随着经济的快速发展,公路隧道数量和里程的不断攀升,隧道照明能耗过大的问题越来越受到人们的关注。而采用光伏照明是解决该问题的主要方法之一。通常光伏照明系统会由于负载的需求而使用逆变器,但随之会增加能量损耗和系统成本。近年来,LED光源在技术上取得了重大突破,使光伏照明系统能够摒弃逆变器,实现光伏组件直接驱动LED光源。本文在陕西省工业领域重大科技成果产业化项目支持下完成。针对隧道照明能耗大的难题,结合光伏电源与LED光源直流特性相匹配的特点,设计了一套PV-LED (Photovoltaic-Light Emitting Diode,光伏发电直接驱动发光二极管)公路隧道照明系统。全文工作可总结为以下五个方面：(1) PV-LED隧道照明系统总体方案设计在隧道进出口段,设计了光伏组件直接驱动LED光源的加强照明方案,可使加强照明的亮度与隧道外太阳光照强度同步变化,有效解决了“黑洞”和“白洞”问题。且无需使用蓄电池和逆变器,大幅降低了一次性投入成本和使用成本。另外,为满足基本照明24小时连续工作的要求,设计了基本照明方案,即光伏组件白天直接给LED供电,同时将多余电量储存至蓄电池中,以备阴天和夜晚给LED供电。该总体方案实现了隧道照明的全覆盖,尤其使得大量处于偏远山区无市电的隧道也能实现加强照明和基本照明。(2)蓄电池充电控制器设计不当的充电方式会严重影响蓄电池的使用寿命,故采用了一种融合最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)充电、恒压充电和浮充电三个阶段的智能充电方法。通过分析现有MPPT算法的原理和优缺点,提出了切线式电导增量算法,有效解决了传统电导增量算法对光伏组件最大功率点跟踪时电压变化步长选取困难的问题。实验结果表明,所采用的智能充电方法控制效果良好,优于传统充电方法。(3)LED驱动器设计为满足LED基本照明灯组亮度不变的工作要求,设计了基于SMD802的LED恒流驱动电路。在此基础上,提出了一种基于轻载态延长LED使用寿命的方法,通过从热源减少热量的产生,进而降低结温,延长其使用寿命。实验及理论推导表明,该方法可使LED寿命约延长至1.2倍。(4)太阳能单轴跟踪器设计处于悬崖峭壁中的隧道,因安装光伏组件的空间面积十分有限,无法满足照明功率的要求。针对此情况,设计了一种太阳能单轴跟踪器。通过闭环控制调整光伏组件的方位角使之对准太阳,从而增加光伏组件的输出功率。(5)实验测试与工程设计通过实验数据分析可知,该系统既能保证基本照明全天候工作,又能满足加强照明与隧道外亮度同步变化的技术要求,达到了预期目标。并且结合某隧道具体情况,对系统中各组件参数进行了详细分析与计算,对实际应用具有一定的参考价值。PV-LED隧道照明系统在隧道照明技术要求的基础上进行了优化设计,不但实现了隧道照明的全覆盖,而且有效提高了太阳能利用率,为太阳能在隧道照明领域更大范围地推广应用奠定了坚实的基础。