CN101377275A - 自发电智能型路灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自发电智能型路灯，其包括带边缘聚光器的发电板、智能控制设备、蓄能设备、镇流激励设备、低压开关电源、光源及路灯辅助设备，该发电板设置有边缘聚光器，该智能控制设备包括有变频器模块及智能控制模块；由于采用了边缘聚光技术、变频技术及智能控制技术，因而本发明能够有效提高了发电量的同时降低路灯的耗电量，延长路灯的照明时间。

Description

自发电智能型路灯

技术领域

本发明涉及市政道路路灯照明领域，特别涉及一种自发电智能型路灯。

背景技术

在市政道路路灯照明领域，路灯应用非常广泛，但是市电路灯受制于市电能源，在能源紧缺的今天，市电路灯耗能日益突出。“电荒”和能源紧缺导致许多道路的路灯关闭或者半关闭，使得耗能的路灯成为“摆设”，严重影响了道路的基本照明，而那些没有发挥作用的路灯设施变成了潜在的资源浪费。

目前，对所有走向市场的能源最大的挑战是对环境的影响，所以利用太阳能等清洁能源解决市政照明能源是循环经济发展的必然要求。但是，即使“电荒”很严重，现有的太阳能路灯却又很难应用到城市道路照明替代传统市电路灯，主要原因是现有太阳能路灯在技术和成本上存在如下几个方面的难题:1、路灯照明时间长、耗能大，现有太阳能路灯一般只能维持大功率光源5小时左右的照明要求，不能够满足其长时间供电的要求；2、城市道路照明光照度高，有一般地面的照度不低于30LUX具体标准要求，现有太阳能路灯照明达不到标准；3、城市道路交通车辆运动速度快，在晚间路灯照明对雾霾等穿透性能要求高，现有太阳能路灯的照明对雾霾等穿透性能差，缺乏交通安全性的保证；4、现有太阳能路灯的投资成本比普通路灯一般要高30％左右，并且现有太阳能路灯因为不能够满足其长时间照明供电的要求，需要依赖于市电的补充，市电路灯的变压器、管道、电缆等还需要投资，这样，现有太阳能路灯的成本价格是普通路灯的2.3倍，远远高出传统路灯，投资回报低，产品无法进入市场。因此，太阳能路灯要替代市电路灯必须克服上述问题，才能广泛应用于城市道路照明。

因此有必要设计一种能够克服上述缺陷，可实际应用于市政建设的自发电智能型路灯。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高发电量，同时有效的降低路灯的耗电量，延长路灯的照明时间的自发电智能型路灯。

为了达到前述目的，本发明所设计的自发电智能型路灯包括发电板、智能控制设备、蓄能设备、镇流激励设备、低压开关电源、光源及路灯辅助设备，其特征在于:该发电板设置有边缘聚光器，该智能控制设备包括有变频器模块及智能控制模块，具体包括光检测电路、控制电路管理单元、保护电路、温度检测电路、充放电管理单元，其中光电量检测电路检测太阳光的强度，若其强度等于或大于一预定强度值时，该光电量检测电路发送一光强指示信号至控制电路管理单元，控制电路管理单元控制充/放电管理单元给蓄电池进行充电，同时放电单元关闭，充电同时，保护电路检测蓄电池电压，进行蓄电池过度充电/过度放电保护，温度检测电路检测蓄电池的温度，当温度小于一预定温度值时，充放电管理单元继续给蓄电池充电，当温度大于该预定温度值时，温度检测电路发送一信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号控制该充放电管理单元调整给蓄电池充电的方式；若检测的太阳光强度小于该预定强度值时，该光电量检测电路发送一光弱指示信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号发送一放电信号至该充放电管理单元，该充放电管理单元根据该放电信号控制蓄电池进行放电；同时，保护电路检测蓄电池的电压，当电压大于该预定最低值时，该控制电路管理单元发送一供电控制信号至控制电路，允许蓄电池放电，蓄电池输出直流电，镇流激励设备将该直流电转换高频脉冲去激励和点亮光源，当该电压小于一预定电压值时，蓄电池停止放电；控制管理单元根据光强信号、蓄电池电压的信号，稳定等信号等来控制蓄电池的充/放电和充电方式、负载供电的开/关以及与市电切换等，其中与市电切换，当蓄电池电压等于该预定最低值时，发送一信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号发送一停止放电信号至该充放电管理单元，该充放电管理单元控制蓄电池停止放电，同时打开开关电源，切换到市电供电方式，交流市电输入时，开关电源将交流市电220V转换为直流电。

所述聚光器设置在发电板边缘，照射到聚光器上的光线经过反射后又照射到发电板上。

所述智能控制设备还包括遥控检测控制器，其检测控制电路管理单元的性能参数、发电板充电的性能参数、蓄电池的电量参数，显示电压、电流、蓄电量状态和控制器设置的参数等系统参数，并通过通信模块对该供电系统参数进行设置。

所述变频器模块通过调频脉冲供电以降低耗电量。

所述镇流激励设备为激励调光型低压钠灯的电子镇流器。

所述光源为低压纳灯、无极灯，或者低压纳灯与无极灯、金卤灯、LED灯的组合。

所述路灯辅助设备包括灯杆、灯罩、避雷针。

所述智能控制设备、蓄能设备、高效镇流激励设备、低压开关电源安装在一控制盒内。

与现有技术相比，本发明的优点为:由于采用了边缘聚光技术、变频技术及智能控制技术，因而本发明能够有效提高了发电量的同时降低路灯的耗电量，延长路灯的照明时间。

附图说明

图1是本发明自发电智能型路灯的外形示意图。

图2是本发明自发电智能型路灯的原理图。

图3是边缘聚光设备聚光的示意图。

图4是本发明自发电智能型路灯的能量利用波形示意图。

图5是本发明自发电智能型路灯的开关电源示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明所设计的自发电智能型路灯由发电板1、控制盒3、高效光源2、灯杆及避雷针等辅助设备4等组成。控制盒3中可以安置智能控制设备、蓄能设备、高效镇流激励设备、低压开关电源等装置。

本发明自发电智能型路灯原理图请参考图2。首先，光电量检测电路检测太阳光的强度，若其强度等于或大于一预定强度值时，该光电量检测电路发送一光强指示信号至控制电路管理单元，控制电路管理单元控制充放电管理单元给蓄电池进行充电，充电同时，保护电路检测蓄电池电压，进行蓄电池过度充电保护，温度检测电路检测蓄电池的温度，当温度小于一预定温度值时，充放电单元继续给蓄电池充电，当温度大于该预定温度值时，温度检测电路发送一信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号控制和调整蓄电池的充电方式。

若检测的太阳光强度小于该预定强度值时，该光电量检测电路发送一光弱指示信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号发送一放电信号至该充放电管理单元，该充放电管理单元根据该放电信号控制蓄电池进行放电。同时，保护电路检测蓄电池的电压，当该电压小于一预定电压值时，蓄电池停止放电；当该电压大于该预定电压值时，蓄电池输出直流电，镇流器将该直流电转换为高频激励信号，点亮低压钠灯，温度检测电路检测蓄电池的温度，根据温度信号，调节最佳的充电方式，实现蓄电池最佳的充电，充放电管理单元管理充放的控制，当检测到蓄电池过放电时，关闭蓄电池供电，切换到市电供电，市电输入的范围为85-250V交流市电输入，经过开关电源电路将交流市电转换为直流电，控制电路控制变压电路调节该直流电压，检测电路检测调节后的电压是否为一预定值24V(或12V)，如果是，则给低压钠灯供电，如果否，检测电路发送一信号至控制电路，控制电路控制变压电路再次调节电压，直到该调节后的电压为一预定值预定值24V(或12V)时，给低压钠灯供电。

遥控检测控制器检测控制电路管理单元的性能参数、发电板充电的性能参数、蓄电池的电量参数，显示电压、电流、蓄电量状态和控制器设置的参数等系统参数。并通过通信模块对该供电系统参数进行设置。

如图3所示，发电板的边缘设有边缘聚光器，以增加光强度，提高发电量。路灯接收太阳能的发电板决定了发电量大小。发电板的功率和面积大小确定后，在一定的日照条件，发电量是确定。在发电板的功率和面积大小不变，日照条件相同的情况，要提高发电量就需要技术上突破。光电板发电量与日光量有关，太阳能发电的电流是按照太阳能功率峰值即夏天中午烈日下太阳能电池输出进行设计，即理论条件为参考设计的，而一年四季实际的日照量是与理论条件是有较大的差别。在同等实际条件下，提高发电板接受日照量，收到更多光线，将会产生更多的电能。

本发明的自发电智能型路灯增加了边缘聚光器，在发电板的功率和面积大小不变的情况下，通过边缘聚光器提高实际日照条件接近理想的日照条件，从而提高发电量，实现理想的峰值功率。例如在某时刻同等的日照条件下，I＝k I0，其中I表示实际日光下单电池板工作电流；I0表示标准测试日光条件下单电池板工作电流；k表示日照量系数；k＝Q/Q0，Q表示实际日光下接受的日光量；Q0表示标准日光下接受日光量；通过边缘聚光技术提高了发电量，这样，Q变为Q+ΔQ，ΔQ就是通过边缘聚光技术在发电板上增加的日光量；最后增加了电流为I+ΔI。因此，在某时刻同等的日照条件下，通过边缘聚光技术提高了发电量，比正常情况下提高发电量20％以上。比正常情况下提高发电量20％以上。边缘聚光设备聚光的示意图如图3所示，其中有部分太阳光直接照射到发电板上，部分太阳光照射到发电板边缘的聚光器上，这些照射到聚光器上的光线经过反射后又照射到发电板上，从而增加发电板接受的日光量。

此外，边缘聚光设备还可以将单一的发电板的造型更加美观，成为道路照明一道风景线。

控制盒内的智能控制设备包含变频器模块、智能控制模块、太阳能充放电控制模块等。通过变频技术、智能节能控制技术、智能能源管理等技术尽可能节省用电，以在确定的电量值下，让路灯照明时间延长，发挥能量利用率最大化。

变频器模块的作用主要是改变传统恒量用电为调频脉冲供电，降低耗电量。利用变频能量控制技术后，自发电智能型路灯的能量利用波形如图4所示，其中有效的输出脉冲电流为50％I，那么耗能:Sf＝50％I x t＝0.5S；其中Sf表示实施变频能量控制后的耗能的AH，S表示实施变频能量控制前的耗能的AH。由此可见有效耗能减少了一半，这样，同比提高单位能量利用率50％。

智能控制模块通过智能节能控制技术控制路灯负载使用时间和某时间段内使用低能量的方式，解决了能量利用率最大化的问题。

第一种智能节能控制模式是在下半夜自动降低灯泡功率。这样，智能控制器可以设置某个时间点后自动降低灯泡一半的功率，以降低灯泡消耗的功率；因而在该时间点以前1个小时的路灯照明的能量，可以提供时间点后2个小时的路灯照明，同比增加相应的照明时间1倍，即其它单位供电一小时的能量，现可以实现2小时的照明供电，同比提高单位能量利用率50％。

第二种智能节能控制模式是在下半夜关掉不过半数的灯具。一条道路数盏路灯中，在下半夜，第一天控制奇数编号的路灯保持照明，偶数编号的路灯保持关闭；下一天，反之，依次轮换。这样，同比提高单位能量利用率。

第三中节能控制模式是根据蓄电量分配照明时间等，提高了现有能量的利用率，即在节能模式下，根据现有蓄电池的能量和当天补充的能量，智能判断和调节路灯的照明时间和调节路灯的光强度来减少蓄电能量的利用，建立当天的发电能量、蓄电池现有能量和自动设定照明时间和调节路灯的光强度，尽可能地减少一次放电放完，出现晚上灯不亮而无法照明的情况。

智能控制模块还可以包括遥控检测与维护控制功能及仿真测试路灯开闭情况的功能。通过控制模块的这些功能，可以对设置在高处的控制设备进行无线检测、参数设置、性能测试等，并可以在实际维修的时间仿真路灯白天/夜晚工作的情况，增加了维修的便利性并减少了维修成本。此外，对于路灯在晚上工作期间，也通过无线连接来对该控制器进行手动设置。

充放电控制模块，即智能能源管理模块采用特定的电子学和温度补偿充电软件，该项技术优化白天中的蓄电池充电水平，在正常情况下不同阶段充电和发电实施智能管理，以实现蓄电最大化的蓄能和最节约用能，同时延长蓄电池的寿命；在弱光发电情况下，自动调节到弱光发电状态，实现最佳充电和补偿调节充电灯充电性能。

能源管理系统采用了两阶段充电过程:在初始充电阶段，系统在太阳能板和蓄电池之间产生直接连接，使系统能够在白天尽可能早的最大充电；一旦电池达到最佳水平，系统就切换到恒电压充电模式，该模式使电池保持在他们的峰值状态，直到照明被激活。

智能控制设备还可以包括低压驱动器电子设备，其可以避免随着电池在夜晚放电，路灯灯光变得越来越暗，确保路灯能接受到独立于电池系统状态的恒定的驱动水平。此外，控制设备还可以应用零能量放电技术，可以按照不同的蓄电池，采取不同的保护。

智能控制设备还可设置各种保护功能、光时控功能、温度补偿功能、充电调节功能、故障面板显示功能等模块。

本发明太阳能路灯的蓄电设备是路灯系统的能量蓄存装置。发电板在白天受日光光照下发电，通过控制器将电能蓄存到蓄电设备，晚上通过控制器将蓄存的能量供电给路灯照明使用。本发明的蓄电设备采用硅能蓄电池，其可以达到较高的环保要求，具体表现以下5个方面:其一、采用生极板，用AGM隔板密封组成极群，组装过程基本无铅尘产生；其二、采用脉冲式内化成工艺，化成过程中无酸雾发生，彻底克服了外化成带来的酸雾的污染，同时，减轻了外化成繁杂的体力劳动及能源的浪费；其三、电池在规定寿命期限内无电解液溅出，无酸雾发生，保护了设备和环境；其四、电池寿命终止时，其废液呈颗粒状，PH值接近中性，且内含有一定量的硅，不污染环境，对土壤有利。其五、报废电池正极板不会腐蚀成泥状，极板是硬的，不掉块，不脱粉，回收过程不散落，对环保有利。

本发明太阳能路灯的镇流设备是自发电智能型路灯系统的气体放电灯的激励设备，即直流供电低压气体放电灯的电子镇流设备。可在输入直流电压(12V或24V、36V、48V等)情况下，直接驱动气体放电灯，克服了直流驱动气体放电灯等高光效光源需要加装逆变器造成耗能过大的缺点，使太阳能照明系统使用最高光效光源保证最佳照度的同时，延长了照明时间也降低了系统的成本。本发明的镇流器还可以采用调光型低压钠灯电子镇流器，其可根据环境需要调整光源的亮度，可大大节省电池组输出的电能，延长照明时间降低系统造价成本，加速太阳能照明系统在国内的推广与应用。

镇流设备一般安装在灯罩位置，也可以安装在控制盒位置。在灯罩放置镇流器的地方应当具有散热功能。

图5是本发明低压开关电源原理图，通过低压开关电源将自发电智能型路灯系统的供电与市电系统供电汇接，实现双路供电，优先使用系统自发的电能，市电电源作为后备电源，当系统供电不足等情况下，自动切换到市电电源。整个系统采用直流低压直流电压24V(可以选择12V、36V、48V等)供电，一方面克服了其它太阳能路灯系统供电需要加装逆变器造成耗能过大的缺点，另一方面，克服了交流电压供电对变压器较高的要求，因为能量衰减，路灯线路能量衰减，电压下降，当电压低到一定范围后，而影响到末端路灯的无法正常工作。但是交流的衰减不会影响到低压输出，因为交流电压与低压具有很大的电压差范围，即使在较大的允许衰减的域值范围而不会影响正常工作，可以较好地满足低压供电要求，这样，市电后备线路电缆和变压器的技术要求和标准降低了许多，使自发电智能型路灯在高光效和最佳照度的同时，通过整体节能的实现，延长照明时间的同时也降低了整个系统的成本。

开关电源的原理请参照图5所示，其中5表示信号控制端，6表示市电电源交流220V连接端，7表示直流低压输出端；8表示开关电源单元。其系统信号控制端是由光发电板输出状态和智能控制器的供电输出状态复合形成信号控制状态，具体如下:

 

光发电板输出状态	智能控制器的供电输出状态	信号控制状态
			0	1	0
0	0	1
			1	0	0

光发电板输出状态为:0代表晚上无发电状态，1代表白天发电状态；

智能控制器的供电输出状态:0代表晚上系统供电为无电状态，1代表晚上系统供电为有电状态；

信号控制状态:0代表a)晚上系统供电为有电状态，b)白天系统为充电状态，在这种状态下，开关电源为关闭后备电源状态；1代表:晚上蓄电的供电不足，开关电源为开启后备电源状态。

即当检测到无充电(晚上发电板不发电)和控制器的供电端无输出时，说明自发电智能型路灯系统的电量不足，在晚上当蓄电的能量不能满足系统供电要求时，为了保证自发电智能型路灯能够正常工作，确保城市道路照明需要，该设备一方面完全断开系统通路，自动切换到市电通路，并将交流电转换为低压的直流电，替换系统的能量供电，保证系统正常工作；当检测到有充电(白天发电板发电)时，表示天亮，自动关闭路灯的供电。也就是，为了保证系统在天亮后自动关闭路灯，系统自动检测，当天亮光强到一定程度(一般大于2～101x)，自动关闭路灯，同时完全断开市电供电通路，保证节能而不浪费，完全避免白天亮灯的情况。

本发明的光源采用高光效低功率光源，将高效光源和激励技术相结合，产生高光照度，这样光照度、对雾霾等穿透性能等与传统路灯就可以达到一致。在本发明中，光源采用低压纳灯，根据具体需要还可以选择无极灯、金卤灯、高压钠灯、LED等光源，应用在相应的场所。此外，因低压钠灯显橙黄色，显色指数低，为了既充分利用低压钠灯的高光效和高效的节能性能，又可以提高显色性，采用低压钠灯配合无极灯或LED灯等形成双光源，光效性和显色性互补，可以解决在一些特殊的应用场所的特殊应用要求。

本发明自发电智能型路灯还包括灯罩、灯杆、以及避雷针等辅助装置等。其中灯罩可以固定灯管并具有聚光和反光功能；灯杆上有支架用于支撑发电板，发电板必须安装在一个固定的角度，而且四周不能有任何遮挡，以使发电板在每个月份中能够获得最大的发电量。

综上所述，本发明所设计的自发电智能型路灯不仅能够提高有效发电量，而且可以延长照明时间，适用于市政路灯长时间照明的需求。

Claims (10)

1.一种自发电智能型路灯，其包括发电板、智能控制设备、蓄能设备、镇流激励设备、低压开关电源、光源及路灯辅助设备，其特征在于:该发电板设置有边缘聚光器，该智能控制设备包括有变频器模块及智能控制模块，具体包括光检测电路、控制电路管理单元、保护电路、温度检测电路、充放电管理单元，其中光电量检测电路检测太阳光的强度，若其强度等于或大于一预定强度值时，该光电量检测电路发送一光强指示信号至控制电路管理单元，控制电路管理单元控制充/放电管理单元给蓄电池进行充电，同时放电单元关闭，充电同时，保护电路检测蓄电池电压，进行蓄电池过度充电/过度放电保护，温度检测电路检测蓄电池的温度，当温度小于一预定温度值时，充放电管理单元继续给蓄电池充电，当温度大于该预定温度值时，温度检测电路发送一信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号控制该充放电管理单元调整给蓄电池充电的方式；若检测的太阳光强度小于该预定强度值时，该光电量检测电路发送一光弱指示信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号发送一放电信号至该充放电管理单元，该充放电管理单元根据该放电信号控制蓄电池进行放电；同时，保护电路检测蓄电池的电压，当电压大于该预定最低值时，该控制电路管理单元发送一供电控制信号至控制电路，允许蓄电池放电，蓄电池输出直流电，镇流激励设备将该直流电转换高频脉冲去激励和点亮光源，当该电压小于一预定电压值时，蓄电池停止放电；控制管理单元根据光强信号、蓄电池电压的信号，稳定等信号等来控制蓄电池的充/放电和充电方式、负载供电的开/关以及与市电切换等，其中与市电切换，当蓄电池电压等于该预定最低值时，发送一信号至控制电路管理单元，该控制电路管理单元根据该信号发送一停止放电信号至该充放电管理单元，该充放电管理单元控制蓄电池停止放电，同时打开开关电源，切换到市电供电方式，交流市电输入时，开关电源将交流市电220V转换为直流电。

2.如权利要求1所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述聚光器设置在发电板边缘，照射到聚光器上的光线经过反射后又照射到发电板上。

3.如权利要求2所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述智能控制设备还包括遥控检测控制器，其检测控制电路管理单元的性能参数、发电板充电的性能参数、蓄电池的电量参数，显示电压、电流、蓄电量状态和控制器设置的参数等系统参数，并通过通信模块对该供电系统参数进行设置。

4.如权利要求3所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述变频器模块通过调频脉冲供电以降低耗电量。

5.如权利要求4所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述镇流激励设备为激励调光型低压钠灯的电子镇流器。

6.如权利要求5所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述低压开关电源通过市电后备，低压开关切换。

7.如权利要求6所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述光源为低压纳灯，无极灯，或者低压纳灯与无极灯、金卤灯、LED灯的组合。

8.如权利要求7所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述环保蓄电设备提供太阳能路灯蓄电。

9.如权利要求8所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述路灯辅助设备包括灯杆、灯罩、避雷针。

10.如权利要求9所述的自发电智能型路灯，其特征在于:所述智能控制设备、蓄能设备、高效镇流激励设备、低压开关电源安装在一控制盒内。

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