CN104883779B - 太阳能发电高压直流集中供电led路灯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，包括LED单灯模块、直流母线、交流母线、太阳能并网逆变设备和高压直流集中供电设备；所述LED单灯模块包括太阳能电池板、LED路灯和智能单灯控制器；所述太阳能电池板通过智能单灯控制器、直流母线以及太阳能逆变并网设备进行发电；所述高压直流设备通过直流母线为LED路灯提供高压直流电源支持。本发明所述的路灯系统，不但能够发电，而且所述太阳能电池板发电和高压直流供电共用一根两芯电缆，降低了路灯系统的投资成本；另外本发明所述的路灯系统通过高压直流供电，确保了亮灯率。
Description
技术领域
本发明涉及路灯设计领域，具体涉及一种太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统。
背景技术
当前LED路灯系统均采用三相四线交流供电，单灯单电源的技术。路灯线缆大多采用5芯电缆，约占路灯系统投资成本3成以上。
而当前太阳能路灯系统受限于昂贵而且寿命有限的蓄电池，应用成本较高；同时为了保证阴雨天气时的亮灯率，太阳能电池板容量和蓄电池容量均配备较高，平时资源利用率低，造成很大浪费，极端天气时依然难以保证亮灯率。
当前路灯部门是一个纯耗能、纯消耗的市政公益部门，随着城市的发展和人民群众对照明质量要求的提高，城市照明电费和维护费用已成成为政府财政一个沉重的负担。
基于上述描述，需要提供一种路灯系统，以解决现有路灯系统中普遍存在的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，以解决现有路灯系统投资成本高、亮灯率难以保证及路灯系统只耗能不产能的问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，包括：至少一个LED单灯模块、直流母线、交流母线、至少一个太阳能并网逆变设备和至少一个高压直流集中供电设备；
所述LED单灯模块包括太阳能电池板、LED路灯和智能单灯控制器；
所述太阳能电池板和所述LED路灯均与所述智能单灯控制器的一端相连，所述直流母线与所述智能单灯控制器的另一端相连；
所述智能单灯控制器用于将所述太阳能电池板产生的低压直流电升压为高压直流电输出至直流母线上；
所述太阳能并网逆变设备一端与所述直流母线相连，另一端与所述交流母线相连，用于将直流母线上的高压直流电逆变并网至交流母线上；
所述高压直流集中供电设备一端与所述交流母线相连，另一端与所述直流母线相连，用于将交流母线的交流电变为高压直流输出至直流母线上；
所述智能单灯控制器还用于将直流母线上的高压直流电变为适应LED路灯工作的电压。
优选地，所述智能单灯控制器包括DC/DC升压模块、LED路灯恒流驱动模块、智能控制模块和反方保护二极管；
所述DC/DC升压模块，输入端与所述太阳能电池板相连，输出端经所述反向保护二极管与所述直流母线相连，用于将太阳能电池板的低压直流电升压为高压直流电；
所述智能控制模块，输入端与直流母线连接，输出端与所述LED路灯恒流驱动模块相连，所述智能控制模块包括开关控制接口，所述开关控制接口通过对所述LED路灯恒流驱动模块进行控制来实现LED路灯的开闭；
所述LED路灯恒流驱动模块，输入端与所述智能控制模块相连，输出端与所述LED路灯连接，所述LED路灯恒流驱动模块将所述智能控制模块传输的高压直流电变成适应LED路灯工作的电压，并完成恒流控制。
进一步地，所述LED路灯恒流驱动模块还包括脉冲宽度调制PWM调光接口，所述智能控制模块还包括调光控制接口，所述调光控制接口与所述LED路灯恒流驱动模块的PWM调光接口连接，用于对LED路灯进行调光控制。
进一步地，所述智能控制模块还包括第一电流采集接口和第二电流采集接口，所述第一电流采集接口、第二电流采集接口，用于分别采集太阳能电池板发电电流和LED路灯工作电流，以获取LED单灯模块的发电量和用电量。
进一步地，所述太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统还包括直流储能充放电设备，所述直流储能充放电设备一端与所述直流母线相连，另一端与所述交流母线相连，所述直流储能充放电设备通过所述直流母线和/或所述交流母线进行充电以储备电能；所述直流储能充放电设备通过所述直流母线进行放电，以提供直流电给所述LED路灯。
进一步地，所述太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统还包括智能管理平台，所述智能管理平台用于远程控制所述智能控制模块执行LED路灯开或关、LED路灯调光、太阳能电池板发电电流采集和/或LED路灯工作电流采集。
进一步地，所述智能管理平台通过R485控制总线与所述太阳能并网逆变设备、所述高压直流集中供电设备和/或直流储能充放电设备相连，用于控制所述太阳能并网逆变设备、所述高压直流集中供电设备和/或直流储能充放电设备的工作状态。
进一步地，所述智能管理平台还用于接收所述第一电流采集接口和第二电流采集接口采集的太阳能电池板发电电流和LED路灯工作电流，并在太阳能电池板发电电流和/或LED路灯工作电流不在预设的工作范围内时，发出报警信号。
通过以上描述可知，
本发明所述的路灯系统通过高压直流集中供电设备为LED路灯供电，保证了路灯系统的可靠性，提高了亮灯率。且本发明所述的路灯系统还可以用来发电，通过智能单灯控制器和太阳能并网逆变设备将太阳能电池板产生的低压直流电逆变为交流电，为路灯附近的用户提供能源支持。另外，本发明中太阳能电池板发电和高压直流供电共用一根两芯电缆，相比于现有LED路灯系统所采用的5芯电缆，使得路灯系统工程造价大大降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统的结构示意图；
图2示出了智能单灯控制器的内部结构示意图；
图3示出了本发明另一实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统的结构示意图；
图4示出了本发明另一实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一个实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统的结构示意图。参见图1，本发明实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统包括：至少一个LED单灯模块1、直流母线2、交流母线3、至少一个太阳能并网逆变设备4和至少一个高压直流集中供电设备5(本实施例以包含三个LED单灯模块1、一个太阳能并网逆变设备4、一个高压直流集中供电设备5为例进行介绍)。
所述LED单灯模块1包括太阳能电池板10、LED路灯20和智能单灯控制器30；
所述太阳能电池板10和所述LED路灯20均与所述智能单灯控制器30的一端相连，所述直流母线2与所述智能单灯控制器30的另一端相连；
所述智能单灯控制器30用于将所述太阳能电池板10产生的低压直流电升压为高压直流电输出至直流母线2上；
所述太阳能并网逆变设备4一端与所述直流母线2相连，另一端与所述交流母线3相连，用于将直流母线2上的高压直流电逆变并网至交流母线3上；
优选地，逆变并网采用220V/380V低压交流逆变就近并网，有路灯的地方，就近必定有用电单位，就近用电可节省输电线路投资，避免线损，低压逆变设备造价低，逆变效率高。
所述高压直流集中供电设备5一端与所述交流母线3相连，另一端与所述直流母线2相连，用于将交流母线3的交流电变为高压直流输出至直流母线2上；
优选地，直流集中供电采用280V高压直流，线损小，兼容220V交流设备，三相负载均衡，电源效率高，设备成本低。
所述智能单灯控制器30还用于将直流母线2上的高压直流电变为适应LED路灯工作的电压。
本发明实施例所述的路灯系统通过高压直流集中供电设备为LED路灯供电，保证了路灯系统的可靠性，提高了亮灯率。且本实施例所述的路灯系统还可以用来发电，通过智能单灯控制器和太阳能并网逆变设备将太阳能电池板产生的低压直流电逆变为交流电，为路灯附近的用户提供能源支持。另外，本实施例中太阳能电池板发电和高压直流供电共用一根两芯电缆(即直流母线2，图1中已用椭圆形虚线标出)，相比于现有LED路灯系统所采用的5芯电缆，使得路灯系统工程造价大大降低。
图2示出了智能单灯控制器的内部结构示意图。参见图2，在本发明的一个优选实施例中，所述智能单灯控制器30包括DC/DC升压模块301、反方保护二极管302、智能控制模块303和LED路灯恒流驱动模块304；
所述DC/DC升压模块301，输入端与所述太阳能电池板10相连，输出端经所述反向保护二极管302与所述直流母线2相连，用于将太阳能电池板10的低压直流电升压为高压直流电，以降低线损并与太阳能并网逆变设备输入电压匹配。
所述DC/DC升压模块301输出串接一个反向保护二极管302实现简单的反向保护；所述DC/DC升压模块301将太阳能电池板10的不恒定低压直流电升压至稳定的280V高压直流电，以降低线损并与太阳能并网逆变设备4输入电压匹配。
所述反向保护二极管302，用于防止电流反向流动，实现多个所述DC/DC升压模块301的并联及发电、供电共线应用。
所述智能控制模块303，输入端与直流母线2连接，输出端与所述LED路灯恒流驱动模块304相连，所述智能控制模块303包括开关控制接口a1，所述开关控制接口a1与所述LED路灯恒流驱动模块304的接口b1相连，所述开关控制接口a1通过对所述LED路灯恒流驱动模块304进行控制来实现LED路灯20的开闭；
所述LED路灯恒流驱动模块304，输入端与所述智能控制模块303相连，输出端与所述LED路灯20连接，所述LED路灯恒流驱动模块304将所述智能控制模块303传输的高压直流电变成适应LED路灯20工作的电压，并完成恒流控制。
其中，所述LED路灯恒流驱动模块304采用直流恒流设计，电源效率高，设备成本低，可靠性高。
参见图2，在本发明的一个实施例中，所述LED路灯恒流驱动模块304还包括脉冲宽度调制PWM调光接口b2，所述智能控制模块303还包括调光控制接口a2，所述调光控制接口a2与所述LED路灯恒流驱动模块303的PWM调光接口b2连接，用于对LED路灯20进行调光控制。
参见图2，在本发明的一个实施例中，所述智能控制模块303还包括第一电流采集接口a3和第二电流采集接口a4，所述第一电流采集接口a3、第二电流采集接口a4，用于分别采集太阳能电池板10发电电流和LED路灯20工作电流，以获取LED单灯模块1的发电量和用电量。在获取LED单灯模块1的发电量和用电量之后，还可以利用所述LED单灯模块1的发电量和用电量对所述LED单灯模块1进行故障判断与分析。
图3示出了本发明另一实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统的结构示意图。参见图3，在本发明的一个实施例中，所述太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统还包括直流储能充放电设备6，所述直流储能充放电设备6一端与所述直流母线2相连，另一端与所述交流母线3相连，所述直流储能充放电设备6包括充电电路和放电电路，所述直流储能充放电设备6通过所述直流母线2和/或所述交流母线3进行充电以储备电能，所述直流储能充放电设备6通过所述直流母线2进行放电，以提供直流电给所述LED路灯20。
图4示出了本发明另一实施例提供的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统的结构示意图。参见图4，在本发明的一个实施例中，所述太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统还包括智能管理平台7，所述智能管理平台7用于远程控制所述智能控制模块303执行LED路灯20开或关、LED路灯20调光、太阳能电池板10发电电流采集和/或LED路灯20工作电流采集。
参见图4，在本发明的一个实施例中，所述智能管理平台7通过R485控制总线与所述太阳能并网逆变设备4、所述高压直流集中供电设备5和/或直流储能充放电设备6相连，用于控制所述太阳能并网逆变设备4、所述高压直流集中供电设备5和/或直流储能充放电设备6的工作状态。
在本发明的一个实施例中，所述智能管理平台7还用于通过电力载波通讯方式接收所述第一电流采集接口a3和第二电流采集接口a4采集的太阳能电池板10发电电流和LED路灯20工作电流，并在太阳能电池板10发电电流和/或LED路灯20工作电流不在预设的工作范围内时，发出报警信号。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，白天由太阳能电池板10发电，输出的直流电经DC/DC升压模块301升压后，再经反向保护二极管302接入直流母线，然后根据智能管理平台7设定，经太阳能并网逆变设备4逆变并网或经直流储能充放电设备6储能。白天智能控制模块303自动切断LED恒流驱动模块304供电，并关闭高压直流供电设备5。夜间，智能管理平台7自动关闭太阳能并网逆变设备4及直流储能充放电设备6的充电电路，然后根据智能管理平台7设定开启高压直流供电设备5或直流储能充放电设备6的放电电路。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，太阳能电池板通过智能单灯控制器、直流母线以及太阳能逆变并网设备进行发电；所述高压直流设备通过直流母线为LED路灯提供高压直流电源支持。本发明实施例所述的路灯系统，不但能够发电，而且所述太阳能电池板发电和高压直流供电共用一根两芯电缆，降低了路灯系统的投资成本；另外本发明实施例所述的路灯系统通过高压直流供电，确保了亮灯率。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统可以不用或少量应用蓄电池，其工程总投资低于传统市电供电的路灯系统及太阳能路灯系统。而基于智能控制平台，可以实现太阳能发电、用电的智能调控(如开/关路灯、调节路灯的亮度、关闭太阳能并网逆变设备等)，白天发电上网，夜间从电网取电亮灯，高峰发电、低谷用电。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统为共线分布式系统，其中，发电和供电共用同一根两芯电缆，相对于采用三相四线交流供电的传统LED路灯系统(路灯线缆大多采用5芯电缆)，大大节省了路灯系统的投资成本。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统结合LED路灯高压直流集中供电技术和低压交流逆变并网技术，相比较于传统太阳能路灯系统，节省大约三分之二的太阳能电池及蓄电池，使得路灯系统的整体投资成本降低，且本实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统相较于传统太阳能路灯系统，可靠性提高，亮灯率提高，系统寿命延长5倍以上。
当前的太阳能发电技术一般是大型集中电站或户式分布式发电。大型集中电站需要征地，高压逆变上网发电，征地成本高、对生态影响大、高压逆变投资高、逆变效率低，其经济性较差，投资回收期长，现阶段基本依靠国家补贴生存。户式分布式太阳能发电需要在屋顶或庭院用支架进行安装，安装成本较高，对建筑物破坏较大，而且要考虑改造建筑物的原始承重、结构强度、放漏渗设计，经济性依然不强，且存在一定的安全风险。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统还可以用来发电，相较于传统太阳能电站，不存在征地问题，投资成本低，基本可以实现免维护。且相较于传统太阳能电站，对生态几乎无影响。
本发明实施例所述系统中的太阳能并网逆变设备，可以将太阳能电池板发的电传输至交流母线上，在有路灯的地方，就近必然有用电单位，因此能源可以就近消化，无需额外的输变电线路，投资更低，发电成本更低。
本发明实施例所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，不同于传统路灯系统的单纯耗能，该系统可以直接发电产生效益，可以将市政路灯管理部门从一个纯消耗的市政公益部门转变成一个依靠新能源发电产生效益的盈利部门。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，包括：至少一个LED单灯模块、直流母线、交流母线、至少一个太阳能并网逆变设备和至少一个高压直流集中供电设备；
所述LED单灯模块包括太阳能电池板、LED路灯和智能单灯控制器；
所述太阳能电池板和所述LED路灯均与所述智能单灯控制器的一端相连，所述直流母线与所述智能单灯控制器的另一端相连；
所述智能单灯控制器用于将所述太阳能电池板产生的低压直流电升压为高压直流电输出至直流母线上；
所述太阳能并网逆变设备一端与所述直流母线相连，另一端与所述交流母线相连，用于将直流母线上的高压直流电逆变并网至交流母线上；
所述高压直流集中供电设备一端与所述交流母线相连，另一端与所述直流母线相连，用于将交流母线的交流电变为高压直流输出至直流母线上；
所述智能单灯控制器还用于将直流母线上的高压直流电变为适应LED路灯工作的电压；
其中，太阳能电池板发电和高压直流集中供电设备供电共用所述直流母线，所述直流母线为一根两芯电缆。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，所述智能单灯控制器包括DC/DC升压模块、LED路灯恒流驱动模块、智能控制模块和反方保护二极管；
所述DC/DC升压模块，输入端与所述太阳能电池板相连，输出端经所述反方保护二极管与所述直流母线相连，用于将太阳能电池板的低压直流电升压为高压直流电；
所述智能控制模块，输入端与直流母线连接，输出端与所述LED路灯恒流驱动模块相连，所述智能控制模块包括开关控制接口，所述开关控制接口通过对所述LED路灯恒流驱动模块进行控制来实现LED路灯的开闭；
所述LED路灯恒流驱动模块，输入端与所述智能控制模块相连，输出端与所述LED路灯连接，所述LED路灯恒流驱动模块将所述智能控制模块传输的高压直流电变成适应LED路灯工作的电流，并完成恒流控制。
3.根据权利要求2所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，所述LED路灯恒流驱动模块还包括脉冲宽度调制PWM调光接口，所述智能控制模块还包括调光控制接口，所述调光控制接口与所述LED路灯恒流驱动模块的PWM调光接口连接，用于对LED路灯进行调光控制。
4.根据权利要求2所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，所述智能控制模块还包括第一电流采集接口和第二电流采集接口，所述第一电流采集接口、第二电流采集接口，用于分别采集太阳能电池板发电电流和LED路灯工作电流，以获取LED单灯模块的发电量和用电量。
5.根据权利要求1所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，还包括直流储能充放电设备，所述直流储能充放电设备一端与所述直流母线相连，另一端与所述交流母线相连，所述直流储能充放电设备通过所述直流母线和/或所述交流母线进行充电以储备电能；所述直流储能充放电设备通过所述直流母线进行放电，以提供直流电给所述LED路灯。
6.根据权利要求4所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，还包括智能管理平台，所述智能管理平台用于远程控制所述智能控制模块执行LED路灯开或关、LED路灯调光、太阳能电池板发电电流采集和/或LED路灯工作电流采集。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，所述智能管理平台通过R485控制总线与所述太阳能并网逆变设备、所述高压直流集中供电设备和/或直流储能充放电设备相连，用于控制所述太阳能并网逆变设备、所述高压直流集中供电设备和/或直流储能充放电设备的工作状态。
8.根据权利要求6所述的太阳能发电高压直流集中供电LED路灯系统，其特征在于，所述智能管理平台还用于接收所述第一电流采集接口和第二电流采集接口采集的太阳能电池板发电电流和LED路灯工作电流，并在太阳能电池板发电电流和/或LED路灯工作电流不在预设的工作范围内时，发出报警信号。
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