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利来娱乐平台超级电容器太阳能草坪灯的规划与完成

2019-04-08 11:16      点击:

  超级电容器太阳能草坪灯的规划与完成

  作者:苏全振 蔡丹 李文生

  跟着经济的开展和社会的前进,人们对动力提出了越来越高的要求,寻觅新动力已成为当时人类面对的火急课题。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、资源的广泛性和足够性,太阳能被认为是二十一世纪最重要的动力。太阳能的存储是太阳能产品开展的要害,现在首要选用各种电池,可是电池的充电时刻长、寿数短以及不环保一直是太阳能产品开展的瓶颈,而超级电容器作为一种充电快、寿数长、绿色环保型储能元件,它给太阳能产品的开展带来了新的生机。本文详细介绍了一种超级电容器太阳能草坪灯的规划及完结办法。该草坪灯很好的结合了太阳能和超级电容器的优势,它无需装置其他电源,就能够自动发光,还能够依据环境光线的强弱自动操控灯的开关,而且装置便利、不必布线、作业安稳牢靠、免维护、环保无污染、运用寿数长,可广泛应用于广场绿洲、小区草坪等场所。

  规划挑选

  a. 光源的挑选

  由于LED技能现在现已完结了要害性打破,一起功用价格比也有较大地进步。现在的LED寿数已可到达100 000h以上,而且作业电压低,十分适宜应用于太阳能草坪灯上。别的,LED由低压直流供电,其光源操控成本低,能够调理明暗,并可频频开关,而且不会对LED的功用发生不良影响。因此,从牢靠性、性价比、色温文发光功率等几个方面归纳考虑,规划时可挑选额外电压为3.3 V、作业电流为6 mA的超亮LED作为光源。由于草坪灯不光要有装修效果,还要有必定的照明功用,故可挑选8个LED运用。

  b. 太阳能电池的挑选

  太阳能电池是依据半导体PN结的光伏效应原理把太阳光能转化为电能的半导体器材,是超级电容器太阳能草坪灯的中心器材。太阳能电池功用的好坏直接决议着能量的变换功率及输出电压的安稳性,一起也直接决议了超级电容器太阳能草坪灯的功用。因此,规划时应选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均匀峰值日照时数不同,太阳能草坪灯的规划和灯的运用地理位置是有联系的,太阳能电池组件额外输出功率和灯具的输入功率之间的联系大约是2~4:1,详细份额要依据灯的每天作业时刻以及对接连阴雨天的照明要求决议。本体系的太阳能电池的功率为3.3V×0.006×8=0.1584 W,假定每天作业12个小时,太阳能电池功的功率为40%,利来娱乐平台,每天有用作业时刻为5小时,则可选用3 W/6 V的太阳能电池。

  c. 超级电容的挑选

  由于太阳能电池的输入能量极不安稳,一起草坪灯只是在周围光线较弱时才发光,因此必需装备蓄电体系才干有用作业。现阶段遍及选用铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池或Ni-H蓄电池,但选用蓄电池作为蓄电体系有许多缺点:首要可充电型蓄电池的充电次数有限(小于1000次),运用寿数较短;其次,由于其化学结构的影响,它不能进行大电流充电;第三,蓄电池需求有防过充、防过放以及温度补偿等操控电路,而且操控电路比较复杂;第四,可充电型蓄电池首要运用化学反应来进行充放电,电池中的废物会对环境发生污染,不归于环保产品。

  
因此,本产品中选用超级电容做为储能元件。该电容具有法拉级的超大电容量,超强的荷电坚持才能,且漏电流十分小,8小时电压下降率小于5%;无须特别的充电电路和操控放电电路,充电敏捷,而且能够在仅高于其漏电流(典型值约为1 mA)的状态下充电,因此,即便在阴天,太阳能电池也能对超级电容器充电;与蓄电池比较,其过充、过放都不对其寿数构成负面影响,牢靠性高、运用寿数长(充放电循环寿数在10万次以上);此外还具有优秀的温度功用,可在-40℃~75℃的环境温度中正常运用;无污染,是一种绿色电源;可焊接,而且不存在象蓄电池那样触摸不结实等问题。

  本太阳能草坪灯产品选用锦州凯美动力有限公司出产的6个2.5 V/150 F超级电容器组成的5.0V/225 F电容器模块,其单只电容器产品的ESR(DC)只需20mΩ,直径25 mm,高为48 mm。5 V/225 F超级电容器充电时刻为(在充电电流为450mA的情况下):

  

  式中:C-电容器额外容量;△U-电容器作业电压改变;I-电容器充电电流;t-电容器充电时刻。

  超级电容器放电时刻为:

  式中:ESR为电容器的直流内阻。5 V/225 F超级电容器可从5 V放电到0.6 V。

  
体系操控电路的规划

  a. 充电电路

  本体系中的充电电路由防过压和防反充电路构成,图1所示为其充电电路,图中的ZD1为5.6V稳压二极管,当电池电压高于5.6 V时,Q2导通,硅电池悉数电流通过电阻Q2消耗掉,当硅电池电压降到5.6 V以下时,Q2到,硅电池给超级电容充电,并一起维护超级电容。

  避免反充电操控电路能够确保在太阳能电池输入电压低于超级电容电压时,超级电容不会反向对太阳能电池充电,避免形成不必要的能量损耗。反充电操控可由图1中的二极管D1来完结,这个二极管选用肖特基二极管,由于肖特基二极管的导通压降比一般二极管低。

  b. 驱动LED稳压电路

  由于所选用的LED灯的额外电压为3.3 V,而超级电容器的电压为5.0 V,而且超级电容器在放电过程中电压会不断下降,因此需求有稳压电路来驱动LED。

  本文选用CMOS工艺制作且静态电流极低的VFM开关型DC/DC升压稳压器,该芯片内部包含VFM操控电路、LX开关驱动晶体管、基准电压单元、振动器、差错比较放大器、电压采样电阻、LX开关维护电路等。芯片外部只需求一个电感、一个输出电容和一个肖特基二极管就能够供给安稳的低噪声输出电压。该稳压器具有8μA的极低输入电流、低纹波、低噪声特性,功率可到达80%,并具有0.6 V的极低发动电压,输出电压精度可达±2.5%。该部分电路如图2所示。

  

  其间331C外围的电感和二极管会影响变换功率,此外,ag8.com电容和电感也会影响输出波纹。因此。规划时应挑选适宜的电感、电容和肖特基二极管以取得较高的变换功率和较低的波纹和噪声。依据331C的数据手册,本规划挑选47μH且小于0.5 Ω的电感和47μF的低ESR的钽电容。用于整流的二极管对DC-DC的功率影响很大,尽管一般的二极管也能够使DC-DC电路作业正常,可是会下降DC-DC变换器5%~10%的功率,所以D3选用正导游通电压较低、反应时刻较短的肖特基二极管lN5817。

  c. 光控电路

  超级电容器太阳能草坪灯需求光控开关电路来操控LED的开关。以便在周围环境光线变暗时点亮LED,并当光线变亮时封闭LED。有些光控开关电路选用光敏电阻来开关LED,也能够直接选用太阳能电池做光敏开关,由于太阳能电池特性比光敏电阻好。这部分电路如图3所示。

  

  图3中,U1为带施密特触发器的六反相器74HC14,其间的多谐振动器由第二个反相器与R5和C1构成。这样,在白日光线变亮时,太阳能电池电压升高,74HC14的1脚为高电平,74HC14的2脚为低电平,8脚相同输出低电平,三极管Q1到,LED关断。而当光线变暗时,太阳能电池电压下降到必定程度时,HC14的1脚为低电平,HC14的2脚为高电平,多谐振动器开端振动,并通过Y4输出高、低电平,Q2时而导通时而到,此刻只需调理R6和C1的值,以把亮光频率调理到人眼不能分辩即可,这样做的最大优点是能够延伸草坪灯作业时刻。经实践测验,该电路能够每天接连作业10小时以上,完全能够到达用户的运用需求。

  结束语

  本超级电容器太阳能草坪的规划选用了超级电容和集成的DC-DC芯片,因此整个电路规划简略,牢靠性高,归于绿色环保产品。现在,此规划现已成功应用于实践产品之中。

  (修改:xiaoyao)

  

   太阳能草坪灯电容器