LED太阳能草坪灯工程技术应用
一、LED太阳能照明的开展趋势
太阳能作为一种新兴的绿能源，以其无可对比的优势得到迅速的推广应用。作为第四代新光源，在都市亮化美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域的照明和应用中得到了有效的利用。尤其是在偏远无电地区，太阳能
照明灯具更具有广泛的应用前景。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革新。除此之外，LED
还具有光线质量高，全然上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地落低了太阳能灯具
使用本钞票，使之到达或接近工频交流电照明系统初装的本钞票报价，同时具
有保卫环境、安装简便、操作平安、经济节能等优点。由于LED具有的光效
率高，发热量低等优势，差不多越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模。随着太阳能灯具的大力开展，“绿照明〞必将会成为一种趋势。而LED
太阳能草坪灯作为其中的一个代表，也将得到大力的推广和应用，本文要紧介
绍它的一些知识，盼瞧能给大伙儿一些启发。
二、LED太阳能草坪灯简介
LED太阳能草坪灯是一种集节能环保、照明与美化环境为一体的新型的绿能源景瞧照明灯具。太阳能草坪灯节能、环保、平安、美瞧。该太阳能草坪灯采纳高效率单晶硅太阳能电池组件，白天可将太阳光光能转换成电能储存于蓄电池，夜晚天黑后那么自动点亮灯管照明，广泛适用于公园草坪、花园不墅、广场绿地、旅游景点、度假村、高尔夫球场、企业工厂绿地亮化美化、住宅小区绿地照明、各种绿化带等的景瞧点缀、景瞧照明。太阳能系列草坪灯要紧用来亮化点缀照明，采纳高亮度LED发光二极管设计，具有亮度高、安装简便、工作可靠、不敷设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点。太阳能草坪灯光源及电源系统设计方法由于太阳能草坪灯独特的优点，近年来得到迅速开展。草坪灯功率小，要紧以装饰为目的，对可移动性要求高，电路展设困难，防水要求高的场地适用。这些使得由太阳电池供电的草坪灯显示出许多前所未有的优势。
三、LED太阳能草坪灯的定义及结构组成
太阳能草坪灯要紧利用太阳能电池的能源来进行工作，当白天太阳光照耀在太阳能电池上，把光能转
变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED〔发光二极体〕提供电源。其优点要紧为平安、节能、方便、环保等。适用于住宅社区绿草地美化照明点缀，公园草坪美化点缀。LED太阳能草坪灯的结构组成：由太阳能电池组件〔光电板〕、超高亮LED灯〔光源〕、免维护可充电蓄电池、自动操纵电路、灯具等组成。
四、太阳能草坪灯的系统组成、操纵原理和电路原理
〔1〕太阳能草坪灯的系统组成：LED太阳能草坪灯是一个独立的发电系统。它能够独立的完成把太阳能转换为电能，并能把电能转换成热能供照明和装饰使用，而不需要电线的传输。一个独立的光伏系统一般由以下三局部组成：太阳电池组件；充、放电操纵器、逆变器、测试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。光伏系统具有以下的特点：没有转动部件，不产生噪音；没有空气污染、不排放废水；没有燃烧过程，不需要燃料；维修保养简单，维护费用低；运行可靠性、稳定性好；作为要害部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可到达25年以上；依据需要特别轻易扩大发电规模。
图4-0几种常见的LED太阳能草坪灯
图4-1是一个典型的需求直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个要紧部件：光伏组件方阵：由太阳电池组件〔也称光伏电池组件〕按照系统需求串、并联而成，在太阳光照耀下将太阳
能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。
LED太阳能草坪灯是一个小型的太阳能供电系统〔图4-2是一个简单的太阳能供电系统〕。它的结构特不简单要紧由太阳能电池板、充放电操纵器、蓄电池、照明电路和灯杆等局部组成〔如图4-3〕。
图4-3LED太阳能草坪灯的组成
〔2〕太阳能草坪灯的操纵原理：太阳能草坪灯的操纵器要紧是用于蓄电池充放电的而操纵。图4-4确实是根基一个最全然的充放电操纵器。在该图中，由光伏电池板、蓄电池、太阳能操纵器和负载组成了一个全然的光伏应用系统。那个
地点的开关K1和K3为充电开关，K3为放电开关，它们均属于太阳能操纵中心的一局部。图中开关的开合由操纵电路依据系统的充放电状态来决定。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，否那么断开。而这些操纵电路能够采纳三极管、电阻、电容、电感构成的电压对比升压充放电电路，也能够采纳光控电路，或者采纳集成运放构成的电压滞回对比器，还能够采纳单片机。鉴于廉价的考虑一般采纳前者。
图4-4充放电操纵器全然原理
图4-5蓄电池充放电示意图
一般来讲，一个合格的太阳能充放电操纵器具有以下几种充放电保卫模式：
1、直充保卫点电压：直充也喊急充，属于快速充电，一般根基上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，然而，有个操纵点，也喊保卫点，确实是根基上表中的数值，当充电时蓄电池端电压高于这些保卫值时，应停止直充。直充保卫点电压一般也是“过充保卫点〞电压，充电时蓄电池端电压不能高于那个保卫点，否那么会造成过充电，对蓄电池是有损害的。
2、均充操纵点电压：直充结束后，蓄电池一般会被充放电操纵器静置一段时刻，让其电压自然下落，当下落到“恢复电压〞值时，会进进均充状态。什么缘故要设计均充？确实是根基当直充完毕之后，可能会有个不电池“落后〞〔端电压相对偏低〕，为了将这些个不分子拉回来，使所有的电池端电压具有均匀一致性，因此就要以高电压配以适中的电流再充那么一小会，可见所谓均充，也确实是根基“均衡充电〞。均充时刻不宜过长，一般为几分钟~十几分钟，时刻设定太长反而有害。对配备一块两块蓄电池的小型系统而言，均充意义不大。因此，路灯操纵器一般不设均充，只有两个时期。
3、浮充操纵点电压：一般是均充完毕后，蓄电池也被静置一段时刻，使其端电压自然下落，当下落至“维护电压〞点时，就进进浮充状态，目前均采纳PWM〔既脉宽调制〕方式，类似于“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，这对蓄电池来讲是特别有好处的，因为电池内部温度对充放电的碍事特别大。事实上PWM方式
要紧是为了稳定蓄电池端电压而设计的，通过调节脉冲宽度来减小蓄电池充电电流。这是特不科学的充电治理制度。具体来讲确实是根基在充电后期、
蓄电池的剩余电容量〔SOC〕>80%时，就必须减小充电电流，以防止因过充电而过多释气〔氧气、氢气和酸气〕。
4、过放保卫终止电压：这对比好理解。蓄电池放电不能低于那个值，这是国标的。蓄电池厂家尽管也有自己的保卫参数〔企标或行标〕，但最终依旧要向国标靠拢的。需要注重的是，为了平安起见，一般将12V电池过放保卫点电压人为加上0.3V作为温度补偿或操纵电路的零点漂移校正，如此12V电池的过放保卫点电压即为11.10V，那么24V系统的过放保卫点电压就为22.20V。目前许多生产充放电操纵器的厂家都采纳22.2V(24V系统)标准。
〔3〕太阳能草坪灯充放电操纵器的设计：充电操纵器作为光伏电池和铅酸蓄电池的接口电路，一般都盼瞧让其工作在最大功率点，实现更高的效率，然而在实现最大功率点跟踪〔MPPT〕的同时，还需要考虑进行蓄电池充电操纵。目前常用的主电路拓扑要紧有落压型电路〔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动摇较大，而Buck 变换器或Boost变换器只能进行落压或升压变换，受此碍事，光伏电池不能在大范围内完全工作于最大功率点，从而造成系统效率下落。同时，Buck变换器输进电流纹波较大，要是输进端不加一个储能电容就会使
系统工作在断续状态下，从而导致光伏电池输出电流时断时续，不能处于最正确工作状态；而Boost变换器输出电流纹波较大，用此电流对蓄电池进行充电，不利于蓄电池的使用寿命；Cuk变换器同时具有升压和落压功能，将Cuk变换器应用于光伏系统充电操纵器中，能够在较大范围内实现最大功率点跟踪，有利于系统效率的提高。因此，常选用Cuk变换器作为充电操纵器的主电路，其系统拓扑如图3—2所示。
Cuk变换器在负载电流连续的情况下，其电路的稳态过程有：1、开关管Vr导通期间
太阳能的好处
此期间开关管Vr导通，电容C
2上的电压使二极管D
2
反偏而截止，这时输进电
流i
L2使L
l
储能；C
2
的放电电流i
L2
使L
2
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D
2
正偏而导通，电源
和L
l 的释能电流i
Ll
向C
2
充电，同时L
2
的释能电流i
L2
以维持负载，如图3.3(b)
所示。因此，Vr截止期间C
2充电，Vr导通期间C
2
向负载放电，C
2
起能量传递
的作用。
〔4〕太阳能草坪灯的电路原理：太阳能草坪灯的电路原理对比简单。下面我们具体介绍一种简单的太阳能草坪灯的电路原理。它的操纵器确实是根基采纳升压电路来实现的。
一种简单的太阳能草坪灯的电路原理图
元器件选择：BT1选用3.8V／80mA太阳能电池板，单晶硅为好，多晶硅次之；BT2选用两节1.2V／600mANi-Cd电池，如需要增大发光度或延长时刻，可相应提高太阳能板及电池功率。VQ2、VQ3、VQ5的β在200左右，VQ4需β值大的晶体管。VD1尽量选管压低的，如锗管或肖特基二极管。LED可选用白、蓝、绿超高亮度散光或聚光。中选用红黄橙等低压落LED时，电路需重新设定。R3、R5建议选用1%精度电阻；R4用亮阻10kΩ～20kΩ，暗阻1MΩ以上的光敏电阻。其他电阻可选用一般碳膜(1／4)W、(1／8)W电阻。L1用(1／4)W 电感，直流阻抗要小。
该电路的工作原理：白天有太阳光时，由BT1把光能转换为电能，由VD1对BT2充电，由于有光照，光敏电阻呈低阻，VQ4b极为低电平而截止。当晚上无光照时刻敏电阻呈高阻，VQ4导通，VQ2b极为低电平也导通，由VQ3、VQ5、C2、R6、L1组成的DC升压电路工作，LED得电发光。
DC升压电路其核心确实是根基一个互补管振荡电路，其工作过程为：VQ2导通时电源通过L1、R6、VQ4向C2充电，由于C2两端电压不能突变，VQ3b 极为高电平，VQ3不导通，随着C2的充电其压落越来越高，VQ3b极电位越来越低，当低至VQ3导通电压时VQ3导通，VQ5相继导通，C2通过VQ5ce结、电源、VQ3eb结(由于VQ2导通，我们假设其ec结短路，VQ3e极直截了当电源正极)放电。