CN101649980A - 一种高效太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

一种高效太阳能路灯，由太阳能电池组、蓄电池组、照明部件、结构部件、以及包括充放电控制、光敏控制，行人探测控制、定时控制在内的控制电路组合，构成一种以太阳能为能源的室外可独立运行的照明装置。白天太阳能电池通过充放电电路向蓄电池组充电，夜晚，无人通过时，路灯降功率运行，只有在行人通过时，行人探测控制电路输出变化，使路灯满功率运行。其有益效果是：可降低路灯耗电，既方便夜间行人，又展示路灯景观，显著提高太阳能路灯的效率。

Description

一种高效太阳能路灯

所属技术领域

本发明涉及一种太阳能路灯装置，尤其是可根据自然光照、设定时间、行人车辆状态自动调节电光源功率的太阳能路灯。

背景技术

随着地球资源的日益贫乏，太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受到重视。由于太阳能光伏技术的逐步成熟，太阳能路灯的推广已经形成规模，其应用技术也日趋完善。目前，公知的太阳能路灯装置是由太阳能电池组、能量储存部件(蓄电池)、控制电路(充、放电控制器等)、照明部件(灯具、光源及其电器附件)、结构部件(灯杆、太阳能板固定架、蓄电池室及控制器室等)组合，构成一种以太阳能为能源的室外可独立运行的照明装置。

太阳能电池组件将太阳的辐射能转换为电能，并通过控制器送至蓄电池中存储起来，到夜晚，控制电路的光控功能动作，蓄电池中的电能通过控制电路驱动光源工作，实现夜晚自动开灯照明的作用。为提高装置的效率，有人还在控制电路中加入时间控制功能，在后半夜关断光源供电，以节省蓄电池电能。

公开号CN 101203080A的发明专利申请公开了一种太阳能路灯控制器，通过微处理器设置不同的时段调整灯体亮度。

专利号ZL 200620130442.9的实用新型专利公开了一种太阳能路灯，包括灯杆、节能灯、太阳能电池、蓄电池、光控器、时控器，蓄电池输出端通过光控、时控器对照明灯自动开关控制。

上述现有技术中，光控、时控器在太阳能路灯上的应用，确实提高了太阳能路灯的工作效率。但是，这些设计都忽略了路灯的服务对象----行人。路灯除景观功能外，主要功能是为路过的行人照明，而现有技术下的太阳能路灯却不管路上有无行人，只要天黑，只要到了预置时段，光控、时控电路就自动开灯，长时间耗电。由于当前太阳能光伏电池组件的价格昂贵以及蓄电池组循环使用寿命短暂，上述路灯耗电的浪费，对太阳能路灯整体投资效能的影响十分可观。另外，现有太阳能路灯时控电路的缺陷是：后半夜时控电路按预置时段关断路灯，若此时恰好有行人路过，将得不到路灯满功率照明的服务，这是有悖于路灯设计初衷的。

发明内容

为了克服现有的太阳能路灯在光控、时控开灯期间不管有无行人通过而一律开灯，以及时控电路关断期间有行人时却不开灯的缺陷，本发明提供了一种高效太阳能路灯，该太阳能路灯不仅实现白天自动关灯，太阳能电池组在充电电路的控制下向蓄电池组充电，晚上蓄电池组在放电电路控制下向照明电路供电，自动开灯，而且实现晚上无人通过时光源降功率运行，有人通过时，无论时控电路启动与否，一律满功率开灯运行。其技术效果是：在安装了本发明太阳能路灯的道路上，每到夜晚，路灯全部降功率点亮，仅维持景观作用，以节省耗电。此时若有行人出现，路过之处前方路灯依次满功率工作，行人过去以后，后方路灯稍作延时又返回降功率照明状态。若太阳能路灯设计有时控功能的，则在天黑状态下，行人感应触发满功率开灯，不受时控关灯的影响。这样就可达到既节省电能，又方便行人的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在太阳能路灯灯杆上部安装太阳能电池组件，灯杆下部安装蓄电池组件，在太阳能灯结构件中还设置控制室，安装控制电路等。本发明还在路灯结构件的中上部安装行人探测器，其探测范围调整在路灯沿道路前、后方向一定距离内，前一盏路灯与后一盏路灯的探测器探测范围互相衔接。所述行人探测器，可直接引用现有技术的室外型入侵探测器。若行人步行或乘车都需识别时，可选用公知的微波多普勒探测器；若只需识别步行的行人时，可采用公知的被动式红外热释电探测器。

在太阳能路灯控制电路中，有充放电控制电路、光敏控制电路，根据需要还可设置定时控制电路。本发明增加行人探测控制电路，与充放电控制电路、光敏控制电路、定时控制电路共同组成新的电路逻辑控制关系。

以太阳能电池本身或者另外配置的光敏器件作为测光传感器，在光照低于或高于设定值时，驱动光敏控制电路输出不同电平值。定时控制电路在设定的开灯时间及关灯时间输出不同的电平值。而行人探测器在有人通过时，其输出信号变化。这些高低变换的输出电平，组成路灯工作状态的控制条件，依据设计的电路逻辑关系控制路灯分别转换于关灯、降功率开灯、满功率开灯等状态，并控制蓄电池的充放电状态。

白天，在自然光照度高于设定值时，测光传感器信号经放大、比较电路处理，导致光敏控制电路输出电平变化，控制充放电电路，使光伏电池组对蓄电池组充电。

晚上，当自然光照度低于设定值时，光敏控制电路输出电平再变化，使充放电电路控制蓄电池组向行人探测控制电路、路灯功率控制电路、光源驱动电路等负载供电，在定时控制电路设定的时段内，路灯功率控制电路控制光源驱动电路及电光源降功率运行。当某盏路灯有行人通过时，行人探测器产生识别信号，使行人探测控制电路输出电平发生变化，进而控制路灯功率控制电路，使光源驱动电路及电光源转换为满功率运行。行人离开探测器感应范围，行人探测控制电路返回常态，经电路延时，光源驱动电路及电光源返回降功率运行状态。

上述电光源功率的控制方式，可以是控制照明装置内电光源开启的数量，也可以是控制电光源整体的驱动功率。控制电光源整体的驱动功率时，针对不同电光源的性能，可以采取电流控制、电压控制、脉宽调制控制等公知的技术方式。

本发明的有益效果是，由光敏控制电路、充放电控制电路、定时控制电路、行人探测控制电路等组成合理的太阳能路灯功率控制方案，可降低路灯耗电，既方便夜间行人，又展示路灯景观，显著提高太阳能路灯的效率。经发明人验证，在一段城市支路统计，太阳能路灯间距20米，无人时半功率开灯，普通行人以1米/秒速度通过时间20秒，平均每晚19时至次日5时通过行人1200人，750次，则每天每盏灯满功率运行时间4小时，半功率运行6小时左右，相对现有技术每晚全程、全功率运行，可节省电能30％左右。而在行人稀少的偏僻道路，其节电效果更加显著。鉴于太阳能电池与蓄电池技术发展的缓慢，其效率每提高1％也要经过科研人员漫长的劳动，所以，本发明从控制方案的改进实现太阳能路灯效率的提高，其效果是显著的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明电路连接方框图。

图3是本发明电路工作程序流程图。

图4是本发明一种实施例电路示意图。

各图中：1.太阳能电池组件，2.蓄电池组，3.控制电路盒，4.行人探测器，5.照明部件，6.结构部件。控制电路部分包括：7.充放电控制电路，8.光敏控制电路，9.行人探测控制电路，10.定时控制电路，11.路灯功率控制电路，12.光源驱动电路，13.电光源

具体实施方式

图1是本发明整体结构示意图，图中，结构部件(6)包括灯杆、太阳能电池板固定架及灯具固定架、蓄电池安装盒及电路部件的安装盒等，照明部件(5)包括灯具、电光源及其附件，太阳能电池组件(1)安装在灯杆上部阳光照射充足的方向，蓄电池组(2)装在灯杆底部安装盒内，控制电路盒(3)设置在结构部件中安全、维护操作方便的部位，行人探测器(4)的安装位置根据其要求的探测范围，可设置在灯杆中上部，也可安装在照明部件结构内。

图2是本发明电路方框图，图3是本发明的电路工作程序流程图。图2显示了本发明各电路功能模块的连接关系，图3显示了本发明的基本程序流程以及各控制电路与路灯工作状态的逻辑关系。图中，太阳能电池组件(1)通过充放电控制电路(7)向蓄电池组(2)充电。充放电控制电路(7)具有防止过度充电及过度放电的功能，保护蓄电池组(2)不受损坏。光敏控制电路(8)中以太阳能电池组件(1)或者另外配置的光敏器件作为测光传感器，对白天或晚上自然光照下的测光传感器输出值予以设定，在光照低于或高于设定值时，驱动光敏控制电路(8)输出不同电平值，使系统处于不同的工作状态。在自然光照度高于设定值时，测光传感器信号经放大、比较电路处理，使光敏控制电路(8)输出电平变化，控制充放电控制电路(7)进入充电状态，太阳能电池组(1)对蓄电池组(2)充电。电池充满，其电压升高，经充放电控制电路(7)采样放大、比较，中断充电或进入浮充状态。当自然光照度低于设定值时，光敏控制电路(12)输出电平再变化，控制充放电控制电路(7)进入放电状态，蓄电池组(2)向行人探测控制电路(9)、路灯功率控制电路(11)、光源驱动电路(12)等负载供电。

在定时控制电路(10)设定的开灯时段内，路灯功率控制电路(11)控制光源驱动电路(12)及电光源(13)降功率运行。当某盏路灯有行人通过时，行人探测器产生识别信号，使行人探测控制电路(9)输出电平发生变化，进而控制路灯功率控制电路(11)，使光源驱动电路(12)及电光源(13)转换为满功率运行。行人离开探测器感应范围，行人探测控制电路(9)返回常态，经电路延时，光源驱动电路(12)及电光源(13)返回降功率运行状态。

依据图3流程图可清楚地看出本发明的电路控制关系。蓄电池充放电状态、光敏控制电路状态、行人探测控制状态、定时控制设定状态等共同组成路灯工作状态的控制条件，依据图示的电路逻辑关系控制路灯分别转换于关灯、降功率开灯、满功率开灯等状态，并控制蓄电池的充放电状态。在本发明各输入控制条件中，优先条件首先是蓄电池荷电状态，其次是自然光照与行人通过优先，后两者对满功率开灯的控制是“与”逻辑电路关系。

为简化电路，也可取消定时控制电路，此时，图3流程中判定项“是否有人通过”判定为“否”时，流程直接进入“路灯降功率运行”进程。

图2中，路灯功率的控制有两种方式。一种是电光源(13)由多个发光单元组成，这时可以通过路灯功率控制电路(11)控制照明装置内电光源(13)发光单元开启的数量，实现路灯满功率与降功率的控制；另一种是通过路灯功率控制电路(11)及光源驱动电路(12)对电光源(13)整体功率实施控制，控制电路的实现方式有多种，针对不同电光源的性能，可以采取电流控制、电压控制、脉宽调制控制等公知的技术方式。

在依据图2、图3具体实施本发明电路时，可参照图2电路功能连接关系，利用通用电路技术以分立元件组成各功能电路，也可采用市场上现有的充放电控制、电光源功率控制、电光源光源驱动等专用集成电路，此时，图3工作流程可利用通用逻辑电路实现。但是，本发明最佳实施方式推荐采用单片机模式，通过简单编程，配合检测、驱动等外围部件完成本发明主要电路功能及流程的实现。

图4是本发明的一种采用单片机、LED光源的实施例。所示实施例中，由于对系统响应速度要求不高，输入输出控制量少，加之采用外围功率驱动电路，因此单片机(14)可选用普通8位机产品。蓄电池低压采样电路(25)从蓄电池组(2)取得其电压模拟量，经A/D转换电路(26)输入单片机，经与设定值比较，在指定输出端产生相应控制电压或PWM控制信号，通过充放电控制驱动电路(15)控制太阳能电池组(1)向蓄电池组(2)的充电、浮充、停充，以及蓄电池组(2)对各电路模块、电光源的放电、断电。光敏检测电压采样电路(24)从太阳能电池或另设的光敏元件取得与自然光照度对应的电压模拟量，经A/D转换电路(26)输入单片机，经与设定值比较，确定白天或晚上工作状态。在白天状态，光控指定输出端输出的电平或PWM控制信号使路灯功率控制器关断电光源，在夜晚状态，光控电路则与行人探测、定时等电路共同控制路灯工作状态。此时行人探测控制电路启动工作，行人探测器(4)探测行人或车辆通过状况，并实时输出开关量至单片机指定输入端，无人通过时，单片机指定输出端驱动路灯降功率控制电路(18)，控制光源驱动电路(12)、功率场效应管(19)减少LED电光源(13)的工作电流；有人通过时，单片机指定输出端驱动路灯满功率控制电路(17)，控制光源驱动电路(12)、功率场效应管(19)为LED电光源(13)提供额定工作电流。LED电光源(13)工作电流的控制可以是普通的电流控制，也可以是PWM脉宽调制控制。取样电阻(20)对光源工作电流取样，经反馈，控制光源驱动电路(12)稳定工作。光源驱动电路(12)可用分立元件组成恒流电路实现，也可直接采用市售的大功率LED专用集成电路，如LTC3783电路具有恒流PWM调光功能，可驱动大功率LED串。定时控制外围电路(22)与单片机共同组成路灯的定时开关控制电路，与光敏控制电路配合控制路灯的开、闭。但在光敏控制电路确定的夜晚状态下，行人探测控制将优先于定时控制，即无论定时控制开关与否，只要有人在夜晚通过，该点的路灯就满功率开灯工作，并延时维持一段可使行人步行通过的时间。稳压电路(16)向单片机提供稳定的工作电压。显示电路(21)显示路灯工作状态。单片机的编程可参照图3所示流程。

依据上述描述，针对不同的电光源以及不同的控制流程要求，一般技术人员均可实现相应要求的实施例。

Claims (3)

1.一种高效太阳能路灯，由太阳能电池组、蓄电池组、照明部件、结构部件、以及包括充放电控制、光敏控制，定时控制在内的控制电路组合，构成一种以太阳能为能源的室外可独立运行的照明装置，其特征是：在结构部件上安装行人探测器，在控制电路中增加行人探测控制功能，与充放电控制电路、光敏控制电路、定时控制电路共同组成新的逻辑控制关系，控制路灯分别转换于关灯、降功率开灯、满功率开灯等状态，并控制蓄电池的充放电状态，在蓄电池组荷电状态正常、光敏控制判断为夜晚、定时控制处于设定开启时段、行人探测控制电路处于无人状态的条件下，照明装置降低功率运行，此时，若行人探测控制电路处于有人通过的状态时，照明装置满功率运行。

2.根据权利要求1所述的高效太阳能路灯，其特征是：当路灯设计有定时控制功能时，在光敏控制判断为夜晚的状态下，行人探测控制电路具有优先控制权，不论定时电路是否处于设定开灯时段，只要有人通过，照明装置即满功率运行。

3.根据权利要求1所述的高效太阳能路灯，其特征是：安装在路灯结构部件上的行人探测器，其探测范围应调整在路灯沿道路前、后方向，其距离满足使前一盏路灯与后一盏路灯的探测器探测范围互相衔接。

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