学年论文 太阳能LED照明系统.ppt

太阳能LED照明系统 余艺 曾权 刘柏林 太阳能灯具： LED灯 　　LED灯（Light Emitting Diode）又叫发光二极管，它是一种固态的半导体器件，可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。 　　LED灯具有体积小、耗电低、寿命长、无毒环保等诸多优点，LED灯具从室外装饰，工程照明，逐渐发展到家用照明。  太阳能与LED的渊源 在能源日益短缺的今天，自然能的利用成了人们关注的焦点，在各种自然能中，无穷无尽的太阳能以其无处不在的优势倍受青睐。 实际上，地球上的一切能源都来自太阳。煤和石油的生成，植物的生长，水和风的运动。但是，由于太阳能的分散性和不稳定性，直接利用太阳能并不容易，近年来，随着能源的短缺和太阳能利用技术的提高，直接利用太阳能才成为现实。 夏季晴天的太阳光每平方米不足1000瓦，可见，太阳能虽然巨大，但十分分散。商品化的硅太阳能电池板的光/电转换效率约14%，价格也较高，因此，太阳能一般用于小功率发电。由于发电功率小，用电功率也不能太大，要在小的电输入功率下有尽可能好的照明效果，照明光源的发光效率很重要。在小功率时，传统光源光效很低，不适合在太阳能照明系统中应用。近年来，半导体发光二极管技术不断进步，已经成为一种新型照明光源，小功率照明应用时光效高，配合太阳能电池板和蓄电池组成太阳能LED照明系统必然是趋势所向。 太阳能LED照明系统的工作原理 在有太阳光的时间段，太阳能电池组将采集到的太阳能转化为电能，在控制系统的控制下，将电能储存到储能器件中，在LED照明系统需要电能供电时，采用驱动控制器，向LED照明光源提供安全高效的电压电流，使LED照明系统安全、稳定、高效并可靠地工作，为工作和生活提供洁净环保的绿色照明。 太阳能LED系统设计 1、太阳能电池板 太阳能电池是太阳能照明系统的输入,为整个系统提供照明和控制所需电能在白天光照条件下,太阳能电池将所接收的光能转换为电能,经充电控制电路子系统对蓄电池充电;天黑后,太阳能电池停止工作,停止对蓄电池的充电。 2、蓄电池 作为太阳能LED的储能元件,自天蓄电池将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存起来,至夜晚时,智能控制器一再控制驱动电路工作,蓄电池通过驱动电路实现驱动LED恒流工作，全天中,智能控制器的电源一直由蓄电池供给。 3、智能控制器 此部分是本系统的核心部分，白天时,控制太阳能对蓄电池进行充电晚上,控制恒流驱动LED进行照明,并在深夜时,进行半功率照明以节约能源，更为关键的是,在白天对蓄电池智能充电时,必须具备MPPT智能算法,以最大限度提升太阳能电池板功率输出。同时,必须有蓄电池智能充电策略,最大程度延长蓄电池使用寿命。 4、LED DC/DC电路分析 充电电路子系统设计 由于系统的MCU由蓄电池供电,并且需要经常检测太阳能电池板的电压等,若太阳能电池板输电压和蓄电池电压极性相反,给整个系统设计带来很多不便,这里选用speic变换电路 LED驱动电路设计 对于主电路,恒流控制的电流通过采样电阻R将电流转换成电压,控制器通过开关管的开通与关断,能够实现恒定采样电阻上的电阻,从而实现了恒定LED阵列的电流如果能够调节控制器恒定采样电阻上的电压值,则将实现LED的模拟调光 MPPT最大功率跟踪算法及MCU嵌入式充电电路 算法直接关系到太阳能利用率的高低及系统能源利用率。而传统控制器大多是太阳能电池通过二极管直接对蓄电池进行充电,不但充电时能源有效利用率低,同时对蓄电池使用寿命影响也甚大采用的MPPT最大功率跟踪算法,在太阳能对蓄电池充电时,实现将太阳能电池板的输出功率最大化,太阳能利用效率比传统方式要高出40%左右。 蓄电池智能充电策略 有效、科学地使用蓄电池,对提高蓄电池的使用效率、蓄电池的充电效率、延长蓄电池的使用寿命都十分关键。在对蓄电池进行智能充放电管理时,还必须考虑蓄电池端电压随温度漂移的温度智能补偿才能实现精确控制蓄电池的过充和过放,延长蓄电池使用寿命。此外系统集成时,必须综合实现蓄电池智能充电策略和MPPT最大功率跟踪算法,即最大限度提升太阳能电池板功率输出的同时,延长蓄电池使用寿命。 软件系统 实时控制整个系统的工作,白天充电,晚上亮灯,且至半夜时控制灯的功率降半,