时间 :2009-06-20 09:30
众所周知，随着经济高速发展，而常规能源储量有限，能源问题已经成为关系到整个国民经济、国家安全的重大社会问题。太阳能取之不尽，用之不竭，太阳能光伏发电发展潜力
众所周知，随着经济高速发展，而常规能源储量有限，能源问题已经成为关系到整个国民经济、国家安全的重大社会问题。太阳能取之不尽，用之不竭，太阳能光伏发电发展潜力巨大，目前一些小型的独立光伏系统已经得到广泛的应用，而太阳能灯具是其中一个最重要的分支。
一套完整的太阳能草坪灯系统包括：光源、控制器、蓄电池、太阳能电池组件及灯体。白天，太阳能电池组件将光能转化为电能通过控制器储存到蓄电池内，晚上蓄电池通过控制器给光源供电，使其转化为光能，照明装饰。灯体主要起系统防护及白天的装饰作用，保障这一循环正常运行。其中光源、控制器、蓄电池是决定草坪灯系统性能的关键，在设计中必须对其进行优化设计，合理配置。
光源
太阳能草坪灯由于受组件功率限制，光源功率必须很小，在零点几瓦到几瓦之间不等，更多的是0.5W和1W。目前部分太阳能草坪灯采用节能灯作为光源，普通节能灯的光效约为40～50 Lm /w，而LED灯目前光效已达90Lm/w，实验室顶级已达120Lm/w以上，并且在保持同样照度下，LED灯比普通日光灯可节电40%以上，转化效率相对较高。另外使用寿命方面，普通日光灯的寿命为3000-5000h，LED灯在光衰达到70%时理论寿命约10万小时，实际使用寿命可达5万小时，为普通日光灯的10多倍，若每天工作8小时，一只灯可用6250天，因此不需要经常更换，可大大节省维护费用。LED灯被称为绿色照明光源，其本身不含有毒有害物质（如：汞），避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染，同时LED灯采用恒定直流电流驱动，不会产生任何频闪，又没有干扰辐射，对人体无危害；显色指数在80以上,灯光下物体的颜色更真实，色彩更丰富。因此,LED非常适合于太阳能草坪灯系统。在LED应用中最主要的是恒流和散热问题，虽然很多太阳能草坪灯已经采用LED,但这些问题解决的并不是很好。
在恒流方面，LED的特性与普通二极管近似，当电压变化很小时，电流可能变化很大，比如当工作电压变化0.1V时，工作电流可能变化20mA左右。为了实现恒流，防止工作电流过大，许多草坪灯使用串联限流电阻，但极大的能量损失显然不适合本来发电量就很有限的太阳能草坪灯。这时，可以设计恒流电路，现在有许多现成的专门针对LED开发的恒流芯片，将之和LED结合使用，不需要复杂的外围电路，就能起到很好的恒流作用，有效保护LED,延长寿命。
在大功率LED应用中，散热是另一个主要考虑的方面，散热做不好，会引起很严重的光衰，一些严重的半年内可能降到原来的一半，在草坪灯上大功率LED 多是单颗应用，采用常规的铝基板就可以满足，这方面的影响一般不大，但也需经试验验证。
蓄电池的选择
近年来，市场上的太阳能草坪灯普遍采用由铅酸蓄电池或镍氢蓄电池和LED灯组成的系统。在使用过程中，铅酸电池需要加酸补液，维护工作量很大，同时硫酸电解液溢出时有可能损坏灯体或其他公共设施。并且铅酸蓄电池和镍氢蓄电池比能量较小，就常用的4Ah电池来说，体积重量都很大，系统电器件设置和安装装置占用很大空间，不利于灯体结构的灵活设计。
锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池，它具有很高的能量密度，在相同容量的情况下，重量是镍氢蓄电池的一半，铅酸蓄电池的30%，，体积是铅酸蓄电池和镍氢蓄电池的20-30%。并且锂离子电池的放电平台是3.7V,太阳能电池组件的充电电压为6V,相对于铅酸电池12V的放电平台，电池组件充电电压为17V 来说，能够减少电池片2/3的划片次数，减少浪费，提高电池片的利用率。锂离子电池循环寿命高，在正常条件下，它的充放电周期可超过500次。在天气晴好的情况下，太阳能电池组件会给蓄电池进行持续充电，而夜间只消耗蓄电池容量的25%左右，这时候蓄电池就会处于持续的浮充状态，能够大大延长蓄电池的使用寿命。锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类对环境有危害的金属物质，不含化学性能非常活泼的金属锂，可以保障安全性，符合太阳能产品绿色、环保的设计理念。
控制器的设计
由于太阳能电池组件的发电量随天气状况、日照时间而变化，非常不稳定，因此太阳能光伏独立发电系统中对蓄电池的充放电控制要比普通应用中对蓄电池的充放电控制更复杂一些。控制器设计是否完善，直接决定整个太阳能草坪灯系统能否顺利运行。
一个完整的太阳能草坪灯控制器应该具有两方面的功能：第一是功能控制，草坪灯用于草坪中，白天装饰，夜晚起装饰照明作用，根据不同的使用情况，有些需要整个晚上都工作，更多的则是工作4～8个小时，因此必须有光控开，光控关，或者光控开，时控关的功能。
另一方面就是保护功能控制，包括对太阳能电池组件的防反冲保护，对蓄电池的过充电保护，过放电保护，温度补偿功能,对LED的恒流驱动等。防止反充电功能，一般是在太阳能电池充电回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，多采用肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管要低。对于太阳能草坪灯来说，很多锂离子电池本身带有保护板，防止过充电功能，防止过放电功能等，在控制器设计中，就不需要增加这些功能。如若没有保护板就必须在控制器中加入这些功能，因为很多蓄电池过放会造成永久性损坏。所以要针对使用情况而定，并且放电截止电压不宜过低。对LED的恒流驱动，主要是通过升压电路或者结合专用的恒流芯片，调整输入LED的电流，使之在蓄电池电压不断变化的情况下仍能够保持对LED的恒流驱动。
其他方面
将光源设置为闪烁变化，既可以使太阳能草坪灯发光具有动态效果，又可以通过改变闪烁占空比减小蓄电池平均输出电流，延长系统工作时间，同时将草坪灯设置为时控，千万不要设为整个晚上都亮，造成过多浪费，或者减小太阳能电池组件的功率和蓄电池的容量，降低成本。
太阳能电池封装形式。目前太阳能电池的封装形式主要有两种，层压和灌封。采用层压机进行层压可以使太阳能电池组件工作寿命达25年以上，灌封虽然外观能做得很漂亮，但是由于灌封胶的耐老化性很差，容易变黄或脱层脱落，使得发电效率严重降低或不能使用，直接置于室外阳光下，其工作寿命仅仅1-2年。因此，对于户用小型小功率太阳能草坪灯，在没有寿命要求的情况下，可以使用灌封胶灌封封装形式，而对应用于正式场合，使用年限有规定的太阳能草坪灯，必须使用层压的封装形式。
太阳能草坪灯往往对连续阴雨天可维持时间天数要求很高，在同等条件下适当增加蓄电池容量，将太阳能电池组件输送来的电能充分储存，充分利用，这样也能相对减少系统成本。
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