风光互补路灯控制器

一、风光互补路灯控制器概述

JWS-H-04系列风光互补路灯控制器（Wind and Solar Hybrid System, 简称WS-H），采用微电脑可编程控制器，是一种利用太阳能、风力或风光互补发电作为能源的智能化路灯系统，包括太阳能路灯和风光互补路灯。

    路灯是城市必备的公共设施，不可或缺。传统的路灯采用市电供电，除灯及灯杆外还需要埋设管道、敷设电缆，安装供电及控制开关等等，施工工作量大，运行费用高。 

随着环保、绿色经济理念的兴起，可再生能源技术及LED 光源技术不断的进步，利用太阳能、风能发电作为能源，LED 作为光源组成的风光互补路灯系统已逐步走向成熟。而随着风力发电机、太阳能光伏电池和储能蓄电池成本价格的降低，以及本专利所发明的量入为出能量管理理念，WS-H系统的成本价格已开始低于传统市电供电的路灯系统 ，加上其无须电缆、无需电费、维护简单、工程量小、运行费用低等优点，成为传统路灯的有力竞争者。

二、风光互补路灯控制器特点

和市电供电的稳定可靠不同，风光互补中的风力发电机及太阳能光伏电池的工作状态都是不稳定的。风速忽高忽低，发电机的转速忽快忽慢；光线忽强忽弱，发出的电力忽大忽小。甚至可能遭遇连续几十天的阴雨无风天气，蓄电池得不到足够的充电。而路灯却是每天都应该要亮的，这给风光互补路灯控制器带来极大的考验，这也是以前风光互补路灯控制器系统不能普遍推广的最重要的原因。

为解决上述问题，JWS-H-04系列路灯控制器采用了“开源节流”的控制理念，使得整个系统的运行成本大大降低，最大限度地获取风光能源，并实现了不管多长时间的阴雨无风，路灯天天都亮的设想。

开源

系统开源主要是尽可能地获得风力或太阳光的能量。

举例，J-200H型风力发电机风速4.5m/s时发电电压仅为约8.5V ，不够给蓄电池充电，但是此时发电机的输出功率有38W，对12V电瓶可以有3A的充电电流。

JWS-H-04系列路灯系统采用了MPPT（最大功率点跟踪）技术，可以充分利用这38W的功率给蓄电池充电，从而增加了系统对风能的获取。

节流

    本控制器的节流基于以下一些理由和事实：

    (1). 路灯的开启和关闭根据环境亮灯来控制，就是所谓的“光控”，可以节省电能消耗；

(2). 半夜后行人稀少，可以减半供应电能；

    (3). 路灯的亮度在设计时留有较大的余量；

(4). 人眼通过调节圆柱细胞圆锥细胞的使用量以及瞳孔的大小，有自动适应不同环境亮度的能力。

(5). 即使只有很微弱的光线，也比完全没有路灯好。

为此，本产品的“量入为出”模式采用了以下节流措施：

         光控开关，半夜减半，根据每天获得的电能决定路灯开启的亮度。

三、风光互补路灯控制器功能

• 风力发电机 MPPT 及保护

• 蓄电池充电管理及保护

• 每日充电电能计量及路灯亮度管理

• 路灯光控及半夜减半

• 2路LED 恒流输出

• 工作电压自动适应

最大输出功率点跟踪 MPPT 

发电机输出功率与风速有关，一定的风速在风叶上产生一定的机械能，该机械能转换的电能也是一定的。当控制器向发电机取用的电能大于发电机从风力得到的能量时，发电机能够输出的功率反而下降

JWS-H-04系列风光互补路灯控制器随时检测发电机的输出状态，并取用此输出状态下的最大输出电流向蓄电池充电。

蓄电池充电管理及保护 

• 蓄电池过度充电将对蓄电池造成损害，大大降低蓄电池的使用寿命。

• 蓄电池最佳的充电模式为：充电电压达到2.35V（6组电压14.1V）即为充足，然后以2.25V（6组电压13.5V）电压浮充。

• JWS-H-04系列风光互补路灯控制器设定控制器的最高充电输出电压为14.9V（12V系统，24V系统为29.8V，自适应），浮充电压为13.5V （12V系统，24V系统为27V，自适应）。 

蓄电池欠压保护 

蓄电池过度放电，同样将对蓄电池造成严重的损害，大大缩短蓄电池的使用寿命。

JWS-H-04系列风光互补路灯控制器的电能管理程序充分考虑了避免蓄电池的过度放电，当蓄电池电压下降到11V（12V系统，24V系统为22V）时将关闭路灯输出，同时风光互补路灯控制器系统将处于休眠状态，以尽可能地延长蓄电池的放电时间，保护蓄电池不被损坏。 

发电机超速保护 

当遇到大风（如台风）天气，风速可能超过发电机的额定转速，造成发电机机械构件的损坏，此时需要对发电机进行保护，使发电机减速或者刹车。

由于发电机的转速与输出电压具有确定的函数关系，当风光互补路灯控制器检测到发电机输出额定转速对应的电压时，即执行刹车程序。 

蓄电池缺失保护

系统工作中，蓄电池有可能缺失，因长期或短时无负载导致控制器内部电压过高而损坏。风光互补路灯控制器设置了最高电压保护，当蓄电池缺失电压过高时动作，保护控制器关键元器件的安全。

系统自动检测蓄电池状况，一旦蓄电池恢复，控制器即恢复正常工作。

每日充电电能计量及路灯亮度管理

JWS-H-04系列风光互补路灯控制器设有电压和电流传感器组成电能检测模块，对风力发电机、太阳能光伏电池的输出电压和电流以及蓄电池电压进行检测，根据各电压电流数据判断系统工作状况，并累计每日获得的风能太阳能。控制器根据每日获得的电能，决定今夜LED路灯使用消耗的功率，量入为出，从而保证路灯每天都能够点亮。

路灯光控及半夜减半

路灯光控及半夜减半曾经在城市路灯管理部门作为一项技术革新来研发和推广应用，目前时间控制式的路灯开关管理已基本被淘汰或即将被淘汰，所以JWS-H-04系列风光互补路灯控制器仅保留了光控开关的功能。

考虑到冬季路灯大约在17:30夏季在19:30开启，设定路灯在开启5小时后功率减半。

当天路灯的消耗能量即为前5小时全功率和半夜后5～8小时的半功率总和。

LED 恒流供电

在恒流供电的工作状况下，可以保证LED灯的亮度和工作寿命，为此LED灯具通常需要配用一个专用的恒流电源。

    JWS-H-04系列风光互补路灯控制器的路灯输出接口提供了恒流输出，可取代传统灯具所使用的恒流电源，从而节约灯具成本。

当采用多个LED作为灯具光源时，最好采用特性接近的LED并联组成同一个灯具，或者采用串联模式组成同一个灯具，多个LED叠加后的工作电压为13V（12V系统）或23V（24V系统）时效率最高。

现场编程

在风光互补路灯的实际应用中，系统的配置和工作参数不尽相同，例如

风力发电机MPPT功能是否启用

风力发电机MPPT功能的启动电压

LED灯具的开启模式（直开还是量入为出）

LED灯具的数量

LED工作电流

前半夜开灯时间

后半夜开灯时间

前半夜最小运行功率（量入为出模式下最大功率的百分比）

后半夜功率比例（前半夜运行功率的百分比）

JWS-H-04系列风光互补路灯控制器可通过其内置或外置式的编程器在现场对风光互补路灯控制器进行编程，对上述系统配置及工作参数进行设定。

四、JWS-H-04系列风光互补路灯控制器的配置

系统配置范围

• 工作电压              12V/24V 自适应

• 风力发电机            50W～200W（12V），100W～400W（24V）

• 太阳能电池            30W～150W（12V），60W～300W（24V）

• 蓄电池                20Ah～600Ah（12V）

• 路灯（LED）           10W～60W（12V），40W～100W（24V），2路

• 灯杆高度              3m～12m

典型路灯系统（风光互补路灯控制器）的建议配置：

标称功率（W）	30	60	100
LED功率（W）	35W/23V	2×35W/23V	3×35W/23V
光伏电池（W）	80	160	240
风力发电机（W）	100	200	300
蓄电池（AH/12V）	60	120	200
灯杆高度（m）	4～5	6～8	10～12