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日光灯管的瓦数LED太阳能草坪灯照明设计

>  1 引言>>  日头能作为一种新兴的绿色彩能源,以其无可相比的优势获得快速的推广应用。作为第四代新光源,在都会亮化绿化、门路照明、庭院照明、室内照明以及其他各范畴的照明和应用中获患了有用的利用。尤其是在偏远无电地区,日头能汽灯更具备广泛的应用远景。 一般人认为,节能灯可节能4/5是伟大的创举,但LED比节能灯还要节能1/4,这是固体光源伟大的改进。除此以外,LED还具备光线质量高,基本上无辐射,可靠不易用坏,维护用度极为低价等优势,归属典型的绿色彩照明光源。超高亮LED的研制乐成,大大地减低了日头能灯具使用成本,使之到达或靠近工频交流电照明系统初装的成本报价,并且具备掩护环境、安装简便、操作安全、经济节能等长处。因为LED具备的光效率高,发热量低等优势,已经越来越多地应用在照明范畴,并浮现出取代传统照明光源的趋势。 在我国西部,非骨干道日头能路灯、日头能庭院灯渐陈规模。随着日头能灯具的大力成长,“绿色彩照明”必将会成为一种趋势。而LED日头能草坪灯作为此中的一个代表,也将获得大力的推广和应用,这篇文章主要先容它的一些常识,希望能给大家一些启发。>>  2 LED日头能草坪灯的界说及结构组成>>  日头能草坪灯主要利用日头能电池的能源来举行事情,当白天日头光照射在日头能电池上,把光能改变成电能贮存在蓄电池中,再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。其长处主要为安全、节能、方便、环保等。合用于室第社区绿草坪绿化照明粉饰,公园草坪绿化粉饰。LED日头能草坪灯的结构组成:由日头能电池组件(光电板)、超高亮LED灯(光源)、免维护可充电蓄电池、自动节制电路、灯具等组成。>>  3 日头能草坪灯的系统组成、节制原理和电路原理>>  3.1 日头能草坪灯的系统组成>>  LED日头能草坪灯是一个自力的发电系统。它可以容或自力的完成把日头能转换为电能,并能把电能转换成热能供照明和扮饰使用,而不需要电线的传道输送。一个自力的光伏系统一般由以下三部门组成:日头电池组件;充、放电节制器、逆变器、实验仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。光伏系统具备以下的特点:没有转动器件,不产生噪音; 没有空气污染、不排放废水;没有燃烧过程,不需要汽油; 维修保养简略,维护用度低;运行可靠性、稳定性好;作为关键器件的日头电池使用生存的年限长,结晶体硅日头电池生存的年限可到达25年以上;根据需要很容易扩大发电规模。> align=center sizcache="0" sizset="2">组图:出产节能灯> align=center sizcache="0" sizset="3">组图:出产节能灯> align=center>图4-0 几种常见的LED日头能草坪灯>>  图4-1是一个典型的供应直流负载的光伏系统表示意思图。此中包罗了光伏系统中的几个主要器件:光伏组件方阵:由日头电池组件(也称光伏电池组件)按照系统需求串、并联而成,在日头光照射下将日头能转换成电能输出,它是日头能光伏系统的核心器件。> align=center sizcache="0" sizset="4">组图:出产节能灯>>  LED日头能草坪灯是一个小规模的日头能供电系统(图4-2是一个简略的日头能供电系统)。它的结构非常简略主要由日头能电池板、充放电节制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部门组成(如图4-3)。> align=center sizcache="0" sizset="5">组图:出产节能灯> align=center sizcache="0" sizset="6">组图:出产节能灯>>  3.2 日头能草坪灯的节制原理>>  日头能草坪灯的节制器主如果用于蓄电池充放电的而节制。图4-4就是一个最基本的充放电节制器。在该图中,由光伏电池板、蓄电池、日头能节制器和负载组成了一个基本的光伏应用系统。这搭的开关K1和K3为充电开关,K3为放电开关,它们均归属日头能节制中心的一部门。图中开关的开合由节制电路根据系统的充放电状况来决议。当蓄电池布满电时断开充电开关,需要充电时闭合充电开关;当蓄电池放电时闭合K2,否则断开。而这些节制电路可以接纳三极管、电阻、电容、电感构成的电压比力升压充放电电路,也可以接纳光控电路,或接纳集成运放构成的电压滞回比力器,还可以接纳单片机。鉴于廉价的思量一般接纳前者。> align=center sizcache="0" sizset="7">组图:出产节能灯> align=center sizcache="0" sizset="8">组图:出产节能灯>>  一般来说,一个合格的日头能充放电节制器具备以下几种充放电掩护模式:>>  a 直充掩护点电压:直充也叫急充,归属快速充电,一般都是在蓄电池电压较低的时候用大电流和相对高电压对蓄电池充电,但是,有个节制点,也叫掩护点,就是上表中的数值,当充电时蓄电池端电压高于这些掩护值时,应停止直充。直充掩护点电压一般也是“过充掩护点”电压,充电时蓄电池端电压不克不及高于这个掩护点,否则会造成过充电,对蓄电池是有损害的。>>  b 均充节制点电压:直充结束后,蓄电池一般会被充放电节制器静置一段时间,让其电压天然着落,当着落到“恢复电压”值时,会进入均充状况。为啥子要预设均充?就是当直充完结之后,有可能会有个体电池“掉队”(端电压相对偏低),为了将这些个体份子拉归来,使所有的电池端电压具备匀称相符性,以是就要以高电压配以适中的电流再充那么一小会,可见所说的均充,也就是“均衡充电”。均充时间不宜过长,一般为几分钟~十几分钟,时间设定太长反而有害。对配备一块两块蓄电池的小规模系统而言,均充意义半大。以是,路灯节制器一般不设均充,只有两个阶段。>>  c 浮充节制点电压:一般是均充完结后,蓄电池也被静置一段时间,使其端电压天然着落,当着落至“维护电压”点时,就进入浮充状况,今朝均接纳PWM(既脉宽调制)方式,近似于“涓流充电”(即小电流充电),电池电压一低就充上一点,一低就充上一点,一股一股地来,以免电池温度持续升高,这对蓄电池来说是颇有帮助益的,因为电池内部温度对充放电的影响很大。其实PWM方式主如果为了稳定蓄电池端电压而预设的,通过调节脉冲宽度来减小蓄电池充电电流。这长短常科学的充电管理制度。详细来说就是在充电后期、蓄电池的残剩电容积(SOC)>80%时,就必需减小充电电流,以防止因过充电而过多释气(氧气、氢气和酸气)。>>  d 过放掩护终止电压:这比力好理解。蓄电池放电不克不及低于这个值,这是国标的规定。蓄电池厂家虽则也有自己的掩护参量(企标或行标),但终极还是要向国标挨近的。需要注重的是,为了安全起见,一般将12V电池过放掩护点电压人为加之0.3V作为温度赔偿或节制电路的零点漂移校正,如许12V电池的过放掩护点电压即为11.10V,那么24V系统的过放掩护点电压就为22.20V 。今朝很多出产充放电节制器的厂家都接纳22.2V(24V系统)规范。>>  3.3 日头能草坪灯充放电节制器的预设>>  充电节制器作为光伏电池和铅酸蓄电池的接口电路,一般都希望让其事情在最大功率点,使成为事实更高的效率,但是在使成为事实最大功率点跟踪(MPPT)的同时,还需要思量举行蓄电池充电节制。今朝常用的主电路拓扑主要有降压型电路(Buck)变换器、升压型电路(Boost)变换器、丘克电路(Cuk)变换器等。一般光伏电池输出电压颠簸较大,而Buck变换器或Boost变换器只能举行降压或升压变换,受此影响,光伏电池不克不及在大范围内完全事情于最大功率点,从而造成系统效率降落。同时,Buck变换器输入电流纹波较大,如果输入端不加一个储能电容就会使系统事情在断续状况下,从而导致光伏电池输出电流时断时续,不克不及处于最佳事情状况;而Boost变换器输出电流纹波较大,用此电流对蓄电池举行充电,倒霉于蓄电池的使用生存的年限;Cuk变换器同时具备升压和降压功效,将Cuk变换器应用于光伏系统充电节制器中,可以在较大范围内使成为事实最大功率点跟踪,有帮助于系统效率的提高。因此,常选用Cuk变换器作为充电节制器的主电路,其系统拓扑如图3-2所示。> align=center sizcache="0" sizset="9">组图:出产节能灯> align=center sizcache="0" sizset="9">  Cuk变换器在负载电留连续的情况下,其电路的稳态过程有:>>  1、开关管Vr导通期间>>  此期间开关管Vr导通,电容C2上的电压使二极管D2反偏而截止,这时候输入电流iL2使Ll储能;C2的放电电流iL2使L2储能,并供电给负载,如图3-3(a)所示。>>  2、开关管Vr截止期间此期间开关管Vr截止,二极管D2正偏而导通,电源和Ll的释能电流iLl向C2充电,同时L2的释能电流iL2以维持负载,如图3.3(b)所示。因此,Vr截止期间C2充电,Vr导通期间C2向负载放电,C2起能+量传递的作用。> align=center sizcache="0" sizset="10">组图:出产节能灯>>  3.4 日头能草坪灯的电路原理>>  日头能草坪灯的电路原理比力简略。下面我们详细先容一种简略的日头能草坪灯的电路原理。它的节制器就是接纳升压电路来使成为事实的。> align=center sizcache="0" sizset="11">组图:出产节能灯>>  元器件选择:BT1选用3.8V/80mA日头能电池板,单晶硅为宜,多晶硅次之;BT2选用两节1.2V/600mA Ni-Cd电池,如需要增大发光度或延伸时间,可相应提高日头能板及电池功率。VQ2、VQ3、VQ5的β在200左右,VQ4需β值大的结晶体管。VD1只管即便选管压低的,如锗管或肖特基二极管。LED可选用白、蓝、绿色彩超高亮度散光或聚光。被选用红黄橙等低压降LED时,电路需重新设定。R3、R5提议选用1%精度电阻;R4用亮阻10kΩ~20kΩ,暗阻1MΩ以上的光敏电阻。其他电阻可选用平凡碳膜(1/4)W、(1/8)W电阻。L1用(1/4)W色电感,直流阻抗要小。>>  该电路的事情原理:白天有日头光时,由BT1把光能转换为电能,由VD1对BT2充电,因为有光照,光敏电阻呈低阻,VQ4 b极为低电平而截止。当晚上无光照时光敏电阻呈高阻,VQ4导通,VQ2 b极为低电平也导通,由VQ3、VQ五、C2、R六、L1组成的DC升压电路事情,LED得电发光。>>  DC升压电路其核心就是一个互补管振动电路,其事情过程为:VQ2导通时电源通过L1、R六、VQ4向C2充电,因为C2两头电压不克不及突变,VQ3 b极为高电平,VQ3不导通,随着C2的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接踵导通,C2通过VQ5 ce结、电源、VQ3 eb结(因为VQ2导通,我们假定其ec结短路,VQ3 e极直接电源正极)放电。>>  当放完电后VQ3截止,VQ5截止,电源再次向C2充电,之后VQ3导通,VQ5导通,C2放电,云云反复,电路形成振动,在振动过程中,VQ5导通时电源经L1和VQ5 ce结到地,电流经L1储能,VQ5截止时L1产生感到电动势,和电源叠加后驱动LED,LED发光。本可以提高电池电压直接驱动LED,以提高效率,但电池电压提高,相应的日头能电池价格也大幅提高,只要电路元件设置合适,其效率还是可以接受的。当白天充电不够时(如赶上阴雨天等),BT2有可能发生过放电,如许会损坏电池,为此特加R5构成过放掩护:当电池电压降至2V时,因为R5的分压使VQ4基极电位不足以使VQ4导通,从而掩护电池。增长R5会影响VQ4的导通深度。>>  4 光源优势及选择>>  今朝多数草坪灯选用LED作为光源,LED生存的年限长,可以到达100000钟头以上,事情电压低,非常合适应用在日头能草坪灯上。特别是LED技能已经履历了其关键的冲破,并且其特性在已往5年中有很大提高,其机能价格比也有较大的提高。另外,LED由低压直流供电,其光源节制成本低,使调节明暗,频仍开关都成为有可能,并且不会对LED的机能产生不良影响。还可以方便地节制色彩,改变光的漫衍,产活泼态幻景,以是它特别合用在日头能草坪灯上。>>  但是LED有它很多本来就有的特性,使用时如果不注重就会造成不良后果。LED今朝市场上销售的发光效率仅能到达15lmW,只能到达三色基色高效节能灯1/3,三色基色高效节能灯的发光效率可以到达50-60lmW,从价格上看,今朝出产每一1m的成本:三色基色高效节能灯(含电子镇流器)0.022元,2002年φ5mm白光LED价格为1.9-3.0元,今朝出产每一1m的成本价格相差相差很远。从使用生存的年限上看,三色基色高效节能灯(含电子镇流器)的生存的年限可以到达6000h,LED可以到达100000h以上,从外貌上看LED生存的年限是三色基色高节能灯(含电子镇流器)的几十倍,但是事实并不是云云。今朝日头能草坪灯大多数接纳超高亮白光LED,它在20mA下超高亮白光LED光通维持率到达初始强度50%的时间(生存的年限)不到10000h,复旦大学电光源所曾经证实上面所说的论点。这就是说,今朝在很多情况下LED并不是最好的日头能草坪灯光源,错非它是质量不好的使用年限仅1-2年的日头能草坪灯,或是1W以下的日头能草坪灯。对于1W以上的日头能草坪灯,最好使用三色基色高效节能灯。今朝有一些日头能草坪灯用30-40只超高亮白光LED,输入功率2W以上,在这类情况下如果用三色基色高效节能灯,价格只有LED的1/10,光通量是原来的4倍,令人高兴的是此刻已经研制乐成2-10W的低压直流三色基色高效节能灯,生存的年限可以到达6000h。>>  根据上面阐发,我们认为1W以下的小功率日头能草坪灯,有调节明暗,频仍开关的功效,一般应该使用LED作为光源。但是在使用超高亮白光LED时特别要注重光通维持率疑难题目,否则容易引起质量事故。对于功率较大的日头能草坪灯,今朝使用三色基色高效节能灯比力合理。这搭要夸大的是,以上结论仅只是今朝的阐发,当LED技能程度提高以后,价格降落,以上结论需要调解。>>  5 遇到的疑难题目>>  5.1 光敏传感>>  日头能草坪灯需要光控开关,预设者往往会用光敏电阻来自动开关灯,实际上日头能电池本身就是一个极好的光敏传感器,用它做光敏开关,特性比光敏电阻好。对于仅只使用一只1.2VNi-Cd电池的日头能草坪灯来说,日头能电池组件由四片日头能电池串联组成,电压低,弱光下电压更低,以至天没有黑电压已经低于0.7V,造成光控开关失灵。在这类情况下,只要加一只结晶体管直接耦合放大,即可解决疑难题目。>>  5.2 按蓄电池电压高低节制负载大小>>  日头能草坪灯往往对连续阴雨可维持时间要求很高,这就增长系统成本。我们在连续阴雨蓄电池电压减低时削减LED接入个数,或削减日头能草坪灯每一天的发光时间,如许就能削减系统成本。>>  5.3 日头能电池封装情势>>  今朝日头能电池的封装情势主要有两种,层压和滴胶。层压工艺可以包管日头能电池事情生存的年限25年以上,滴胶虽则当时美不雅,但是日头能电池事情生存的年限仅只1-2年。因此,1W以下的小功率日头能草坪灯,在没有过遐龄命要求的情况下,可以使用滴胶封装情势,对于使用年限有规定的日头能草坪灯,提议使用层压的封装情势。>>  5.4 闪耀变光>>  渐亮渐暗是节能的好办法,它一方面可以增长日头能草坪照射效验,另一方面可以通过改变闪耀占空比节制蓄电池平均输出电流,延伸系统事情时间,或在划一前提下,可减小日头能电池的功率,成本将大幅度降落。>>  5.5 三色基色高效节能灯的开关速率>>  这个疑难题目非常重要,它甚或决议着日头能草坪灯的使用生存的年限,三色基色高效节能灯开始工作时有高达10-20倍的开始工作电流,系统在蒙受如许大的电流情况下有可能电压有大幅度降落,日头能草坪灯没有办法开始工作或反复开始工作,直至损坏。>>  5.6 升压电路效率的提高及对LED灯的影响>>  小功率日头能草坪灯一般都有升压电路,如果接纳振动电路,电感升压。电感接纳规范色码电感器,规范色码电感器中使用开放磁路,磁通损失大,以是电路效率低。如果接纳闭合磁路制造电感升压,如磁环,升压电路效率将有很大提高。LED的特性靠近稳压二极管 <http://www.ledgb.com>,事情电压变化0.1V,事情电流有可能变化20mA左右。为了安全,平凡情况下使用串联限流电阻,极大的能+量损失显然不舒服合日头能草坪灯,并且LED亮度随事情电压变化,而且绝对是要自动限流,否则将损坏LED。一般LED的峰值电流50-100mA,反高能电池反接或蓄电池空载,升压电路峰值电压过高时颇有可能跨越这个极限,损坏LED。>
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