PV-LED公路隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路隧道數(shù)量和里程的不斷攀升，隧道照明能耗過大的問題越來越受到人們的關(guān)注。而采用光伏照明是解決該問題的主要方法之一。通常光伏照明系統(tǒng)會(huì)由于負(fù)載的需求而使用逆變器，但隨之會(huì)增加能量損耗和系統(tǒng)成本。近年來，LED光源在技術(shù)上取得了重大突破，使光伏照明系統(tǒng)能夠摒棄逆變器，實(shí)現(xiàn)光伏組件直接驅(qū)動(dòng)LED光源。本文在陜西省工業(yè)領(lǐng)域重大科技成果產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目支持下完成。針對(duì)隧道照明能耗大的難題，結(jié)合光伏電源與LED光源直流特性相匹配的特

2、點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套PV-LED（Photovoltaic-Light Emitting Diode，光伏發(fā)電直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管）公路隧道照明系統(tǒng)。全文工作可總結(jié)為以下五個(gè)方面:
　　(1) PV-LED隧道照明系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
　　在隧道進(jìn)出口段，設(shè)計(jì)了光伏組件直接驅(qū)動(dòng)LED光源的加強(qiáng)照明方案，可使加強(qiáng)照明的亮度與隧道外太陽光照強(qiáng)度同步變化，有效解決了“黑洞”和“白洞”問題。且無需使用蓄電池和逆變器，大幅降低了一次性投入成本和使

3、用成本。另外，為滿足基本照明24小時(shí)連續(xù)工作的要求，設(shè)計(jì)了基本照明方案，即光伏組件白天直接給LED供電，同時(shí)將多余電量?jī)?chǔ)存至蓄電池中，以備陰天和夜晚給LED供電。該總體方案實(shí)現(xiàn)了隧道照明的全覆蓋，尤其使得大量處于偏遠(yuǎn)山區(qū)無市電的隧道也能實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)照明和基本照明。
　　(2)蓄電池充電控制器設(shè)計(jì)
　　不當(dāng)?shù)某潆姺绞綍?huì)嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命，故采用了一種融合最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking

4、，MPPT)充電、恒壓充電和浮充電三個(gè)階段的智能充電方法。通過分析現(xiàn)有MPPT算法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，提出了切線式電導(dǎo)增量算法，有效解決了傳統(tǒng)電導(dǎo)增量算法對(duì)光伏組件最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)電壓變化步長選取困難的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所采用的智能充電方法控制效果良好，優(yōu)于傳統(tǒng)充電方法。
　　(3) LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
　　為滿足LED基本照明燈組亮度不變的工作要求，設(shè)計(jì)了基于SMD802的LED恒流驅(qū)動(dòng)電路。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于輕載態(tài)延

5、長LED使用壽命的方法，通過從熱源減少熱量的產(chǎn)生，進(jìn)而降低結(jié)溫，延長其使用壽命。實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo)表明，該方法可使LED壽命約延長至1.2倍。
　　(4)太陽能單軸跟蹤器設(shè)計(jì)
　　處于懸崖峭壁中的隧道，因安裝光伏組件的空間面積十分有限，無法滿足照明功率的要求。針對(duì)此情況，設(shè)計(jì)了一種太陽能單軸跟蹤器。通過閉環(huán)控制調(diào)整光伏組件的方位角使之對(duì)準(zhǔn)太陽，從而增加光伏組件的輸出功率。
　　(5)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與工程設(shè)計(jì)
　　通過實(shí)驗(yàn)數(shù)