太陽能LED路燈畢業(yè)論文1

1、太陽能LED路燈畢業(yè)論文 課題名稱：_太陽能LED路燈的設(shè)計(jì) 系 部：_ 專 業(yè)：_ 姓 名：_ 學(xué) 號(hào)：_ 指導(dǎo)教師：_摘要近年來能源及與之相關(guān)的環(huán)境成為全世界各國最為關(guān)注的熱點(diǎn)，各國都在從自己本國的國情出發(fā)來解決能源與環(huán)境問題。對我國來說，由于人均能源資源短缺（尤其是油、氣、水），環(huán)境容量（亦是資源）有限，西部生態(tài)脆弱，這個(gè)問題尤為嚴(yán)重，它將極大的制約我國的可持續(xù)發(fā)展以及為中華民族子孫萬代生生息息留有生存空間。從某種意義上講，人類社會(huì)的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在當(dāng)今世界，能源的發(fā)展，能源和環(huán)境，是全世界、全人類共同關(guān)心的問題，也是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。近年來，我

2、國GDP每年以10%的速度發(fā)展，能源消耗急驟增加，環(huán)境、生態(tài)日益惡化。這種對自然無序的、掠奪性索取的發(fā)展模式已難以為繼，實(shí)際上已造成當(dāng)前十分嚴(yán)重的、不可逆轉(zhuǎn)的后果，大自然的懲罰已經(jīng)不斷地凸現(xiàn)出來，并還要繼續(xù)加重。在這樣的嚴(yán)峻形勢下，節(jié)能成為了社會(huì)生活的主題。本文設(shè)計(jì)了一種具有時(shí)控和光控相結(jié)合的太陽能路燈控制器，利用光敏電阻實(shí)現(xiàn)光電控制。傍晚光線暗時(shí)控制器自動(dòng)接通路燈電源，深夜行人少時(shí)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間熄滅路燈，早上再自動(dòng)接通電源點(diǎn)亮路燈、天亮后自動(dòng)關(guān)斷。關(guān)鍵詞控制器 蓄電池充放電控制太陽能電池；LED；鉛酸蓄電池；時(shí)控、光控電路；目 錄第1章 引言3第二章 方案論證52.1 設(shè)計(jì)要求.52.2 方

3、案選擇5第3章 系統(tǒng)總體框圖6第四章 系統(tǒng)硬件.64.1 太陽能電池板.64.2 太陽能電池的基本特性74.3 蓄電池.84.4太陽能控制器介紹.84.5 照明負(fù)載104.6 蓄電池和太陽能板選用114.7過充過放電路12第五章太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)135.1設(shè)計(jì)要求.135.2設(shè)計(jì)原理.13致謝14結(jié)束語.14參考文獻(xiàn)15第一章 引言面對人類的可持續(xù)發(fā)展，從現(xiàn)有常規(guī)能源向清潔、可再生的新能源過渡已提到議事上來了。因?yàn)樾履茉词且劳懈咝录夹g(shù)的發(fā)展，開辟持久可再生能源的道路，以滿足人類不斷增長的能源需求，并保護(hù)地球的潔凈。利用太陽能發(fā)電，既不需要燃料，也沒有煙塵和灰渣，不污染環(huán)境，非常清潔。特別是太陽

4、能電池組件，使用壽命可達(dá)20年以上，性能穩(wěn)定，同時(shí)維護(hù)費(fèi)用較低。太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的,是人類能夠自由利用的能源。在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，充分開發(fā)利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。與傳統(tǒng)的照明工具相比，超高亮白光LED照明源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面有不可比擬的優(yōu)越性，再加上太陽能燈具的節(jié)能性和安裝簡便，所以凡有工頻交流電燈具的地方，LED燈具的觸角就會(huì)到達(dá)。21世紀(jì)將是以固體發(fā)光材料為核心的，即以LED為代表的新型光源、綠色照明的世紀(jì)。今后。隨著各國政府的高度重視和加大投入，LED必將成為本世紀(jì)極具競爭力的

5、新型綠色環(huán)保光源而掀起一次照明領(lǐng)域新的革命6。太陽能道路照明燈不需要架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜，不用專人管理和控制，可安裝在廣場、停車場、高爾夫球場、校園、公園、街道和高速公路等任何地方。道路照明與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，綠色、高效、長壽命的LED路燈逐漸走入人們的視野。太陽能路燈發(fā)展?fàn)顩r當(dāng)前國際常規(guī)能源價(jià)格不斷上漲，國內(nèi)能源供應(yīng)緊張，許多城市出現(xiàn)拉閘限電的尷尬，能源替代已上升到國家能源戰(zhàn)略安全的高度。太陽能作為無限可再生能源，逐步部分替代城市生產(chǎn)、生活常規(guī)能源已是大勢所趨。太陽能照明作為太陽能最重要的利用方式之一，也越來越受到能源行業(yè)和照明行業(yè)的關(guān)注。目前中國太陽能照

6、明技術(shù)已經(jīng)比較成熟，太陽能路燈具的可靠性得到很大程度的提高，業(yè)界先進(jìn)企業(yè)的太陽能照明燈具已經(jīng)達(dá)到甚至超過國家照明標(biāo)準(zhǔn)。在能源緊張、拉閘限電的城市及用電困難的邊遠(yuǎn)地區(qū)，有著很強(qiáng)的可推廣性。從長遠(yuǎn)來看，太陽能照明系統(tǒng)的前景很好。人們的消費(fèi)著眼點(diǎn)首先是實(shí)用、成本低，而目前采用的太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)是根據(jù)中國國情和民情研發(fā)的，性價(jià)比較高。太陽能照明在未來十年后將會(huì)普及，成為未來照明行業(yè)發(fā)展趨勢。太陽能路燈工作原理系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱（內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1W白光LED

7、和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源?？刂葡湎潴w以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。第二章方案論證2.1 設(shè)計(jì)要求（1）電池板功率的計(jì)算和選用；（2）蓄電池容量、充放電控制和充放電狀態(tài)顯示；（3）連續(xù)陰雨天三天路燈仍能照明；(4）光線暗時(shí)路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，為節(jié)省電能晚上24點(diǎn)熄滅，早上5點(diǎn)路燈點(diǎn)亮，早上光線

8、強(qiáng)時(shí)路燈自動(dòng)熄滅（開關(guān)燈時(shí)間點(diǎn)可調(diào)）；（5）系統(tǒng)斷電時(shí)可以保存用戶所設(shè)定的各種參數(shù)。2.2 方案選擇太陽能路燈跟普通路燈控制電路功能基本一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用,還有就是對蓄電池的充電管理。國內(nèi)外常用的控制器有單獨(dú)的光控制型、時(shí)鐘控器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。單獨(dú)的光控型一般采用感光探頭，當(dāng)晚上光線弱時(shí)，自動(dòng)開啟路燈；早上光線較強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉路燈，達(dá)到自動(dòng)控制的作用。為節(jié)省電力，早期的光控開關(guān)，使用分立半導(dǎo)體器件，電路復(fù)雜，元器件較多，體積也較大，并且故障率高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了時(shí)基集成電路。使光控開關(guān)電路簡化。感光探頭是影響光控開關(guān)性能的關(guān)鍵元器件，

9、同時(shí)對它安裝位置也有一定要求，力求避免各種干擾光線，但在實(shí)際使用中，感光探頭難以判斷各種干擾光線，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作1。采用時(shí)鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開關(guān)時(shí)間，使路燈按時(shí)亮燈、準(zhǔn)時(shí)熄燈，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)開關(guān)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)時(shí)間不受外界干擾，除本身故障外不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動(dòng)變換開關(guān)時(shí)間，需人工經(jīng)常調(diào)整開關(guān)時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于節(jié)省電力。定時(shí)開關(guān)又分為機(jī)械鐘表型和電子鐘表型，機(jī)械鐘表型以石英鐘為主，走時(shí)精準(zhǔn)，但是由于機(jī)芯內(nèi)使用塑料齒輪在高溫下會(huì)變形，從而導(dǎo)致停機(jī)現(xiàn)象。路燈的智能控制這一課題己有研究者，但目前尚未有成熟的產(chǎn)品上市。本設(shè)計(jì)是結(jié)

10、合以上幾種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，綜合從節(jié)電、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用等方面考慮，利用定時(shí)控制和光敏電阻控制相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)太陽能路燈的設(shè)計(jì)。第三章系統(tǒng)總體框圖太陽能LED路燈在白天通過太陽能電池組件采集太陽光的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來，即向蓄電池充電，在晚上光線較暗時(shí)由蓄電池經(jīng)路燈控制處理器控制，點(diǎn)亮LED燈用于路燈照明。太陽能電池板充放電控制器蓄 電 池路燈控制處理器LED路燈負(fù)載圖1 總體電路方框圖根據(jù)各部分電路的功能不同，整體電路可以分為以下幾個(gè)部分，太陽能電池板組件、過充過放電控制電路、STC12C2051單片機(jī)、蓄電池、時(shí)控光控電路、照明負(fù)載和時(shí)間顯示電路。系統(tǒng)總體方框圖如圖1所示。由太陽能電池

11、板通過7805穩(wěn)壓電路為單片機(jī)供電，并通過為蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電壓較低時(shí)其容量損耗得很快，使用壽命也會(huì)縮減，為延長蓄電池的壽命，要防止蓄電池出現(xiàn)過充或過放，因此本電路加的有過充過放控制電路。第四章系統(tǒng)硬件4.1 太陽能電池板在新能源中，公認(rèn)技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電主要有太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電兩種基本方式。(1) 太陽能熱發(fā)電：將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，可分為兩類：一類是太陽能熱電直接轉(zhuǎn)換，如溫差發(fā)電等，目前功率都很小，有的尚處于原理試驗(yàn)階段；另一類是太陽能熱動(dòng)力發(fā)電，是將太陽熱能通過熱機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其基本構(gòu)成包括集熱裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱機(jī)和發(fā)電機(jī)

12、等。有些國家正在研制較大功率的裝置，已達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用水平。由于太陽能熱發(fā)電技術(shù)復(fù)雜，商業(yè)應(yīng)用只適合比較大的容量，因此發(fā)展不快，實(shí)際應(yīng)用不多。(2) 太陽能光發(fā)電：直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能的利用方式，可分為光伏發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電和光生物發(fā)電。目前應(yīng)用的光伏發(fā)電，是將照射到太陽能電池上的光，產(chǎn)生光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成直流電能輸出，一般由太陽能電池方陣及支架、蓄電池、控制器、逆變器等部分組成。其缺點(diǎn)：間歇性。受氣候條件影響；能量密度低；初始投資高。迄今已有100多個(gè)國家參與太陽能光電池的開發(fā)應(yīng)用。近年來，產(chǎn)量迅速增加生產(chǎn)成本開始下降7。目前光伏發(fā)電主要用于三大方面：為無電場合提供電源

13、；太陽能日用電子產(chǎn)品。如各類太陽能充電器、太陽能燈具等；并網(wǎng)發(fā)電。4.2太陽能電池的基本特性太陽能電池陣列的伏安特性具有強(qiáng)烈的非線性。太陽能電池陣列的額定功率是在以下條件下定義的：當(dāng)日射S=l000Wm2；太陽能電池溫度T=25；大氣質(zhì)量AM=1.5時(shí)，太陽能電池陣列輸出的最大功率便定義為它的額定功率。太陽能電池陣列額定功率的單位為“峰瓦”，記以“Wp”。為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，要為太陽能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。通過Hay模型的計(jì)算，可以得到的不同傾角平面的月平均太陽輻照量變化。在不同角

14、度傾斜面上，太陽輻照量差別較大，要為電池板選擇合適的傾角使其能獲得最大的太陽輻照量9。太陽能電池板分為單晶硅和多晶硅兩種，多晶面積較大，發(fā)電效率沒有單晶高，因此根據(jù)需要本設(shè)計(jì)采用70W單晶硅太陽能電池組件。4.3 蓄電池蓄電池組是太陽能電池方陣的儲(chǔ)能裝置，其作用是將方陣在有日照時(shí)發(fā)出的多余電能儲(chǔ)存起來，在晚間或陰雨天時(shí)供負(fù)載使用。蓄電池組由若干蓄電池串并聯(lián)而成。一般容量要能在無太陽輻射的日子里，滿足用戶要求的供電時(shí)間和供電量。目前常用的是鉛酸蓄電池，重要的場合也有用鎘鎳蓄電池，但價(jià)格較高，相對來說應(yīng)用沒有前一種廣泛。蓄電池是一種化學(xué)電源，它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來。需要時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

15、電能釋放出來。能量轉(zhuǎn)換過程是可逆的，前者稱為蓄電池充電，后者稱為蓄電池放電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池對系統(tǒng)產(chǎn)生的電能起著儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)作用。由于光伏系統(tǒng)的功率輸出每天都在變化，在日照不足發(fā)電很少或需要維修光伏系統(tǒng)時(shí)。蓄電池也能夠提供相對穩(wěn)定的電能12。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，方陣給蓄電池充電；冬天日照量小，這部分儲(chǔ)存的電能逐步放出。在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)：白天方陣給蓄電池充電，晚上負(fù)載用電則全部由蓄電池供給。因此要求蓄電池的自放電要小，耐過充放，而且充放電效率要高，當(dāng)然還要考慮價(jià)格低廉，使用方便等因素。蓄電池的循環(huán)壽命主要由電池工藝結(jié)構(gòu)與制造

16、質(zhì)量所決定。但是使用過程和維護(hù)工作對蓄電池壽命也有很大影響，有時(shí)是重大影響。首先，放電深度對蓄電池的循環(huán)壽命影響很大，蓄電池經(jīng)常深度放電，循環(huán)壽命將縮短。其次，同一額定容量的蓄電池經(jīng)常采用大電流充電和放電，對蓄電池壽命都產(chǎn)生影響。大電流充電，特別是過充時(shí)極板活性物質(zhì)容易脫落，嚴(yán)重時(shí)使正負(fù)極板短路；大電流放電時(shí)，產(chǎn)生的硫酸鹽顆粒大，極板活性物質(zhì)不能被充分利用，長此下去電池的實(shí)際容量將逐漸減小，這樣使用壽命也會(huì)受到影響。本電路采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，不需專門的維護(hù)；即便傾倒電解液也不會(huì)溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧；安全性能更好。但是對蓄電池的過充電更為敏感，因此對過充保護(hù)要求高；當(dāng)長時(shí)間反復(fù)過充電

17、后，蓄電池極板易變形。4.4 太陽能控制器太陽能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時(shí)獲得PV站的工作信息，又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù)，為評估PV系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。 太陽能控制器通常有6個(gè)標(biāo)稱電壓等級(jí)：12V、24V、48V、110V、220V、600V . 太陽能控制器的選擇退出保護(hù)電壓一些客戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，太陽能路燈在亮了一段時(shí)間后，尤其是連續(xù)陰雨天之后，路燈就

18、會(huì)連續(xù)幾天甚至很多天不亮，檢測蓄電池電壓也正常，控制器、燈也都沒有故障。 這個(gè)問題曾經(jīng)讓很多工程商疑惑，其實(shí)這個(gè)是“退出欠壓保護(hù)”的電壓值的問題，這個(gè)值設(shè)置的越高，在欠壓后的恢復(fù)時(shí)間越長，也就造成了很多天都無法亮燈。 LED燈恒電流輸出LED由于自身的特性，必須要通過技術(shù)手段對其進(jìn)行恒流或限流，否則無法正常使用。常見的LED燈都是通過另加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源來實(shí)現(xiàn)對LED燈的恒流，但是這個(gè)驅(qū)動(dòng)卻占到整個(gè)燈總功率的10-20左右，比如一個(gè)理論值42W的LED燈，加上驅(qū)動(dòng)后實(shí)際功率可能在46-50W左右。在計(jì)算電池板功率和蓄電池容量的時(shí)候，必須多加1020來滿足驅(qū)動(dòng)所造成的功耗。除此以外，多加了驅(qū)動(dòng)就多了

19、一個(gè)產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)。工業(yè)版控制器通過軟件進(jìn)行無功耗恒流，穩(wěn)定性高，降低了整體功耗。 輸出時(shí)段普通的控制器一般只能設(shè)置開燈后4小時(shí)或者8小時(shí)等若干個(gè)小時(shí)關(guān)閉，已經(jīng)無法滿足眾多客戶的需求。工業(yè)版控制器可以分成3個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段的時(shí)間可任意設(shè)置，根據(jù)使用環(huán)境的不同，每個(gè)時(shí)段可以設(shè)置成關(guān)閉狀態(tài)。比如有些廠區(qū)或者風(fēng)景區(qū)夜間無人，可以把第二個(gè)時(shí)段（深夜）關(guān)閉，或者第二、第三個(gè)時(shí)段都關(guān)閉，降低使用成本。 LED燈輸出功率調(diào)節(jié)在太陽能應(yīng)用的燈具當(dāng)中，LED燈是最適合通過脈寬調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出不同的功率。限制脈寬或者限制電流的同時(shí)，對LED燈整個(gè)輸出的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如單顆1W的LED 7串5并合計(jì)35W的LED

20、燈，在夜間放電，可以將深夜和凌晨的時(shí)段分別進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，如深夜調(diào)節(jié)成15W、凌晨調(diào)節(jié)成25W，并鎖定電流，這樣即可以滿足整夜的照明，又節(jié)約了電池板、蓄電池的配置成本。經(jīng)長期試驗(yàn)證明，脈寬調(diào)節(jié)方式的LED燈，整燈產(chǎn)生的熱量要小的多，能夠延長LED的使用壽命。 有些燈廠在為了達(dá)到夜間省電的目的，把LED燈的內(nèi)部做成2路電源，夜間關(guān)閉一路電源來實(shí)現(xiàn)輸出功率的減半，但實(shí)踐證明，此種方法只會(huì)導(dǎo)致一半的光源首先光衰，亮度不一致或者一路光源提早損壞。 線損補(bǔ)償線損補(bǔ)償功能目前常規(guī)的控制器很難做到，因?yàn)樾枰浖O(shè)置，根據(jù)不同的線徑與線長給予自動(dòng)補(bǔ)償。線損補(bǔ)償在低壓系統(tǒng)中其實(shí)是很重要的，因?yàn)殡妷狠^低，線損相對比

21、較大，如果沒有相應(yīng)的線損電壓補(bǔ)償，輸出端的電壓可能會(huì)低于輸入端很多，這樣就會(huì)造成蓄電池提前欠壓保護(hù)，蓄電池容量的實(shí)際應(yīng)用率被打了折扣。值得注意的是，我們在使用低壓系統(tǒng)時(shí)，為了降低線損壓降，盡量不要使用太細(xì)的線纜，線纜也不要過長。 散熱很多控制器為了降低成本，沒有考慮散熱問題，這樣負(fù)載電流較大或者充電電流較大時(shí)，熱量增加，控制器的場管內(nèi)阻被增大，導(dǎo)致充電效率大幅下降，場管過熱后使用壽命也大大降低甚至被燒毀，尤其夏季的室外環(huán)境溫度就很高，所以良好的散熱裝置應(yīng)該是控制器必不可少的。 4.5照明負(fù)載LED外施電壓后在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生受激電子躍遷光輻射。按照不同半導(dǎo)體基本材料的物理特性，所產(chǎn)生的光波長是不同

22、的。發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，在半導(dǎo)體PN結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。白光LED通常是在發(fā)射藍(lán)光的InGaN基材上涂熒光材料，熒光材料在受到藍(lán)光激勵(lì)時(shí)會(huì)發(fā)出黃光，藍(lán)光和黃光的混合物形成白光8。由于LED是直流供電器件，很容易制成直流燈具，廣泛應(yīng)用于直流系統(tǒng)，如太陽能燈具產(chǎn)品。超高亮白光LED應(yīng)用于太陽能燈具，單個(gè)束光型超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線方向性太強(qiáng)，綜

23、合視覺效果較差，因此應(yīng)首選平光型超高亮LED或平光型與束光型超高亮LED組合使用，將多個(gè)LED集中于一起，排列組合成一定規(guī)則的LED發(fā)光源。超高亮白光LED發(fā)光源既要保證有一定的照射強(qiáng)度，又要使其具有較高的光效，然而電流的增大，光通量雖然增大，但是，另一方面電流的增加會(huì)引起光源熱損耗的增加，通常導(dǎo)致管溫的增加，其綜合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)，一般為17.5mA 。超高亮白光LED發(fā)光源具有如下優(yōu)點(diǎn) ：(1)壽命長。LED的壽命長達(dá)100000h，而白熾燈的壽命一般不超過2000 h，熒光燈的壽命也不過5000 h左右。(2)效率高。相對于傳統(tǒng)的第一代照明光源白熾燈

24、，LED的功耗只有前者的1020。(3)綠色環(huán)保。與廣泛使用的第二代照明熒光燈相比，LED不含汞、無頻閃，是一種環(huán)保光源。(4)耐低溫。環(huán)境使用溫度在一4080 ，環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)7。這種電路的關(guān)鍵是針對蓄電池的充放電特性設(shè)計(jì)一個(gè)比較好的電壓比較點(diǎn)，再加上發(fā)光二極管構(gòu)成的充放電狀態(tài)指示電路，便成了一個(gè)具有實(shí)用功能的智能控制器，具有防蓄電池過放電、過充電功能。在太陽輻照不足的幾個(gè)月，由于蓄電池的充電狀態(tài)通常較低，使蓄電池放電時(shí)端電壓也較低，這樣負(fù)載工作電流較小、功率小，系統(tǒng)也能夠工作更長的時(shí)間。反之在太陽輻照比較充足時(shí)，負(fù)載工作電流較大、功率大、也更亮。太陽能LED發(fā)光源：在太陽能LED燈具中，

25、發(fā)光源所用的LED數(shù)量，從1個(gè)到上千個(gè)不等，一定數(shù)量的LED組成一個(gè)發(fā)光源時(shí)，其排列和組合是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)。即不同的排列和組合對整體的亮度都有影響。在LED排列組合上依據(jù)光學(xué)原理及數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立數(shù)學(xué)模型，最有效地發(fā)揮超高亮白光LED的發(fā)光效率，并使得單位面積LED的數(shù)量少以降低成本。本設(shè)計(jì)采用的單個(gè)高亮管的正常工作電壓3.3V，共采用28個(gè)1W高亮管，每7個(gè)高亮管串聯(lián)成一組，共四組并連在電路中，這樣也可以減少當(dāng)電路中的某一個(gè)高亮管出現(xiàn)故障時(shí)對其他高亮管的影響，由于高亮管的直射效果好，所以燈具的體積要盡量小一些，這樣可以使高亮管的照射范圍更大一些，高亮管盡量選用照射角度大一些的高亮管。4.6

26、 蓄電池和太陽能板的選用泰安地區(qū)安裝在太陽能路燈。路燈的工作電壓為12V /15W,由于路燈一天要工作8個(gè)小時(shí)左右,考慮連續(xù)陰天3天情況下系統(tǒng)的供電,泰安地區(qū)日照數(shù)3小時(shí)。且按80%的放電率計(jì)算,求組件選用的功率以及蓄電池的容量：組件功率：(15W8H)/31.560W3-日照數(shù)，在當(dāng)?shù)貧庀缶侄伎刹樵兊?-照明時(shí)間1.5-損耗系數(shù)電池容量： Qx=(15W8H）/12V（31）1.8=72AH式中:Qx蓄電池容量;8蓄電池放電時(shí)間;1.8-損耗系數(shù)連續(xù)陰雨天3天，考慮當(dāng)天夜間已放電一天，故按3+1天計(jì)算應(yīng)選用組件功率60W和72Ah免維護(hù)蓄電池。太陽能LED燈具的具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示：表1

27、太陽能LED燈具的主要性能指標(biāo)太陽能電池60W ，12 VLED發(fā)光源28只LED、每只1 W 工作溫度-40 +80過充保護(hù)電壓12 V(25C)過放保護(hù)電壓10 V蓄電池12 V,72Ah照明時(shí)間天黑后，光控自動(dòng)啟動(dòng)電光轉(zhuǎn)換功能，使路燈點(diǎn)亮；在深夜時(shí)控（時(shí)間點(diǎn)可調(diào)）自動(dòng)使路燈熄滅；早晨時(shí)控（時(shí)間點(diǎn)可調(diào)）自動(dòng)使路燈點(diǎn)亮；天亮后光控自動(dòng)恢復(fù)到光電轉(zhuǎn)換模式陰雨天保證時(shí)間保證連續(xù)3個(gè)陰雨天正常工作4.7 過充、過放控制電路 過充控制，就是在蓄電池處于過充狀態(tài)時(shí)斷開充電電路，過放控制電路就是在蓄電池處于過放狀態(tài)時(shí)斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護(hù)蓄電池，延長蓄電池的使用壽命。過充、過放控制電路

28、如圖4。過充、過放判斷的依據(jù)主要是蓄電池電壓的高低，其工作原理如下：過充控制電路中將繼電器J1的開關(guān)串聯(lián)在充電電路中，當(dāng)白天有太陽光時(shí)處于正常充電狀態(tài)時(shí)，由太陽能板吸熱經(jīng)繼電器開關(guān)常閉點(diǎn)向蓄電池充電，當(dāng)蓄電池的電壓高于26V時(shí)，認(rèn)為蓄電池處于過充狀態(tài)，U1A“-”端電壓高于“+”端電壓時(shí)U1A輸出“-”，低電平，使Q1截止，同時(shí)Q2導(dǎo)通，繼電器線圈J1通電，則繼電器常閉點(diǎn)斷開，常開點(diǎn)閉合，充電電路斷開過充指示燈亮，停止向蓄電池充電，達(dá)到過充保護(hù)功能。圖4 過充過放控制電路過放控制電路中將繼電器J2的開關(guān)串聯(lián)在放電電路中，當(dāng)處于正常放電狀態(tài)時(shí)，放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負(fù)載供電時(shí)，當(dāng)蓄電

29、池的電壓低于22V時(shí)，認(rèn)為蓄電池處于過放狀態(tài)，此時(shí)U1B“+”端電壓低于其“-”端電壓時(shí)，U1B輸出“-”低電平，使Q3截止，同時(shí)Q4導(dǎo)通，繼電器線圈J2通電，繼電器開關(guān)由常閉點(diǎn)轉(zhuǎn)到常開點(diǎn)，放電電路就斷開，過放指示燈亮停止向負(fù)載供電。達(dá)到過放保護(hù)功能。 太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)要求一個(gè)設(shè)計(jì)得好的太陽能路燈系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：1、 能穩(wěn)定、可靠的給計(jì)劃負(fù)載（燈源）供電；2、 根據(jù)使用地的地理位置、輻射條件選擇好方陣的最佳傾角，以使太陽能電池板獲得最佳的輻射度，并在一年中有時(shí)間上的均勻性；3、 太陽能電池方陣和蓄電池的選配是優(yōu)化經(jīng)濟(jì)的；4、 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)安全可靠。5、 盡延長提高蓄電池壽命

30、。5.2 設(shè)計(jì)原理太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。太陽能路燈系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)的主要目的就是要計(jì)算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽電池組件和蓄電池的容量。同時(shí)要注意協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本兩者之間的關(guān)系，在滿足系統(tǒng)工作的最大可靠性基礎(chǔ)上盡量地減少系統(tǒng)成本。太陽能路燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要目的是根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的硬件設(shè)備包括太陽電池組件的選型，支架設(shè)計(jì)，電纜的選擇，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、照明和照度設(shè)計(jì)等。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要綜合考慮系統(tǒng)的軟件和硬件兩個(gè)方面。在進(jìn)行太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前，需要了解并獲取一些進(jìn)行計(jì)算和選擇必需的基本數(shù)據(jù)：太陽能路燈系統(tǒng)現(xiàn)場的地理位置，包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔；該地區(qū)的氣象資料等。太陽能路燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括負(fù)載用電量的估算，太陽電池組件數(shù)量和蓄電池容量的計(jì)算以及太陽電池組件安裝最佳傾角的計(jì)算。因?yàn)樘栯姵亟M件