摘  要：為了提高太陽能高壓氣體放電燈照明效率，延長照明時間，實現智能充放電控制、智能照明控制，提出一種新型太陽能高壓氣體放電燈照明控制系統。系統充電控制策略實現了最大功率點跟蹤技術和蓄電池三段式精確充電，照明控制策略采用變開關頻率控制和恒功率控制。硬件結構采用單級式逆變結構，減少了硬件成本開銷，提高了能量轉化率。實驗結果表明；該系統延長了蓄電池壽命及點燈時間，提高了電燈效率，效率達90％以上，使得太陽能高壓鈉燈照明系統智能、高效，穩定的運行。
關鍵詞：太陽能發電；高壓氣體放電燈；照明；最大功率點跟蹤；充放電

    太陽能以其無污染、穩定可靠和取之不盡、用之不竭的特點，成為當前新能源開發的一個重點。采用高壓氣體放電燈實現太陽能光伏照明，是目前應用最為廣泛的光伏照明技術之一。
    本文提出新型的太陽能路燈智能控制系統的硬件設計和軟件控制策略。系統采用單片機作為核心進行能量管理，通過采樣太陽能電池、蓄電池及燈具的電量，實現系統的自動控制和智能控制運行。控制策論包括：在充電環節中應用最大功率點跟蹤技術(maximum power point tracking，MPPT)最大限度地吸收太陽能功率，并采用三段式充電技術保證蓄電池的壽命和充電量。在放電環節中采用變頻輸出控制策略，達到高壓鈉燈電流可控的目的，實現高壓鈉燈照明的智能控制。硬件設計中采用全橋逆變(DC-AC)電路，配合燈具照明。

1 太陽能高壓鈉燈照明系統的組成
    本文提出的太陽能高壓鈉燈照明系統如圖1所示，系統由太陽能電池板(光伏陣列)、蓄電池、照明燈具和控制器組成。

    1)太陽能電池作為整個系統的能量源，在白天，進入充電狀態，充電過程采用PWM控制，控制系統不斷檢測光伏陣列和蓄電池的電量，在不同的充電策略中進行控制和切換。天黑時，太陽能電池板電壓低于設定值時，退出充電環節。
    2)蓄電池作為太陽能能量的儲存環節，白天通過充電電路將太陽能儲存在蓄電池中，晚上蓄電池通過全橋DC—AC電路向高壓鈉燈提供電能，此外，所有的控制電路所需電能都由蓄電池提供。
    3)照明燈具一般選擇壽命長、發光效率高的節能燈，本系統中采用高壓鈉燈。
    4)控制系統由單片機及其外部電路構成，通過對采樣結果的計算和判斷，控制整個系統的走向。

2 蓄電池充電策略
    為提高充電效率、延長蓄電池壽命，在對蓄電池進行充電時，采用了本文提出了基于MPPT的三段式充電控制策略，較好的解決了上述問題。

2．1 最大功率點跟蹤技術
    太陽能電池輸出特性具有非線性，且具有受光照熱流密度q和環境溫度影響嚴重的特點，輸出特性在不同光照強度下的曲線見圖2。

    為達到太陽能最大利用率，則需要采用最大功率點跟蹤技術(MPPT)。MPPT技術是對太陽能功率曲線的一階差分跟蹤，控制目標為，通過對功率曲線進行最大功率點跟蹤算法，使輸出功率最大。具體算法為：對太陽能電池電壓和電流進行采樣，求出輸出功率，并與上一周期計算得到的功率值進行比較，求出差分值，如果滿足

那么可以認為達到了最大功率點跟蹤。在最大功率點充電階段，當蓄電池電壓高于蓄電池可接受的最大功率點充電電壓沒定值時，表明太陽能輸出能力超出蓄電池接受能力，則退出最大功率點充電階段。

2．2 蓄電池的三段式充電
    蓄電池作為照明的直接電源，必須考慮到蓄電池容量和壽命衰減的問題，如何對蓄電池進行合理充電，盡可能保持蓄電池容量，提高壽命，就顯得十分重要。采用本文下面提出的三段式充電策略，可以很好的解決問題。
    1)快沖階段：快沖階段采用最大功率點跟蹤技術，最大限度地將太陽能轉化為化學能。當電壓高于轉換門限時，退出快沖階段，進入過沖階段。
    2)過充階段：在快沖階段給蓄電池一個較高的充電電壓，當充電電流小于轉換門限時，即蓄電池接近充滿時，退出過充階段，進入浮充階段。
    3)浮充階段：在浮充階段給蓄電池加一個適當的浮充電壓，實驗表明，在適當的浮充狀態下，對于一般免維護蓄電池，穩定工作壽命為6～lO a，若不加或者浮充電壓的偏差較大，都會使蓄電池壽命大大降低。

3 供電電路的設計
    放電電路采用單級式全橋DC—AC變換電路加高頻變壓器結構的設計，設計原理如圖3所示。

    供電電路以鉛酸蓄電池為電源，250 W高壓鈉燈為負載。蓄電池為直流源，3節串聯直流電壓范圍選在34～42 V之間供電。
    輸入輸出電壓關系為