太陽(yáng)能草坪燈的詳細(xì)資料

【專家解說(shuō)】：太陽(yáng)能草坪燈主要利用太陽(yáng)能電池的能源來(lái)進(jìn)行工作，當(dāng)白天太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池上，把光能轉(zhuǎn)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(fā)光二極管）提供電源。其優(yōu)點(diǎn)主要為安全、節(jié)能、方便、環(huán)保等。 太陽(yáng)能草坪燈控制器它包含一塊我公司專項(xiàng)開發(fā)的集成電路（XD6601）以及部分外圍元件。主要功能包含充電電路，驅(qū)動(dòng)電路，光敏控制電路和脈寬調(diào)制電路等。 該控制器具有高轉(zhuǎn)換效率：80~85％（典型值），可以減少太陽(yáng)能電池版的功率要求；低啟動(dòng)電壓：0.9V（最大值）；可調(diào)輸出電流等特點(diǎn)。XD6601D為DIP8封裝，安裝極為方便。 太陽(yáng)能草坪燈光源及電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法由于太陽(yáng)能草坪燈獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到迅速發(fā)展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對(duì)可移動(dòng)性要求高。另外，電路鋪設(shè)困難，防水要求高，這些使得由太陽(yáng)電池供電的草坪燈顯示出許多前所未有的優(yōu)勢(shì)。尤其國(guó)外市場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)能草坪燈需求十分巨大，2002年，僅廣東和深圳用于制造出口太陽(yáng)能草坪燈消耗的太陽(yáng)能電池就達(dá)到2MW，相當(dāng)于當(dāng)年國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量的1/3，今年仍然保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，這是人們沒有預(yù)料到的。同時(shí)，由于發(fā)展太快，有些產(chǎn)品技術(shù)上不夠成熟，在光源的選擇以及電路設(shè)計(jì)中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，浪費(fèi)了許多資源。本文針對(duì)上述存在的問題，提出我們的看法，供生產(chǎn)太陽(yáng)能草坪燈的工廠參考。 太陽(yáng)能草坪燈光源的選擇 目前多數(shù)草坪燈選用LED作為光源，LED壽命長(zhǎng)，可以達(dá)到100000h以上，工作電壓低，非常適合應(yīng)用在太陽(yáng)能草坪燈上。特別是LED技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了其關(guān)鍵的突破，并且其特性在過(guò)去5年中有很大提高，其性能價(jià)格比也有較大的提高。另外，LED由低壓直流供電，其光源控制成本低，使調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)都成為可能，并且不會(huì)對(duì)LED的性能產(chǎn)生不良影響。還可以方便地控制顏色，改變光的分布，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)幻景，所以它特別適用在太陽(yáng)能草坪燈上。但是LED有它許多固有的特性，使用時(shí)如果不注意就會(huì)造成不良后果。LED目前市場(chǎng)上銷售的發(fā)光效率僅能達(dá)到15 lm?W，只能達(dá)到三色基色高效節(jié)能燈1?3，三色基色高效節(jié)能燈的發(fā)光效率可以達(dá)到50－60 lm?W，從價(jià)格上看，目前生產(chǎn)每1m的成本：三色基色高效節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）0．022元，2002年φ5mm白光LED價(jià)格為1．9－3．0元，目前生產(chǎn)每1m的成本價(jià)格相差懸殊。從使用壽命上看，三色基色高效節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）的壽命可以達(dá)到6000h，LED可以達(dá)到100000h以上，從表面上看LED壽命是三色基色高節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）的幾十倍，但是事實(shí)并非如此。目前太陽(yáng)能草坪燈大多數(shù)采用超高亮白光LED，它在20mA下超高亮白光LED光通維持率達(dá)到初始強(qiáng)度50％的時(shí)間（壽命）不到10000h，復(fù)旦大學(xué)電光源所曾經(jīng)證明上述論點(diǎn)。這就是說(shuō)，目前在許多情況下LED并非最好的太陽(yáng)能草坪燈光源，除非它是低檔的使用年限僅1－2年的太陽(yáng)能草坪燈，或者是1W以下的太陽(yáng)能草坪燈。對(duì)于1W以上的太陽(yáng)能草坪燈，最好使用三色基色高效節(jié)能燈。目前有一些太陽(yáng)能草坪燈用30－40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(jié)能燈，價(jià)格只有LED的1?10，光通量是原來(lái)的4倍，可喜的是現(xiàn)在已經(jīng)研制成功2－10W的低壓直流三色基色高效節(jié)能燈，壽命可以達(dá)到6000h。 根據(jù)上面分析，我們認(rèn)為1W以下的小功率太陽(yáng)能草坪燈，有調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)的功能，一般應(yīng)該使用LED作為光源。但是在使用超高亮白光LED時(shí)特別要注意光通維持率問題，否則容易引起質(zhì)量事故。對(duì)于功率較大的太陽(yáng)能草坪燈，目前使用三色基色高效節(jié)能燈比較合理。這里要強(qiáng)調(diào)的是，以上結(jié)論僅僅是目前的分析，當(dāng)LED技術(shù)水平提高以后，價(jià)格下降，以上結(jié)論需要調(diào)整。 升壓電路效率的提高 小功率太陽(yáng)能草坪燈一般都有升壓電路，目前各廠家采用震蕩電路，電感升壓。電感采用標(biāo)準(zhǔn)色碼電感器，標(biāo)準(zhǔn)色碼電感器中使用開放磁路，磁通損失大，所以電路效率低。如果采用閉合磁路制造電感升壓，如磁環(huán)，升壓電路效率將有很大提高。我們?cè)?jīng)用φ10磁環(huán)制造電感，在同等條件下進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)比樣品分別是浙江寧波某工廠及江蘇鎮(zhèn)江某工廠生產(chǎn)的小功率太陽(yáng)能草坪燈，采用閉合磁路制造電感要比采用標(biāo)準(zhǔn)色碼電感器效率提高20％～40％。 （1）LED的特性接近穩(wěn)壓二極管，工作電壓變化0．1V，工作電流可能變化20mA左右。為了安全，普通情況下使用串聯(lián)限流電阻，極大的能量損失顯然不適合太陽(yáng)能草坪燈，并且LED亮度隨工作電壓變化。升壓電路是一個(gè)好辦法，也可以用簡(jiǎn)單的恒流電路，總之一定要自動(dòng)限流，否則將損壞LED。 （2）一般LED的峰值電流50－100mA，反高能電池反接或者蓄電池空載，升壓電路峰值電壓過(guò)高時(shí)很可能超過(guò)這個(gè)極限，損壞LED。 （3）LED溫度特性不好，溫度上升5℃，光通量下降3％，夏季使用要注意。 （4）工作電壓離散性大，同一型號(hào)，同一批次的LED工作電壓都有一定差別，不宜并聯(lián)使用。一定要并聯(lián)使用，應(yīng)該考慮均流。 （5）超高亮白光LED色溫為6400L－3000K，目前低色溫的超高亮白光LED尚沒有進(jìn)入市場(chǎng)，所以用超高亮白光LED制造的太陽(yáng)能草坪燈光穿透能力比較差，所在光學(xué)設(shè)計(jì)上要注意。 （6）靜電對(duì)超高亮白光LED影響很大，在安裝時(shí)要有防靜電設(shè)施，工人要佩帶防靜電手腕帶，受靜電傷害的超高亮白光LED當(dāng)時(shí)可以憑眼睛看不出來(lái)，但是使用壽命將變短。 蓄電池充放電控制及溫度補(bǔ)償 由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)蓄電池充放電控制要比普通蓄電池充放電控制復(fù)雜一些。太陽(yáng)能草坪燈充放電控制電路設(shè)計(jì)的成功將決定產(chǎn)品的成功，一個(gè)正確的控制電路應(yīng)該具有以下功能：防止反充電功能，防止過(guò)充電功能，防止蓄電池過(guò)放電功能，鉛酸蓄電池的溫度補(bǔ)償功能。對(duì)于太陽(yáng)能草坪燈來(lái)說(shuō)，如果使用Ni－Cd電池，不需要防止蓄電池過(guò)放電功能，如果太陽(yáng)能電池功率相對(duì)蓄電池不大的話，也可以不考慮防止過(guò)充電功能。這就是目前許多太陽(yáng)能草坪燈都使用Ni－Cd電池的原因。但是如果使用其他電池就要考慮上面的功能。 （1）防止反充電功能。一般來(lái)說(shuō)就是在太陽(yáng)能電池回路中串聯(lián)一個(gè)二極管，二極管防止反充電，這個(gè)二極管應(yīng)該是肖特基二極管，肖特基二極管的壓降比普通二極管低。 （2）防止過(guò)充電功能?？梢栽谳斎牖芈分写?lián)或者并聯(lián)一個(gè)泄放晶體管，電壓鑒別電路控制晶體管的開關(guān)，較多余的太陽(yáng)能電池能量通過(guò)晶體管泄放，保證沒有過(guò)高的電壓給蓄電池充電。關(guān)鍵是防止過(guò)充電壓的選擇，單節(jié)鉛酸蓄電池為2．2V。 （3）除了Ni－Cd電池外，其他蓄電池一般都需要防止蓄電池過(guò)放電功能，因?yàn)樾铍姵剡^(guò)放會(huì)造成永久性損壞。需要注意的是太陽(yáng)能電池系統(tǒng)一般相對(duì)蓄電池是小倍率放電，所以放電截止電壓不宜過(guò)低。 （4）溫度補(bǔ)償，上面敘述蓄電池電壓控制點(diǎn)是隨著環(huán)境溫度而變化的，所以太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)受溫度控制的基準(zhǔn)電壓。對(duì)于單節(jié)鉛酸蓄電池是－3～－7mV?℃，我們通常選用－4mV?℃ 系統(tǒng)組合中的幾個(gè)問題 （1）光敏傳感器。太陽(yáng)能草坪燈需要光控開關(guān)，設(shè)計(jì)者往往會(huì)用光敏電阻來(lái)自動(dòng)開關(guān)燈，實(shí)際上太陽(yáng)能電池本身就是一個(gè)極好的光敏傳感器，用它做光敏開關(guān)，特性比光敏電阻好。對(duì)于僅僅使用一只1．2VNi－Cd電池的太陽(yáng)能草坪燈來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池組件由四片太陽(yáng)能電池串聯(lián)組成，電壓低，弱光下電壓更低，以至天沒有黑電壓已經(jīng)低于0．7V，造成光控開關(guān)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）按蓄電池電壓高低控制負(fù)載大小。太陽(yáng)能草坪燈往往對(duì)連續(xù)陰雨可維持時(shí)間要求很高，這就增加系統(tǒng)成本。我們?cè)谶B續(xù)陰雨蓄電池電壓降低時(shí)減少LED接入個(gè)數(shù)，或者減少太陽(yáng)能草坪燈每天的發(fā)光時(shí)間，這樣就能減少系統(tǒng)成本。 （3）太陽(yáng)能電池封裝形式。目前太陽(yáng)能電池的封裝形式主要有兩種，層壓和滴膠。層壓工藝可以保證太陽(yáng)能電池工作壽命25年以上，滴膠雖然當(dāng)時(shí)美觀，但是太陽(yáng)能電池工作壽命僅僅1－2年。因此，1W以下的小功率太陽(yáng)能草坪燈，在沒有過(guò)高壽命要求的情況下，可以使用滴膠封裝形式，對(duì)于使用年限有規(guī)定的太陽(yáng)能草坪燈，建議使用層壓的封裝形式。 （4）閃爍變光。漸亮漸暗是節(jié)能的好辦法，它一方面可以增加太陽(yáng)能草坪照射效果，另一方面可以通過(guò)改變閃爍占空比控制蓄電池平均輸出電流，延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間，或者在同等條件下，可減小太陽(yáng)能電池的功率，成本將大幅度下降。 （5）三色基色高效節(jié)能燈的開關(guān)速度。這個(gè)問題非常重要，它甚至決定著太陽(yáng)能草坪燈的使用壽命，三色基色高效節(jié)能燈啟動(dòng)時(shí)有高達(dá)10－20倍的啟動(dòng)電流，系統(tǒng)在承受這樣大的電流情況下可能電壓有大幅度下降，太陽(yáng)能草坪燈無(wú)法啟動(dòng)或者反復(fù)啟動(dòng)，直至損壞。?