CN109511196A - 一种智能调节led太阳能路灯亮度的方法及路灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能调节LED太阳能路灯亮度的方法及路灯，对太阳能路灯的亮灯控制、照明控制等进行优化设计是充分发挥太阳能灯效能，以实现太阳能灯全年能够正常照明。上述方法包括以下步骤：①根据LED太阳能照明的特点及人们照明需求规律，将每天太阳能路灯的亮灯时间分为多个时间段，为每个时间段设定太阳能路灯的最大输出功率；②根据太阳能锂电池的工作特性，设定第一阈值电压和第二阈值电压；③检测太阳能锂电池电压并与前述阈值电压进行比较；④根据比较结果设定各时间段的太阳能路灯输出功率。上述路灯包括太阳能光伏板、太阳能控制器、太阳能锂电池、灯杆、LED灯具，太阳能控制器采用前述方法对太阳能锂电池的输出功率进行控制。

Description

一种智能调节LED太阳能路灯亮度的方法及路灯

技术领域

本发明涉及户外照明领域，具体涉及一种智能调节LED太阳能路灯 亮度的方法及路灯。

背景技术

大阳能作为一种安全、节能、环保的新能源，“取之不尽、用之不竭”， 随着太阳能光伏技术的发展和进步，LED太阳能路灯有环保、节能的双重 优势，LED太阳能路灯的应用已经逐渐形成规模。

LED太阳能路灯以太阳能作为能源，将太阳能转换为电能，白天太阳 能光伏板对太阳能锂电池充电，将电能存储起来晚上给LED灯具供电， 无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，无 需人工操作，工作稳定可靠，节省电费，免维护，应用前景广阔。

太阳能LED路灯主要包括：太阳能光伏板、太阳能控制器、太阳能 锂电池、灯杆、LED灯具等组件。现有的太阳能路灯在天黑亮灯，天亮灭 灯，来实现照明的目的，但是现有太阳能路灯在节能方面存在以下不足： ①没有考虑LED太阳能路灯分时段输出功率的节能率，在深夜的时候， 可降低LED灯具的输出功率，减少不必要的能源浪费；②在日照不充分的季节或阴雨天，太阳能锂电池充电不足，电压低时，不能自动调节LED 灯具的亮度，LED太阳能路灯照明时间短。

发明内容

本发明提供一种智能调节LED太阳能路灯亮度的方法及路灯，太阳 能路灯的节能特点以及人们的照明需求，在满足国家相关标准的前提下， 对太阳能路灯的亮灯控制、照明控制等进行优化设计是充分发挥太阳能灯 效能，以实现太阳能灯全年能够正常照明。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，包括以下步 骤：

①根据LED太阳能照明的特点及人们照明需求规律，将每天LED太 阳能路灯的亮灯时间分为多个时间段，为每个时间段设定LED太阳能路 灯的最大输出功率；

②根据太阳能锂电池的工作特性，设定第一阈值电压和第二阈值电压；

③检测太阳能锂电池电压并与前述阈值电压进行比较；

④根据比较结果设定各时间段的LED太阳能路灯输出功率。

优选的，步骤④的具体方案如下：

如果测检到太阳能锂电池的电压大于或等于第一阈值电压，LED灯具 亮灯按每个时间段设置的最大输出功率工作；

如果测检到太阳能锂电池的电压小于第一阈值电压且大于或等于第 二阈值电压，求取检测时刻锂电池的实际剩余电量与电池总电量的比值K， 为LED灯具亮灯设置检测时刻对应时间段的输出功率，该输出功率为此 时间段最大输出功率与上述比值K的乘积；

如果测检到太阳能锂电池的电压小于第二阈值电压，中止LED灯具 的照明功能，使电池进入欠压保护状态。

优选的，划分的所述时间段是依据人们活动特点设置的固定时间。

优选的，所述为每个时间段设定LED太阳能路灯的最大输出功率是 根据人们照明需求规律，为每个时间段设置的LED灯具最大输出照明功 率。

优选的，所述第一阈值电压是12V。

优选的，所述第二阈值电压是11V。

本发明还提供一种智能调节亮度的LED太阳能路灯，包括：太阳能 光伏板、太阳能控制器、太阳能锂电池、灯杆、LED灯具，太阳能控制器 采用前述方法对太阳能锂电池的输出功率进行控制。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：首先，分时段设置LED 太阳能路灯的输出功率，在深夜的时候，可降低LED灯具的输出功率， 提高能效，减少不必要的能源浪费；其次，在日照不充分的季节或阴雨天， 太阳能锂电池充电不足，电压低时，能自动调节LED灯具的亮度，减少 锂电池的用电量，使LED太阳能路灯能在阴雨天连续亮灯。由此解决目前太阳能路灯在阴雨天或地域限制下日照时间不够，太阳能光伏板对锂电 池充电不足、太阳能锂电池电量低、亮灯时间短、照明效果差的问题，提 供一种高效节能、安全稳定、亮灯时间长、照明效果好，具有很好的市场 推广前景和综合使用价值。

附图说明

图1是本发明的LED太阳能路灯结构图；

图2是根据本发明的方法划分得到的每天LED灯具最大功率分段图；

图3是本发明的锂电池剩余电量分段图；

图4是根据本发明的方法划分得到的每天LED灯具输出功率分段图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施 例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例 仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是发明的LED太阳能路灯结构图。主要结构包括太阳能光伏板1、 太阳能控制器2、太阳能锂电池3、灯杆4、LED灯具5。太阳能光伏板1 架设在路灯灯杆4的顶端，以最大限度保证其不受遮挡地接收太阳能。太 阳能控制器2和太阳能锂电池3安装在太阳能光伏板1的背面。LED灯具 5通过其支架固定在灯杆4上稍低的位置。太阳能锂电池3储存由太阳光能经太阳能光伏板1转化得到的电能，以保障日照结束后LED灯具的照 明供电。太阳能控制器2检测太阳能锂电池3的电压，依据前述智能调节 LED太阳能路灯亮度的方法，控制太阳能锂电池3的输出电流或功率，优 化太阳能路灯的照明效果。

以下部分结合附图2至4具体解释本发明智能调节LED太阳能路灯 亮度的方法各步骤：

步骤①：根据LED太阳能照明的特点及人们照明需求规律，可将每 天LED太阳能路灯的亮灯时间分为多个时间段T_i(i＝1,2,3,4…n)，每个时 间段可设定LED太阳能路灯的最大输出功率P_i(i＝1,2,3,4…n)，见(附图 2所示的)每天LED灯具最大功率分段图。

步骤②：根据太阳能锂电池的工作特性，设定第一阈值电压12V和第 二阈值电压11V。

步骤③：在白天转黑夜后，太阳能控制器会自动检查太阳能锂电池的 电压，然后与前述阈值电压进行比较。

根据步骤③比较的结果，步骤④进行如下操作：

太阳能控制器测检到太阳能锂电池的电压V≥12V时，说明锂电池电 量充足，LED灯具亮灯按每个时间段设置的最大输出功率工作，其LED 灯具用电量最高，将高用电量的情况表示为Q_h：

式中，P_i(i＝1,2,3,4,…n)每天第i亮灯阶段设置LED灯具的最大输出 功率，可根据人们照明需求规律，任意设定，可互不相同；T_i(i＝1,2,3,4,…n) 为每天第i个亮灯阶段的时长，是依据人们活动特点设置的固定时间。

此时，LED太阳能路灯在每个时间段的输出功率为设定的最大输出功 率。

太阳能控制器测检到锂电池的电压在11V≤V<12V时，说明锂电池电 量不足，太阳能控制器自动检测每个时间段T_i(i＝1,2,3,4,…n)太阳能锂电 池的实际剩余电量C_i(i＝1,2,3,4,…n)，见(附图3所示的)锂电池剩余电 量分段图。

此时，太阳能控制器根据检测到锂电池的实际剩余电量C_i (i＝1,2,3,4,…n)，所得到每个时间段太阳能锂电池的剩余电量与总电量的 比值表示为K_i(i＝1,2,3,4,…n)：

此时，LED太阳能路灯在在每个时间段亮灯的实际输出功率为每个时 间段设置的最大输出功率P_i(i＝1,2,3,4,…n)乘以每个时间段太阳能锂电池 的剩余电量与总容电量的比值K_i(i＝1,2,3,4,…n)，见(附图4所示的)每 天LED灯具输出功率分段图。

此时LED灯具用电量低，将低用电量的情况表示为Q_l：

式中，P_i(i＝1,2,3,4,…n)每天第i亮灯阶段设置LED灯具的最大输出 功率，可根据人们照明需求规律，任意设定，可互不相同；T_i(i＝1,2,3,4,…n) 为每天第i个亮灯阶段的时长，是依据人们活动特点设置的固定时间；K_i (i＝1,2,3,4,…n)每天第i亮灯阶段太阳能锂电池的剩余电量与总电量的比 值。

此时，LED太阳能路灯在每个时间段的输出功率根据太阳能锂电池的 剩余电量自动调节。

太阳能控制器检测锂电池电压V<11V时，说明锂电池欠压，锂电池 不再放电，进入欠压保护状态，LED灯具不亮，待白天太阳能光伏板对 锂电池充电，当下一个亮灯时间太阳能控制器检测锂电池电压≥11V时， LED太阳能路灯将按以上步骤②或步骤③工作，保证了锂电池的使用稳定 性和使用寿命。

在日照充分的季节或地区，太阳日照时间长，每天太阳能光伏板对锂 电池充电多，电量充足的情况下，锂电池的电压V≥12V时，LED太阳能 路灯亮灯时按分时段设定的最大功率P_i(i＝1,2,3,4,…n)比不分段全部采用 最大功率输出P的情况下，用电量明显减少。

根据常规人们照明需求规律，将LED太阳能的亮灯时间分四个阶段， 分时段输出功率与不采用分段全功率输出的情况下，一个晚上用电量对比 如下：

设定：LED灯具最大功率P＝30W，n＝4；

LED灯具分时段功率为：P₁＝30W，P₂＝20W，P₃＝10W，P₄＝25W；

分段照明时间为：T₁＝3小时，T₂＝1小时，T₃＝4小时，T₄＝2小时；

LED灯具不分时段输出功率的用电量为Q₁：

根据公式：Q₁＝P×(T₁+T₂+T₃+T₄)

Q₁＝30×(3+1+4+2)＝300

LED灯具分时段输出功率的用电量Q₂：

根据公式1：

根据以上两种情况，用电量减少比例为：

(Q₁-Q₂)÷Q₁×100％＝(300-200)÷300×100％＝33％(取整)

结论：LED灯具设定分时段输出功率与不采用分段全功率输出的情况 下，用电量减少33％以上。

在日照不充分的季节或地区，阴雨天的时间长，每天太阳能光伏板对 锂电池充电少、电量不足的情况下，LED灯具的输出功率会根据每个时间 段锂电池的剩余电量情况，自动调节LED灯具的输出功率，即自动调节 LED灯具的亮度，用电量明显减少，增加LED太阳能路灯在阴雨天的照 明时间。

根据常规人们照明需求规律，将LED太阳能的亮灯时间分四个阶段， 太阳能控制器检测到锂电池的电压在11V≤V<12V时，LED灯具在自动调 节输出功率后，一个晚上的用电量Q₃：

设定：LED灯具最大功率P＝30W，n＝4；

LED灯具分时段功率为：P₁＝30W，P₂＝20W，P₃＝10W，P₄＝25W；

分段照明时间为：T₁＝3小时，T₂＝1小时，T₃＝4小时，T₄＝2小时；

锂电池C＝100AH，C₁＝60AH，C₂＝50AH，C₃＝40AH，C₄＝30AH，

根据权利要求1公式2计算：

K₁＝0.6，K₂＝0.5，K₃＝0.4，K₄＝0.3

此时LED太阳能路灯在每个时间段的实际输出功率为：

T₁时间段实际输出功率：P₁K₁＝30×0.6＝18W

T₂时间段实际输出功率：P₂K₂＝20×0.5＝10W

T₃时间段实际输出功率：P₃K₃＝10×0.4＝4W

T₄时间段实际输出功率：P₄K₄＝25×0.3＝7.5W

根据权利要求1的公式3：

Q₃＝30×3×0.6+20×1×0.5+10×4×0.4+25×2×0.3＝95

太阳能控制器根据锂电池的剩余电量自动调节LED灯具的输出功率 后，用电量比之前减少比例为：

(Q₂-Q₃)÷Q₂×100％＝(200-95)÷200×100％＝52.5％

结论：太阳能锂电池的电量不足，电压在11V≤V<12V时，LED太阳 能路灯的输出功率会根据每个时间段锂电池的剩余电量情况自动调节 LED灯具的输出功率，即自动调节LED太阳能路灯的亮度，此时用电量 明显减少，增加LED太阳能路灯的照明时间。

Claims (7)

1.一种智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

①根据LED太阳能照明的特点及人们照明需求规律，将每天LED太阳能路灯的亮灯时间分为多个时间段，为每个时间段设定LED太阳能路灯的最大输出功率；

②根据太阳能锂电池的工作特性，设定第一阈值电压和第二阈值电压；

③检测太阳能锂电池电压并与前述阈值电压进行比较；

④根据比较结果设定各时间段的LED太阳能路灯输出功率。

2.根据权利要求1所述的智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，其特征在于，步骤④的具体方案如下：

如果测检到太阳能锂电池的电压大于或等于第一阈值电压，LED灯具亮灯按每个时间段设置的最大输出功率工作；

如果测检到太阳能锂电池的电压小于第一阈值电压且大于或等于第二阈值电压，求取检测时刻锂电池的实际剩余电量与电池总电量的比值K，为LED灯具亮灯设置检测时刻对应时间段的输出功率，该输出功率为此时间段最大输出功率与上述比值K的乘积；

如果测检到太阳能锂电池的电压小于第二阈值电压，中止LED灯具的照明功能，使电池进入欠压保护状态。

3.根据权利要求1所述的智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，其特征在于，划分的所述时间段是依据人们活动特点设置的固定时间。

4.根据权利要求1所述的智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，其特征在于，所述为每个时间段设定LED太阳能路灯的最大输出功率是根据人们照明需求规律，为每个时间段设置的LED灯具最大输出照明功率。

5.根据权利要求1所述的智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，其特征在于，所述第一阈值电压是12V。

6.根据权利要求1所述的智能调节LED太阳能路灯亮度的方法，其特征在于，所述第二阈值电压是11V。

7.一种智能调节亮度的LED太阳能路灯，包括：太阳能光伏板(1)、太阳能控制器(2)、太阳能锂电池(3)、灯杆(4)、LED灯具(5)，其特征在于，太阳能控制器(2)采用如权利要求1所述的方法对太阳能锂电池(3)的输出功率进行控制。