响，如果遇到超长时间的阴天，太阳光就会出现对蓄电池充电不足、路灯无法运行的状况，这严重影响了车辆及行人的通行。
②在光电互补LED路灯的道路上运行，由于太阳能电池板和电池内部电子原件的离散性所在的位置不一样，受到周围环境的影响，使得太阳能光伏电池板上所接受到的光强度不同，从而导致各个光电互补LED路灯的开关时间自身控制，亮灭灯的时间也参差不齐，最快与最慢的亮灭灯时间相差长达20min—30min，带来了极大的的影响。
③城市道路的光电互补LED路灯的建设大部分是改造原有的路灯，停用和拆除原来的市电照明设施，尤其是直埋铺设的电缆，在拆除过程中会遇到特别大的困难，再加上小街巷的路灯和主干路周围的支路大部分是由分支串接进行供电，运行中离不开主电缆，采用光电互补技术是势在必行。
4.2光电互补LED路灯控制器的应用
在光电互补LED路灯的控制器中，微型单片计算机会连续采集路灯电缆中的电压信号，当接收到电压信号之后，光电互补LED路灯就会自动开灯，先利用蓄电池中已储存的太阳能进行供电；当蓄电池储电量不足的时候（一般情况下低于11.6V，±0.2V），智能控制器就会自动转换，这时候就会利用市电进行供电以保证路灯的顺利照明，另外还能够对蓄电池浮充电。当路灯中的电压信号消失之后，智能控制器能够把这个信号与太阳能电池板上面的光感信号做出比较，当检测光板上的电压输出大于10V的时候，控制器就会产生出关灯的信号指令，反之当检测板上的输出电源小于10V的时候，控制器能够保证路灯继续供电亮灯。另一旦外交流线路上发生故障的时候，光电互补LED路灯控制器就能够自动控制开关灯，从而确保路灯的正常工作。
4.3应用光电互补技术的优点和缺点
4.3.1采用光电互补技术的优点
①能够确保城市上千个路灯的有效照明。当白天阳光充足的时候，路灯就会利用太阳能进行照明；当遇到连续阴天的吼吼，光照不足，蓄电池供电就会超出供电的时限，路灯自身就会智能切换到交流电供电，并且对蓄电池充电，从而确保蓄电池的各方面工作性能。
②大大降低了蓄电池和太阳能电池板的配置系数值。降低了每个光电互补LED路灯的工程造价，配置系数由3—4：1，降低至1：1，节约了投资。
③提高了光电互补LED路灯设备的运行安全系数。太阳能光伏电池板的风阻面积大约在0.9m2/百瓦左右，由于配置数值的不断减小，光电互补LED路灯的安全运行系数就会增大。
④有效提高了设备的利用率。使蓄电池的效率得到充分发挥，原来太遗传算法是智能化技术的功能之一，可以进行高精度的计算，工作人员将其运用于设备的升级与优化中能够使我国电气工程中常用的电气设备质量得到提升。除此以外，工作人员还可以将智能技术引入电气工程的电气设备中。当电气设备处在使用中时，智能控制器便开始自动检测电气设备的运行状态。倘若电气设备在运行中出现故障，智能控制器便会根据设备的现存状况进行诊断，排查问题并将排查结果显示在显示器中。工作人员根据显示结果组织维修人员对设备进行维修，从而保证在短时间内使电气设备得以正常运行，减小设备故障对电气工程施工进度的影响。
3.3模糊逻辑控制
英国大学发明了模糊控制器并开始在电气工程中使用，实现电气化设备的自动化控制，代替原有的传统PID控制器。模糊控制器往往应用于数字动态触动系统中。现今模糊逻辑控制应用分为M型与S型两种。上述两种模糊逻辑控制在具体的应用过程中，M型控制器是唯一可以实施调速控制的控制器。无论是M型还是S型控制器，其本身具有规则库。控制器的规则库被人们统称为ifthen模糊规则集。模糊集分G与H，其中if为G，Y为H，那么此时可得W＝（fX，Y）。按照该运行规则运行的控制器便是S型控制器。推理机、非模糊化以及模糊化等安装部件
则是M型控制器的重要组成部分。其中推理机是M型控制器中必不可少的部分，当模糊控制出现在设备管理过程中时，推理机便会根据当前状况进行判断处理。上述两种控制器的知识库有两部分，分别为语言控制的规则库和数据库。规则库本身具有拓宽方式，工作人员在建模过程中运用模糊控制器中的推理机，同时借助神经网络中的推理机实施操作，以便对电气设备进行有效控制。如模糊控制在DC/DC变换器中的应用（如图2所示）。模糊化具有多种不同的表现形式，可以使工作人员有效地测量、量化以及模糊化变量。模糊逻辑在电气工程自动化中的运用与操作能够促进我国电气工程行业的发展与进步。
4、结语
电力工程施工企业应积极将智能化技术引入电气工程的施工活动中，实现电气设备的自动化控制，从而提高电力工程施工企业的工程质量和生产效率，为我国电力工程的施工企业节省了大量的人力资源，对企业发展产生了积极的影响。企业运用智能化技术解决了部分企业人才短缺的状况，企业可以将多余人员抽调到更为适合的岗位，为企业节省了成本，间接增加了企业的经济效益，提高了企业的竞争实力，使得企业能够在严酷的市场竞争中存活下来，并得到长久的发展。
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