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太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)

在能源日益短缺的今天,自然能的利用成了人們關(guān)注的焦點(diǎn),在各種自然能中,無(wú)窮無(wú)盡的太陽(yáng)能以其無(wú)處不在的優(yōu)勢(shì)倍受青睞.
實(shí)際上,地球上的一切能源都來(lái)自太陽(yáng).煤和石油的生成,植物的生長(zhǎng),水和風(fēng)的運(yùn)動(dòng)......但是,由于太陽(yáng)能的分散性和不穩(wěn)定性,直接利用太陽(yáng)能并不容易,近年來(lái),隨著能源的短缺和太陽(yáng)能利用技術(shù)的提高,直接利用太陽(yáng)能才成為現(xiàn)實(shí).
陽(yáng)光有多鐘利用方法,利用硅光電池發(fā)電是最方便的利用方式之一.目前硅光電池發(fā)電最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是解決供電困難地區(qū)的照明問(wèn)題.
夏季晴天的太陽(yáng)光每平方米不足1000瓦,可見(jiàn),太陽(yáng)能雖然巨大,但十分分散.商品化的硅太陽(yáng)能電池板的光/電轉(zhuǎn)換效率約14%,價(jià)格也較高,因此,太陽(yáng)能一般用于小功率發(fā)電.由于發(fā)電功率小,用電功率也不能太大,要在小的電輸入功率下有盡可能好的照明效果,照明光源的發(fā)光效率很重要.在小功率時(shí),傳統(tǒng)光源光效很低,不適合在太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中應(yīng)用.近年來(lái),半導(dǎo)體發(fā)光二極管技術(shù)不斷進(jìn)步,已經(jīng)成為一種新型照明光源,小功率照明應(yīng)用時(shí)光效高,配合太陽(yáng)能電池板和蓄電池組成太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯.
完整的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)主要有以下5部分組成:
1、 太陽(yáng)能電池板
太陽(yáng)能電池板是在有陽(yáng)光時(shí)用來(lái)產(chǎn)生電能的,發(fā)電功率要根據(jù)照明用電的功率和照明時(shí)間來(lái)計(jì)算.如照明燈具的功率是2瓦,要求沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)連續(xù)照明時(shí)間10小時(shí),再考慮變換電路的變換損失,太陽(yáng)能電池板的發(fā)電功率必須是3瓦左右.
2、 蓄電池
蓄電池的作用是把有陽(yáng)光時(shí)太陽(yáng)能電池發(fā)出的電存儲(chǔ)起來(lái),供沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)使用.蓄電池的容量要根據(jù)太陽(yáng)能電池板的功率和LED燈的功率以及照明時(shí)間來(lái)決定.如配合2瓦的LED燈,3瓦的太陽(yáng)能電池板,沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)要求連續(xù)照明時(shí)間10小時(shí),可選用12V/2.2AH的蓄電池.
3、 太陽(yáng)能充電控制電路
這部分電路的功能是在陽(yáng)光充足,光照時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)候控制充電程度,電池充滿即停止充電,不使蓄電池過(guò)充損壞,以保護(hù)蓄電池,延長(zhǎng)其使用壽命.
4、 LED驅(qū)動(dòng)器
這是系統(tǒng)的核心控制電路.它的功能有三個(gè):
①、 完成發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動(dòng)控制,使流過(guò)發(fā)光管的電流不隨蓄電池的電壓變化.
②、 具有光控功能,天亮?xí)r自動(dòng)關(guān)燈,天黑時(shí)自動(dòng)開燈.
③、 低電壓保護(hù).當(dāng)電池電壓下降到10.8伏時(shí)輸出關(guān)閉,以免過(guò)放電損壞蓄電池.
5、LED照明燈.發(fā)光二極管在小功率時(shí)光效比較高,用好的發(fā)光二極管做半導(dǎo)體燈,2瓦左右就有很好的亮度,2瓦的半導(dǎo)體燈可以用兩只1瓦的大功率發(fā)光二極管串聯(lián)組成,也可以用40個(gè)小功率發(fā)光管2只串聯(lián)以后再20串并聯(lián)組成,用小功率發(fā)光二極管串/并聯(lián)做半導(dǎo)體燈時(shí)每一串里要串聯(lián)一個(gè)10Ω的電阻以均衡各串之間的電流.目前用小功率發(fā)光管做半導(dǎo)體燈成本比較低.制作半導(dǎo)體燈時(shí),LED驅(qū)動(dòng)器裝在燈體內(nèi)部.
一個(gè)實(shí)用的2瓦太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案如圖所示:




                      藍(lán)

                      紅                  紅                 橙

                      黃
                                                     黑                3W
                                              12V
                            2x1W                 2.2AH

                      白

                      黑


該系統(tǒng)使用2只1瓦的大功率發(fā)光管,可以滿足小范圍照明要求.
系統(tǒng)中LED燈使用的DP-12M型LED驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)封裝成了密閉型固化模塊,體積30x24x15mm,適合在半導(dǎo)體燈具內(nèi)部安裝.模塊有5根引線,紅線接電池正極,黑線接電池負(fù)極,黃線接發(fā)光管正極,白線接發(fā)光管負(fù)極,藍(lán)線是控制線,接太陽(yáng)能電池板.
系統(tǒng)中使用的SUN-300是300 mA太陽(yáng)能充電控制器,也封裝成了固化模塊,模塊有三根引線,橙色線接太陽(yáng)能電池板正極,紅色線接蓄電池正極,黑色線是公共地線,接太陽(yáng)能電池板和蓄電池的負(fù)極.體積和DP-12M驅(qū)動(dòng)器相同.
3瓦的太陽(yáng)能電池板和12V/2.2AH的鉛酸蓄電池用做發(fā)電和蓄電.
有陽(yáng)光時(shí),太陽(yáng)能電池板通過(guò)SUN-300給蓄電池充電,同時(shí)LED驅(qū)動(dòng)模塊DP-12M的光控功能使燈關(guān)閉.電池充滿時(shí),充電控制電路使之停止充電.沒(méi)有陽(yáng)光時(shí),在DP-12M的控制下燈自動(dòng)點(diǎn)亮.如果連續(xù)照明使電池電壓低至10.8V時(shí),DP-12M內(nèi)部的低壓保護(hù)功能使燈自動(dòng)關(guān)閉,以保護(hù)電池不會(huì)過(guò)放電損壞.因此,這是一種無(wú)人職守自動(dòng)太陽(yáng)能照明系統(tǒng).如果LED燈要在室內(nèi)用,將驅(qū)動(dòng)器的藍(lán)線懸空取消光控功能,并且在燈上加控制開關(guān)即可.
制作這種室內(nèi)使用的小功率半導(dǎo)體燈,一般是將小容量蓄電池和LED發(fā)光二極管、DP-12M發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器都置于燈體內(nèi)部制成一體化燈具,室外使用時(shí)更可以將太陽(yáng)能電池板置于燈體背后組成全一體化結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能燈.大功率使用可將蓄電池外置,每塊蓄電池可以帶多只內(nèi)帶控制器的LED半導(dǎo)體燈,太陽(yáng)能電池板和充電控制器也要相應(yīng)的增大功率.因此,實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要組成各種實(shí)用形式和各種功率的應(yīng)用系統(tǒng),滿足多種照明需要.
制作半導(dǎo)體燈時(shí)一定要解決好發(fā)光二極管的散熱問(wèn)題.說(shuō)發(fā)光二極管是冷光源僅僅是指發(fā)光二極管的發(fā)光體部分不是灼熱體,但電流流過(guò)半導(dǎo)體材料時(shí)產(chǎn)生的電阻熱還是會(huì)使發(fā)光管升溫,而用半導(dǎo)體材料制作的發(fā)光二極管不耐高溫,過(guò)熱會(huì)使其快速老化,縮短使用壽命.用小功率發(fā)光管做半導(dǎo)體燈時(shí)可以加大管距,增加散熱面積.用大功率發(fā)光管做半導(dǎo)體燈時(shí)要加暴露在空氣中的散熱片,或者利用金屬外殼散熱,總之,要盡可能利用燈體散熱,降低發(fā)光管工作時(shí)的溫度,這樣半導(dǎo)體燈才能真正做到長(zhǎng)壽命.


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工作原理當(dāng)太陽(yáng)光照射的時(shí)候,硅太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電流經(jīng)過(guò)J1-1常閉觸點(diǎn)和R1,使LED1發(fā)光,等待對(duì)蓄電池進(jìn)行充電;K閉合,三端穩(wěn)壓器輸出8V電壓,電路開始工作,過(guò)充電壓檢測(cè)比較控制電路和過(guò)放電壓檢測(cè)比較控制電路同時(shí)對(duì)蓄電池端電壓進(jìn)行檢測(cè)比較.當(dāng)蓄電池端電壓小于預(yù)先設(shè)定的過(guò)充電壓值時(shí),A1的⑥腳電位高于⑤腳電位,⑦腳輸出低電位使Q1截止,Q2導(dǎo)通,LED2發(fā)光指示充電,J1動(dòng)作,其接點(diǎn)J1-1轉(zhuǎn)換位置,硅太陽(yáng)電池組件通過(guò)D1對(duì)蓄電池充電.蓄電池逐漸被充滿,當(dāng)其端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過(guò)充電壓值時(shí),A1的⑥腳電位低于⑤腳電位,⑦腳輸出高電位使Q1導(dǎo)通,Q2截止,LED2熄滅,J1釋放,J1-1斷開充電回路,LED1發(fā)光,指示停止充電.

  當(dāng)蓄電池端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過(guò)放電壓值時(shí),A2的③腳電位高于②腳電位,①腳輸出高電位使Q3導(dǎo)通,Q4截止,LED3熄滅,J2釋放.其常閉觸點(diǎn)J2-1閉合,LED4發(fā)光,指示負(fù)載工作正常;蓄電池對(duì)負(fù)載放電時(shí)端電壓會(huì)逐漸降低,當(dāng)端電壓降低到小于預(yù)先設(shè)定的過(guò)放電壓值時(shí),A2的③腳電位低于②腳電位,①腳輸出低電位使Q3截止,Q4導(dǎo)通,LED3發(fā)光指示過(guò)放電,J2動(dòng)作,其接點(diǎn)J2-1斷開,正常指示燈LED4熄滅.另一常閉接點(diǎn)J2-2(圖中未繪出)也斷開,切斷負(fù)載回路,避免蓄電池繼續(xù)放電.閉合K,蓄電池又充電
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