太阳能草坪灯 太阳能草坪灯的设计方案

随着经济的发展和社会的进步，人们对权力提出了越来越高的要求，寻找新的权力成为当时人类面临的紧迫问题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电无法比拟的清洁、安全、广泛、充足的资金，被认为是21世纪最重要的能源。太阳能的储存是太阳能产品发展的关键。目前各种电池都是首选。然而，电池充电时间长、寿命短、不环保一直是太阳能产品发展的瓶颈。超级电容器作为一种充电快、寿命长、环保的储能元件，为太阳能产品的发展带来了新的活力。本文详细介绍了超级电容器太阳能草坪的规划和竣工方法。该草坪灯完美结合了太阳能和超级电容器的优点，无需安装其他电源即可自动发光，并能根据环境光强度自动控制灯的开关。而且该装置使用方便，无需接线，运行稳定可靠，免维护，环保无污染，使用寿命长。可广泛应用于广场绿洲、住宅区草坪等场所。

1 规划挑选 1.1光源的挑选由于LED技能现在现已完结了要害性打破，一起功用价格比也有较大地进步。现在的LED寿数已可到达100 000h以上，而且作业电压低，非常适宜应用于太阳能草坪灯上。另外，LED由低压直流供电，其光源操控成本低，能够调理明暗，并可频繁开关，而且不会对LED的功用发生不良影响。因此，从牢靠性、性价比、色温文发光功率等几个方面归纳思考，规划时可挑选额外电压为3.3 V、作业电流为6 mA的超亮LED作为光源。由于草坪灯不光要有装饰作用，还要有一定的照明功用，故可挑选8个LED运用。 1.2太阳能电池的挑选太阳能电池是依据半导体PN结的光伏效应原理把太阳光能转化为电能的半导体器材，是超级电容器太阳能草坪灯的中心器材。太阳能电池功用的好坏直接决议着能量的变换功率及输出电压的安稳性，一起也直接决议了超级电容器太阳能草坪灯的功用。因此，规划时应选用性价比对比好的单晶硅太阳能电池。由于地球上各个地区的太阳年总辐射量与平均峰值日照时数不一样，太阳能草坪灯的规划和灯的运用地理位置是有联系的，太阳能电池组件额外输出功率和灯具的输入功率之间的联系大约是2～4：1，详细比例要依据灯的天天作业时刻以及对接连阴雨天的照明请求决议。本体系的太阳能电池的功率为3.3V×0.006×8=0.1584 W，假设天天作业12个小时，太阳能电池功的功率为40％，天天有用作业时刻为5小时，则可选用3 W／6 V的太阳能电池。 1.3超级电容的挑选由于太阳能电池的输入能量极不安稳，一起草坪灯只是在周围光线较弱时才发光，因此必需装备蓄电体系才干有用作业。现阶段遍及选用铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池或Ni-H蓄电池，但选用蓄电池作为蓄电体系有很多缺陷：首要可充电型蓄电池的充电次数有限(小于1000次)，运用寿数较短；其次，由于其化学构造的影响，它不能进行大电流充电；第三，蓄电池需要有防过充、防过放以及温度抵偿等操控电路，而且操控电路对比复杂；第四，可充电型蓄电池首要运用化学反应来进行充放电，电池中的废物会对环境发生污染，不归于环保商品。 因此，本商品中选用超级电容做为储能元件。该电容具有法拉级的超大电容量，超强的荷电坚持才能，且漏电流非常小，8小时电压下降率小于5％；无须特别的充电电路和操控放电电路，充电敏捷，而且能够在仅高于其漏电流(典型值约为1 mA)的状态下充电，因此，即便在天阴，太阳能电池也能对超级电容器充电；与蓄电池对比，其过充、过放都不对其寿数构成负面影响，牢靠性高、运用寿数长(充放电循环寿数在10万次以上)；此外还具有优良的温度功用，可在-40℃～75℃的环境温度中正常运用；无污染，是一种绿色电源；可焊接，而且不存在象蓄电池那样触摸不牢固等疑问。 本太阳能草坪灯商品选用锦州凯美动力有限公司出产的6个2.5 V／150 F超级电容器构成的5.0V／225 F电容器模块，其单只电容器商品的ESR(DC)只要20mΩ，直径25 mm，高为48 mm。5 V／225 F超级电容器充电时刻为(在充电电流为450mA的情况下)：

式中:C——电容器的额外容量；δu-电容器工作电压变化；I-电容器充电电流；t电容充电时间。

超级电容器的放电时间为:

其中ESR是电容器的DC内阻。5 V/225 f超级电容器可以从5 V放电到0.6 V..

2体系操控电路的规划 2.1 充电电路本体系中的充电电路由防过压和防反充电路构成，图1所示为其充电电路，图中的ZD1为5.6V稳压二极管，当电池电压高于5.6 V时，Q2导通，硅电池悉数电流通过电阻Q2消耗掉，当硅电池电压降到5.6 V以下时，Q2到，硅电池给超级电容充电，并一起维护超级电容。

本发明可以保证当太阳能电池的输入电压低于超级电容电压时，超级电容不会对太阳能电池反向充电，从而避免不必要的能量损失。反向充电控制可以由图1中的二极管D1完成，它使用肖特基二极管，因为肖特基二极管的导通压降低于普通二极管。2.2驱动LED的稳压电路由于所选LED灯的额外电压为3.3 V，超级电容的电压为5.0 V，放电时超级电容的电压会持续下降，所以需要有稳压电路来驱动LED。本文采用CMOS工艺制造了一种极低静态电流的VFM开关DC/DC升压调节器。该芯片包括VFM控制电路、LX开关驱动晶体管、参考电压单元、振动器、误差比较放大器、电压采样电阻、LX开关维护电路等。芯片外部只需要一个电感、一个输出电容和一个肖特基二极管就可以提供稳定的低噪声输出电压。该稳压器具有8μA极低输入电流、低纹波、低噪声的特点，功率高达80%，极低启动电压0.6 V，输出电压精度高达2.5%。一些电路如图2所示。

同时，331C周围的电感和二极管会影响转换功率，电容和电感也会影响输出纹波。所以。规划时，应选择合适的电感、电容和肖特基二极管，以实现更高的转换功率和更低的纹波和噪声。根据331C的数据表，本方案选用47μH及以下的电感和47μF的低ESR钽电容。用于整流的二极管对DC-DC功率有很大影响。普通二极管虽然可以使DC-DC电路正常工作，但可以使DC-DC变换器的功率降低5% ~ 10%。因此，D3选择正向导通电压较低、反应时间较短的肖特基二极管lN5817。

2.3光控电路超级电容器太阳能草坪灯需要光控开关电路来操控LED的开关。以便在周围环境光线变暗时点亮LED，并当光线变亮时关闭LED。有些光控开关电路选用光敏电阻来开关LED，也能够直接选用太阳能电池做光敏开关，由于太阳能电池特性比光敏电阻好。这有些电路如图3所示。

图3中，U1为带施密特触发器的六反相器74HC14，其间的多谐振动器由第二个反相器与R5和C1构成。这么，在白日光线变亮时，太阳能电池电压增加，74HC14的1脚为高电平，74HC14的2脚为低电平，8脚相同输出低电平，三极管Q1到，LED关断。而当光线变暗时，太阳能电池电压下降到一定程度时，HC14的1脚为低电平，HC14的2脚为高电平，多谐振动器开始振动，并通过Y4输出高、低电平，Q2时而导通时而到，此时只要调理R6和C1的值，以把亮光频率调理到人眼不能分辩即可，这么做的最大优点是能够延伸草坪灯作业时刻。经实际测验，该电路能够天天接连作业10小时以上，完全能够到达用户的运用需要。 3 结束语本超级电容器太阳能草坪的规划选用了超级电容和集成的DC-DC芯片，因此全部电路规划简略，牢靠性高，归于绿色环保商品。现在，此规划现已成功应用于实际商品当中。

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