太陽能臺燈設計

1、設計:*年*月*日一、設計背景跨入 21 世紀后，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)， 如何能在能源有限和環(huán)境保護的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟已成為全球的熱點問題。而能源問題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴重的是化石能源的開發(fā)利用更加劇了環(huán)境的惡化。主要表現(xiàn)為以下幾個方面：(1) 能源短缺。常規(guī)能源的有限性和分布不均勻，造成了世界上大部分國家能源供應不足，不能滿足其經(jīng)濟發(fā)展的需求。從長遠來看，全球已探明石油儲量只能用到2020 年，天然氣也只能延續(xù)到2040 年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，人類遲早要面臨化石燃料枯竭的危機局面。(2) 環(huán)境污染。燃燒煤、石油等

2、化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質排入天空，是大氣環(huán)境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質量；甚至在局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土資源。(3) 溫室效應?；茉吹睦貌粌H造成環(huán)境污染，同時會排放大量的溫室氣體，產(chǎn)生溫室效應，引起全球氣候變化。隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的辦法，一條道路是尋找新能源和再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種大量可再生能源， 每天達到地球表面的輻射能大約等于2.5 億桶石油，可以說是取之不盡，用之不竭。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段

3、，所以發(fā)光效率高，一般人都認為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5 是偉大的創(chuàng)舉，但LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4 ,這是固體光源更偉大的改革。二、太陽能燈簡介太陽能臺燈是通過太陽能電池板利用光照, 吸收太陽能將其轉換為電能 , 并貯存在蓄電池內(nèi). 當需要照明時, 打開開關, 即可用于照明.采用超亮LED作光源，具有節(jié)能省電的特點，利用太陽能充電 , 無需頻繁更換電池, 適應了清潔、環(huán)保的發(fā)展趨勢。該產(chǎn)品攜帶方便 , 操作簡單, 是現(xiàn)代生活中理想的照明工具三、太陽能臺燈優(yōu)點(1)點燈不花錢一一太陽能供電清潔環(huán)保超節(jié)能，采用高亮度低功耗的高科技散光 LED燈作為光源。太陽能發(fā)電板或市電作為電源供應。不但移動方便，

4、而且?guī)缀醪缓氖须姟＝?jīng)氣象部門不完全統(tǒng)計(這個根據(jù)地方不同，也有很大的差異)，一般一年晴天占總天數(shù)的65，用戶在白天出門時將電池盒取出并放置在陽臺上，當傍晚回來再將電池盒插入臺燈，供晚上使用。在充裕的太陽下光照一天，臺燈可以連續(xù)使用 3.5 個小時以上，完全滿足用戶使用一個晚上。這樣就可以靠太陽能來維持學習臺燈的供電電源，且不使用國家電網(wǎng)的電來供電，這樣就不存在用戶額外支付電費。當沒有陽光時，可以使用交流電供電，60顆高效散光LED燈才3.6W,卻等同于傳統(tǒng)白熾燈45W的亮，但其功耗之低。3.6W的耗電量，一般是帶不動電表。即使帶動了電表，一個整年使用交流電供電，一年產(chǎn)生的電費也就在6 元里面，

5、 所以本臺燈對用電量來說幾乎是免費使用的。（ 2）護眼保健燈直流照明無頻閃無輻射提到臺燈的護眼和保健功能，就必須先了解“頻閃”和“電磁輻射”的含義以及對人體產(chǎn)生的危害。簡單的說，直接使用交流電的光源必然存在頻閃，發(fā)熱量大的光源也必然存在熱輻射。這個不難理解，現(xiàn)在市場上眾多的所謂“護眼”燈其實根本無法做到零頻閃和零輻射。而本產(chǎn)品是使用低壓直流供電，發(fā)熱量極低（LED是低功耗產(chǎn)品），即使本臺燈用交流電供電，也是使用了適配器，已經(jīng)將交流電變成了直流低壓電，這樣才能真正做到零頻閃和零輻射。（3）停電長明燈一一完全具應急燈功能產(chǎn)品帶有充電功能，當用戶用交流適配器供電時，一方面給 LED 點亮提供能源，另

6、一方如果電路板控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池電壓低時能夠及時對內(nèi)部鎳氫電池充電，充滿后自動停止（帶負載充電一般11 小時就能從無到充滿，如果電池有較多的余電，那么充電時間更短。）。停電時內(nèi)部電路會直接切到內(nèi)部鎳氫電池供電，電池充滿情況下，高亮度點亮時間長達 7.5 小時。當連續(xù)停電無法實現(xiàn)交流充電，可以直接將取出電池盒放置在太陽下暴曬一天，就可以讓用戶使用1 天?，F(xiàn)在電力緊缺時常停電，給人們的生活帶來諸多不便，特別是夏天，一則容易停電，另一則陽光非常的充裕，這樣到了晚上，用戶根本不要擔心因為停電而誤了學習做作業(yè)或其他的事情。本臺燈即可提供長時間的高效照明。(4)超長壽命燈一一低電壓小電流供電，光衰系數(shù)遠小于

7、熒光燈采用低功耗高亮度散光的LED燈是環(huán)保高科技產(chǎn)品，只需低電壓小電流供電即可，它的使用壽命要比日光燈長10 倍、比白熾燈長100 倍。(5)低壓安全燈一一低壓供電無安全隱患9V電壓供電，使用時不存在誤觸燈頭等造成傷害的問題。特別對好動的孩子，即使直接用手去觸摸臺燈內(nèi)部的導線接頭或金屬片，也不會存在任何的觸電事故。非常的安全。( 6)環(huán)保內(nèi)部使用的是鋰離子電池，符合國際環(huán)保公約要求，可以反復使用。使用取之不盡，用之不絕的清潔能源太陽能，節(jié)能環(huán)保，無二次污染。四、設計的總體框架：1 、純太陽能供電型12V鋰電池 ；LED照明燈太陽能電池板 1充電控制電路2、混合供電型五、原件的選取1、太陽能電池

8、板選取目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率約為15% ,最高達到24%。是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的， 技術也最為成熟。使用壽命一般可達15A,最高可達25A。多晶硅太陽能電池比單晶硅太陽能電池的光電轉換效率要降低不少， 其光電轉換效率約 12%,同時多晶硅太陽能電池的使用壽命也 要比單晶硅太陽能電池短。非晶硅薄膜太陽能電池光電轉換效率 偏低。晶硅太陽能電池目前國際先進水平約為10 %,且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長, 其轉換效率衰減，直接影響了其實際應用。 所以目前多采用單晶 硅太陽能電池。根據(jù)太陽能輻射原理。 太陽能電池方陣面上所獲 得輻射量的多少與很多因素有關：當?shù)氐木暥取⒑?/p>

9、拔、大氣的污 染程度或透明程度、一年當中四季的變化、一天時間的變化、到 達地面的太陽輻射值、散分量的比例、地表面的反射系數(shù)、太陽 能電池方陣的運行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽能電池 方陣表面的清潔程度等。太陽能照明系統(tǒng)充放電效率取0.75。多元化合物薄膜太陽能電池太陽能電池組件組失修正系數(shù)取O.95,灰塵遮擋及其他損失修正系數(shù)取0.90。經(jīng)過查詢資料和單位換算及簡化處理后，可得到太陽能電池總用量 P的計算公式P=-5 618xAxQd（KopxHL）式中，Q為負載日功耗（WH）;鞏為水平面年平均13輻射量（KJ/(m2-d) ; Kop為斜面輻射最佳輻射系數(shù)；A為安全系數(shù)，一般取1.1 1

10、.3。2、蓄電池的選取蓄電池的容量要根據(jù)太陽能電池板的功率和LED路燈的功率以及照明時間來決定. 蓄池應與太陽能電池、LED路燈相配?？捎靡环N簡單方法確定它們間的關系。太陽能電池功率必須電匹之高出負載功率4倍以上。系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓要 超過蓄電池的工作電壓 20%30%,才能保證給蓄電池正常蓄電。因此，蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。蓄電池的容量Be的計算公式：Be= (PLxlOxD)/(Kb V)式中.PL為日平均耗電量，D為陰雨天數(shù)，6為安全系數(shù)，1.2 1.4 (包括了溫度修正系數(shù)：0c上為l , 一 l0 C上為1.1 ,一 1OC下為1.2 ,放電深度cc

11、=O.75) , V為工作電壓。根據(jù)上式可以估算出蓄電池的容量，同時蓄電池的充電效率的高低取決于充電的方式。根據(jù)系統(tǒng)要求和對各種指標的核定，這里選用12V/100Ah閥控密封式鉛酸蓄電池。3、LED的選擇按目前市場產(chǎn)品的輸入功率對 LED分類，其中輸入功率為 幾十MW勺，稱為傳統(tǒng)的小功率 芯片；具輸人功率小于1 W勺， 為功率LED輸入功率等于1 W 或大于1 W的，則為W級功率 (大功率)LED。目前大功率比較 常見的有1, 3, 5, 8, 10 W已批量應用的有1 W和3 WLED弁正朝大電流(300 m/V 1.4 A)、 高效率(601 204 in1 ,)、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。大功

12、率 LED 節(jié)能燈采用單顆功率大于 1 W以上的LEQ選用美國CREE司 的3 WLED將多個芯片集成于印刷電路板上排列為一定間距的點 陣作為平面發(fā)光源，組合成一個大功率LED單體模塊，裝入節(jié)能 露臺燈燈具中，借此提高芯片面積， 弁增加發(fā)光量。 將多個LED集中在一 起設計露臺照明，除足夠的光通量和 合理的光學設計保證合理的光分布 外，更為重要的是散熱問題。由于露 臺燈幾本都是在戶外夜間使用，散熱面位于側上面以及體型受限制較小等特點。有利于空氣自然對流 散熱。所以LED丁選擇自然對流散熱方式. 同時整燈采用高導熱系數(shù)鋁作為散熱主體，解決了 LED的散熱問題。六、太陽能控制器硬件設計太陽能控制器

13、全稱為太陽能充放電控制器是控制太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給負載供電的自動控制設備能自動防止蓄電池過充電和過放電。它對蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個系統(tǒng)的核心控制部分。充電控制器用ATmega128單片機作為主控器件，檢測太陽能電池板的輸出電壓，選擇適合的DJDC支路，檢測蓄電池的電壓值，根據(jù)蓄電池的電荷狀態(tài)，選擇合適的充電方式，為蓄電池提供過充電、過放電保護。圖1為采用斬波式PW疏電原理圖，檢測蓄電池的充電端電壓， 將檢 測得到的蓄電池端電壓與給定點電壓比較。若蓄電池的電壓小于給定電壓斬波器全通，迅速給蓄電池充

14、電；若大于給定電壓，則根據(jù)比例調(diào)整功率管的占空比。充電進入慢充階段，改善充電 特性，最后進入涓流充電，防止過充。圖1 PWM原理圖AVR12彈片機（PB4）給出充電的控制信號，即PB4=I,NP遒 0805的 i 極管導通，此時集電極接地，使得 IRF4905 柵源電壓鉗位在一 1OV， IRF4905 管導通，太陽能電池板向蓄電池充電；反之，NPN 0805三極管截止I, a=0 V, IRF4905管斷開，太陽電池板不能向蓄電池充電。ATmega128內(nèi)置1O位的逐次逼近型 A/ D轉換器。A D 轉換器與8 通道的模擬多路復用器連接，采樣端口 F 的 8 路單端輸入電壓。蓄電池正7 極與

15、單片機PF1 引腳相接，當電壓低到1OV,單片機自動檢測到并作出相應處理，如圖2 所示圖 2 系統(tǒng)硬件電路七、LED組合及驅動方式常用的LED組合方式有3種：并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)。1）并聯(lián)方式要求LED驅動器輸出較大電流，負載電壓較低。分 配在所有LED兩端電壓相同，當LE D的一致性差別較大時，通 過每顆 LED 電流不一致，其亮度也8 不同。2）串聯(lián)方式要求LED驅動器輸出較高的電壓。當 LED的一致性 差別較大時，分配在不同的LED兩端電壓不同，通過每顆LED的 電流相同，LED的基本亮度一致。3）混聯(lián)方式在需要使用比較多 LE D時，如果將所有LED串聯(lián)， 將需要LED驅動器輸出較高的電壓：如果將所有LED并聯(lián)，則需 要LED驅動器輸出較大的電流。 將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限 制著LED的使用量，而且并聯(lián)LED負載電流較大，驅動器的成本 也會大增?；炻?lián)方式的LED數(shù)量平均分配，分配在一串