CN104075226A - 一种高转换率光伏发电式太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，包括中央处理器，中央处理器分别与光伏充电电路、蓄电池检测电路、电源切换电路、高度硅光电池传感器电路、方位硅光电池传感器电路、时钟电路、SPWM波发生器连接，光伏充电电路位于太阳能光伏板上，且光伏充电电路与蓄电池连接，蓄电池还分别与蓄电池检测电路、电压转换电路连接，电压转换电路与电源切换电路连接，电源切换电路还与市电、路灯连接，SPWM波发生器与光电耦合器、驱动电路依次相连，驱动电路与高度步进电动机、方位步进电动机连接，高度步进电动机和方位步进电动机与太阳能光伏板机械连接。本发明转换效率高，能够满足太阳能路灯照明需要，减小对市电的依赖，缓解电力紧张。

Description

一种高转换率光伏发电式太阳能路灯

技术领域

本发明涉及电力领域，具体是指一种高转换率光伏发电式太阳能路灯。

背景技术

太阳能是一种清洁能源，是未来能源发展的一个方向。目前，我国市场上已经出现了太阳能光伏板路灯。但是由于太阳能光伏板路灯的太阳能转换率低，太阳能路灯在我国并未得到有效的推广，我国路灯基本上仍然采用市电进行供电。利用市电对路灯进行供电加剧了我国电力的紧缺，不利于社会发展。此外，我国市电主要是采取火力发电，而火力发电存在很大的污染，容易对环境会造成破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高转换效率的太阳能路灯，从而提高发电效率，满足太阳能路灯照明的需要，缓解电力紧张的局势，在一定程度上减轻火力发电对环境造成的危害。

本发明通过下述技术方案实现：一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，包括中央处理器，中央处理器分别与光伏充电电路、蓄电池检测电路、电源切换电路、高度硅光电池传感器电路、方位硅光电池传感器电路、时钟电路、SPWM波发生器连接，光伏充电电路位于太阳能光伏板上，且光伏充电电路与蓄电池连接，蓄电池还分别与蓄电池检测电路、电压转换电路连接，电压转换电路与电源切换电路连接，电源切换电路还与市电、路灯连接，SPWM波发生器与光电耦合器、驱动电路依次相连，驱动电路与高度步进电动机、方位步进电动机连接，高度步进电动机和方位步进电动机与太阳能光伏板机械连接。

在本发明中，太阳能光伏充电电路对蓄电池进行充电。蓄电池检测电路检测蓄电池状态，当蓄电池电量不足时，输入信号到中央处理器中。蓄电池经电压转换电路转换电压后与电源切换电路连接。当蓄电池电量充足时，中央处理器输出信号到电源切换电路中，电源切换电路切换电源，蓄电池对路灯进行供电：当蓄电池电量充足时，中央处理器输出信号到电源切换电路中，电源切换电路切换电源，市电对路灯进行供电。方位硅光电池传感器电路和高度硅光电池传感器电路内的硅光电池传感器对太阳进行初始对准。中央处理器的总线设置时钟电路初值，利用时钟电路实时读取时间并计算太阳高度、方位角，在设定的工作时间内，依据计算的太阳高度、方位角选择合适的运行时间和运行速度，计算高度步进电动机和方位步进电动机分别应该转的步数以及SPWM波发生器应该发的脉冲数。中央处理器处理后输出信号到SPWM波发生器中，SPWM波发生器产生相应的脉冲数，并经光电耦合器转换后，通过驱动电路分别控制高度步进电动机和方位步进电动机转动相应的步数。高度步进电动机和方位步进电动机转动的步数通过一系列的机械转动后，便能够使太阳能光伏板对准太阳。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。

进一步地，所述光伏充电电路为脉冲宽度调制充电电路。在实际使用中，由于太阳光并不稳定，从而导致充电电流不稳定，而充电电流不稳定就会严重缩短蓄电池的使用寿命。脉冲宽度调制（PWM），是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制充电电路把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化，通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。通过采用脉冲宽度调制充电电路，能够延长蓄电池的使用寿命，减少日常维护中的用于蓄电池更换方面的开支，降低了维护费用。

进一步地，所述中央处理器为TMS320F2812型数字信号处理器。TMS320F2812是美国TI 公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片，适合用于工业控制，电机控制，用途广泛。运行时钟可达150MHz，处理性能可达150MIPS，每条指令周期6.67ns。IO口丰富，具有两个串口，12位的0~3.3v的AD转换以及片内128k×16位的片内FLASH。

进一步地，所述SPWM波发生器为SA8281型SPWM波发生器。SPWM波发生器，也称为正弦脉宽调制波发生器。SA8281是MITEL公司推出的一种用于三相SPWM波发生和控制的集成电路，它与微处理器接口方便，内置波形ROM及相应的控制逻辑，设置完成后可以独立产生三相PWM波形，只有当输出频率或幅值等需要改变时才需微处理器的干预，微处理器只用很少的时间控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护和控制。

进一步地，所述驱动电路为智能功率模块。智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证智能功率模块自身不受损坏。智能功率模块一般使用IGBT作为功率开关元件，内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。智能功率模块以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明太阳能光伏板能自动追踪太阳，太阳能转换效率高，能够在最大程度上利用太阳能发电，从而提高发电效率，满足太阳能路灯照明的需要，减小对市电的依赖，缓解电力紧张的局势，在一定程度上减轻火力发电对环境造成的危害。

（2）本发明通过采用脉冲宽度调制充电电路对蓄电池充电，可以延长蓄电池的使用寿命，从而减少日常维护中用于更换蓄电池的花费，降低一种高转换率光伏发电式太阳能路灯的日常维护费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

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。

实施例1：

如图1所示，一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，包括中央处理器，中央处理器分别与光伏充电电路、蓄电池检测电路、电源切换电路、高度硅光电池传感器电路、方位硅光电池传感器电路、时钟电路、SPWM波发生器连接，光伏充电电路位于太阳能光伏板上，且光伏充电电路与蓄电池连接，蓄电池还分别与蓄电池检测电路、电压转换电路连接，电压转换电路与电源切换电路连接，电源切换电路还与市电、路灯连接，SPWM波发生器与光电耦合器、驱动电路依次相连，驱动电路与高度步进电动机、方位步进电动机连接，高度步进电动机和方位步进电动机与太阳能光伏板机械连接。

在本实施例中，太阳能光伏充电电路对蓄电池进行充电。蓄电池检测电路检测蓄电池状态，当蓄电池电量不足时，输入信号到中央处理器中。蓄电池经电压转换电路转换电压后与电源切换电路连接。当蓄电池电量充足时，中央处理器输出信号到电源切换电路中，电源切换电路切换电源，蓄电池对路灯进行供电：当蓄电池电量充足时，中央处理器输出信号到电源切换电路中，电源切换电路切换电源，市电对路灯进行供电。方位硅光电池传感器电路和高度硅光电池传感器电路内的硅光电池传感器对太阳进行初始对准。中央处理器的总线设置时钟电路初值，利用时钟电路实时读取时间并计算太阳高度、方位角，在设定的工作时间内，依据计算的太阳高度、方位角选择合适的运行时间和运行速度，计算高度步进电动机和方位步进电动机分别应该转的步数以及SPWM波发生器应该发的脉冲数。中央处理器处理后输出信号到SPWM波发生器中，SPWM波发生器产生相应的脉冲数，并经光电耦合器转换后，通过驱动电路分别控制高度步进电动机和方位步进电动机转动相应的步数。高度步进电动机和方位步进电动机转动的步数通过一系列的机械转动后，便能够使太阳能光伏板对准太阳。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。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，为了更好的实现本发明，所述光伏充电电路为脉冲宽度调制充电电路。在实际使用中，由于太阳光并不稳定，从而导致充电电流不稳定，而充电电流不稳定就会严重缩短蓄电池的使用寿命。脉冲宽度调制(PWM)，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制充电电路把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化，通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。通过采用脉冲宽度调制充电电路，能够延长蓄电池的使用寿命，减少日常维护中的用于蓄电池更换方面的开支，降低了维护费用。本实施例的其他部分与实施例1相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上，为了更好的实现本发明，所述中央处理器为TMS320F2812型数字信号处理器。TMS320F2812是美国TI 公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片，适合用于工业控制，电机控制，用途广泛。运行时钟可达150MHz，处理性能可达150MIPS，每条指令周期6.67ns。IO口丰富，具有两个串口，12位的0~3.3v的AD转换以及片内128k×16位的片内FLASH。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上，为了更好的实现本发明，所述SPWM波发生器为SA8281型SPWM波发生器。SPWM波发生器，也称为正弦脉宽调制波发生器。SA8281是MITEL公司推出的一种用于三相SPWM波发生和控制的集成电路，它与微处理器接口方便，内置波形ROM及相应的控制逻辑，设置完成后可以独立产生三相PWM波形，只有当输出频率或幅值等需要改变时才需微处理器的干预，微处理器只用很少的时间控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护和控制。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例5：

本实施例在实施例1的基础上，为了更好的实现本发明，所述驱动电路为智能功率模块。智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证智能功率模块自身不受损坏。智能功率模块一般使用IGBT作为功率开关元件，内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。智能功率模块以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

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 (5)

1.一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，其特征在于：包括中央处理器，所述中央处理器分别与光伏充电电路、蓄电池检测电路、电源切换电路、高度硅光电池传感器电路、方位硅光电池传感器电路、时钟电路、SPWM波发生器连接，所述光伏充电电路位于太阳能光伏板上，且光伏充电电路与蓄电池连接，所述蓄电池还分别与蓄电池检测电路、电压转换电路连接，所述电压转换电路与电源切换电路连接，所述电源切换电路还与市电、路灯连接，所述SPWM波发生器与光电耦合器、驱动电路依次相连，所述驱动电路与高度步进电动机、方位步进电动机连接，所述高度步进电动机和方位步进电动机与太阳能光伏板机械连接。

2.根据权利要求1所述的一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，其特征在于：所述光伏充电电路为脉冲宽度调制充电电路。

3.根据权利要求1所述的一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，其特征在于：所述中央处理器为TMS320F2812型数字信号处理器。

4.根据权利要求1所述的一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，其特征在于：所述SPWM波发生器为SA8281型SPWM波发生器。

5.根据权利要求1所述的一种高转换率光伏发电式太阳能路灯，其特征在于：所述驱动电路为智能功率模块。