基于太阳能驱动的LED照明系统

　　0 引言

　　能源短缺是当今社会中的热点问题，它直接制约着经济和社会的发展，可再生能源的利用也就成了当今世界关注的焦点之一。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注，美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术。自“六五”以来我国政府也一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。同时，照明作为日常生活中不可缺少的一部分，成为了世界各国的一项重要的能源消耗，据统计照明用电占我国总发电量的10%以上，绿色节能照明的应用越来越受到重视。我国在1996年就提出了“绿色照明工程”，主要就是为了解决与照明相关的能源供应问题，新型的照明光源LED发光产品在照明和装饰领域逐渐受到世人的瞩目。

　　太阳能电池板和LED都是由半导体材料构成的，随着半导体材料技术的更加完善必将推动太阳能和LED的进一步发展。将太阳能和LED结合起来为节能照明技术提供了新的解决方案。

　　1 照明系统的总体结构

　　此系统由太阳能电池、蓄电池和LED照明系统三大部分组成。太阳能电池板将太阳能转变成电能，一部分用来给直流负载LED供电，另一部分储存在蓄电池中。当没有太阳光或者光线暗时，LED照明系统所需要的能量不够的部分由蓄电池提供。LED照明部分不仅可以实现昼夜照明，同时采用了自动调光技术，可以使室内的光线保持恒定。如图1所示，其中的控制器1采用的是Boost电路，实现太阳能电池板的最大功率点跟踪。控制器2采用的是双向DC—DC变换电路，实现对蓄电池的充放电控制。控制器3是LED灯的恒流驱动和PWM自动调光控制。下面将分别介绍各部分的工作原理。

　　2 太阳能的MPPT算法

　　太阳能电池的输出功率是周围外部环境(光照、温度)的非线性函数。图2为太阳能电池P-V特性曲线。当光线一定时，太阳能电池的输出功率存在唯一的最大功率点;当光线变化时，太阳能电池的输出功率也随着改变，光线增强最大功率增大。太阳能电池的输出功率特性曲线还与温度有关，温度升高最大功率降低。使光伏电池工作于最大功率点，是提高光伏电池的最有效途径。最常见的MPVF算法有：恒电压控制法，此方法虽然简单，但不适于温度变化比较大的地区。扰动观察法，在光线变化比较大时扰动观察法可能出现跟踪方向判断错误等问题。电导增量法的缺点是对传感器灵敏度要求较高，系统响应速度快从而造成硬件成本比较高。