太阳能在照明灯具上的应用

3 太阳能灯具中蓄电池的充放电控制

无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电，.另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。.没有一个性能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。

3.1 防反充电控制

防止反充电功能，一般来说，就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。另外，还可以用场效应晶体管控制防止反充电功能，它的管压降比肖特基二极管更低，只是控制电路要比前面复杂一些。

3.2 防过充电控制

防止过充电功能，可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为2.2V。

3.3 防过放电控制

除了Ni-Cd电池外，其它蓄电池一般都要具有防止蓄电池过放电功能，因为会造成蓄电池过放电永久性损坏。需要注意的是，太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。

3.4 温度补偿

温度补偿，蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的，所以太阳能灯系统应该有一个受温度控制的基准电压。对于单节铅酸蓄电池是-3~-7mV/℃，我们通常选用-4mV/℃。

4 太阳能灯具光源的选择

目前多数草坪灯选用LED作为光源，LED寿命长，可以达到100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经实现了其关键性突破，并且其特性在过去5年中有很大地提高。同时性能价格比也有较大地提高。另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，调节明暗，频繁开关都是可能的，并且不会对LED的性能产生不良影响。控制颜色，改变光的分布，产生动态幻景都是可能的，所以它特别适合在太阳能草坪灯上应用。有许多其固有的特性，使用时如果不注意就会造成不良后果。但是LED目前在市场上销售LED的发光效率仅能达到15Lm/W，只能达到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达到50 Lm/W ~60Lm/W。从价格上看，目前生产每Lm的成本：三色基色高效节能灯（含电子镇流器）0.022元，2002年f5mm白光LED价格为1.9~3.0元，目前生产每Lm的成本高，价格相差悬殊。从使用寿命上看，三色基色高效节能灯（含电子镇流器）的寿命可以达到6000小时，LED可以达到100000小时以上，从表面上看，LED寿命是三色基色高效节能灯（含电子镇流器）的几十倍，但是事实并非如此。目前太阳能草坪灯大多数采用超高亮白光LED，它在20mA下超高亮白光LED光通维持率达到初始强度50%的时间（寿命）不到10000小时，复旦大学电光源所曾经证明了上述论点。这就是说，目前在许多情况下LED并非是最好的太阳能草坪灯光源，除非它是低档，使用年限仅1~2年的太阳能草坪灯，或者是1w以下的太阳能草坪灯。对于1W以上的太阳能草坪灯，最好使用三色基色高效节能灯。目前有一些太阳能草坪灯用30~40只超高亮白光LED，输入功率2W以上，在这种情况下，如果使如果用三色基色高效节能灯，价格只是LED的1/10，光通量为原来的4倍，现在已经研制成功2~10W的低压直流三色基色高效节能灯，寿命可以达到6000小时。根据上述分析，我们认为有调节明暗、频繁开关功能的1W以下的小功率太阳能草坪灯，一般应该使用LED作为光源。但是在使用超高亮白光LED时特别要注意光通维持率问题，否则容易引发事故。对于功率较大的太阳能草坪灯，目前使用三色基色高效节能灯比较合理。这里要强调的是，以上结论仅仅是目前地分析，当LED技术水平提高以后，价格下降，以上结论需要改变。

对于太阳能庭院灯，从可靠性、性能价格比、色温，和发光效率几个方面综合考虑，我们认为理想的光源目前应该是三色基色高效节能灯。

5 LED使用注意事项

1)LED的特性接近稳二极管，工作电压变化0.1V，工作电流可能变化20mA左右。为了安全，普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯，并且LED亮度随工作电压变化。采用升压电路是一个好办法，也可以用简单的恒流电路，总之一定要自动限流，否则将损坏LED。

2)一般LED的峰值电流50~100mA，反向电压6V左右，注意不要超过这个极限，尤其在太阳能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时，很可能超过这个极限，损坏LED。

3)LED温度特性不好，温度上升5℃，光通量下降3%，夏季使用要注意。

4)工作电压离散性大，同一型号，同一批次的LED工作电压都有一定差别，不宜并联使用。一定要并联使用，应该考虑均流。

5)超高亮白光LED色温为6400k~30000k。目前，低色温的超高亮白光LED尚没有进入市场，因此用超高亮白光LED制造的太阳能草坪灯光穿透能力比较差，所以在光学设计上要注意。

6)静电对超高亮白光LED影响很大，在安装时要有防静电设施，工人要佩带防静电手腕。受静电伤害的超高亮白光LED当时可能凭眼睛看不出来，但是使用寿命将变短。

6 系统组合中的几个问题

1)光敏传感器，太阳能灯需要光控开关，有的设计者往往会用光敏电阻来自动开关灯，实际上太阳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。对于太阳能庭院灯问题不大，但是对于仅仅使用一只1.2VNi-Cd电池的太阳能草坪灯来说，太阳能电池组件由4片太阳能电池串联组成，电压低，弱光下电压更低，以至于天还没有黑电压已经低于0.7V，造成光控开关失灵。在这种情况下，只要加一只晶体管直接耦合放大，即可解决问题。