智能小区不只是高科技的运用，更重视节能和环保，本太阳能路灯照明体系在一般太阳能路灯的基础上进一步进行了优化，选用了LED 光源和超级电容，充电功率更高，元件寿数更长，比一般太阳能路灯愈加节能和环保。本太阳能路灯体系主要由光伏电池极板、储能电池、超级电容器、照明灯具和操控器等几个部分构成。
1 照明灯具及操控方法的规划
1.1 照明灯具的规划
传统的照明灯具功率低，如白炽灯、卤钨灯等，不合适智能建筑节能理念，各种照明光源的功用比较如表1 所示。白光超高亮度的LED 灯具，光效为45 lm/W，尽管不高，可是宣布的光线都在可见光范围内，合适用于照明光源。LED 灯具寿数长，可达100 000 h 以上，能够有用削减灯具废物。别的，LED 由低压直流电源供电，愈加安全，而且合适频频开、关。因而太阳能照明体系挑选了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 灯具，其光效能够达450 lm/W，相当于50 W 的白炽灯，能够到达杰出的照明作用。
1.2 照明灯具的操控方法
太阳能照明灯具的开、关操控方法主要有两种： 守时操控和光照操控。
守时操控是设定每天的开、关灯时刻后由体系自动操控，可是跟着时节的改动需求不断调整设守时刻，不然就会呈现天亮不亮灯，天亮不熄灯的情况，形成动力糟蹋。光照操控是体系经过检测光照度来开、照顾明灯具，如光照度低于10 lx时开灯，高于10 lx 时熄灯，这样既能满意用户的需求，又能节省电能，契合智能建筑的理念。所以体系照明灯具的开、关选用光照操控方法。
光照操控方法的作业时刻和本地的纬度及当天的太阳赤纬角有关，而且日出前半小时和日落前半小时，天空的余光满意照明，能够不开路灯，这样每天能够少开灯1 h。智能小区坐落东纬116. 84°、北纬38. 31°的方位，本地区光照操控路灯在冬至时作业时刻最长为12 h，夏至时作业时刻最短为9h。能够看出，光照太阳能路灯作业时刻改动不是太大，能够认为是均衡性负载，其对太阳电池板倾角的影响不大。
2 太阳电池
2.1 太阳电池板最佳倾角的确认
太阳电池板要朝向赤道装置，一般面向正南或略微偏西，而且相对地平面应有必定的倾角，即太阳电池板倾角。由于太阳光的照耀视点随时刻的改动而改动，使得固定倾角下的太阳电池板接纳的太阳能量也随之改动，所以太阳电池板倾角的确认对整个体系来说至关重要，在太阳能路灯体系优化规划中，要依据负载情况、当地气候情况和经纬度来确认太阳电池板的最佳倾角，使其接纳的太阳光全年均匀量最大。本体系负载近似为均衡性负载，太阳电池板最佳倾角的确认选用了世界盛行的“全年均衡冬天最大”的接纳太阳能辐射量的光伏体系规划准则。即在确保全年电池板日照量均衡的前提下，最佳倾角使冬天日照量尽量到达最大，以进步体系在太阳辐射较弱月份的发电量，满意蓄电池均衡充电和负载的需求。
以沧州市区曩昔10 ～ 20 年的气候资料数据为依据，能够运用天空散射辐射各向异性的模型，算出太阳能电池板不同倾角时所接纳到的太阳辐照量，结合“全年均衡冬天最大”理论，能够确认太阳电池板倾角取本地纬度38°即可。由于夏日小倾角的电池板接纳到的太阳辐照量大，冬天大倾角的电池板接纳到的太阳辐照量大，所以能够在38°倾角基础上恰当添加5° ～ 10°，作用会更好，而且有利于积雪滑落，减小保护作业量。本体系太阳电池板倾角取43°。
2.2 太阳电池组容量的确认
LED 的功率为10 W，每天作业12 h; 设太阳电池的功率为WS，功率为40%，留20% 的余量，每天日照作业时刻为5 h，则有：
WS × 5 h × 40% ÷ 120% = 10 W × 12 h
解得WS = 72 W为了满意蓄电池的储能要求，太阳电池组功率挑选要大些，体系挑选12 V、100 W 的太阳电池组。
3 蓄电池组及超级电容的挑选
现在来说大容量、价格便宜的储能器材仍是铅酸蓄电池，尽管超级电容长处许多，可是其储能量关于太阳能路灯体系来说，敷衍接连的阴雨天仍是不容易完成的。不过超级电容器能够辅佐蓄电池更好地进行作业，超级电容和蓄电池组成储能元器材，能够进步充电功率，延伸蓄电池的寿数，进步体系的供电牢靠性。其结构如图1所示。
图1 太阳能路灯体系的结构
3.1 蓄电池组容量的挑选
在太阳能路灯体系中，蓄电池是储能设备，其容量巨细直接关系到照明时刻的长短，对蓄电池组挑选的依据主要是额外电压和额外容量。蓄电池容量的核算公式为：
式中，C 为蓄电池组容量，单位为A·h; D 为最长无日照用电天数，取6 天； F 为蓄电池组放电功率的批改系数，一般取1. 05; Q 为日用电量，单位为W·h，本体系取120 W·h; L 为蓄电池组充放电功率，一般取0. 9; U 为蓄电池组的放电深度，一般取0. 6; Ka为线路丢失，一般取0. 98; Vt为体系作业电压，取12 V。
依据公式算出蓄电池组容量C = 120 A·h，能够挑选120 A·h /12 V 的单体蓄电池一只。
负载的日耗电量为10 W × 12 h = 120 W·h，即10 A·h，120 A·h 蓄电池能够供给12 天的用电量，依照放电深度为0. 6，则能够运用7 天。实际运用中接连7 个阴雨天太阳能路灯能够正常照明。
3.2 超级电容的挑选
超级电容器是一种新式储能元器材，它是以双电层为原理，选用多孔碳资料为电极的EDLC超级电容，具有大至数千法的电容量，其功用介于传统充电电池和一般电容器之间，能够在很短的时刻内充溢电，一起又如其他充电电池一般可储存很多电能。放电时使用移动导体间的电子（ 而不依托化学反应） 开释电流，从而为灯具供给电源。可是现在来说其价格太高，大容量供电不易完成，只能用来辅佐蓄电池。
太阳电池的输出功率随气候的改动而改动，这种不安稳的充电电流影响了蓄电池寿数，无形中会进步体系本钱，形成更多的环境污染。所以体系规划了超级电容这种能够快速充电、放电的中心元件。特别是在太阳光照耀不强时，操控体系把太阳电池输出的不安稳的电能存储在超级电容器里边，充溢之后再以恒定电流给蓄电池充电，这样能够进步蓄电池的寿数，一起超级电容的储能也能够在接连的阴雨天为路灯供给更多的能量，添加照明时刻。
超级电容充电时刻能够用下面公式核算：
式中，C 为电容器的额外容量； dv 为电容器作业电压改动； I 为电容器充电电流； t 为电容器充电时刻。
依据式（1） ，13. 5 V、480 F 的电容器充电时刻为（ 充电电流为10 A）：
能够看出其充电时刻是很短的，便于体系快速充电。
超级电容的放电时刻由公式：
得到：
假如放电截止电压为3. 5V，则放电时刻为：
由式（2） 能够看出，超级电容器的储能对负载放电能够到达1. 6 h，延伸了体系的供电时刻。
4 太阳能操控器的规划
太阳能路灯体系作为一种小型光伏体系，其操控器自身损耗电流应小于额外作业电流的1%，体系操控器电路的规划都挑选了低功耗元器材，选用的是由集成运放构成的电压比较器作为操控电路，这种电路简略牢靠、保护便利、本钱低而且电路自身功耗也极低，是一种匹配性很好的电路。这种电路的关键是针对蓄电池的充放电特性规划一个比较好的电压回差，一起元器材的挑选要牢靠，再加上发光二极管构成的充放电状况指示电路，便成了一个具有实用功用的操控器电路，具有防蓄电池过放电、过充电功用。
操控体系在光伏操控器和充电操控器基础上添加了超级电容，跨接在直流母线和地线之间，以便安稳直流母线的电压，并缓冲光电池供给的过大能量，然后放电给蓄电池，再供给给负载。
光伏操控器在规划时一般选用升压电路，发生比光伏电池板两头更高的电压，以利于向蓄电池充电，一起也克服了传统电路中防倒灌二极管将蓄电池电压钳位在12 V 的坏处。但当光照缺乏时，若要使蓄电池能够持续充电，该操控电路会导致光伏电池的作业点脱离最大功率输出点，会使得光伏路灯体系的发电功率下降。因而规划操控体系时需预设弱光段的阈值，以完成在弱光下能经过超级电容缓冲来确保蓄电池正常充电的意图。
若直接选用光伏电池对蓄电池充电，当光照较弱且存在其他搅扰要素时其输出电压会不安稳，导致光伏电池在充电时难以保持在充电最小电压上，最终导致体系在该光照范围内不能对蓄电池正常充电。体系经过选用超级电容，把阴地利太阳电池的不安稳的输出能量积蓄起来，比及满意必定的电压条件时，经过升压电路把超级电容中的能量开释到蓄电池，升压电路图如图2 所示。这种选用超级%&&&&&%的方法能够进步在太阳光照耀不强时的发电功率。
图2 充电升压电路
LED 的操控电路比较简略，直流驱动即可，且其寿数可达10 万h。可是，驱动电流的巨细在很大程度上影响着LED 的寿数，假如电流太大，则或许引起LED 光衰现象严峻，且寿数削减。故有必要合理规划其驱动电路，如图3 所示为用BUCK电路完成的LED 恒流操控电路。
