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06-18
1。
简介 太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其无可比拟的优势得到了迅速的推广和应用。
作为第四代新型光源，已有效应用于城市照明美化、道路照明、庭院照明、室内照明等领域的照明和应用。
尤其是在偏远无电地区，太阳能照明灯具有着更广阔的应用前景。
大多数人认为节能灯可以节省4/5的能源，这是一个伟大的创新，但LED却可以比节能灯节省1/4的能源。
这是固体光源的一大创新。
此外，LED还具有光质量高、基本无辐射、可靠耐用、维护成本极低等优点。
是典型的绿色照明光源。
超高亮LED的开发成功，大大降低了太阳能灯具的成本，使其达到或接近工频交流照明系统的初装成本报价。
它还具有环保、安装方便、操作安全、经济节能等优点。
由于发光效率高、发热低等优点，LED越来越多地应用于照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。
在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯逐渐规模化。
随着太阳能灯具的蓬勃发展，“绿色照明”必将成为一种趋势。
作为代表之一的LED太阳能草坪灯也将得到大力推广和应用。
本文主要介绍它的一些知识，希望能给大家一些启发。
2。
LED太阳能草坪灯的定义及结构组成 太阳能草坪灯主要利用太阳能电池的能量来工作。
当白天阳光照射到太阳能电池上时，光能转化为电能并储存在电池中。
，然后电池在夜间为草坪灯的LED（发光二极管）提供电力。
其优点主要是安全、节能、方便、环保等，适用于住宅小区、公园草坪美化的绿化草坪美化和灯光点缀。
LED太阳能草坪灯的结构由太阳能电池组件（光伏板）、超高亮LED灯（光源）、免维护充电电池、自动控制电路、灯具等组成。
3．太阳能草坪灯系统组成、控制原理及电路原理 3.1太阳能草坪灯系统组成 LED太阳能草坪灯是一个独立的发电系统。
它可以独立将太阳能转化为电能，并将电能转化为热能用于照明和装饰，无需有线传输。
一个独立的光伏系统一般由以下三部分组成：太阳能电池组件；充放电控制器、逆变器、测试仪器和计算机监控等电力电子设备，以及蓄电池或其他储能和辅助发电设备。
该光伏系统具有以下特点：无旋转部件，无噪音；无空气污染、无废水排放；无燃烧过程，无需燃料；维护简单，维护成本低；良好的运行可靠性和稳定性；作为关键部件太阳能电池使用寿命长，晶体硅太阳能电池寿命可达25年以上；易于根据需要扩大发电规模。
图1：几种常见的LED太阳能草坪灯 图2是为直流负载供电的典型光伏系统示意图。
它包括光伏系统中的几个主要组成部分： 光伏组件阵列：由太阳能电池组件（也称光电池组件）按系统要求串并联而成。
它在阳光照射下将太阳能转化为电能输出。
它是太阳能光伏系统的核心部件。
图2：直流负载太阳能光伏系统 LED太阳能草坪灯是一个小型太阳能供电系统（图3是一个简单的太阳能供电系统）。
其结构非常简单，主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆组成（图4）。
图3：小型太阳能供电系统 图4：LED太阳能草坪灯的组成 3.2太阳能草坪灯的控制原理 太阳能草坪灯的控制器主要用于充电和放电电池。
控制。
图4-4是一个基本的充放电控制器。
图中，一个基本的光伏应用系统由光伏板、蓄电池、太阳能控制器和负载组成。
这里的开关K1、K3为充电开关，K3为放电开关。
它们都是太阳能控制中心的一部分。
图中开关的断开和闭合是由控制电路根据系统的充放电状态来决定的。
当电池充满电时，充电开关关闭，需要充电时，充电开关打开；当电池放电时，K2导通，否则关闭。
这些控制电路可以采用三极管、电阻、电容、电感组成的电压比较升压充放电电路，也可以采用光控电路，也可以采用集成运放组成的电压滞环比较器，也可以采用单片机。
考虑到低成本的考虑，一般采用前者。
图 5：充放电控制器基本原理 图 6：蓄电池放电示意图 一般来说，合格的太阳能充放电控制器有以下几种充放电保护模式： a 直接充电保护点电压：直接充电也称为紧急充电，即快速充电。
一般当电池电压较低时，采用大电流和相对较高的电压对电池进行充电。
然而，有一个控制点，也称为保护点。
这些是上表中的值。
当充电时电池端电压高于这些保护值时，应停止直接充电。
直充保护点电压一般也是“过充保护点”电压。
充电时电池端电压不能高于此保护点，否则会造成过充，损坏电池。
b 均衡充电控制点电压：直接充电后，电池一般会被充放电控制器放置一段时间，让其电压自然下降。
当下降到“恢复电压”值时，进入均衡充电状态。
为什么要设计均衡充电？即直充完成后，部分电池可能会“滞后”（端电压比较低）。
为了将这些单独的分子拉回来并使所有电池端电压均匀，需要使用中等电压的高电压。
如果用电流短时间充电，可见所谓均衡充电，即“均衡充电”。
均衡充电时间不宜过长，一般为几分钟到十几分钟。
如果时间设置太长，就会有害。
对于具有两块电池的小型系统来说，等量充电没有什么意义。
所以路灯控制器一般都没有等量充电，只有两阶段。
c 浮充控制点电压：一般均衡充电完成后，将电池静置一段时间，让其端电压自然下降。
当下降到“维持电压”点时，进入浮充状态。
目前，电池处于浮充状态。
采用PWM（脉冲宽度调制）方式，类似于“涓流充电”（即小电流充电），电池电压低时多充一点，低时多充一点，逐一充电，避免电池温度升高持续上升，这对电池来说是非常好的，因为电池内部温度对充放电影响很大。
实际上，PWM方式主要是通过调节脉冲宽度来稳定电池端电压，降低电池充电电流。
这是一个非常科学的充电管理系统。
具体来说，在充电后期，当电池的剩余容量（SOC）>80%时，必须减小充电电流，以防止因过度充电而释放过多的气体（氧气、氢气和酸性气体）。
d 过放保护终止电压：这个比较容易理解。
电池放电不能低于这个值，这是国家标准的要求。
虽然电池厂家也有自己的保护参数（企业标准或行业标准），但最终还是要向国家标准靠拢。
需要注意的是，出于安全考虑，一般会在12V电池的过放保护点电压上加上0.3V，作为控制电路的温度补偿或零点漂移校正。
这样，12V电池的过放保护点电压为11.10V，那么24V系统的过放保护点电压为22.20V。
目前，很多充放电控制器厂家均采用22.2V（24V系统）标准。
3.3太阳能草坪灯充放电控制器的设计 作为光伏电池和铅酸电池的接口电路，充电控制器一般都期望工作在最大功率点以达到更高的效率，但在实现中除了最大功率点跟踪（MPPT）之外，还需要考虑电池充电控制。
目前常用的主电路拓扑主要有降压电路（Buck）转换器、升压电路（Boost）转换器、丘克电路（Cuk）转换器等。
一般光伏电池的输出电压波动较大，Buck转换器或Boost转换器只能进行降压或升压转换。
因此，光伏电池无法在大范围内充分工作在最大功率点，导致系统效率下降。
。
同时Buck变换器的输入电流纹波较大。
如果输入端不加储能电容，系统将工作在间歇状态，导致光伏电池输出电流间歇，不处于最佳工作状态； Boost转换器的输出电流纹波较大，用此电流给电池充电不利于电池的使用寿命； Cuk转换器兼具升压和降压功能，Cuk转换器用于光伏系统充电控制器。
，可以实现大范围内的最大功率点跟踪，有利于提高系统效率。
因此，常选用Cuk变换器作为充电控制器的主电路，其系统拓扑如图7所示。
图7：Cuk充电控制器主电路 当Cuk变换器的负载电流为连续，电路的稳态过程为： 1。
在开关Vr 导通期间，开关Vr导通，电容C2上的电压使二极管D2反向偏置而截止。
此时，输入电流iL2使Ll储存能量； C2的放电电流iL2使L2储能并向负载供电，如图8(a)所示。
2。
在开关管Vr截止期间，开关管Vr截止。
二极管D2正向偏置并导通。
电源和Ll的释能电流iLl对C2充电，同时L2的释能电流iL2维持负载，如图所示。
如图8(b)所示。
因此，C2在Vr截止期间充电，在Vr导通期间向负载放电，C2起到能量传递的作用。
图8：Cuk变换器连续工作模式下的等效电路图 3.4太阳能草坪灯电路原理 太阳能草坪灯的电路原理比较简单。
下面我们详细介绍一个简单的太阳能草坪灯的电路原理。
其控制器是使用升压电路实现的。
图9：简易太阳能草坪灯电路原理图 元件选择：BT1采用3.8V/80mA太阳能电池板，单晶硅最好，多晶硅次之； BT2使用两节1.2V/mA镍镉电池，如果需要增加亮度或延长时间，可以相应增加太阳能电池板和电池功率。
VQ2、VQ3、VQ5的β值都在10%左右，VQ4需要β值较大的晶体管。
VD1尽量选择电压较低的管子，如锗管或肖特基二极管。
LED 可选择白色、蓝色或绿色超高亮度漫射光或集中光。
当选择红、黄、橙等低压降LED时，需要对电路进行复位。
R3、R5建议使用1%精密电阻； R4选用光阻10kΩ~20kΩ、暗阻1MΩ以上的光敏电阻。
其他电阻可采用普通碳膜（1/4）W、（1/8）W电阻。
L1采用(1/4)W彩色电感，直流阻抗要小。
该电路工作原理：白天有阳光时，BT1将光能转化为电能，VD1对BT2充电。
由于光线的作用，光敏电阻阻值较低，VQ4b极低并截止。
夜间无光照时，光敏电阻呈高阻值，VQ4导通，即使电平极低时VQ2b也导通。
VQ3、VQ5、C2、R6、L1组成的直流升压电路工作，LED得电发光。
直流升压电路的核心是互补管振荡电路。
其工作过程为：当VQ2导通时，电源通过L1、R6、VQ4对C2充电。
由于C2两端电压不能突变，因此VQ3b极高。
，VQ3不导通。
随着C2充电，其压降越来越高，VQ3 b极电位越来越低。
当低至VQ3导通电压时，VQ3导通，VQ5相继导通，C2通过VQ5 ce结。
，电源，VQ3 eb结（因为VQ2导通，我们假设其ec结短路，VQ3 e极直接为电源正极）放电。
放电完成后，VQ3截止，VQ5截止，电源再次对C2充电。
然后VQ3导通，VQ5导通，C2放电。
如此反复，电路形成振荡。
振荡过程中，VQ5导通时电源接通。
L1和VQ5 ce接地，电流通过L1储存能量。
当VQ5关断时，L1产生感应电动势，与电源叠加驱动LED，LED发光。
可以提高电池电压直接驱动LED来提高效率，但随着电池电压的提高，相应的太阳能电池价格也大幅增加。
只要电路元件设置得当，效率还是可以接受的。
当白天充电不足时（如阴雨天等），BT2可能会过度放电，从而损坏电池。
为此，加入R5，形成过放保护：当电池电压降至2V时，VQ4的基极电位不够高，无法导通VQ4，从而保护电池。
增大R5会影响VQ4的导通深度。
4。
光源优势及选择 目前草坪灯大多采用LED作为光源。
LED寿命长，可达00小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。
尤其是LED技术经历了关键突破，近5年来其特性得到了很大的提高，性价比也得到了很大的提高。
此外，LED采用低压直流供电，其光源控制成本较低，使得调节亮度和频繁开关成为可能，而不会对LED的性能产生不利影响。
它还可以轻松控制颜色，改变光线分布，产生动态幻觉，因此特别适合太阳能草坪灯。
但是LED有很多固有的特性。
如果使用时不注意，就会造成不良后果。
目前市场上销售的LED发光效率只能达到15lmW，只能达到三基色高效节能灯的1/3。
三基色高效节能灯的发光效率可达50-60lmW。
从价格来看，目前每1m产量成本：三基色原色高效节能灯（含电子镇流器）0.0元，φ5mm白光LED年售价为1.9-3.0元，目前每1m的生产成本价格差别很大。
从使用寿命来看，三基色高效节能灯（含电子镇流器）的寿命可达h，LED的寿命可达00h以上。
表面上看，LED的寿命是），但事实并非如此。
目前，大多数太阳能草坪灯都采用超亮白光LED。
超亮白光LED在20mA电流下的光通量维持率在不到0小时（寿命）内达到初始强度的50%。
复旦大学电光源研究所已经证明了上述论点。
也就是说，很多时候LED并不是目前最好的太阳能草坪灯光源，除非是使用寿命只有1-2年的低端太阳能草坪灯，或者是1W以下的太阳能草坪灯。
1W以上的太阳能草坪灯，最好采用三基色高效节能灯。
目前，一些太阳能草坪灯采用30-40颗超高亮白光LED，输入功率超过2W。
这种情况下，如果采用三基色高效节能灯，价格仅为LED的1/10，光通量是原来的4倍。
好消息是，2-10W低压直流三基色高效节能灯已研制成功，寿命可达h。
根据以上分析，我们认为1W以下的小功率太阳能草坪灯具有调节亮度和频繁开关的功能，一般应采用LED作为光源。
但在使用超高亮白光LED时，必须特别注意光通量维持率，否则很容易造成质量事故。
对于功率较大的太阳能草坪灯，采用三基色高效节能灯比较合理。
这里需要强调的是，上述结论只是目前的分析。
当LED技术水平提高、价格下降时，上述结论需要调整。
5。
遇到的问题 5.1光敏传感器 太??阳能草坪灯需要光控开关。
设计人员经常使用光敏电阻来自动打开和关闭灯。
事实上，太阳能电池本身就是一种优秀的光敏传感器。
传感器，用它作为光敏开关，其特性比光敏电阻更好。
对于仅使用一节1.2V镍镉电池的太阳能草坪灯，太阳能电池组件由四块太阳能电池串联而成。
电压低，弱光下电压更低。
即使天未黑，电压也已低于0.7V，导致光控开关失灵。
这种情况下，只需增加一个晶体管进行直接耦合放大即可解决问题。
5.2根据电池电压控制负载大小 太阳能草坪灯往往对连续阴雨的维护时间要求较高，增加了系统成本。
当连续阴雨或下雨导致电池电压下降时，我们减少连接的LED数量或减少太阳能草坪灯每天的照明时间，这样可以降低系统成本。
5.3 太阳能电池封装形式 目前太阳能电池的封装形式主要有两种，层压式和点胶式。
层压工艺可以保证太阳能电池的工作寿命超过25年。
虽然当时胶水很漂亮，但太阳能电池的工作寿命只有1-2年。
因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯，如果没有过高的寿命要求，可以采用环氧树脂封装。
对于有规定使用寿命的太阳能草坪灯，建议采用层压包装。
5.4 闪烁和调光 淡入和淡出是节省能源的好方法。
一方面可以增加太阳能草坪的光照效果。
另一方面，可以通过改变闪烁占空比来控制电池的平均输出电流，延长系统工作时间。
，或者在同等条件下，可以降低太阳能电池的功率，成本也会明显降低。
5.5 三基色原色高效节能灯的切换速度 这个问题非常重要。
它甚至决定了太阳能草坪灯的使用寿命。
三色基色高效节能灯启动时启动电流可达10-20倍。
当系统承受如此大的电流时，电压可能会大幅下降，太阳能草坪灯无法启动或反复启动直至损坏。
5.6升压电路效率的提高及其对LED灯的影响 小功率太阳能草坪灯一般都有升压电路。
如果使用振荡电路，则电感器会升压。
电感器使用标准颜色编码电感器。
标准颜色编码电感器中使用开放磁路。
磁通损耗大，因此电路效率低。
如果采用闭合磁路来创建电感升压，例如磁环，则升压电路的效率将大大提高。
LED 的特性与齐纳二极管接近。
工作电压变化0.1V，工作电流可能变化20mA左右。
为了安全，一般采用串联限流电阻。
巨大的能量损耗显然不适合太阳能草坪灯，而且LED亮度随工作电压变化，必须自动限制电流，否则会损坏LED。
一般来说，LED 的峰值电流为 50mA。
如果高能电池反接或者电池空载，升压电路的峰值电压很可能会超过这个极限而损坏LED。
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