1、太陽能草坪燈技術原理一、LED太陽能照明的開展趨勢 太陽能作為一種新興的綠色能源，以其無可比較的優勢得到迅速的推廣應用。作為第四代新光源，在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室內照明以及其他各領域的照明和應用中得到了有效的利用。尤其是在偏遠無電地區，太陽能照明燈具更具有廣泛的應用前景。 一般人認為，節能燈可節能4/5是偉大的創舉，但LED比節能燈還要節能1/4，這是固體光源偉大的革新。除此之外，LED還具有光線質量高，根本上無輻射，可靠耐用，維護費用極為低廉等優勢，屬于典型的綠色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太陽能燈具使用本錢，使之到達或接近工頻交流電照明系統初裝的本錢報價，并

2、且具有保護環境、安裝簡便、操作平安、經濟節能等優點。由于LED具有的光效率高，發熱量低等優勢，已經越來越多地應用在照明領域，并呈現出取代傳統照明光源的趨勢。 在我國西部，非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈漸成規模。隨著太陽能燈具的大力開展，“綠色照明必將會成為一種趨勢。而LED太陽能草坪燈作為其中的一個代表，也將得到大力的推廣和應用，本文主要介紹它的一些知識，希望能給大家一些啟發。二、LED太陽能草坪燈簡介LED太陽能草坪燈是一種集節能環保、照明與美化環境為一體的新型的綠色能源景觀照明燈具。太陽能草坪燈節能、環保、平安、美觀。該太陽能草坪燈采用高效率單晶硅太陽能電池組件，白天可將太陽光光能轉換成

3、電能儲存于蓄電池，夜晚天黑后那么自動點亮燈管照明，廣泛適用于公園草坪、花園別墅、廣場綠地、旅游景點、度假村、高爾夫球場、企業工廠綠地亮化美化、住宅小區綠地照明、各種綠化帶等的景觀點綴、景觀照明。太陽能系列草坪燈主要用來亮化點綴照明，采用高亮度LED發光二極管設計，具有亮度高、安裝簡便、工作可靠、不敷設電纜、不消耗常規能源、使用壽命長等優點。太陽能草坪燈光源及電源系統設計方法由于太陽能草坪燈獨特的優點，近年來得到迅速開展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對可移動性要求高，電路鋪設困難，防水要求高的場地適用。這些使得由太陽電池供電的草坪燈顯示出許多前所未有的優勢。三、LED太陽能草坪燈的定義及結構

4、組成太陽能草坪燈主要利用太陽能電池的能源來進行工作，當白天太陽光照射在太陽能電池上，把光能轉變成電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池在晚間為草坪燈的LED發光二極體提供電源。其優點主要為平安、節能、方便、環保等。適用于住宅社區綠草地美化照明點綴，公園草坪美化點綴。LED太陽能草坪燈的結構組成：由太陽能電池組件光電板、超高亮LED燈光源、免維護可充電蓄電池、自動控制電路、燈具等組成。四、太陽能草坪燈的系統組成、控制原理和電路原理1太陽能草坪燈的系統組成：LED太陽能草坪燈是一個獨立的發電系統。它能夠獨立的完成把太陽能轉換為電能，并能把電能轉換成熱能供照明和裝飾使用，而不需要電線的傳輸。一個獨立的光伏系

5、統一般由以下三局部組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監控等電力電子設備和蓄電池或其它蓄能和輔助發電設備。光伏系統具有以下的特點：沒有轉動部件，不產生噪音； 沒有空氣污染、不排放廢水；沒有燃燒過程，不需要燃料； 維修保養簡單，維護費用低；運行可靠性、穩定性好；作為關鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可到達25年以上；根據需要很容易擴大發電規模。圖4-0 幾種常見的LED太陽能草坪燈圖4-1是一個典型的供給直流負載的光伏系統示意圖。其中包含了光伏系統中的幾個主要部件：光伏組件方陣：由太陽電池組件也稱光伏電池組件按照系統需求串、并聯而成，在太陽光照射下將太陽能轉

6、換成電能輸出，它是太陽能光伏系統的核心部件。LED太陽能草坪燈是一個小型的太陽能供電系統圖4-2是一個簡單的太陽能供電系統。它的結構非常簡單主要由太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池、照明電路和燈桿等局部組成如圖4-3。圖4-3 LED太陽能草坪燈的組成2太陽能草坪燈的控制原理：太陽能草坪燈的控制器主要是用于蓄電池充放電的而控制。圖4-4就是一個最根本的充放電控制器。在該圖中，由光伏電池板、蓄電池、太陽能控制器和負載組成了一個根本的光伏應用系統。這里的開關K1和K3為充電開關，K3為放電開關，它們均屬于太陽能控制中心的一局部。圖中開關的開合由控制電路根據系統的充放電狀態來決定。當蓄電池充滿電時斷

7、開充電開關，需要充電時閉合充電開關；當蓄電池放電時閉合K2，否那么斷開。而這些控制電路可以采用三極管、電阻、電容、電感構成的電壓比較升壓充放電電路，也可以采用光控電路，或者采用集成運放構成的電壓滯回比較器，還可以采用單片機。鑒于廉價的考慮一般采用前者。圖4-4 充放電控制器根本原理 圖4-5 蓄電池充放電示意圖一般來說，一個合格的太陽能充放電控制器具有以下幾種充放電保護模式：1、直充保護點電壓：直充也叫急充，屬于快速充電，一般都是在蓄電池電壓較低的時候用大電流和相對高電壓對蓄電池充電，但是，有個控制點，也叫保護點，就是上表中的數值，當充電時蓄電池端電壓高于這些保護值時，應停止直充。直充保護點電

8、壓一般也是“過充保護點電壓，充電時蓄電池端電壓不能高于這個保護點，否那么會造成過充電，對蓄電池是有損害的。2、均充控制點電壓：直充結束后，蓄電池一般會被充放電控制器靜置一段時間，讓其電壓自然下落，當下落到“恢復電壓值時，會進入均充狀態。為什么要設計均充？就是當直充完畢之后，可能會有個別電池“落后端電壓相對偏低，為了將這些個別分子拉回來，使所有的電池端電壓具有均勻一致性，所以就要以高電壓配以適中的電流再充那么一小會，可見所謂均充，也就是“均衡充電。均充時間不宜過長，一般為幾分鐘十幾分鐘，時間設定太長反而有害。對配備一塊兩塊蓄電池的小型系統而言，均充意義不大。所以，路燈控制器一般不設均充，只有兩個

9、階段。3、浮充控制點電壓：一般是均充完畢后，蓄電池也被靜置一段時間，使其端電壓自然下落，當下落至“維護電壓點時，就進入浮充狀態，目前均采用PWM既脈寬調制方式，類似于“涓流充電即小電流充電，電池電壓一低就充上一點，一低就充上一點，一股一股地來，以免電池溫度持續升高，這對蓄電池來說是很有好處的，因為電池內部溫度對充放電的影響很大。其實PWM方式主要是為了穩定蓄電池端電壓而設計的，通過調節脈沖寬度來減小蓄電池充電電流。這是非常科學的充電管理制度。具體來說就是在充電后期、蓄電池的剩余電容量SOC80%時，就必須減小充電電流，以防止因過充電而過多釋氣氧氣、氫氣和酸氣。V作為溫度補償或控制電路的零點漂移

10、校正，這樣12V電池的過放保護點電壓即為VV(24V系統)標準。3太陽能草坪燈充放電控制器的設計：充電控制器作為光伏電池和鉛酸蓄電池的接口電路，一般都希望讓其工作在最大功率點，實現更高的效率，但是在實現最大功率點跟蹤MPPT的同時，還需要考慮進行蓄電池充電控制。目前常用的主電路拓撲主要有降壓型電路Buck變換器、升壓型電路Boost變換器、丘克電路Cuk變換器等。一般光伏電池輸出電壓波動較大，而Buck變換器或Boost變換器只能進行降壓或升壓變換，受此影響，光伏電池不能在大范圍內完全工作于最大功率點，從而造成系統效率下降。同時，Buck變換器輸入電流紋波較大，如果輸入端不加一個儲能電容就會使

11、系統工作在斷續狀態下，從而導致光伏電池輸出電流時斷時續，不能處于最正確工作狀態；而Boost變換器輸出電流紋波較大，用此電流對蓄電池進行充電，不利于蓄電池的使用壽命；Cuk變換器同時具有升壓和降壓功能，將Cuk變換器應用于光伏系統充電控制器中，可以在較大范圍內實現最大功率點跟蹤，有利于系統效率的提高。因此，常選用Cuk變換器作為充電控制器的主電路，其系統拓撲如圖32所示。 Cuk變換器在負載電流連續的情況下，其電路的穩態過程有： 1、開關管Vr導通期間此期間開關管Vr導通，電容C2上的電壓使二極管D2反偏而截止，這時輸入電流iL2使Ll儲能；C2的放電電流iL2使L2儲能，并供電給負載，如圖3

12、-3(a)所示。 2、開關管Vr截止期間此期間開關管Vr截止，二極管D2正偏而導通，電源和Ll的釋能電流iLl向C2充電，同時L2的釋能電流iL2以維持負載，如圖3.3(b)所示。因此，Vr截止期間C2充電，Vr導通期間C2向負載放電，C2起能量傳遞的作用。4太陽能草坪燈的電路原理：太陽能草坪燈的電路原理比較簡單。下面我們具體介紹一種簡單的太陽能草坪燈的電路原理。它的控制器就是采用升壓電路來實現的。一種簡單的太陽能草坪燈的電路原理圖元器件選擇：BT1選用3.8V80mA太陽能電池板，單晶硅為好，多晶硅次之；BT2選用兩節1.2V600mA Ni-Cd電池，如需要增大發光度或延長時間，可相應提高

13、太陽能板及電池功率。VQ2、VQ3、VQ5的在200左右，VQ4需值大的晶體管。VD1盡量選管壓低的，如鍺管或肖特基二極管。LED可選用白、藍、綠色超高亮度散光或聚光。中選用紅黃橙等低壓降LED時，電路需重新設定。R3、R5建議選用1%精度電阻；R4用亮阻10k20k，暗阻1M以上的光敏電阻。其他電阻可選用普通碳膜(14)W、(18)W電阻。L1用(14)W色電感，直流阻抗要小。該電路的工作原理：白天有太陽光時，由BT1把光能轉換為電能，由VD1對BT2充電，由于有光照，光敏電阻呈低阻，VQ4 b極為低電平而截止。當晚上無光照時光敏電阻呈高阻，VQ4導通，VQ2 b極為低電平也導通，由VQ3、

14、VQ5、C2、R6、L1組成的DC升壓電路工作，LED得電發光。DC升壓電路其核心就是一個互補管振蕩電路，其工作過程為：VQ2導通時電源通過L1、R6、VQ4向C2充電，由于C2兩端電壓不能突變，VQ3 b極為高電平，VQ3不導通，隨著C2的充電其壓降越來越高，VQ3 b極電位越來越低，當低至VQ3導通電壓時VQ3導通，VQ5相繼導通，C2通過VQ5 ce結、電源、VQ3 eb結(由于VQ2導通，我們假設其ec結短路，VQ3 e極直接電源正極)放電。 當放完電后VQ3截止，VQ5截止，電源再次向C2充電，之后VQ3導通，VQ5導通，C2放電，如此反復，電路形成振蕩，在振蕩過程中，VQ5導通時電

15、源經L1和VQ5 ce結到地，電流經L1儲能，VQ5截止時L1產生感應電動勢，和電源疊加后驅動LED，LED發光。本可以提高電池電壓直接驅動LED，以提高效率，但電池電壓提高，相應的太陽能電池價格也大幅提高，只要電路元件設置適宜，其效率還是可以接受的。當白天充電不夠時(如遇上陰雨天等)，BT2可能發生過放電，這樣會損壞電池，為此特加R5構成過放保護：當電池電壓降至2V時，由于R5的分壓使VQ4基極電位缺乏以使VQ4導通，從而保護電池。增加R5會影響VQ4的導通深度。五、LED太陽能草坪燈的光源優勢及光源的選擇目前多數草坪燈選用LED作為光源，LED壽命長，可以到達100000小時以上，工作電壓

16、低，非常適合應用在太陽能草坪燈上。特別是LED技術已經經歷了其關鍵的突破，并且其特性在過去5年中有很大提高，其性能價格比也有較大的提高。另外，LED由低壓直流供電，其光源控制本錢低，使調節明暗，頻繁開關都成為可能，并且不會對LED的性能產生不良影響。還可以方便地控制顏色，改變光的分布，產生動態幻景，所以它特別適用在太陽能草坪燈上。但是LED有它許多固有的特性，使用時如果不注意就會造成不良后果。LED目前市場上銷售的發光效率僅能到達15lmW，只能到達三色基色高效節能燈1/3，三色基色高效節能燈的發光效率可以到達5060lmW，從價格上看，目前生產每1m的本錢：三色基色高效節能燈含電子鎮流器0.

17、022元，2002年5mm白光LED價格為1.93.0元，目前生產每1m的本錢價格相差懸殊。從使用壽命上看，三色基色高效節能燈含電子鎮流器的壽命可以到達6000h，LED可以到達100000h以上，從外表上看LED壽命是三色基色高節能燈含電子鎮流器的幾十倍，但是事實并非如此。目前太陽能草坪燈大多數采用超高亮白光LED，它在20mA下超高亮白光LED光通維持率到達初始強度50%的時間壽命不到10000h，復旦大學電光源所曾經證明上述論點。這就是說，目前在許多情況下LED并非最好的太陽能草坪燈光源，除非它是低檔的使用年限僅12年的太陽能草坪燈，或者是1W以下的太陽能草坪燈。對于1W以上的太陽能草坪

18、燈，最好使用三色基色高效節能燈。目前有一些太陽能草坪燈用3040只超高亮白光LED，輸入功率2W以上，在這種情況下如果用三色基色高效節能燈，價格只有LED的1/10，光通量是原來的4倍，可喜的是現在已經研制成功210W的低壓直流三色基色高效節能燈，壽命可以到達6000h。根據上面分析，我們認為1W以下的小功率太陽能草坪燈，有調節明暗，頻繁開關的功能，一般應該使用LED作為光源。但是在使用超高亮白光LED時特別要注意光通維持率問題，否那么容易引起質量事故。對于功率較大的太陽能草坪燈，目前使用三色基色高效節能燈比較合理。這里要強調的是，以上結論僅僅是目前的分析，當LED技術水平提高以后，價格下降，

19、以上結論需要調整。六、太陽能草坪燈系統組合中的幾個問題1光敏傳感器。太陽能草坪燈需要光控開關，設計者往往會用光敏電阻來自動開關燈，實際上太陽能電池本身就是一個極好的光敏傳感器，用它做光敏開關，特性比光敏電阻好。對于僅僅使用一只1.2VNiCd電池的太陽能草坪燈來說，太陽能電池組件由四片太陽能電池串聯組成，電壓低，弱光下電壓更低，以至天沒有黑電壓已經低于0.7V，造成光控開關失靈。在這種情況下，只要加一只晶體管直接耦合放大，即可解決問題。 2按蓄電池電壓上下控制負載大小。太陽能草坪燈往往對連續陰雨可維持時間要求很高，這就增加系統本錢。我們在連續陰雨蓄電池電壓降低時減少LED接入個數，或者減少太陽能草坪燈每天的發光時間，這樣就能減少系統本錢。 3太陽能電池封裝形式。目前太陽能電池的封裝形式主要有兩種，層壓和滴膠。