发布时间 : 星期五 文章武金榜-太阳能庭院灯的设计更新完毕开始阅读16d686cfa1c7aa00b52acbaf
小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能庭院灯上。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庭院灯、太阳能路灯和装饰灯上应用。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。
随着对LED研究的进一步深入，其太阳能电池光效将进一步得到提高，而其成本将一步下降，在不久的将来LED取代白炽灯甚至荧光灯而发展成21世纪的一种主要的照明光源将成为一种趋势。相信在不久的将来LED太阳能庭院灯必将大量地替代传统路灯，成为今后节能环保领域力推的新产品。
目前，太阳能LED照明的初期投资问题仍然是困扰我们使用的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。
4 太阳能庭院灯的设计
4.1 太阳能电池安装倾斜角度的选择
安装时太阳电池总是朝向正南，角度基本与当地纬度一致。太阳电池臵于灯架顶端，连接线全部穿管走线，全部走在灯杆的内部。
（1）倾角
在正午时刻，为了使阳光垂直照射在太阳电池板上，在安装时太阳电池板与水平平面之间要有一个角度，通常称电池板与水平面的夹角为倾角，以度量计。斜面上接受的太阳总辐射量达到最大时，称为最佳倾角。图12就为太阳电池板与地面角度关系。根据几何学原理，欲使阳光垂直照射在太阳电池板上，电池板的倾角应该按下式计算：
倾角＝90°－高度角（仰角）
由于地球是以一定的倾斜角度绕轨道运行，太阳正午时在地平线以上的角度每年都有一个周期性的改变，上式说明了合理的电池板倾角应随太阳高度的变化而变化。
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图12 太阳电池板与地面角度关系
（2）确定方阵倾角
为了优化太阳电池接收日光的性能，电池板的倾角应等于场地所在的纬度。当倾角等于纬度时投射在太阳电池板上的平均日照强度最高。此外，为了考虑太阳高度角的周期性变化，电池板的倾角还要跟踪太阳高度角的变化，这样不仅在技术上有一定难度而且成本也很高。为了美观，许多将太阳能灯具的太阳能电池水平放臵，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少15%-20%，再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少5%左右，太阳能电池价格昂贵，，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。河南地区太阳能电池的最理想倾斜角度是40度左右，方向为正南方。 4. 2 热岛效应
单片太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放臵，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。 4. 3 太阳能庭院灯控制器的设计
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，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。对于太阳能庭院灯的设计，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。
充电过程一般分为主充、均充和浮充三个阶段，有时在充电末期还有以微小充电电流长时间持续充电的涓流充电。主充一般是快速充电，如两阶段充电、变流间歇式充电和脉冲式充电都是现阶段常见的主充模式。以慢充作为主充模式的一般采用的是低充电电流的恒流充电模式。铅酸蓄电池深度放电或长期浮充后，
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串联中的单体蓄电池的电压和容量都可能出现不平衡现象。为了消除这种不平衡现象而进行的充电叫做均衡充电，简称均充。
为保护蓄电池不过充，在蓄电池充电至90％容量后，转为浮充（恒压充电）模式，以适应充电后期蓄电池可接受充电电流的减小。为防止可能出现的蓄电池充电不足，在此之后还可以加上涓流充电，使已基本充电的蓄电池极板内部较多的活性物质参加化学反应，其充电比较彻底。 4.3.1 电源电路
由于本方案采用单片机来完成对系统的控制，对单片机等芯片的供电电源质量要求比较严格，因为蓄电池的端电压会随着充放电的深度而变化 ，所以不能直接从蓄电池端电压进行采取为芯片供电，所以要设计一个为芯片供电的电路。三端集成稳压器具有工作稳定、电路简单等优点，普遍让人们选用。电源直接从蓄电池取电， 经过7805 稳压后， 所用的芯片提供5 V 的工作电压， 其电路如图13所示。
12VLM78051C1470uFVinVout3C2200uF5VGND2
图13 电源电路
4.3.2 充电控制电路
过充控制，就是在蓄电池的端电压达到一定值时，处于过充状态时断开充电电路，以免影响蓄电池的寿命。
充电控制电路由图14所示，在电路中D1是为了防止蓄电池对太阳能电池反向充电，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。保护太阳能电池和蓄电池不被损坏。发光管为充电指示。充电控制原理为：
由单片机的输出口P2.6经过放大控制场效应管50N06，根据单片机采集的电压对场效应管50N06进行脉冲宽度调制，来控制充电电流，为蓄电池合理的进行充电控制。
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D1F1FUSE1R51KR120KR320K太阳能电池12Q150n06蓄电池12L3LEDR2300DW118VC390130.1uFQ5R420K9013R72KQ39012Q4R6P2.61K图14 充电控制电路
4.3.3 放电控制电路
过放控制电路就是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。过充、过放控制都是为了保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。其原理和充电控制原理以样，由单片机的输出口P2.7经过放大控制场效应管50N06，根据单片机采集的电压对场效应管50N06进行脉冲宽度调制，为蓄电池放电进行控制。 4.3.4 控制电路
（1）芯片介绍
ADC0809是8路模拟输入的8位模数转换器，该芯片是逐次逼近式CMOS芯片，28线双列直插式封装。芯片的主要部分是一个8位逐次比较式A/D转换器和8位模拟转换电路。转换器以8个时钟周期的时间完成一位转换值，在64个脉冲后完成8位的转换，时钟由外电路提供，典型频率为640KHz，8路模拟开关由3位二进制信息控制，以完成对某一路模拟信号转换。转换得到的数字信号锁存在内部的锁存器中，由输出允许信号选通锁存器在输出线上得到转换结果数据。
89C51单片机是一种高度集成的芯片，它的内容是一台完整的微型计算机。在一块芯片上集中了CPU、RAM、定时器、计数器和多功能的I/O线等计算机所需要的基本功能部件。他们都是通过片内单一总线连接而成。其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上却有了很大的变化。采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。由于体积小、高性能、低功耗等优点，使得它在电路控制和工业控制设备等领域应用广泛。单片机有很好的环境适应能力和抗干扰能力，有很好的可靠性。
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