太陽能LED燈具設(shè)計技術(shù)分析

隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和進步，太陽能電池作為一種新能源，在民用方面首先應(yīng)用在照明燈具上，太陽能燈具產(chǎn)品由于環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢。太陽能LED照明產(chǎn)品是新一代的綠色環(huán)保照明產(chǎn)品，它的主要部件包括太陽能光伏電池（PV技術(shù)）和半導體照明光源（LED）。因為LED太陽能燈集成了太陽能光伏發(fā)電和LED固態(tài)照明優(yōu)點的太陽能LED照明系統(tǒng)，實現(xiàn)了新一代能源和新型光源的完美結(jié)合。但是，在太陽能照明燈具的設(shè)計中，涉及光源、太陽能電池系統(tǒng)、蓄電池充放電控制許多因素，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會造成產(chǎn)品缺陷。

一、先了解一下太陽能燈具組成：

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)能與LED照明完美結(jié)合的關(guān)鍵在于兩者同為直流電、電壓低且能互相匹配。因此兩者的結(jié)合不需要將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，因此大大提高了整個照明系統(tǒng)的效率。同時，借助于并網(wǎng)技術(shù)或利用蓄電池充放能量，使其優(yōu)勢更加明顯。

1、太陽能電池板
2、充放電控制器
3、蓄電池
4、負載
5、燈具外殼

二、設(shè)計使用時需注意的問題：（以LED草坪燈為例）

1、LED的特性接近穩(wěn)壓二極管，工作電壓變化0、1V，工作電流可能變化20mA左右。為了安全，普通情況下使用串聯(lián)限流電阻，極大的能量損失顯然不適合太陽能草坪燈，并且LED亮度隨工作電壓變化。采用升壓電路是一個好辦法，也可以用簡單的恒流電路，總之一定要自動限流，否則將損壞LED。

2、一般LED的峰值電流50~100mA，反向電壓6V左右，注意不要超過這個極限，尤其在太陽能電池反接或者蓄電池空載，升壓電路峰值電壓過高時，很可能超過這個極限，損壞LED。

3、LED溫度特性不好，溫度上升5℃，光通量下降3%，夏季使用要注意。

4、工作電壓離散性大，同一型號，同一批次的LED工作電壓都有一定差別，不宜并聯(lián)使用。一定要并聯(lián)使用，應(yīng)該考慮均流。

5、超高亮白光LED色溫為6400k~30000k。目前，低色溫的超高亮白光LED尚沒有進入市場，因此用超高亮白光LED制造的太陽能草坪燈光穿透能力比較差，所以在光學設(shè)計上要注意。

6、靜電對超高亮白光LED影響很大，在安裝時要有防靜電設(shè)施，工人要佩帶防靜電手腕。受靜電傷害的超高亮白光LED當時可能憑眼睛看不出來，但是使用壽命將變短。

7、系統(tǒng)組合中要注意光敏傳感器，太陽能燈需要光控開關(guān)，有的設(shè)計者往往會使用光敏電阻來自動開關(guān)燈，實際上太陽能電池本身就是一個極好的光敏傳感器，用它做光敏開關(guān)，特性比光敏電阻要好。對于太陽能庭院燈的應(yīng)用問題不大，但是對于僅僅使用一只1、2VNi-Cd電池的太陽能草坪燈來說，太陽能電池組件由四片太陽能電池串聯(lián)組成，電壓低，弱光下電壓更低，以至天沒有黑電壓已經(jīng)低于0、7V，造成光控開關(guān)失靈。在這種情況下，只要加一只晶體管直接耦合放大，即可解決問題。

8、按蓄電池電壓高低控制負載大小，太陽能燈往往對連續(xù)陰雨天可維持時間要求很高，這就增加了系統(tǒng)的成本。我們在連續(xù)陰雨天蓄電池電壓降低時減少LED或者節(jié)能燈接入的個數(shù)，或者減少太陽能燈每天的發(fā)光時間，這就減少了系統(tǒng)的成本。

9、閃爍變光，漸亮漸暗是節(jié)能的好辦法，它一方面可以增加太陽能草坪燈照射效果，另一方面可以通過改變閃爍占空比控制蓄電池平均輸出電流，延長系統(tǒng)工作時間，或者在同等條件下，可降低成本。

10、三色基色高效節(jié)能燈的開關(guān)速度。這個問題非常重要，它甚至決定了太陽能草坪燈的使用壽命，三色基色高效節(jié)能燈啟動時有高達10~20倍的啟動電流，系統(tǒng)在承受這樣大的電流情況下會造成電壓的大幅度下降，太陽能草坪燈就無法啟動或者反復啟動，導致最后的損壞。

11、目前太陽能電池還不能夠使用在主干道照明上。公路主干道的照明有法定的照度要求，就目前太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和價格而言，還不能夠滿足這個要求。但在不久的將來隨著各方面技術(shù)水準的提高，太陽能電池一定會應(yīng)用于公路主干道的照明上。

12、關(guān)于儲能電容，太陽能電池的使用壽命在25年以上，普通蓄電池的使用壽命在2~3年，所以蓄電池是太陽能電力系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。儲能電容可以在一定程度上解決這個問題。儲能電容的使用壽命可以達到10年以上，而且控制電路簡單，但是昂貴的價格限制了它的應(yīng)用，目前僅僅應(yīng)用在部分交通信號燈和裝飾燈上。隨著技術(shù)水準的提高，產(chǎn)品價格的下降，它將是一種最有希望成為太陽能電池配套的理想儲能組件。

綜上所述，太陽能電池是一個巨大的PN結(jié)，它把太陽能轉(zhuǎn)換為電能。LED則是另一個可以將電能轉(zhuǎn)換為光線的PN結(jié)，它的轉(zhuǎn)換效率在不斷提高，相信不久就可以達到節(jié)能燈的水平，而使用壽命可以卻可以達到10萬小時以上，這才是真正意義上的綠色照明。