CN104061519A - 一种风光互补路灯照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风光互补路灯照明系统,包括风力发电机、太阳能发电板、充电控制器、蓄电池、逆变换器、路灯和照明控制系统,风力发电机和太阳能发电板通过充电控制器与蓄电池进行连接,蓄电池与逆变换器连接组成供电电源,供电电源与路灯、照明控制系统依次串联。本发明单位时间内发电更多,通过照明控制系统可以合理控制电能的使用;通过在微控制器上连接通讯装置,可同时对大范围内的风光互补路灯照明系统进行调整,方便快捷,省时省力;通过使用脉宽调制充电控制电路对蓄电池进行充电,能够有效的保护蓄电池的工作性能,延长蓄电池的使用寿命。

Description

-种风光互补路灯照明系统
技术领域
[0001] 本发明涉及路灯照明领域,具体是指一种风光互补路灯照明系统。
背景技术
[0002] 随着经济的发展,社会的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,寻找新能源成 为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能和风能具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁 性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点,太阳能和风能被认为是二十一世纪最重要的能 源。但是由于太阳能和风能能量密度较低,单独的太阳能发电和风能发电通常不能满足路 灯夜间照明的需要。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种能够满足夜间照明需要的风光互补路灯照明系统。
[0004] 本发明通过下述技术方案实现:一种风光互补路灯照明系统,包括风力发电机、太 阳能发电板、充电控制器、蓄电池、逆变换器、路灯和照明控制系统,风力发电机和太阳能发 电板通过充电控制器与蓄电池进行连接,蓄电池与逆变换器连接组成供电电源,供电电源 与路灯、照明控制系统依次串联。
[0005] 本发明以太阳能和风能共同作为能源,通过风力发电机和太阳能发电板产生电 能。风力发电机和太阳能发电板产生的电能通过充电控制器储存到蓄电池中,蓄电池将电 能转换为化学能以备夜间照明。当夜晚到临时,蓄电池开始供电,将化学能转换为照明所需 的电能。逆变换器将蓄电池的直流电转换为交流电以备路灯照明。由于路灯刚开始照明 时,太阳刚落山不久,光线还是比较充足,因而无需路灯进行高强度的照明。此时,如果路灯 进行高强度的照明,将会浪费大量电能。通过照明控制系统,可以根据需要调节路灯光线强 度,确保太阳能发电板和风力发电机所产生的电能足够路灯夜间照明使用。
[0006] 进一步地,所述照明控制系统包括滑动变阻器,所述滑动变阻器与路灯、供电电源 依次串联,所述照明控制系统还包括微控制器、时钟电路、显示器、键盘和执行装置,所述微 控制器分别与时钟电路、显示器、键盘、执行装置连接,所述执行装置与滑动变阻器连接。时 钟电路给予微控制器时钟信号,保证微控制器的正常有序运行。显示器和键盘组成人机交 互界面,通过人机交互界面可以设置路灯亮启时间和熄灭时间,可以根据需要自由控制。执 行装置接收微控制器的信号,并作出相应动作。由于滑动变阻器与路灯、供电电源依次串 联,通过调节滑动变阻器,可以改变滑动变阻器的阻值,改变路灯两端的电压,从而改变路 灯的光线强度。当需要路灯熄灭时,执行装置调节滑动变阻器阻值,将接入电路中的阻值调 到最大值,此时几乎不消耗电能,路灯熄灭。当需要路灯亮启时,执行装置调节滑动变阻器 阻值,将接入电路中的阻值调到合适值,此时路灯亮启。此外,当路灯开始照明时,由于光线 比较充足,滑动变阻器的接入电路中的阻值较大,此时消耗的电能较小,可以达到减少电能 消耗的目的,确保太阳能发电板和风力发电机所产生的电能足够路灯夜间照明使用。随着 夜晚的降临,光线逐渐变暗,此时执行装置开始逐渐减小滑动变阻器接入电路中的阻值,直 至调节到滑动变阻器的阻值最小端。
[0007] 进一步地,所述微控制器上还连接有通讯装置,所述微控制器通过通讯装置与上 位机连接。风光互补路灯照明系统在实际使用中,需要同时调整大范围内路灯的亮启时间 和熄灭时间。单独对每一个风光互补路灯照明系统进行调整,不仅耗时长,而且需要使用大 量的人力,不符合当今社会发展的需要。通过在微控制器上连接通讯装置,通讯装置与上位 机连接,只需要使用上位机即可同时对大范围内的风光互补路灯照明系统进行调整,方便 快捷,省时省力。
[0008] 进一步地,所述通讯装置与上位机之间采用GPRS通信协议。GPRS通信协议传输性 能好,数据传输速度快,能够稳定的进行数据传输,不会因为数据丢失导致远程控制失败。 此外,GPRS通信协议用户永远在线,且无论在线时间多久,仅根据数据传输量进行收费,在 曰常使用中付费少。
[0009] 进一步地,所述通讯装置处于休眠状况,其激活唤醒方式为短消息。在实际使用 中,风光互补路灯照明系统无需经常调整,通讯装置的长期开启将会消耗大量的电能,不利 于提高电能的有效利用率。通过将通讯装置设置为休眠,能够有效的减少电能的消耗,能够 提1¾电能的有效利用率。
[0010] 进一步地,所述蓄电池为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的电动势大,放电时电动势较稳 定,不会由于电动势的波动造成路灯的损坏。此外,铅酸蓄电池的操作温度广,技术成熟,使 用可靠,且成本较低,能够很好的降低风光互补路灯照明系统的成本。
[0011] 进一步地,所述充电控制器为脉宽调制充电控制电路。由于太阳能和风能波动变 化大,因而太阳能发电板与风力发电机的频率和输出电压变化较大。使用频率和电压变化 较大的电源对蓄电池进行充电,极易损坏蓄电池,降低蓄电池的使用寿命。通过使用脉宽调 制充电控制电路能够很好的控制太阳能发电板与风力发电机的输出电压,避免输出电压的 波动对蓄电池的性能造成损害。脉冲宽度调制,即PWM,是一种模拟控制方式,这种方式能使 太阳能发电板和风力发电机的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用微处理器的数 字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。在本发明中,脉宽调制充电控制电路 把脉冲宽度相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期进行调频,改变脉冲的宽 度或占空比进行调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化,从而达到保护蓄电 池的目的,延长蓄电池的使用寿命。
[0012] 本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果: (1) 本发明可以通过太阳能和风能发电,单位时间内发电更多,还能够通过照明控制系 统合理控制电能的使用,确保太阳能发电板和风力发电机所产生的电能足够路灯夜间照明 使用; (2) 本发明通过在微控制器上连接通讯装置,能够同时对大范围内的风光互补路灯照 明系统进行调整,方便快捷,省时省力; (3) 本发明通过使用脉宽调制充电控制电路对蓄电池进行充电,能够有效的控制太阳 能发电板和风力发电机的输出频率和输出电压,从而保护蓄电池的工作性能,延长蓄电池 的使用寿命。
附图说明
[0013] 图1为本发明供电电源的结构示意图。
[0014] 图2为本发明照明控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0015] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
[0016] 实施例1 : 参见图1和图2,一种风光互补路灯照明系统,包括风力发电机、太阳能发电板、充电控 制器、蓄电池、逆变换器、路灯和照明控制系统,风力发电机和太阳能发电板通过充电控制 器与蓄电池进行连接,蓄电池与逆变换器连接组成供电电源,供电电源与路灯、照明控制系 统依次串联。
[0017] 本发明以太阳能和风能共同作为能源,通过风力发电机和太阳能发电板产生电 能。风力发电机和太阳能发电板产生的电能通过充电控制器储存到蓄电池中,蓄电池将电 能转换为化学能以备夜间照明。当夜晚到临时,蓄电池开始供电,将化学能转换为照明所需 的电能。逆变换器将蓄电池的直流电转换为交流电以备路灯照明。由于路灯刚开始照明 时,太阳刚落山不久,光线还是比较充足,因而无需路灯进行高强度的照明。此时,如果路灯 进行高强度的照明,将会浪费大量电能。通过照明控制系统,可以根据需要调节路灯光线强 度,确保太阳能发电板和风力发电机所产生的电能足够路灯夜间照明使用。本发明的其他 结构,为所属技术领域的公知常识,这里不再详细赘述。
[0018] 实施例2: 本实施例在实施例1的基础上,进一步地,所述照明控制系统包括滑动变阻器,所述滑 动变阻器与路灯、供电电源依次串联,所述照明控制系统还包括微控制器、时钟电路、显示 器、键盘和执行装置,所述微控制器分别与时钟电路、显示器、键盘、执行装置连接,所述执 行装置与滑动变阻器连接。时钟电路给予微控制器时钟信号,保证微控制器的正常有序运 行。显示器和键盘组成人机交互界面,通过人机交互界面可以设置路灯亮启时间和熄灭时 间,可以根据需要自由控制。执行装置接收微控制器的信号,并作出相应动作。由于滑动变 阻器与路灯、供电电源依次串联,通过调节滑动变阻器,可以改变滑动变阻器的阻值,改变 路灯两端的电压,从而改变路灯的光线强度。当需要路灯熄灭时,执行装置调节滑动变阻器 阻值,将接入电路中的阻值调到最大值,此时几乎不消耗电能,路灯熄灭。当需要路灯亮启 时,执行装置调节滑动变阻器阻值,将接入电路中的阻值调到合适值,此时路灯亮启。此外, 当路灯开始照明时,由于光线比较充足,滑动变阻器的接入电路中的阻值较大,此时消耗的 电能较小,可以达到减少电能消耗的目的,确保太阳能发电板和风力发电机所产生的电能 足够路灯夜间照明使用。随着夜晚的降临,光线逐渐变暗,此时执行装置开始逐渐减小滑动 变阻器接入电路中的阻值,直至调节到滑动变阻器的阻值最小端。本实施例的其他部分与 实施例1相同,不再赘述。
[0019] 实施例3: 本实施例在实施例2的基础上,进一步地,所述微控制器上还连接有通讯装置,所述微 控制器通过通讯装置与上位机连接。风光互补路灯照明系统在实际使用中,需要同时调整 大范围内路灯的亮启时间和熄灭时间。单独对每一个风光互补路灯照明系统进行调整,不 仅耗时长,而且需要使用大量的人力,不符合当今社会发展的需要。通过在微控制器上连接 通讯装置,通讯装置与上位机连接,只需要使用上位机即可同时对大范围内的风光互补路 灯照明系统进行调整,方便快捷,省时省力。本实施例的其他部分与实施例2相同,不再赘 述。
[0020] 实施例4 : 本实施例在实施例3的基础上,进一步地,所述通讯装置与上位机之间采用GPRS通信 协议。GPRS通信协议传输性能好,数据传输速度快,能够稳定的进行数据传输,不会因为数 据丢失导致远程控制失败。此外,GPRS通信协议用户永远在线,且无论在线时间多久,仅根 据数据传输量进行收费,在日常使用中付费少。本实施例的其他部分与实施例3相同,不再 赘述。
[0021] 实施例5: 本实施例在实施例3的基础上,进一步地,所述通讯装置处于休眠状况,其激活唤醒方 式为短消息。在实际使用中,风光互补路灯照明系统无需经常调整,通讯装置的长期开启将 会消耗大量的电能,不利于提高电能的有效利用率。通过将通讯装置设置为休眠,能够有效 的减少电能的消耗,能够提高电能的有效利用率。本实施例的其他部分与实施例3相同,不 再赘述。
[0022] 实施例6 : 本实施例在上述实施例的基础上,进一步地,所述蓄电池为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的 电动势大,放电时电动势较稳定,不会由于电动势的波动造成路灯的损坏。此外,铅酸蓄电 池的操作温度广,技术成熟,使用可靠,且成本较低,能够很好的降低风光互补路灯照明系 统的成本。本实施例的其他部分与上述实施例相同,不再赘述。
[0023] 实施例7 : 本实施例在上述实施例的基础上,进一步地,所述充电控制器为脉宽调制充电控制电 路。由于太阳能和风能波动变化大,因而太阳能发电板与风力发电机的频率和输出电压变 化较大。使用频率和电压变化较大的电源对蓄电池进行充电,极易损坏蓄电池,降低蓄电池 的使用寿命。通过使用脉宽调制充电控制电路能够很好的控制太阳能发电板与风力发电机 的输出电压,避免输出电压的波动对蓄电池的性能造成损害。脉冲宽度调制,即PWM,是一种 模拟控制方式,这种方式能使太阳能发电板和风力发电机的输出电压在工作条件变化时保 持恒定,是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。在本发 明中,脉宽调制充电控制电路把脉冲宽度相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的 周期进行调频,改变脉冲的宽度或占空比进行调压,采用适当控制方法即可使电压与频率 协调变化,从而达到保护蓄电池的目的,延长蓄电池的使用寿命。本实施例的其他部分与上 述实施例相同,不再赘述。
[0024] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护 范围之内。

Claims (7)

1. 一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:包括风力发电机、太阳能发电板、充电控 制器、蓄电池、逆变换器、路灯和照明控制系统,所述风力发电机和太阳能发电板通过充电 控制器与蓄电池进行连接,所述蓄电池与逆变换器连接组成供电电源,所述供电电源与路 灯、照明控制系统依次串联。
2. 根据权利要求1所述的一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:所述照明控制系 统包括滑动变阻器,所述滑动变阻器与路灯、供电电源依次串联,所述照明控制系统还包括 微控制器、时钟电路、显示器、键盘和执行装置,所述微控制器分别与时钟电路、显示器、键 盘、执行装置连接,所述执行装置与滑动变阻器连接。
3. 根据权利要求2所述的一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:所述微控制器上 还连接有通讯装置,所述微控制器通过通讯装置与上位机连接。
4. 根据权利要求3所述的一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:所述通讯装置与 上位机之间采用GPRS通信。
5. 根据权利要求3所述的一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:所述通讯装置处 于休眠状况,其激活唤醒方式为短消息。
6. 根据权利要求1所述的一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:所述蓄电池为铅 酸蓄电池。
7. 根据权利要求1所述的一种风光互补路灯照明系统,其特征在于:所述充电控制器 为脉宽调制充电控制电路。
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