CN103391656A - 太阳能草坪灯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能草坪灯系统，其特征在于：主要由太阳能充电电路、以及与太阳能充电电路连接的驱动LED稳压电路和光控电路构成，所述驱动LED稳压电路和光控电路连接，且所述驱动LED稳压电路与LED灯连接。本发明的优点在于：本发明采用了超级电容电容C1因而整个电路设计简单，可靠性高，属于绿色环保产品。目前，此设计已经成功应用于实际产品之中。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电源灯，具体是指太阳能草坪灯系统。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源已成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。太阳能的存储是太阳能产品发展的关键，目前主要采用各种电池，但是电池的充电时间长、寿命短以及不环保一直是太阳能产品发展的瓶颈，而超级电容器作为一种充电快、寿命长、绿色环保型储能元件，它给太阳能产品的发展带来了新的活力。本文详细介绍了一种超级电容器太阳能草坪灯的设计及实现方法。该草坪灯很好的结合了太阳能和超级电容器的优势，它无需安装其他电源，就可以主动发光，还能够根据环境光线的强弱自动控制灯的开关，而且安装方便、不用布线、工作稳定可靠、免维护、环保无污染、使用寿命长，可广泛应用于广场绿地、小区草坪等场所。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，控制方式简单、生产成本低、环保节能的太阳能草坪灯系统。
本发明的实现方案如下：太阳能草坪灯系统，主要由太阳能充电电路、以及与太阳能充电电路连接的驱动LED稳压电路和光控电路构成，所述驱动LED稳压电路和光控电路连接，且所述驱动LED稳压电路与LED灯连接。
所述太阳能充电电路主要由防过压电路和防反充电路构成。
所述太阳能充电电路主要由负极接地的硅电池U1、以及与硅电池U1正极依次串联的二极管D1、电容C1构成，所述电容C1的负极接地，且所述硅电池U1、以及与硅电池U1正极依次串联的二极管D1、电容C1构成防反充电路。
所述硅电池U1还并联有三极管Q2，所述三极管Q2的3号引脚与硅电池U1的正极连接，三极管Q2的2号引脚与硅电池U1的负极连接，且所述三极管Q2的1号引脚连接有稳压管ZD1和电阻R1，所述稳压管ZD1的另一端与三极管Q2的3号引脚连接，所述电阻R1另一端与三极管Q2的2号引脚连接，所述硅电池U1、三极管Q2、电阻R1构成防过压电路。
太阳能硅电池U1是依据半导体PN结的光伏效应原理把太阳光能转化为电能的半导体器件，是超级电容器太阳能草坪灯的核心器件。太阳能电池性能的好坏直接决定着能量的转换效率及输出电压的稳定性，同时也直接决定了超级电容器太阳能草坪灯的性能。因此，设计时应采用性价比比较好的单晶硅太阳能电池。
由于地球上各个地区的太阳年总辐射量与平均峰值日照时数不同，太阳能草坪灯的设计和灯的使用地理位置是有关系的，太阳能电池组件额定输出功率和灯具的输入功率之间的关系大约是2～4：1，具体比例要根据灯的每天工作时间以及对连续阴雨天的照明要求决定。本系统的太阳能电池的功率为3.3V×0.006×8=0.1584 W，假设每天工作12个小时，太阳能电池功的效率为40％，每天有效工作时间为5小时，则可选用3 W／6 V的太阳能电池。
本产品中选用电容C1，超级电容做为储能元件。该电容具有法拉级的超大电容量，超强的荷电保持能力，且漏电流非常小，8小时电压下降率小于5％；无须特别的充电电路和控制放电电路，充电迅速，而且可以在仅高于其漏电流(典型值约为1 mA)的状态下充电，因此，即使在阴天，太阳能电池也能对超级电容器充电；与蓄电池相比，其过充、过放都不对其寿命构成负面影响，可靠性高、使用寿命长(充放电循环寿命在10万次以上)；此外还具有优良的温度性能，可在-40℃～75℃的环境温度中正常使用；无污染，是一种绿色电源；可焊接，而且不存在象蓄电池那样接触不牢固等问题。
充电电路由防过压和防反充电路构成，ZD1为5.6V稳压管，当电池电压高于5.6 V时，三极管Q2导通，硅电池U1全部电流通过电阻R1消耗掉，当硅电池U1电压降到5.6 V以下时，三极管Q2截至，硅电池U1给电容C1充电，并同时保护电容C1。防反充电路可以保证在硅电池U1输入电压低于电容C1电压时，电容C1不会反向对硅电池U1充电，以免造成不必要的能量损耗。反充电控制可由二极管D1来完成，这个二极管选用肖特基二极管，因为肖特基二极管的导通压降比普通二极管低。
本发明的优点在于：本发明采用了超级电容电容C1和DC／DC升压稳压器D1因而整个电路设计简单，可靠性高，属于绿色环保产品。目前，此设计已经成功应用于实际产品之中。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为太阳能充电电路示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1、2所示。
太阳能草坪灯系统，主要由太阳能充电电路、以及与太阳能充电电路连接的驱动LED稳压电路和光控电路构成，所述驱动LED稳压电路和光控电路连接，且所述驱动LED稳压电路与LED灯连接。
所述太阳能充电电路主要由防过压电路和防反充电路构成。
所述太阳能充电电路主要由负极接地的硅电池U1、以及与硅电池U1正极依次串联的二极管D1、电容C1构成，所述电容C1的负极接地，且所述硅电池U1、以及与硅电池U1正极依次串联的二极管D1、电容C1构成防反充电路。
所述硅电池U1还并联有三极管Q2，所述三极管Q2的3号引脚与硅电池U1的正极连接，三极管Q2的2号引脚与硅电池U1的负极连接，且所述三极管Q2的1号引脚连接有稳压管ZD1和电阻R1，所述稳压管ZD1的另一端与三极管Q2的3号引脚连接，所述电阻R1另一端与三极管Q2的2号引脚连接，所述硅电池U1、三极管Q2、电阻R1构成防过压电路。
太阳能硅电池U1是依据半导体PN结的光伏效应原理把太阳光能转化为电能的半导体器件，是超级电容器太阳能草坪灯的核心器件。太阳能电池性能的好坏直接决定着能量的转换效率及输出电压的稳定性，同时也直接决定了超级电容器太阳能草坪灯的性能。因此，设计时应采用性价比比较好的单晶硅太阳能电池。
由于地球上各个地区的太阳年总辐射量与平均峰值日照时数不同，太阳能草坪灯的设计和灯的使用地理位置是有关系的，太阳能电池组件额定输出功率和灯具的输入功率之间的关系大约是2～4：1，具体比例要根据灯的每天工作时间以及对连续阴雨天的照明要求决定。本系统的太阳能电池的功率为3.3V×0.006×8=0.1584 W，假设每天工作12个小时，太阳能电池功的效率为40％，每天有效工作时间为5小时，则可选用3 W／6 V的太阳能电池。
本产品中选用电容C1，超级电容做为储能元件。该电容具有法拉级的超大电容量，超强的荷电保持能力，且漏电流非常小，8小时电压下降率小于5％；无须特别的充电电路和控制放电电路，充电迅速，而且可以在仅高于其漏电流(典型值约为1 mA)的状态下充电，因此，即使在阴天，太阳能电池也能对超级电容器充电；与蓄电池相比，其过充、过放都不对其寿命构成负面影响，可靠性高、使用寿命长(充放电循环寿命在10万次以上)；此外还具有优良的温度性能，可在-40℃～75℃的环境温度中正常使用；无污染，是一种绿色电源；可焊接，而且不存在象蓄电池那样接触不牢固等问题。
充电电路由防过压和防反充电路构成，ZD1为5.6V稳压管，当电池电压高于5.6 V时，三极管Q2导通，硅电池U1全部电流通过电阻R1消耗掉，当硅电池U1电压降到5.6 V以下时，三极管Q2截至，硅电池U1给电容C1充电，并同时保护电容C1。防反充电路可以保证在硅电池U1输入电压低于电容C1电压时，电容C1不会反向对硅电池U1充电，以免造成不必要的能量损耗。反充电控制可由二极管D1来完成，这个二极管选用肖特基二极管，因为肖特基二极管的导通压降比普通二极管低。
如上所述，则能很好的实现本发明。
Claims (4)
1.太阳能草坪灯系统，其特征在于：主要由太阳能充电电路、以及与太阳能充电电路连接的驱动LED稳压电路和光控电路构成，所述驱动LED稳压电路和光控电路连接，且所述驱动LED稳压电路与LED灯连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能草坪灯系统，其特征在于：所述太阳能充电电路主要由防过压电路和防反充电路构成。
3.根据权利要求2所述的太阳能草坪灯系统，其特征在于：所述太阳能充电电路主要由负极接地的硅电池U1、以及与硅电池U1正极依次串联的二极管D1、电容C1构成，所述电容C1的负极接地，且所述硅电池U1、以及与硅电池U1正极依次串联的二极管D1、电容C1构成防反充电路。
4.根据权利要求3所述的太阳能草坪灯系统，其特征在于：所述硅电池U1还并联有三极管Q2，所述三极管Q2的3号引脚与硅电池U1的正极连接，三极管Q2的2号引脚与硅电池U1的负极连接，且所述三极管Q2的1号引脚连接有稳压管ZD1和电阻R1，所述稳压管ZD1的另一端与三极管Q2的3号引脚连接，所述电阻R1另一端与三极管Q2的2号引脚连接，所述硅电池U1、三极管Q2、电阻R1构成防过压电路。
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| 苏全振、蔡丹: "超级电容器太阳能草坪灯的设计与实现", 《电子元器件应用》 * |
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