在全球能源危机加剧的今天,寻找新能源并加以有效利用成为了各国科学研究者研究的重要内容。光伏发电是近年来被研发成功并取得较大应用的一种新型能源技术,其所需能源来自太阳光,是一种值得大力推广的新能源技术,对于缓解能源危机有着重要的意义。而要解决能源危机,除了寻找新能源以外,还需要提高节能技术,只有二者合二为一,才能应对当前严重的能源危机。LED,即发光二极管,是一种新型节能照明技术,在正常的使用中,其使用寿命要比普通节能照明灯具更长,且节能效果更好。而LED光伏路灯系统则是将这两种技术有机结合起来,形成一种高效节能的新型路灯系统,这种路灯系统具有安全可靠、节能环保、安装简单、维护方便等多种优点,是一种具有很大应用推广价值的新技术。1、 LED光伏路灯系统的主要问题LED光伏路灯系统主要由太阳能电池,控制器,铅酸蓄电池和LED灯组成。并且由于光伏电池在利用LED照明将太阳能转化为电能是以直流电的方式储存电能的,而LED路灯所需的电能供应方式也是需要以直流电的形式供应,配合度较高,也减少了交流电转换的程序,使应用更加方便直接。在白天,光伏电池吸收太阳能,储存电能,在夜晚,LED路灯将电能转化为光能,实现照明。在整个系统中,太阳能电池是成本最高的,如果按照同样的条件考虑,就要在设计方面尽可能少的应用太阳能电池,这样不仅可以发挥太阳能电池所具有的最大效率,更能节省开支和成本。还有一点,太阳能的输出电流是随着温度和光照而变化的,所以我们要确保让太阳能电池在同一光照和温度条件下工作,才能让太阳能电池的输出功率达到最大,最后在实际使用过程中还要注意太阳能电池的过充和过放只有这样才能保障其最佳效果。
2、最大功率点跟踪的原理和实现方法2．1最大功率点跟踪的原理在研究中,我们将太阳能电池的输出特性变化用曲线来表示。从特性曲线上可以看出每条特性曲线上都只有一个最大功率点,最大功率点随光照度的增加而增加,随温度的上升而减少。
若太阳能电池组直接对蓄电池充电,其输出电压恒定,无法实现最大功率点跟踪。实现方法就是在太阳能电池和蓄电池之间插入直流变换器,把直流变换器和蓄电池看作太阳能电池的负载,调节直流变换器的占空比,使负载和太阳能电池此时的内阻相匹配,负载上获得最大功率。现代电力电子技术可以使直流变换器的效率很高,因此太阳能电池组提供的功率大部分给蓄电池充电。直流变换器的输出电压可看作等于蓄电池电压,是不变的,调节占空比改变其输入电压即光伏电池的输出电压。2．2最大功率点跟踪的控制方法在LED光伏路灯系统的最初研究阶段,在理论上来讲,最大功率点的跟踪方式有很多种,如恒电压控制法、增量电导法、滞环比较法以及最优梯度法等等,这些方法在理论上都能很好的实现最大功率点跟踪,其原理都是根据光照与温度发生变化时,依据上述所说的特性曲线来确定最大功率点,继而以电能的方式表现出来的。但在实际的应用中,由于各种因素的影响,其他方法都存在着较大的缺陷越问题,不能很好的被实际应用,只有恒电压控制法在实际应用中表现出良好的实用性,为此,一般都是采用恒电压控制法来实现最大功率点的跟踪。
恒电压控制法的应用原理主要是:在特性曲线中显示出当温度固定、光照强度发生变化时,最大功率点的输出电压的变化是极为微小的,可以忽略不计,在此前提下,只要能让光伏电池的输出电压固定为某一确定值时,就可以很好的跟踪电池的最大功率点。但同时恒电压控制法也存在着一定的缺陷,即对于温度变化对最大跟踪点的影响的因素没有充分考虑到,但这是可以通过采取措施进行弥补处理的,可以通过加入温度补偿系统来实现,即利用温度补偿系统使不同温度下的光伏电池对应不同的输出电压,就可以将温度影响因素的问题妥善解决。
2．3实现最大功率点跟踪的具体电路实现最大功率点跟踪用得较多的是Book电路和Boost电路。Buck电路输入电流是断续的,若直接加在光伏电池上,光伏电池的输出电流是断续的,光伏电池不能处于最佳工作状态。因此Buck电路与光伏电池之间必须插入储能电容。加人储能电容后,电路可靠性,体积等都会受到影响。相比之下,Boost电路其输入端输入电流是连续的,Boost电路只要其升压电感足够大就能保证光伏电池输出电流基本无波动,在实现最大功率点跟踪时有显著的优点。3BiBoost—Buck在系统中的应用从整个系统来看,蓄电池的能量要双向传递。光伏电池给蓄电池充电要一个直流变换器,而蓄电池恒流驱动LED灯也要一个直流变换器。这2个直流变换器共用一个主电路,而控制电路做在一起,就构成了双向直流变换器。双向直流变换器能实现能量的双向传递,是典型的一机两用设备。它能减少电路的元件数量,使控制集中,减小电路的体积。
许多单向直流变换器都可通过将其中无源开关反并一个有源开关,而将原来的有源开关反并一个无源开关而成为双向DC／DC变换器。上述Boost变换器通过上述变换构成BiBoost—Buck双向直流变换器。蓄电池的充电和放电不会同时进行,所以任一时间能量都是单向传递的。能量从左往右传递即光伏电池对蓄电池充电时,主要是由Boost电路工作;能量从右往左传递即蓄电池对LED灯供电时,主要是由Buck电路工作。恰当选择足够大的电感,就能使电路工作于Boost电路时可以让电路输入电流基本无波动,有利于实现最大功率点跟踪;电路工作于Buck电路时易于实现对LED灯的恒流驱动。同时,电容可选用较小的容值。