[發明專利]一種具有太陽能最大功率跟蹤控制的智能調光LED

在審

• 申請號: 201710667127.2
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107484292A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 伍啟安;譚國振;陳東風
• 申請（專利權）人: 廣東電力士照明科技有限公司
• 主分類號: H05B33/08
• 分類號: H05B33/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 倫榮彪

技術領域

本發明涉及一種應用于太陽能光伏照明的領域，尤其涉及一種可廣泛適用在太陽能發電系統、室外照明等領域并集成智能控制和節能高效的具有太陽能最大功率跟蹤控制的智能調光LED。

背景技術

未來5 年，我國對能源需求快速增長和節能減排指標的迅速提高不僅是經濟社會發展的壓力，還是新能源產業發展的巨大動力。作為新能源領域的重要產業，太陽能產業必將在未來低碳革命中扮演主要角色。作為同時橫跨“新能源”和“節能環保”兩大產業的太陽能產業將成為未來新投資的最大受益者 。太陽能照明使用光控＋時控的自動控制方式，無需人工管理，后期管理費用很低。

太陽能電力是絕對環保的，永無枯竭的危險。太陽能電力不受資源分布區域的限制，可以在用電區就近發電，哪里需要，就在哪里發電。不需要供、配電系統，無需開溝、埋電纜，無需增容和附加系統，既方便又節約，施工周期很短。

當前，結合太陽能光伏發電系統而出現的光伏照明系統多采用多控制器結合控制的方式實現照明，也就是說通過太陽能光伏發電控制器+逆變器+照明控制器+光源驅動電源的方式，此種方式效率低下，當太陽能電池板發電通過光伏控制器到蓄電、電能從蓄電池通過逆變器到照明控制器的過程、控制器到光源鎮流器的過程均存在損耗，從而降低了能源的利用效。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有太陽能最大功率跟蹤控制的智能調光LED，該具有太陽能最大功率跟蹤控制的智能調光LED針對太陽能系統中擾動觀察法的缺點，把固定電壓法、變步長與擾動觀察法相結合得到的一種有效的復合MPPT算法，提高系統穩定性與轉換效率，能克服在最大功率點附近存在系統震蕩，減少了系統輸出效率；在光線環境變化劇烈的情況下容易產生跟蹤失敗的問題，該復合MPPT算法能解決現有太陽能發電系統（太陽能控制器）中使用的傳統MPPT算法引致的的精度低下、成本高、不穩定等問題，相比傳統算法的光伏控制器，性能提高15%以上，故障率降低20%，在高轉換效率的同時降低成本；同時由于采用集中控制的方式，折合單個控制器的成本比原有傳統控制器降低20%到50%；另外把把光伏控制器、LED控制器、通信模塊通過單一32位MCU單元進行集中控制和管理，減少中間環節，提高蓄電池使用效率在10%以上，同時減去逆變器，在節省成本的基礎上降低了故障率，提高轉換效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種具有太陽能最大功率跟蹤控制的智能調光LED，包括32位MCU、由32位MCU統一集中控制管理的光伏控制器、LED控制器、LED電源，還包括與32位MCU連接的通信模塊、與光伏控制器連接的太陽能電池模塊、與LED電源連接的LED、連接于光伏控制器和LED電源之間的蓄電池，光伏控制器與LED控制器之間及LED控制器與LED電源之間均為相互連接；32位MCU基于由固定電壓法、變步長與擾動觀察法相結合的復合MPPT算法進行統一集中控制管理；通信模塊采用感光傳感器、DALI總線和GPRS總線控制的方式。

對于太陽能 最大功率追蹤的原理為：在日照時，32位MCU 通過電壓電流檢測電路采集到的模擬信號經A/D 端口送入單片機進行復合MPPT 算法分析后，單片機脈寬調制模塊輸出PWM（脈寬調制）脈沖去控制驅動模塊，來調節DC/DC 變換器中絕緣柵雙極型場效應管的通斷，實現對太陽能電池模塊輸出電壓及電流的控制，從而調節太陽能電池模塊輸出功率，這個過程反復進行直到系統工作在最大功率點。

進一步的，所述復合MPPT 算法的算法步驟為：

首先利用固定電壓法，根據光伏電池開路電壓算出最大功率參考點，然后在以最大功率參考點來進行分段，并且在擾動觀察法的基礎上采用變步長算法，來改善搜索速度和搜索范圍;反之當工作點位于最大功率參考點右側較遠時，電壓以一個較大步長的擾動量減小電壓，從而實現太陽能最大功率點的跟蹤。

進一步的，所述的32位MCU采用上位機指令的方式實現多種照明系統的調光形式，結合DALI總線協議，GPRS通信協議，根據需要，合理利用能源，延長照明時間，達到智能控制的效果。

該LED在啟動前以及過程中32位MCU 接收上位機信息，確定照明要求，采取全功率工作，定時調光、實時調光、人體感應調光的方式來實現燈光控制，同時監控照明系統工作狀態，若檢測到LED 故障則切斷整個LED供電并傳回故障碼；LED工作過程中，通過32位MCU 以及相關放大電路，減少期間電能的損耗。