图1 LED太阳能路灯系统的构成
（二）太阳能LED路灯工作原理
系统工作原理：太阳能LED路灯在白天通过太阳能电池组件“光生伏特效应”采集太阳光的能量，并将其转化为电能存储起来，即向蓄电池充电，在晚上光线较暗时由蓄电池经路灯控制处理器控制，点亮LED灯用于路灯照明，在夜深时由太阳能智能控制器控制其关闭。
（三）LED灯具介绍
LED外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。按照不同半导体基本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的，发光二极管的实质性结构是P—N结，在半导体P—N结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发光复合就是发光二极管的工作机理。半导体P—N结发光实质为固体发光，而各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果，白光LED通常是在发射蓝光的InGaN基材上涂荧光材料，荧光材料在受到蓝光激励时会发出黄光，蓝光和黄光的混合物形成白光。
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超高亮白光LED应用于太阳能灯具，单个束光型超高亮度LED发光管其产生的光线方向性太强，综合视觉效果较差，因此应首选平光型超高亮LED或平光型与束光型超高亮LED组合使用，将多个LED集中于一起，排列组合成一定规则的LED发光源。超高亮白光LED发光源既要保证有一定的照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为17.5mA 。
超高亮白光LED发光源具有如下优点 ：
1.寿命长。LED的寿命长达100000h，而白炽灯的寿命一般不超过2000 h，荧光灯的寿命也不过5000 h左右。
2.效率高。相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED的功耗只有前者的10％～20％。
3.绿色环保。与广泛使用的第二代照明荧光灯相比，LED不含汞、无频闪，是一种环保光源。
4.耐低温。环境使用温度在一40℃～80℃ ，环境适应性非常强[7]。
5.LED灯输出功率调节。在太阳能应用的灯具当中，LED灯是最适合通过脉宽调节来实现输出不同的功率。限制脉宽或者限制电流的同时，对LED灯整个输出的占空比进行调节，经长期试验证明，脉宽调节方式的LED灯，整灯产生的热量要小的多，能够延长LED的使用寿命。
LED由于自身的特性，必须要通过技术手段对其进行恒流或限流，否则无法正常使用。常见的LED灯都是通过另加一个驱动电源来实现对LED灯的恒流，但是这个驱动却占到整个灯总功率的10％-20％左右，在计算电池板功率和蓄电池容量的时候，必须多加10％－20％来满足驱动所造成的功耗。工业版控制器通过软件进行无功耗恒流，稳定性高，降低了整体功耗。
三、太阳能LED路灯系统分析
（一）LED路灯系统电路图
根据各部分电路的功能不同，LED路灯系统电路可以分为以下几个部分，太阳能电池板组件、过充过放电控制电路、STC12C2051单片机、蓄电池、时控光控电路、
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LED灯和时间显示电路。系统电路图如图2所示。由太阳能电池板通过7805稳压
电路为单片机供电，并通过为蓄电池充电，当蓄电池电压较低时其容量损耗得很快，使用寿命也会缩减，为延长蓄电池的寿命，要防止蓄电池出现过充或过放，因此本电路加的有过充过放控制电路。
太阳能电池 充放电控制器 智能控制器 LED路灯负载
太阳能 蓄电池 图2 系统电路图
（二） 太阳能电池组件
在新能源中，公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能发电。将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，可分为两类：一类是太阳能热电直接转换；另一类是太阳能热动力发电，是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本构成包括集热装置、储能系统、热机和发电机等。
(1) 太阳能光发电：直接将太阳的光能转换成电能的利用方式，可分为光伏发电、光感应发电、光化学发电和光生物发电。目前应用的光伏发电，是根据“光生伏特”效应直接将照射到太阳能电池上的光能转换成电能输出，一般由太阳能电池方阵及支架、蓄电池、控制器、逆变器等部分组成。其缺点是：能量密度底、转化效率底、受自然条件和气候环境因素影响大、初始投资高和间歇性工作。目前，光伏发电主要用于三大方面：为无电场合提供电源；太阳能日用电子产品(太阳能充电器、太阳能灯具等)；并网发电。
(2)太阳能电池板分为晶体硅（包括单、多晶硅）电池组件、非晶硅薄膜电池组件及砷化镓电池组件。
为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。通过Hay模型的计算，可以得到的不同倾角平面的月平均太阳辐照量变化。
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（三）蓄电池
蓄电池组是太阳能LED路灯系统的储能装置，其作用是将白天有日照时发出的电能储存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间和供电量，目前常用的是铅酸蓄电池。
蓄电池是一种化学电源，它将直流电能转变为化学能储存起来。需要时再把化学能转变为电能释放出来，由于光伏系统的功率输出每天都在变化，在日照不足发电很少或需要维修光伏系统时，蓄电池也能够提供相对稳定的电能，因此在太阳能LED路灯系统中，蓄电池对系统产生的电能起着储存和调节作用。
LED路灯系统采用铅酸免维护蓄电池，不需专门的维护；即便倾倒电解液也不会溢出，不向空气中排放氢气和酸雾；安全性能更好。
（四）太阳能控制器
太阳能控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，太阳能LED路灯系统控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制， 而且还对蓄电池有过充放保护作用。过充控制，就是在蓄电池处于过充状态时断开充电电路，过放控制电路就是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。
太阳能LED路灯系统控制器选择时要特别注意其额定工作电流必须同时大于太阳电池组件的短路电流和负载的最大工作电流。
（五）照明负载（LED灯具）
由于LED是直流供电器件，很容易制成直流灯具，广泛应用于直流系统，如太阳能灯具产品。超高亮白光LED应用于太阳能灯具，单个束光型超高亮度LED发光管其产生的光线方向性太强，综合视觉效果较差，因此应首选平光型超高亮LED或平光型与束光型超高亮LED组合使用，将多个LED集中于一起，排列组合成一定规则的LED发光源。
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四、太阳能LED路灯系统的设计
（一） LED系统设计要求
一个设计得好的太阳能LED路灯系统，其设计标准为： 1.能稳定、可靠的给计划负载（LED灯源）供电；
2.根据使用地的地理位置、辐射条件选择好方阵的最佳倾角，以使太阳能电池板获得最佳的辐射度，并在一年中有时间上的均匀性；
3.太阳能电池方阵和蓄电池的选配是优化经济的； 4. LED路灯系统的整体设计安全可靠（抗风和防雷）； 5.尽量延长提高LED路灯系统蓄电池寿命；
（二）LED系统设计思路
1.太阳能辐照度和LED灯距的计算。
2.太阳能电池板功率及容量和蓄电池组容量的计算和选用。 3.蓄电池电量、充放电控制和充放电状态显示。 4.连续阴雨天三天LED路灯仍能照明。
5.光线暗时路灯自动点亮，为节省电能晚上24点熄灭，早上5点路灯点亮，早上光线强时路灯自动熄灭（开关灯时间点可调）。
6. LED路灯系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。 7. LED路灯系统的抗风和防雷击能力。
8. LED路灯系统地基及蓄电池安装（考虑北方冬天的冻土及防水）。
（三）LED系统设计原理
太阳能LED路灯系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。
太阳能LED路灯系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的容量。同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地减少系统成本。
太阳能LED路灯系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型，支架设计，电缆的选择，控制系统的设计、防雷设计、照明和照度设计等。
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