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太阳能独立发电应用系统-草坪灯装置设计实例

2009年04月08日 ?? 收藏0

  太阳能独立式发电应用系统,指的是与交流市电电网无任何关联的、完全由用电系统自身携带的太阳能电池组件板供电工作的各种工作电器。如各种太阳能草坪灯、庭院灯、景观灯,独立的太阳能用户电源供电系统,道路交通用的红、蓝双色爆闪灯、黄闪灯,以及航道用的导航信号灯、移动通讯基站等。

  一、太阳能独立式发电应用系统其系统成见图 1 所示。

  二、设计实例——太阳能草坪灯太阳能草坪灯电路如图 2 所示,实物如图 3 所示。

太阳能草坪灯太阳能草坪灯电路
实物

  1 .电路原理太阳能电池板输出的光伏电压 PV_out 经插座 J1 、 J2 接至电路板,该电压分成两路:一路经二极管 D1 与蓄电池相连,给蓄电池充电,同时向 U1 、 U2 提供工作电压;另一路经 R1 及 C2 、 DW1 、 R11 并联分压后加至运放 U2(LM358) 的反向输入端②脚,作为天是否“黑了”的检测电压,运放同相输入端③脚则接于 R4 与 (R5+VR1) 串联电路的分压点上。其中。 VR1 是草坪灯点亮调节微调电阻,调节 VR1 改变 U2 同相输入端的比较电压值,即可改变草坪灯的开灯设置点。

  U1 为 LM317 三端稳压芯片,调节微调电阻 VR2 可以改变加至草坪灯 LED 发光二极管的工作电压.即在 Q1 导通的情况下,调节 VR2 使各 LED 串联支路的工作电流为 20mA 。

  电路工作过程如下:在白天,由于太阳能电池板的工作电压较高,运放 U2 ②脚的电压高于③脚。①脚输出低电平, Q1 截止, LED 发光二极管不亮。随着夜幕的降临,太阳能电池板输出电压逐渐降低. U2 ⑦脚电压也伺时降低,当②脚电压低于③脚时.运放 1 脚输出高电平, Q1 导通,四条 LED 发光二极管支路与“地”连通, LED 点亮,当天色转明时,太阳能电池板电压再次升高,运放再次截止……,最终导致草坪灯熄灭。草坪灯便如此日复一日,周而复始地工作。

  考虑到生产成本,电路中未设计蓄电池过充电控制电路。而蓄电池过放电控制原理则是充分利用了 LED 发光二极管的导通“势垒”来实现的,虽未加蓄电池过放控制电路 , 同样也能实现蓄电池的过放电保护功能。

  2 .负栽电路工作情况及工作要求电路中用了 12 只φ 5mm 的白色 LED 超高亮度发光二极管作为发光体,构成四个工作支路,每个支路由三只 LED 发光二极管串联组成。白色发光二极管的工作电压为 3V 左右,工作电流为 20mA 。由三端稳压器 U1 向发光二极管提供稳定的工作电压,在这一电压下要求保证发光管的工作电流为 20mA 。蓄电池能点亮二极管的最低电压为: 3V × 3+(10mA × 10R)+Vce+1 . 25V=10 . 55V 。式中: 3Vx3 为三只串联发光二极管的导通电压, 10mAxl0R 为各支路限流电阻上的电压降, 10mA 为发光二极管最低点亮工作电流。 Vce 为 Ql 导通时的饱和管压降,约 O . 2V , 1 . 25V 为 LM317 最小工作电压。即当蓄电池电压低于 10 . 55V 时,蓄电池停止放电, LED 不再发光,从而达到了蓄电池过放电控制保护的目的。其工作要求为:草坪灯在天黑时自动点亮,天明时自动熄灭,同时要求草坪灯在连续三天阴雨天时能正常点亮。

  3 .系统配置计算太阳能光伏发电系统配置的计算原则是能量守恒,计算的原理是供需平衡,最终实施的方法是:充分考虑不利因素,在保证草坪灯正常工作的情况下尽量压缩设计成本。

  (1) 用电功率的计算草坪灯的功率为 12Vx20mAx4=960mW 。考虑到冬季昼短夜长,要求每天能工作 10 小时以上.则每天太阳能草坪灯消耗的电功率为 960mW × 10 小时: 9 . 6Wh 。

  (2) 蓄电池容量计算选用 12V 电压的蓄电池作为工作电源。设其容量为 P 安·时,放电深度为 80 %。根据能量守恒定律有: P × 12Vx80 % =9 . 6Whx3 天,解得 P="3Ah" 。考虑到电路自身还要耗电,最终选用 12V / 4Ah 标准系列的免维护铅酸蓄电池作为工作电源。

  4 .太阳能电池组件功率的计算太阳能电池组件的功率 = 太阳能电池组件的输出电压×太阳能电池组件的输出电流。

  太阳能电池组件的输出电压取决于太阳能电池片串连数量的多少 ( 一片太阳能电池片的输出电压为 O . 5V 左右 ) ;太阳能电池组件的输出电流取决于太阳能电池片面积的大小。知道了上述关系,即可按照要求设计太阳能组件了。

  太阳能电池是草坪灯的供给能源,它一天接收的能量除了夜晚供给草坪灯工作外,还要有一定的富裕能量储存在蓄电池内,以备阴雨天之用。


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