市电互补太阳能路灯 TYN036

太阳能光伏电力与市电互补照明系统设计中的技术关键已经不是太阳电池和蓄电池问题，而是市电在什么条件下切入、在什么位置切入；市电切入过程对不同种类光源的影响；在太阳能光伏电力与市电互补照明系统中自动开关灯的特点以及系统的日常管理等问题。

3.1市电切入的依据

在太阳能光伏电力与市电互补照明系统中，只有在太阳电池所提供的能量不足以驱动光源的情况下才能够让市电全人切入。如何判断太阳电池所提供的能量不足以驱动光源，是这个问题的关键。

检验蓄电池的端电压应该是*简单有效的方法。由于光源的功率是不变的，蓄电池的放电电流基本恒定，太阳能光伏系统的状态，尤其是其存储能量的大小，都可以反映在蓄电池的端电压上，所以可以通过检验蓄电池的端电压来控制市电的切入。对于铅酸蓄电池，12V系统一般选择当蓄电池电压降到11V时，天黑时路灯由太阳能光伏供电转移到市电；如果是24V系统，蓄电池电压降到22V时转移到市电。

3.2市电切入点的选择
太阳能光伏电力与市电互补照明系统主要有三种结构：

3.2.1蓄电池补充充电形式 
这种太阳能光伏电力与市电互补形式的特点是当连续阴雨天太阳能光伏电力不足时，由市电直接给蓄电池充电，蓄电池每天始终可以保持在电力充足的状态下，蓄电池的寿命可以得到很大的延长。这种太阳能光伏电力与市电互补形式在技术上的难点是市电切入时间的判断；在太阳能路灯的工作过程中，并不是只要存储能量不足时都需要由市电直接给蓄电池充电，这需要根据AC/DC充电器的容量、估计蓄电池缺电的多少、综合起来计算市电在白天切入的时间。当然，也可以设计成为可以在夜晚一边给蓄电池充电，一边同时给光源放电的形式，这样AC/DC充电器的容量就需要比较大，显然不合理。合理的方法是由单片计算机自动控制的，由一个容量尽可能小的AC/DC充电器给蓄电池补充充电，其方框图如图1所示，单片计算机在系统工作时不停的都蓄电池的电压和时间进行检测，当计算机判断这**太阳电池所发的电能不足以满足夜晚照明需要时，AC/DC充电器在适当的时间开始给蓄电池补充充电。这个系统的缺点是结构控制比较复杂，如果蓄电池出现故障，系统将不能够运行。

3.2.2低压直流光源切换
这是使用低压直流光源的太阳能灯的一种控制方法，如图2所示。当蓄电池的电压低到一定值以后系统直接转换到市电。这个系统比蓄电池补充充电形式可靠，这是因为它可以完全不依赖蓄电池工作，甚至当太阳能光伏系统出现故障时，太阳能路灯照样可以工作。它的AC/DC变换器的功率要求比较大，需要能够直接启动低压直流光源。

3.2.3高压交流光源切换
在太阳能路灯的光源中，*可靠的应该是传统的由220V交流电镇流器所组成的光源，这是因为220V交流电镇流器比低压直流电子镇流器的技术要成熟，220V交流电子镇流器的工作电流小，半导体元器件的发热也小，它的使用寿命比低压直流电子镇流器要长的多，所以图3中的高压交流光源切换太阳能路灯是可靠性*高的，建议在可靠性要求比较高的场合，使用这种系统。它的缺点是逆变器的存在降低了系统的效率，逆变器的效率在85%左右。

在图3中，特别要注意的是转换继电器的常闭触点要和市电连接，而继电器的电磁线圈一定要由蓄电池供电，这是由于市电系统比太阳能光伏发电系统的可靠性高，高可靠性系统一个处在可以优先进入的状态，一旦太阳能光伏发电系统由于连续阴雨天或者其它原因出现故障，市电将可靠进入连接状态。

3.3市电切入过程对光源的影响 
由于道路照明主要使用的气体放电灯，所以太阳能路灯所使用的主要也是气体放电灯。气体放电是指电流通过气体媒质时所发生的过程，利用气体放电原理制造的电光源就是气体放电灯。在气体放电灯内，自由电子被外加的电场加速，高速度运动的电子和气体原子碰撞以后电子的能量使得原子受到激发，受激发原子以辐射发光的形式释放出吸收的能量，这就是气体放电灯的基本工作原***体放电灯的点燃发光的过程就是气体被电场击穿，产生气体放电的过程，它的启动原理和普通白炽灯是不一样的。
比如，近年来特别被看好的陶瓷金卤灯，由于它发光效率高，显色性好颜色稳定，使用寿命长等优点，成为了太阳能路灯光源的**。陶瓷金卤灯熄灭以后，由于灯内的气体压力很高，原来0.5-5KV的启动电压就不可能将其顺利再次启动点燃。必须在陶瓷金卤灯的灯管冷却以后再次启动点燃。所以太阳能路灯的市电切入过程不是简单的继电器开关转换，而是比较复杂的控制过程，这样才能可靠地启动熄灭的路灯。
在有一些要求不高的场合，允许一定时间内道路上灯熄灭，可以采用延时切入市电的方法，当太阳能路灯需要切入市电时，首先让灯管冷却，温度可以由传感器测量，也可以根据季节或者环境温度以定时器的方法控制，延时切入市电。
有些情况下，道路是不允许路灯，这就需要用下面两个方法来控制市电切入。
**，可以用30-60KV的高电压启动熄灭的路灯。
**，在使用低压直流光源切换的系统中，可以在切换前提前进行由二极管隔离的双路直流供电，这样可以实现真正的“无缝隙”切换。如果是高压交流光源切换系统，就需要定制可以双路供电的交流220V电子镇流器。
3.4太阳电池和蓄电池容量的选择
由于太阳能光伏电力与市电互补形式的太阳能路灯不需要考虑连续阴雨天太阳光照不足的影响，太阳电池和蓄电池的容量都可以每天*小的要求计算。由于一年中不同的季节太阳电池的发电量是不同的，在我国南方，通常发电量*多的是7-10月份，*少的是2-4月份；太阳能光伏电力与市电互补形式的太阳能路灯只要按照发电量*多的是7-10月份计算就可以了。如果按照*少的是2-4月份，到7-10月份太阳电池发的电就会被浪费。蓄电池的容量，只需要满足**的电量就可以。为了满足蓄电池的寿命要求，放电深度不宜过深，应该不超过80%，具体到控制方法上，蓄电池电压在11V（对于12V系统）以上就要进行市电切入，市电切入在控制上应该是单向的，当天夜晚蓄电池电压无论怎样恢复，必须到天亮以后市电才能够退出，这样就可以确保蓄电池的放电深度。
3.5对实际节能效果的检测
采用太阳能光伏电力与市电互补照明系统以后会给人一个错觉，究竟这种太阳能路灯是否还是节能的？究竟每天还能够节省多少电？这个问题如果不能够解决，太阳能光伏电力与市电互补照明系统这个因地制宜的好方法很难得到认同和推广。
一种价格低廉、结构简单的太阳能光伏电量采集器可以统计出太阳电池每天的发电量，它甚至可以直接做在控制器里面。下面介绍电量采集器的结构原理：
基本结构组成
该采集器主要由太阳能电池组，电流电压转换电路，数字显示装置，单片机控制系统，蓄电系统五部分组成。其结构如下图4所示：

图4 电量采集器的结构图
其组成为：①太阳能电池组  ②I/V转换电路（霍耳传感器，功率放大器，电压表） ③V/V转换电路（衰减器）④数字显示装置  ⑤蓄电池组  ⑥稳压装置 ⑦单片机控制器
2．2工作过程
其工作过程为太阳能电池接收光照时，内部产生电流，对蓄电池充电，单片机通过稳压装置由蓄电池提供驱动电压，对太阳能电池产生的电量进行信号采集，由于单片机只能接收电压信号，且不能超过5V，所以在信号接收前由I/V,V/V转换电路把信号调至合适的电压，经内部运算处理，结果送数字显示装置显示电池发电总量。
3.6日常管理和自动报警系统
虽然太阳能光伏电力与市电互补太阳能路灯是在城市因地制宜应用太阳能光伏照明的好方法，克服了普通太阳能路灯的不足，系统的可靠性非常高，但是市电的可靠性有时候会掩盖了太阳能路灯的故障；也就是说，太阳能路灯坏了，管理者还不知道。所以我们应该对太阳能光伏电力与市电互补太阳能路灯的日常管理提出更高的要求；首先要配备一定的硬件设施。

在硬件设施中，*简单的的在路灯的明显位置安装太阳能光伏系统工作显示装置。通常是用绿颜色或者红颜色的LED在太阳能路灯顶端或者太阳电池板边沿组成显示器，表示太阳能路灯是由太阳能光伏系统提供电能的，否则说明系统已经切换到市电上了，这可能是由于太阳的辐射量不足，也可能是太阳能光伏发电系统出现故障。
由于太阳能光伏电力与市电互补太阳能路灯系统中有电力线路的存在，所以利用电力线载波对其进行日常管理和自动报警是*理想的方法。况且目前各种电力线载波通信模块已经比较成熟，价格也比较低，它和单片计算机可以很方便地组合成太阳能光伏电力与市电互补太阳能路灯系统中的日常管理和自动报警系统。