太陽能在照明燈具上的應(yīng)用

3 太陽能燈具中蓄電池的充放電控制

無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充放電控制電路是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度放電，.另外，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，光伏發(fā)電系統(tǒng)中對蓄電池充電的控制要比普通蓄電池充電的控制要復雜些。對于太陽能燈具的設(shè)計來說，成功與失敗往往就取決于充放電控制電路的成功與失敗。.沒有一個性能良好的充放電控制電路，就不可能有一個性能良好的太陽能燈具。

3.1 防反充電控制

防止反充電功能，一般來說，就是在太陽能電池回路中串聯(lián)一個二極管，二極管防止反充電，這個二極管應(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。另外，還可以用場效應(yīng)晶體管控制防止反充電功能，它的管壓降比肖特基二極管更低，只是控制電路要比前面復雜一些。

3.2 防過充電控制

防止過充電功能，可以在輸入回路中串聯(lián)或者并聯(lián)一個泄放晶體管，電壓鑒別電路控制晶體管的開關(guān)，將多余的太陽能電池能量通過晶體管泄放，保證沒有過高的電壓給蓄電池充電。關(guān)鍵是防止過充電壓的選擇，單節(jié)鉛酸蓄電池為2.2V。

3.3 防過放電控制

除了Ni-Cd電池外，其它蓄電池一般都要具有防止蓄電池過放電功能，因為會造成蓄電池過放電永久性損壞。需要注意的是，太陽能電池系統(tǒng)一般相對蓄電池是小倍率放電，所以放電截止電壓不宜過低。

3.4 溫度補償

溫度補償，蓄電池電壓控制點是隨著環(huán)境溫度而變化的，所以太陽能燈系統(tǒng)應(yīng)該有一個受溫度控制的基準電壓。對于單節(jié)鉛酸蓄電池是-3~-7mV/℃，我們通常選用-4mV/℃。

4 太陽能燈具光源的選擇

目前多數(shù)草坪燈選用LED作為光源，LED壽命長，可以達到100000小時以上，工作電壓低，非常適合應(yīng)用在太陽能草坪燈上。特別是LED技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了其關(guān)鍵性突破，并且其特性在過去5年中有很大地提高。同時性能價格比也有較大地提高。另外，LED由低壓直流供電，其光源控制成本低，調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)都是可能的，并且不會對LED的性能產(chǎn)生不良影響。控制顏色，改變光的分布，產(chǎn)生動態(tài)幻景都是可能的，所以它特別適合在太陽能草坪燈上應(yīng)用。有許多其固有的特性，使用時如果不注意就會造成不良后果。但是LED目前在市場上銷售LED的發(fā)光效率僅能達到15Lm/W，只能達到三色基色高效節(jié)能燈1/3，三色基色高效節(jié)能燈的發(fā)光效率可以達到50 Lm/W ~60Lm/W。從價格上看，目前生產(chǎn)每Lm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f5mm白光LED價格為1.9~3.0元，目前生產(chǎn)每Lm的成本高，價格相差懸殊。從使用壽命上看，三色基色高效節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）的壽命可以達到6000小時，LED可以達到100000小時以上，從表面上看，LED壽命是三色基色高效節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)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(shù)采用超高亮白光LED，它在20mA下超高亮白光LED光通維持率達到初始強度50%的時間（壽命）不到10000小時，復旦大學電光源所曾經(jīng)證明了上述論點。這就是說，目前在許多情況下LED并非是最好的太陽能草坪燈光源，除非它是低檔，使用年限僅1~2年的太陽能草坪燈，或者是1w以下的太陽能草坪燈。對于1W以上的太陽能草坪燈，最好使用三色基色高效節(jié)能燈。目前有一些太陽能草坪燈用30~40只超高亮白光LED，輸入功率2W以上，在這種情況下，如果使如果用三色基色高效節(jié)能燈，價格只是LED的1/10，光通量為原來的4倍，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，壽命可以達到6000小時。根據(jù)上述分析，我們認為有調(diào)節(jié)明暗、頻繁開關(guān)功能的1W以下的小功率太陽能草坪燈，一般應(yīng)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，否則容易引發(fā)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(jié)能燈比較合理。這里要強調(diào)的是，以上結(jié)論僅僅是目前地分析，當LED技術(shù)水平提高以后，價格下降，以上結(jié)論需要改變。

對于太陽能庭院燈，從可靠性、性能價格比、色溫，和發(fā)光效率幾個方面綜合考慮，我們認為理想的光源目前應(yīng)該是三色基色高效節(jié)能燈。

5 LED使用注意事項

1)LED的特性接近穩(wěn)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能草坪燈，并且LED亮度隨工作電壓變化。采用升壓電路是一個好辦法，也可以用簡單的恒流電路，總之一定要自動限流，否則將損壞LED。

2)一般LED的峰值電流50~100mA，反向電壓6V左右，注意不要超過這個極限，尤其在太陽能電池反接或者蓄電池空載，升壓電路峰值電壓過高時，很可能超過這個極限，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，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6400k~30000k。目前，低色溫的超高亮白光LED尚沒有進入市場，因此用超高亮白光LED制造的太陽能草坪燈光穿透能力比較差，所以在光學設(shè)計上要注意。

6)靜電對超高亮白光LED影響很大，在安裝時要有防靜電設(shè)施，工人要佩帶防靜電手腕。受靜電傷害的超高亮白光LED當時可能憑眼睛看不出來，但是使用壽命將變短。

6 系統(tǒng)組合中的幾個問題

1)光敏傳感器，太陽能燈需要光控開關(guān)，有的設(shè)計者往往會用光敏電阻來自動開關(guān)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(guān)，特性比光敏電阻好。對于太陽能庭院燈問題不大，但是對于僅僅使用一只1.2VNi-Cd電池的太陽能草坪燈來說，太陽能電池組件由4片太陽能電池串聯(lián)組成，電壓低，弱光下電壓更低，以至于天還沒有黑電壓已經(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。