太陽能LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)事項(xiàng)

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(diǎn)，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(shí)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(yùn)動(dòng)……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(shí)。

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(jià)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)間來計(jì)算。如照明燈具的功率是2瓦，要求沒有陽光時(shí)連續(xù)照明時(shí)間10小時(shí)，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(shí)太陽能電池發(fā)出的電存儲起來，供沒有陽光時(shí)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(shí)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(shí)要求連續(xù)照明時(shí)間10小時(shí)，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(shí)間長的時(shí)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(dòng)器

　　這是系統(tǒng)的核心控制電路。它的功能有三個(gè)：

　?、?、完成發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動(dòng)控制，使流過發(fā)光管的電流不隨蓄電池的電壓變化。

　?、凇⒕哂泄饪毓δ?，天亮?xí)r自動(dòng)關(guān)燈，天黑時(shí)自動(dòng)開燈。

　?、?、低電壓保護(hù)。當(dāng)電池電壓下降到10.8伏時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)每一串里要串聯(lián)一個(gè)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(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器裝在燈體內(nèi)部。

一個(gè)實(shí)用的2瓦太陽能LED照明系統(tǒng)的實(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)，太陽能電池板通過SUN-300給蓄電池充電，同時(shí)LED驅(qū)動(dòng)模塊DP-12M的光控功能使燈關(guān)閉。電池充滿時(shí)，充電控制電路使之停止充電。沒有陽光時(shí)，在DP-12M的控制下燈自動(dòng)點(diǎn)亮。如果連續(xù)照明使電池電壓低至10.8V時(shí)，DP-12M內(nèi)部的低壓保護(hù)功能使燈自動(dòng)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(dòng)太陽能照明系統(tǒng)。如果LED燈要在室內(nèi)用，將驅(qū)動(dòng)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(dòng)器都置于燈體內(nèi)部制成一體化燈具，室外使用時(shí)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(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要組成各種實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的溫度，這樣半導(dǎo)體燈才能真正做到長壽命。