太陽(yáng)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)..

設(shè)計(jì)：*****二○***年**月***日一、設(shè)計(jì)背景跨入21世紀(jì)后，人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(hù)的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球的熱點(diǎn)問(wèn)題。而能源問(wèn)題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴(yán)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(gè)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(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)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(jī)局面。(2)環(huán)境污染。燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)排入天空，是大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；甚至在局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土資源。(3)溫室效應(yīng)?；茉吹睦貌粌H造成環(huán)境污染，同時(shí)會(huì)排放大量的溫室氣體，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國(guó)都在尋求解決能源危機(jī)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(shù)，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太陽(yáng)能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽(yáng)能作為一種大量可再生能源，每天達(dá)到地球表面的輻射能大約等于2.5億桶石油，可以說(shuō)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，所以發(fā)光效率高，一般人都認(rèn)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(yáng)能燈簡(jiǎn)介太陽(yáng)能臺(tái)燈是通過(guò)太陽(yáng)能電池板利用光照,吸收太陽(yáng)能將其轉(zhuǎn)換為電能,并貯存在蓄電池內(nèi).當(dāng)需要照明時(shí),打開開關(guān),即可用于照明.采用超亮LED作光源,具有節(jié)能省電的特點(diǎn),利用太陽(yáng)能充電,無(wú)需頻繁更換電池,適應(yīng)了清潔、環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。該產(chǎn)品攜帶方便,操作簡(jiǎn)單,是現(xiàn)代生活中理想的照明工具三、太陽(yáng)能臺(tái)燈優(yōu)點(diǎn)（1）點(diǎn)燈不花錢――太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電板或市電作為電源供應(yīng)。不但移動(dòng)方便，而且?guī)缀醪缓氖须?。?jīng)氣象部門不完全統(tǒng)計(jì)（這個(gè)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(shí)將電池盒取出并放置在陽(yáng)臺(tái)上，當(dāng)傍晚回來(lái)再將電池盒插入臺(tái)燈，供晚上使用。在充裕的太陽(yáng)下光照一天，臺(tái)燈可以連續(xù)使用3.5個(gè)小時(shí)以上，完全滿足用戶使用一個(gè)晚上。這樣就可以靠太陽(yáng)能來(lái)維持學(xué)習(xí)臺(tái)燈的供電電源，且不使用國(guó)家電網(wǎng)的電來(lái)供電，這樣就不存在用戶額外支付電費(fèi)。當(dāng)沒有陽(yáng)光時(shí)，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(dòng)電表。即使帶動(dòng)了電表，一個(gè)整年使用交流電供電，一年產(chǎn)生的電費(fèi)也就在6元里面，所以本臺(tái)燈對(duì)用電量來(lái)說(shuō)幾乎是免費(fèi)使用的。（2）護(hù)眼保健燈－直流照明無(wú)頻閃無(wú)輻射提到臺(tái)燈的護(hù)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(duì)人體產(chǎn)生的危害。簡(jiǎn)單的說(shuō)，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(gè)不難理解，現(xiàn)在市場(chǎng)上眾多的所謂“護(hù)眼”燈其實(shí)根本無(wú)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(tái)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(zhǎng)明燈――完全具應(yīng)急燈功能產(chǎn)品帶有充電功能，當(dāng)用戶用交流適配器供電時(shí)，一方面給LED點(diǎn)亮提供能源，另一方如果電路板控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池電壓低時(shí)能夠及時(shí)對(duì)內(nèi)部鎳氫電池充電，充滿后自動(dòng)停止（帶負(fù)載充電一般11小時(shí)就能從無(wú)到充滿，如果電池有較多的余電，那么充電時(shí)間更短。）。停電時(shí)內(nèi)部電路會(huì)直接切到內(nèi)部鎳氫電池供電，電池充滿情況下，高亮度點(diǎn)亮?xí)r間長(zhǎng)達(dá)7.5小時(shí)。當(dāng)連續(xù)停電無(wú)法實(shí)現(xiàn)交流充電，可以直接將取出電池盒放置在太陽(yáng)下暴曬一天，就可以讓用戶使用1天?，F(xiàn)在電力緊缺時(shí)常停電，給人們的生活帶來(lái)諸多不便，特別是夏天，一則容易停電，另一則陽(yáng)光非常的充裕，這樣到了晚上，用戶根本不要擔(dān)心因?yàn)橥ｋ姸`了學(xué)習(xí)做作業(yè)或其他的事情。本臺(tái)燈即可提供長(zhǎng)時(shí)間的高效照明。（4）超長(zhǎng)壽命燈――低電壓小電流供電，光衰系數(shù)遠(yuǎn)小于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(zhǎng)10倍、比白熾燈長(zhǎng)100倍。（5）低壓安全燈――低壓供電無(wú)安全隱患9V電壓供電，使用時(shí)不存在誤觸燈頭等造成傷害的問(wèn)題。特別對(duì)好動(dòng)的孩子，即使直接用手去觸摸臺(tái)燈內(nèi)部的導(dǎo)線接頭或金屬片，也不會(huì)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(guó)際環(huán)保公約要求，可以反復(fù)使用。使用取之不盡，用之不絕的清潔能源—太陽(yáng)能，節(jié)能環(huán)保，無(wú)二次污染。四、設(shè)計(jì)的總體框架：1、純太陽(yáng)能供電型2、混合供電型五、原件的選取1、太陽(yáng)能電池板選取目前單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為15％，最高達(dá)到24％。是目前所有種類的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，技術(shù)也最為成熟。使用壽命一般可達(dá)15A，最高可達(dá)25A。多晶硅太陽(yáng)能電池比單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％，同時(shí)多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率偏低。晶硅太陽(yáng)能電池目前國(guó)際先進(jìn)水平約為l0％，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減，直接影響了其實(shí)際應(yīng)用。所以目前多采用單晶硅太陽(yáng)能電池。根據(jù)太陽(yáng)能輻射原理。太陽(yáng)能電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當(dāng)?shù)氐木暥?、海拔、大氣的污染程度或透明程度、一年?dāng)中四季的變化、一天時(shí)間的變化、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射值、散分量的比例、地表面的反射系數(shù)、太陽(yáng)能電池方陣的運(yùn)行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽(yáng)能電池方陣表面的清潔程度等。太陽(yáng)能照明系統(tǒng)充放電效率取0.75。多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池太陽(yáng)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0.9O。經(jīng)過(guò)查詢資料和單位換算及簡(jiǎn)化處理后，可得到太陽(yáng)能電池總用量P的計(jì)算公式P=-5618xAxQd(KopxHL)式中，Q為負(fù)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1.1～1.3。2、蓄電池的選取蓄電池的容量要根據(jù)太陽(yáng)能電池板的功率和LED路燈的功率以及照明時(shí)間來(lái)決定．蓄電池應(yīng)與太陽(yáng)能電池、LED路燈相匹配。可用一種簡(jiǎn)單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽(yáng)能電池功率必須高出負(fù)載功率4倍以上。系統(tǒng)才能正常工作。太陽(yáng)能電池的電壓要超過(guò)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(fù)載日耗量高6倍以上為宜。蓄電池的容量Be的計(jì)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)，1.1～1.4(包括了溫度修正系數(shù)：0℃上為l，一l0℃上為1.1，一1O℃下為1.2，放電深度cc=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(shí)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(duì)各種指標(biāo)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(chǎng)產(chǎn)品的輸入功率對(duì)LED分類，其中輸入功率為幾十MW的，稱為傳統(tǒng)的小功率芯片；其輸人功率小于1W的，為功率LED：輸入功率等于1W或大于1W的，則為W級(jí)功率(大功率)LED。目前大功率比較常見的有1，3，5，8，10W。已批量應(yīng)用的有1W和3WLED，并正朝大電流(300mA～1．4A)、高效率(60～1204in1，)、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。大功率LED節(jié)能燈采用單顆功率大于1W以上的LED。選用美國(guó)CREE公司的3WLED將多個(gè)芯片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，組合成一個(gè)大功率LED單體模塊，裝入節(jié)能露臺(tái)燈燈具中，借此提高芯片面積，并增加發(fā)光量。將多個(gè)LED集中在一起設(shè)計(jì)露臺(tái)照明，除足夠的光通量和合理的光學(xué)設(shè)計(jì)保證合理的光分布外，更為重要的是散熱問(wèn)題。由于露臺(tái)燈幾本都是在戶外夜間使用，散熱面位于側(cè)上面以及體型受限制較小等特點(diǎn)。有利于空氣自然對(duì)流散熱。所以LED燈選擇自然對(duì)流散熱方式．同時(shí)整燈采用高導(dǎo)熱系數(shù)鋁作為散熱主體，解決了LED的散熱問(wèn)題。六、太陽(yáng)能控制器硬件設(shè)計(jì)太陽(yáng)能控制器全稱為太陽(yáng)能充放電控制器．是控制太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備．能自動(dòng)防止蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電。它對(duì)蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。充電控制器用ATmega128單片機(jī)作為主控器件，檢測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓，選擇適合的DC／DC支路，檢測(cè)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(guò)充電、過(guò)放電保護(hù)。圖1為采用斬波式PWM充電原理圖，檢測(cè)蓄電池的充電端電壓，將檢測(cè)得到的蓄電池端電壓與給定點(diǎn)電壓比較。若蓄電池的電壓小于給定電壓．?dāng)夭ㄆ魅?，迅速給蓄電池充電；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(jìn)入慢充階段，改善充電特性，最后進(jìn)入涓流充電，防止過(guò)充。圖1PWM原理圖AVR128單片機(jī)(PB4)給出充電的控制信號(hào)，即PB4=I，NPN型0805的i極管導(dǎo)通，此時(shí)集電極接地，使得IRF49