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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能型太陽(yáng)能路燈控制器的應(yīng)用研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 太陽(yáng)能路燈的環(huán)保效益是非常明顯的,太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用能有效緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題。因此，研制網(wǎng)絡(luò)化、智能化太陽(yáng)能路燈控制器對(duì)綠色照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本控制器要根據(jù)太陽(yáng)能電池、蓄電池、光源等部件特性和環(huán)境光線的變化進(jìn)行智能充放電控制；還可根據(jù)季節(jié)、環(huán)境、光線變化等因素決定定時(shí)點(diǎn)亮等不同智能工作模式；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能支持區(qū)域太陽(yáng)能路燈的網(wǎng)絡(luò)化智能管理與控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷等。
- 詳細(xì)介紹：
- 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的電氣部分一般主要由四大部分組成：太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能陽(yáng)能路燈控制器、蓄電池和照明燈具。 當(dāng)外外界光照條件符合要求時(shí)，太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)光照射將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，經(jīng)過(guò)控制器給蓄電池充電；當(dāng)光照條件變化，如黑夜或者自然照明條件差的情況下，路燈控制器將蓄電池存儲(chǔ)的電能經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換提供給照明燈具進(jìn)行照明。由此可見(jiàn)，太陽(yáng)能路燈控制器在整個(gè)路燈的運(yùn)行過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。 太陽(yáng)能路燈控制控制器是太陽(yáng)能路燈的核心部件，本課題的重點(diǎn)研究其實(shí)現(xiàn)智能化的應(yīng)用研究。太陽(yáng)能路燈控制其的智能化主要表現(xiàn)兩個(gè)方面： (1)控制器的研究。MPPT控制器，即“最大功率點(diǎn)跟蹤”（Maximum Power Point Tracking）控制器的智能化應(yīng)用研究。 (2) 太陽(yáng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)，即蓄電池充放電控制系統(tǒng)的智能化應(yīng)用研究。Cuk變換器同時(shí)具有升壓和降壓功能，將Cuk變換器應(yīng)用于光伏系統(tǒng)充電控制器中，可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，有利于系統(tǒng)效率的提高。 在目前的MPPT方法中，固定電壓、固定電流法雖然控制上比較簡(jiǎn)單，但是需要額外的光伏器件以獲取控制所需的開(kāi)路電壓和短路電流，這樣做會(huì)增加成本。而且由于采樣用器件與受控器件的特性差異，這種方法的控制精度差、光電轉(zhuǎn)換效率低，僅適用于小功率場(chǎng)合。擾動(dòng)觀察法和增加電導(dǎo)法這兩種方法雖然轉(zhuǎn)換效率高，但是MPPT電路功率開(kāi)關(guān)的占空比調(diào)節(jié)量Δd為定值，在最大功率點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)較大的功率振蕩。 充電控制器作為光伏電池給蓄電池充電的充電電路，在實(shí)現(xiàn)MPPT工作的同時(shí)，還需要對(duì)蓄電池充電進(jìn)行控制。主電路拓?fù)渲饕校築uck變換器、Boost變換器、Cuk變換器。而對(duì)于太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)一般輸出電壓波動(dòng)較大，而B(niǎo)uck變換器或Boost變換器只能實(shí)現(xiàn)單純的太陽(yáng)能電池電壓的上升或者下降，因此假如采用這兩種電路，光伏電池不能在大范圍內(nèi)完全工作于最大功率點(diǎn)，這樣就間接地造成系統(tǒng)效率下降。再者，Buck變換器輸入電流紋波較大假如輸入端不加儲(chǔ)能電容就會(huì)使系統(tǒng)輸出電流在斷續(xù)狀態(tài)下，導(dǎo)致光伏電池輸出電流斷續(xù)，從而影響蓄電池的工作壽命；假如采用Boost變換器，者輸出電流紋波較大，用此電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，容易引起電池溫度上升，嚴(yán)重影響蓄電池使用壽命；本文采用Cuk變換器，它同時(shí)具有升壓和降壓功能，Cuk變換器應(yīng)用于太陽(yáng)能路燈的充電控制器中，可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，大大提高系統(tǒng)效率。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 太陽(yáng)能路燈的環(huán)保效益是非常明顯的,太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用能有效緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題。因此，研制網(wǎng)絡(luò)化、智能化太陽(yáng)能路燈控制器對(duì)綠色照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義?？刂破饕鶕?jù)太陽(yáng)能電池、蓄電池、光源等部件特性和環(huán)境光線的變化進(jìn)行智能充放電控制；還可根據(jù)季節(jié)、環(huán)境、光線變化等因素決定定時(shí)點(diǎn)亮等不同智能工作模式；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能支持區(qū)域太陽(yáng)能路燈的網(wǎng)絡(luò)化智能管理與控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷等。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前我國(guó)在太陽(yáng)能電池、LED光源技術(shù)方面在世界上已經(jīng)占有一席之地，但業(yè)內(nèi)采用的控制器多是簡(jiǎn)易的非智能控制器，制約著太陽(yáng)能路燈的技術(shù)升級(jí)和推廣應(yīng)用。特別是目前太陽(yáng)能路燈控制器可靠性不高、缺乏智能的充放電能量管理、缺乏網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與管理技術(shù)支持，使得太陽(yáng)能路燈的可靠性、成本、智能化以及使用效率不很理想，限制了太陽(yáng)能路燈的推廣。本作品控制器能根據(jù)太陽(yáng)能電池、蓄電池、光源等部件的特性和環(huán)境光線的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)智能充放電控制；根據(jù)季節(jié)、環(huán)境、光線的變化等因素決定同時(shí)、分時(shí)點(diǎn)亮及單獨(dú)定時(shí)等不同智能工作模式；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能支持區(qū)域太陽(yáng)能路燈的網(wǎng)絡(luò)化智能管理與控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷等。提高太陽(yáng)能控制器的穩(wěn)定性、智能性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)轉(zhuǎn)讓，聯(lián)合生產(chǎn)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像 、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 此太陽(yáng)能路燈具有網(wǎng)絡(luò)化智能管理與控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷等功能，能夠充分已儲(chǔ)存的電能，集約化的應(yīng)用，可以路燈的設(shè)備故障率降低，提高了現(xiàn)有太陽(yáng)能路燈的智能化管理水平。 該設(shè)備成為現(xiàn)有路燈的很好的替代產(chǎn)品，在未來(lái)的城市路燈工程改造將有很好的市場(chǎng)空間。同時(shí)自2009年以來(lái)，全國(guó)各地先后出臺(tái)相關(guān)政策，支持太陽(yáng)能燈的示范與推廣應(yīng)用。
同類課題研究水平概述
- 新能源技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)能源研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。而做為新能源之一的太陽(yáng)能光伏技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)在世界發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也迅速增長(zhǎng)。在當(dāng)今能源短缺的現(xiàn)狀下，各國(guó)都加緊了發(fā)展光伏的步伐。美國(guó)提出“太陽(yáng)能先導(dǎo)計(jì)劃”意在降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達(dá)到商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)的水平；日本也提出了在2020年達(dá)到28GW的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會(huì)提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，各國(guó)政府對(duì)光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高。2009年全球新裝置的太陽(yáng)能發(fā)電容量為7.2GW，其中歐盟就占了5.8GW。至于德國(guó)，由于第4季需求大增，全年新增的太陽(yáng)能發(fā)電容量有3.8GW，約占全球的1/2。 由于太陽(yáng)能燈與生俱來(lái)的種種優(yōu)勢(shì)，其必將會(huì)成為照明行業(yè)的新寵。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，節(jié)能環(huán)保的太陽(yáng)能路燈將是燈具發(fā)展的方向之一，很多企業(yè)也紛紛投入了大量的技術(shù)和資金開(kāi)發(fā)這一新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)有關(guān)方面估計(jì)中國(guó)現(xiàn)有路燈總數(shù)大約在一億盞以上，并以每年20%的速度遞增，假設(shè)這一億盞路燈可以折合成為6000萬(wàn)盞250瓦的路燈，如果這6000萬(wàn)盞路燈全部改為太陽(yáng)能路燈，那么可以節(jié)約1500萬(wàn)千瓦的功率。假如每盞路燈每天工作12個(gè)小時(shí)，那么1年內(nèi)可以節(jié)約657億度電。而三峽水電站在2007年的發(fā)電總量為616億度電。因此，把全國(guó)的路燈改為太陽(yáng)能路燈后所節(jié)省的電量將超過(guò)三峽水電站一年的發(fā)電量。這是一個(gè)驚人的數(shù)字。 我國(guó)目前在LED光源技術(shù)、太陽(yáng)能電池等方面的研究在世界上處于前列，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。但太陽(yáng)能路燈核心部件之一的太陽(yáng)能路燈控制器的研究有待進(jìn)一步深入。以德國(guó)PhocoS公司為代表的國(guó)外高端產(chǎn)品，利用先進(jìn)的IT技術(shù)，并根據(jù)外部光線的變化，控制由太陽(yáng)能電池、光源和蓄電池組成的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的充放電過(guò)程，智能性比較高。同時(shí)產(chǎn)品還具有短路、過(guò)載等安全功能，實(shí)用價(jià)值較高。 而國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)品由于研發(fā)起步較比較晚，所生產(chǎn)的控制器只具有基本的充放電控制與管理功能，不能滿足行業(yè)快速發(fā)展的需求。目前生產(chǎn)的控制器多是簡(jiǎn)易的非智能控制器，嚴(yán)重制約了太陽(yáng)能相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用。太陽(yáng)能路燈產(chǎn)品的可靠性、成本、智能化以及使用效率不很理想。因此有必要進(jìn)一步提高太陽(yáng)能路燈控制器的穩(wěn)定性、智能性。
