CN106535397A - 一种基于太阳能的路灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于太阳能的路灯系统，包括：太阳能电池板、电池组、LED灯模组、控制器、通信装置和集中器，其中，太阳能电池板的正极与控制器连接，负极与电池组连接；电池组分别与控制器、集中器和LED灯模组的负极连接；LED灯模组的正极与控制器连接；控制器与通信装置连接，控制器用于控制LED灯模组和太阳能电池板；通信装置与集中器连接；集中器用于控制通信装置。本发明提供的一种基于太阳能的路灯系统，提高了路灯系统光效，降低了光源使用功率，合理按需管控电能使用，减少了电能浪费，使太阳能路灯在连续阴雨天的情况下也能正常使用，并实现了太阳能路灯的统一监控和管理，节省了人力物力，降低了维护成本。

Description

一种基于太阳能的路灯系统

技术领域

本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种基于太阳能的路灯系统。

背景技术

路灯是人民生活中必不可少的基础设施，但路灯同时也是耗电大户。普通路灯是以高压钠灯作为光源，能耗非常高，建设普通路灯需要铺设很长的输变电线路，电源线路的铺设需要投入相当高的费用。而太阳能作为一种安全、环保、可再生的能源，越来越受重视，将路灯改进为太阳能路灯，则可以免去路灯输变电线路建设费用，同时亦可减少电能消耗。

现有的太阳能路灯单方面地追求价格低廉，忽略太阳能路灯系统结构、配置、用料是否合理等因数，使太阳能路灯只能小功率应用，具有系统使用寿命短、能源转换效率低、对抗连续阴雨天能力差及维护管理成本高等问题，严重影响太阳能路灯的普及应用。例如，现有的太阳能路灯配置通常为：太阳能电池板采用30-90W的多晶硅电池板，控制器采用12V的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)充放电控制器，电池采用12V/20-80AH的铅酸电池，电池箱则根据电池的大小配置，灯光源采用10-30W的LED光源，每瓦光通量约为70LM/W，灯杆高度为4-7米，线缆根据设备之间距离及需要配置长度和规格大小，以上的配置只能提供10LUX以内的照明亮度，只适合在农村道路、支路使用，当连续阴雨天时，只能使用3-4天，对于南方地区频繁连续阴雨天的情况，则无法正常照明。

另外，现有的每支太阳能路灯都是独立运作的，不能统一时间亮灯与关灯，在管理上也不能统一进行管理维护，必须派人员、设备定期进行巡查，大大增加了营运成本，不能实现集中管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于太阳能的路灯系统，提高太阳能路灯光源光效，延长路灯系统使用寿命，在连续阴雨天气也能正常使用，同时实现了集中管理功能，并且不受使用环境的限制。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于太阳能的路灯系统，包括：太阳能电池板、电池组、LED灯模组、控制器、通信装置和集中器，其中，

所述太阳能电池板的正极与所述控制器连接，负极与所述电池组连接，所述太阳能电池板用于获取太阳能并转化为电能；

所述电池组分别与所述控制器、所述集中器和所述LED灯模组的负极连接，所述电池组用于从所述太阳能电池板获取电能，存储所述电能，并为所述控制器和所述集中器供电；

所述LED灯模组的正极与所述控制器连接，所述LED灯模组用于从所述电池组获取所述电能，并将所述电能转化为光能；

所述控制器与所述通信装置连接，所述控制器用于控制所述LED灯模组和所述太阳能电池板，采集所述LED灯模组的使用数据，并对所述LED灯模组和所述太阳能电池板进行检测，并根据所述电池组的电压情况，实时控制所述电池组，避免所述电池组出现过充或过放；

所述通信装置与所述集中器连接，用于传输信息；

所述集中器用于通过无线通信的方式控制所述通信装置。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于太阳能的路灯系统，通过太阳能电池板获取太阳能并转化为电能，电池组从太阳能电池板获取电能并存储，LED灯模组将电能转化为光能，提高了路灯系统光效，降低了光源使用功率，合理按需管控电能使用，减少了电能浪费，使太阳能路灯在连续阴雨天的情况下也能正常使用；并通过控制器控制LED灯模组，通信装置传输信息，集中器控制通信装置，实现了太阳能路灯的统一监控和管理，节省了人力物力，降低了维护成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述路灯系统还包括：

太阳能电池板支架，用于安装所述太阳能电池板，所述太阳能电池板支架采取热镀锌处理；

电池管理系统BMS保护板，用于保护所述电池组；

电池组保护箱，用于放置所述电池组及所述BMS保护板；

LED灯外壳，用于放置所述LED灯模组；

灯杆，用于支撑所述LED灯模组及所述LED灯外壳，所述灯杆总高度10米，LED灯外壳高度为9米，所述灯杆采取热镀锌处理。

采用上述进一步方案的有益效果是：路灯杆及太阳能电池板支架采取热镀锌处理，可以实现20年以上的防锈防腐。

进一步地，所述电池组保护箱安装在所述灯杆靠近太阳能电池板支架的位置。

采用上述进一步方案的有益效果是：将所述电池组安装在靠近太阳能电池板支架的位置，避免设备之间连接的距离过长而增加线损，同时，安装在高处还有防盗的作用。

进一步地，所述BMS保护板采用集成电路-集成芯片方案，使用10节电芯串联，用于为所述电池组提供过充电保护、过放电保护、过流保护、短路保护以及过温保护，并自动均衡所述电池组的充电过程，通过预设电池组的过充和过放电压，然后针对每一串电池的电压进行监测，在充电过程中，通过智能电阻消耗式充电均衡处理，使每一串电池之间的电压达到一致，使电池组电压均衡达到最佳效果，不会因电压压差而对电池产生永久损害。

采用上述进一步方案的有益效果是：使用BMS保护板具有低静态功耗，可以实现过充电保护，过放电保护，过流保护，短路保护，过温保护等保护功能，充电自动均衡功能，使电池组均衡达到最佳效果，实时监测保护电池组使用。

进一步地，所述LED灯模组共4组，所述LED灯模组的使用功率为36W，每组LED灯模组的使用功率为70W，每组LED灯模组包括14颗灯珠，每颗灯珠的功率为5W，光通量为120LM/W，所述LED灯模组均经过二次配光，防水级别达到IP66，并且所述LED灯模组为通过降低每组LED灯模组的使用功率，使所述每组LED灯模组的单灯珠均处于最高能效转换切入点的LED灯模组。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过使单灯珠处于最高能效转换切入点，使单灯珠能效转换率提升，能大幅提高LED灯模组的光效，有效降低太阳能路灯系统的成本，提高太阳能路灯系统的使用寿命。

进一步地，所述最高能效转换切入点为通过多次对所述单灯珠通电，改变输入电流，得到的输出光能最大点。

进一步地，所述太阳能电池板为5主栅高效单晶硅太阳能电池板，规格为1640*990*40mm，额定功率为275W，转换效率大于17％。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用5主栅高效单晶硅太阳能电池板，转换效率大于17％，具有优秀的弱光环境发电性能，并能有效降低因产生隐裂及蜗牛纹造成的电能损失，从而提高电能的供给。

进一步地，所述集中器采用GPRS通讯技术，并具有自动MESH功能(无线网格网络，使用网状网络拓扑结构，全智能的自动路由，网络节点可以自注册入网)，通过因特网与后台系统连接，接收所述后台系统的指令，所述集中器具体用于与所述通信装置进行通信，最多可与200个以内的通信装置进行通信，当所述通信装置的信道繁忙时，选择所有信道中最易连接的信道，并采集、上传所述LED灯模组的使用数据，并将所述指令发送给所述控制器，对所述控制器进行设置和监控，还可以通过接收手机短信的方式，实现对路灯的控制或进行使用参数的设置和调整。

进一步地，所述电池组为钛酸锂电池组，采用十串两并方式连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用钛酸锂电池组作为储能电池组，具有高安全性、高稳定性、使用寿命长、频繁深循环和绿色环保的优点，并且钛酸锂电池组的内阻极低，在阴雨天仍能使太阳能电池板产生的弱电流涓流而入，保障阴雨天的电力来源。

进一步地，所述通信装置为433M无线通讯终端模块，具有自动MESH功能，所述通信装置采用半双工无线通讯方式，具体用于接收所述集中器的指令并发送给所述控制器，采集所述控制器的数据信息，然后进行数据转换并通过无线通讯的方式发送给集中器。

进一步地，所述控制器为最大功率点跟踪MPPT太阳能路灯控制器，MPPT的追踪效率>99％，电路转换效率≤97％，并且带有485通讯接口，通过485通讯接口与所述通信装置连接，接收所述通信装置的控制信息。

所述控制器具体用于实时检测所述太阳能电池板的最大功率点，根据所述最大功率点控制电池组的充电过程，并根据实际使用情况，分时段调节所述LED灯模组的使用功率，所述控制器设置有四时段工作模式，每个时段的时间设置范围为0～15小时，设置的最小时间单位为1小时，例如，每个时间段可以为0小时、1小时、2小时、3小时、4小时或5小时，并且每个时间段互不影响，可根据实际使用情况设置每个时段的时间范围，每个时段的功率设置范围为0％～100％功率，设置的最小功率为10％，例如，在第一时段内，设置的功率为20％，在第二时段内，设置的功率为70％，每个时段设置的功率可以根据实际使用情况调节。

并采集所述LED灯模组的使用数据，例如，后台系统对某路段的路灯或单路灯通过设定，定时发指令给所述集中器，集中器再发送指令给所述通信装置，所述通信装置收集所述控制器的使用数据后，将所述使用数据返回给所述后台系统。所述使用数据包括：

1.充电数据：包括实时的发电量数据与一周内每天的发电量数据；

2.储能电池数据：包括实时的电压与一周内每天最高和最低电压的数据；

3.光源数据：包括光源亮灯的数据(功率、电压、电流)与四时段的亮灯参数。

并检测所述LED灯模组的故障，将故障信息通过所述通信装置发送给所述后台系统，显示出故障路灯的地理位置信息。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用MPPT太阳能路灯控制器，实时侦测太阳能电池板的最大功率点，分时段调节太阳能路灯的功率，在低温或阴雨天气比PWM控制器能提高15-20％的能量利用率，使系统始终以最高的效率对蓄电池充电，能有效减少能源的浪费。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于太阳能的路灯系统的结构框架图；

图2为本发明实施例提供的一种基于太阳能的路灯系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于太阳能的路灯系统的结构框架图，该路灯系统包括：

太阳能电池板101、电池组102、LED灯模组103、控制器104、通信装置105和集中器106，其中，

太阳能电池板101的正极与控制器104连接，负极与电池组102连接，太阳能电池板101用于获取太阳能并转化为电能；

电池组102分别与控制器104、集中器106和LED灯模组103的负极连接，电池组102用于从太阳能电池板101获取电能，存储电能，并为控制器104和集中器106供电；

LED灯模组103的正极与控制器104连接，LED灯模组103用于从电池组102获取电能，并将电能转化为光能；

控制器104与通信装置105连接，控制器104用于控制LED灯模组103和太阳能电池板101，采集LED灯模组103的使用数据，并对LED灯模组103和太阳能电池板101进行检测，并根据电池组102的电压情况，实时控制电池组102，避免电池组102出现过充或过放；

通信装置105与集中器106连接，用于传输信息；

集中器106用于通过无线通信的方式控制通信装置105。

进一步，路灯系统还包括：

太阳能电池板支架，用于安装太阳能电池板101，可以根据太阳能电池板101的规格尺寸定做合适的支架，太阳能电池板支架采取热镀锌处理；

电池管理系统BMS保护板，用于保护电池组102；

电池组保护箱，用于放置电池组102及BMS保护板，电池组保护箱可以根据电池组102的大小定制合适的规格，防水级别为IP65；

LED灯外壳，用于放置LED灯模组103，可以通过使用模组的数量定制合适的规格；

灯杆，用于支撑LED灯模组103及LED灯外壳，灯杆总高度10米，LED灯外壳高度为9米，灯杆采取热镀锌处理。

进一步，BMS保护板采用集成电路-集成芯片方案，使用10节电芯串联，用于为电池组102提供过充电保护、过放电保护、过流保护、短路保护以及过温保护，并自动均衡电池组102的充电过程，通过预设电池组102的过充和过放电压，然后针对每一串电池的电压进行监测，在充电过程中，通过智能电阻消耗式充电均衡处理，使每一串电池之间的电压达到一致，使电池组102电压均衡达到最佳效果，不会因电压压差而对电池产生永久损害。

进一步，LED灯模组103共4组，LED灯模组103的使用功率为36W，每组LED灯模组的使用功率为70W，每组LED灯模组包括14颗灯珠，每颗灯珠的功率为5W，光通量为120LM/W，LED灯模组103均经过二次配光，防水级别达到IP66，并且LED灯模组103为通过降低每组LED灯模组的使用功率，使每组LED灯模组的单灯珠均处于最高能效转换切入点的LED灯模组103，例如，可以将每组LED灯模组的使用功率调降至9W，只使用额定功率70W的13％，使单灯珠的光效由120LM/W光通量提升到210LM/W光通量，使单灯珠达到最高能效转换的切入点，单个模组的光通量达到180LM/W，36W光源系统总光通量6500LM，相当于常规LED光源80W-90W功率的光效，电能当中大部分的电能都转换成光能，只有小部分的电能转换成热能，能有效地控制灯珠的结温在65度以下，对于光源的使用寿命亦可增加一倍，达100000小时。

进一步，最高能效转换切入点为通过多次对单灯珠通电，改变输入电流，得到的输出光能最大点。

进一步，太阳能电池板101为5主栅高效单晶硅太阳能电池板101，使用寿命可达25年以上，规格为1640*990*40mm，额定功率为275W，转换效率大于17％。

进一步，集中器106采用GPRS通讯技术，防水级别为IP 65，并具有自动MESH功能(无线网格网络，使用网状网络拓扑结构，全智能的自动路由，网络节点可以自注册入网)，通过因特网与后台系统连接，接收后台系统的指令，集中器106具体用于与通信装置105进行通信，最多可与200个以内的通信装置105进行通信，当通信装置105的信道繁忙时，选择所有信道中最易连接的信道，并采集、上传LED灯模组103的使用数据，并将指令发送给控制器104，对控制器104进行设置和监控，还可以通过接收手机短信的方式，实现对路灯的控制或进行使用参数的设置和调整。

也就是说，在该实施例中，如图2所示，路灯系统可以包括多个集中器206，多个集中器206统一受后台系统的调控，每个集中器206可以通过多个通信装置205同时与多个控制器204进行通信，多个通信装置205分别与多个控制器204一一对应连接，且每个控制器204还分别连接一个LED灯模组203和一个太阳能电池板201。

进一步，电池组102为钛酸锂电池组102，电池组102容量为24V32AH，采用十串两并方式连接，每个电池的容量为2.4V16AH，每个电池的规格为13.1mm*110mm*216mm，工作温度可以达到-30℃-60℃。

进一步，通信装置105为433M无线通讯终端模块，防水级别为IP68，工作频率为470MHZ，并具有自动MESH功能，通信装置105采用半双工无线通讯方式，具体用于接收集中器106的指令并发送给控制器104，采集控制器104的数据信息，然后进行数据转换并通过无线通讯的方式发送给集中器106。

进一步，控制器104为最大功率点跟踪MPPT太阳能路灯控制器104，防水级别为IP68，MPPT的追踪效率>99％，电路转换效率≤97％，并且带有485通讯接口，通过485通讯接口与通信装置105连接，接收通信装置105的控制信息。

控制器104具体用于实时检测太阳能电池板101的最大功率点，根据最大功率点控制电池组102的充电过程，并根据实际使用情况，分时段调节LED灯模组103的使用功率，LED灯模组103LED灯模组103控制器104设置有四时段工作模式，每个时段的时间设置范围为0～15小时，设置的最小时间单位为1小时，例如，每个时间段可以为0小时、1小时、2小时、3小时、4小时或5小时，并且每个时间段互不影响，可根据实际使用情况设置每个时段的时间范围，每个时段的功率设置范围为 0％～100％功率，设置的最小功率为10％，例如，在第一时段内，设置的功率为20％，在第二时段内，设置的功率为70％，每个时段设置的功率可以根据实际使用情况调节。

并采集LED灯模组103的使用数据，例如，后台系统对某路段的路灯或单路灯通过设定，定时发指令给集中器106，集中器106再发送指令给通信装置105，通信装置105收集控制器104的使用数据后，将使用数据返回给后台系统。使用数据包括：

1.充电数据：包括实时的发电量数据与一周内每天的发电量数据；

2.储能电池数据：包括实时的电压与一周内每天最高和最低电压的数据；

3.光源数据：包括光源亮灯的数据(功率、电压、电流)与四时段的亮灯参数。

并检测LED灯模组103的故障，将故障信息通过通信装置105发送给后台系统，显示出故障路灯的地理位置信息。

上述实施例提供的一种基于太阳能的路灯系统，通过太阳能电池板101获取太阳能并转化为电能，电池组102从太阳能电池板101获取电能并存储，LED灯模组103将电能转化为光能，提高了路灯系统光效，降低了光源使用功率，合理按需管控电能使用，减少了电能浪费，使太阳能路灯在连续阴雨天的情况下也能正常使用；并通过控制器104控制LED灯模组103，通信装置105传输信息，集中器106控制通信装置105，实现了太阳能路灯的统一监控和管理，节省了人力物力，降低了维护成本。

本领域技术人员应该理解到，上述实施例所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。另外，所显示或讨论的连接可以是通过一些接口、有线数据配置或传输端口相连接，也可以通过电的、机械的或其它的形式连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于太阳能的路灯系统，其特征在于，包括：太阳能电池板、电池组、LED灯模组、控制器、通信装置和集中器，其中，

所述太阳能电池板的正极与所述控制器连接，负极与所述电池组连接，所述太阳能电池板用于获取太阳能并转化为电能；

所述电池组分别与所述控制器、所述集中器和所述LED灯模组的负极连接，所述电池组用于从所述太阳能电池板获取电能，存储所述电能，并为所述控制器和所述集中器供电；

所述LED灯模组的正极与所述控制器连接，所述LED灯模组用于从所述电池组获取所述电能，并将所述电能转化为光能；

所述控制器与所述通信装置连接，所述控制器用于控制所述LED灯模组和所述太阳能电池板，并根据所述电池组的电压情况，实时控制所述电池组，避免所述电池组出现过充或过放；

所述通信装置与所述集中器连接，用于传输信息；

所述集中器用于控制所述通信装置。

2.根据权利要求1所述的路灯系统，其特征在于，还包括：太阳能电池板支架，用于安装所述太阳能电池板；

电池管理系统BMS保护板，用于保护所述电池组；

电池组保护箱，用于放置所述电池组及所述BMS保护板；

LED灯外壳，用于放置所述LED灯模组；

灯杆，用于支撑所述LED灯模组及所述LED灯外壳。

3.根据权利要求2所述的路灯系统，其特征在于，所述BMS保护板采用集成电路-集成芯片方案，用于为所述电池组提供过充电保护、过放电保护、过流保护、短路保护以及过温保护，并自动均衡所述电池组的充电过程。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的路灯系统，其特征在于，所述LED灯模组共4组，所述LED灯模组均经过二次配光，并且所述LED灯模组为通过降低每组LED灯模组的使用功率，使所述每组LED灯模组的单灯珠均处于最高能效转换切入点的LED灯模组。

5.根据权利要求4所述的路灯系统，其特征在于，所述最高能效转换切入点为通过多次对所述单灯珠通电，改变输入电流，得到的输出光能最大点。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的路灯系统，其特征在于，所述太阳能电池板为5主栅高效单晶硅太阳能电池板。

7.根据权利要求5所述的路灯系统，其特征在于，所述集中器采用GPRS通讯技术，所述集中器具体用于与所述通信装置进行通信，当所述通信装置的信道繁忙时，选择所有信道中最易连接的信道，并采集、上传所述LED灯模组的使用数据，并将控制指令发送给所述控制器，以及对所述控制器进行设置和监控。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的路灯系统，其特征在于，所述电池组为钛酸锂电池组。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的路灯系统，其特征在于，所述通信装置为433M无线通讯终端模块，所述通信装置采用半双工无线通讯方式。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的路灯系统，其特征在于，所述控制器为最大功率点跟踪MPPT太阳能路灯控制器，所述控制器设置有四时段工作模式，每个时段的时间设置范围为0～15小时，功率设置范围为0％～100％功率，所述控制器具体用于实时检测所述太阳能电池板的最大功率点，根据所述最大功率点控制电池组的充电过程，并根据实际使用情况，分时段调节所述LED灯模组的使用功率，并采集所述LED灯模组的使用数据，并检测所述LED灯模组的故障。