太陽能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，在各種自然能中，無窮無盡的太陽能以其無處不在的優(yōu)勢倍受青睞。
實際上，地球上的一切能源都來自太陽。煤和石油的生成，植物的生長，水和風(fēng)的運動......但是，由于太陽能的分散性和不穩(wěn)定性，直接利用太陽能并不容易，近年來，隨著能源的短缺和太陽能利用技術(shù)的提高，直接利用太陽能才成為現(xiàn)實。
陽光有多鐘利用方法，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)的照明問題。
夏季晴天的太陽光每平方米不足1000瓦，可見，太陽能雖然巨大，但十分分散。商品化的硅太陽能電池板的光/電轉(zhuǎn)換效率約14%，價格也較高，因此，太陽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，傳統(tǒng)光源光效很低，不適合在太陽能照明系統(tǒng)中應(yīng)用。近年來，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)用時光效高，配合太陽能電池板和蓄電池組成太陽能LED照明系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。
完整的太陽能照明系統(tǒng)主要有以下5部分組成：
1、太陽能電池板
太陽能電池板是在有陽光時用來產(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間來計算。如照明燈具的功率是2瓦，要求沒有陽光時連續(xù)照明時間10小時，再考慮變換電路的變換損失，太陽能電池板的發(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光時太陽能電池發(fā)出的電存儲起來，供沒有陽光時使用。蓄電池的容量要根據(jù)太陽能電池板的功率和LED燈的功率以及照明時間來決定。如配合2瓦的LED燈，3瓦的太陽能電池板，沒有太陽時要求連續(xù)照明時間10小時，可選用12V/2.2AH的蓄電池。
3、太陽能充電控制電路
這部分電路的功能是在陽光充足，光照時間長的時候控制充電程度，電池充滿即停止充電，不使蓄電池過充損壞，以保護(hù)蓄電池，延長其使用壽命。
4、LED驅(qū)動器
這是系統(tǒng)的核心控制電路。它的功能有三個：
①、完成發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動控制，使流過發(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自動關(guān)燈，天黑時自動開燈。
③、低電壓保護(hù)。當(dāng)電池電壓下降到10.8伏時輸出關(guān)閉，以免過放電損壞蓄電池。
5、LED照明燈。發(fā)光二極管在小功率時光效比較高，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)體燈時每一串里要串聯(lián)一個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，LED驅(qū)動器裝在燈體內(nèi)部。
一個實用的2瓦太陽能LED照明系統(tǒng)的實現(xiàn)方案如圖所示：
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，接太陽能電池板。
系統(tǒng)中使用的SUN-300是300 mA太陽能充電控制器，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，接太陽能電池板和蓄電池的負(fù)極。體積和DP-12M驅(qū)動器相同。
3瓦的太陽能電池板和12V/2.2AH的鉛酸蓄電池用做發(fā)電和蓄電。
有陽光時，太陽能電池板通過SUN-300給蓄電池充電，同時LED驅(qū)動模塊DP-12M的光控功能使燈關(guān)閉。電池充滿時，充電控制電路使之停止充電。沒有陽光時，在DP-12M的控制下燈自動點亮。如果連續(xù)照明使電池電壓低至10.8V時，DP-12M內(nèi)部的低壓保護(hù)功能使燈自動關(guān)閉，以保護(hù)電池不會過放電損壞。因此，這是一種無人職守自動太陽能照明系統(tǒng)。如果LED燈要在室內(nèi)用，將驅(qū)動器的藍(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)動器都置于燈體內(nèi)部制成一體化燈具，室外使用時更可以將太陽能電池板置于燈體背后組成全一體化結(jié)構(gòu)太陽能燈。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，太陽能電池板和充電控制器也要相應(yīng)的增大功率。因此，實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要組成各種實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)體燈時一定要解決好發(fā)光二極管的散熱問題。說發(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，但電流流過半導(dǎo)體材料時產(chǎn)生的電阻熱還是會使發(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，過熱會使其快速老化，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)光管工作時的溫度，這樣半導(dǎo)體燈才能真正做到長壽命。
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