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[摘 要] 本文介绍了太阳能景观灯设备的一些知识。从太阳能景观灯的定义，系统组成，控制原理和电路的工作原理等方面进行阐述。
[关键词] 太阳能 景观灯 系统 电路
1、引言
在世界能源短缺、环境污染日益严重的今天，太阳能作为无限可再生能源，逐步替代城市生产、生活常规能源已是大势所趋。太阳能照明作为太阳能最重要的利用方式之一，也越来越受到能源行业和照明行业的关注。太阳能照明在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。
2、太阳能景观灯简介
太阳能景观灯采用高效率单晶硅太阳能电池组件，白天可将太阳光光能转换成电能储存于蓄电池，夜晚天黑后则自动点亮照明，广泛适用于公园草坪、花园别墅、广场绿地、旅游景点、度假村、高尔夫球场、企业工厂绿地亮化美化、住宅小区绿地照明、各种绿化带等的点缀、照明。采用LED发光二极管设计，具有亮度高、安装简便、工作可靠、不铺设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点。这些使得太阳电池供电的景观灯显示出许多前所未有的优势。
3、太阳能景观灯的系统组成、控制原理和电路原理
1)太阳能景观灯的系统组成
太阳能景观灯是一个独立的发电供电系统。它能够独立的完成把太阳能转换为电能，并能把电能转换成热能供照明和装饰使用，而不需要架设或预埋输电线路传输。它的结构简单主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部分组成。
2)太阳能景观灯充放电控制器的设计
充电控制器作为光伏电池和铅酸蓄电池的接口电路，一般都希望让其工作在最大功率点，实现更高的效率，但是在实现最大功率点跟踪（MPPT）的同时，还需要考虑进行蓄电池充电控制。目前常用的主电路拓扑主要有降压型电路（Buck）变换器、升压型电路（Boost）变换器、丘克电路（Cuk）变换器等。一般光伏电池输出电压波动较大，而Buck变换器或Boost变换器只能进行降压或升压变换，受此影响，光伏电池不能在大范围内完全工作于最大功率点，从而造成系统效率下降。同时，Buck变换器输入电流纹波较大，如果输入端不加一個储能电容就会使系统工作在断续状态下，从而导致光伏电池输出电流时断时续，不能处于最佳工作状态；而Boost变换器输出电流纹波较大，用此电流对蓄电池进行充电，不利于蓄电池的使用寿命；Cuk变换器同时具有升压和降压功能，将Cuk变换器应用于光伏系统充电控制器中，可以在较大范围内实现最大功率点跟踪，有利于系统效率的提高。
3)太阳能景观灯的电路原理
太阳能景观灯的电路原理比较简单。下面具体介绍一种简单的太阳能景观灯的电路原理。如图1，它的控制器就是采用升压电路来实现的。
元器件选择：BT1选用3.8V／80mA太阳能电池板，单晶硅为好，多晶硅次之；BT2选用两节1.2V／600mA Ni-Cd电池，如需要增大发光度或延长时间，可相应提高太阳能板及电池功率。VQ2、VQ3、VQ5的β在200左右，VQ4需β值大的晶体管。VD1尽量选管压低的，如锗管或肖特基二极管。LED可选用白、蓝、绿色超高亮度散光或聚光。当选用红黄橙等低压降LED时，电路需重新设定。R3、R5选用1%精度电阻；R4用亮阻10kΩ～20kΩ，暗阻1MΩ以上的光敏电阻。其他电阻可选用普通碳膜(1／4)W、(1／8)W电阻。L1用(1／4)W色电感，直流阻抗要小。
该电路的工作原理：白天有太阳光时，由BT1把光能转换为电能，由VD1对BT2充电，由于有光照，光敏电阻呈低阻，VQ4 b极为低电平而截止。当晚上无光照时光敏电阻呈高阻，VQ4导通，VQ2 b极为低电平也导通，由VQ3、VQ5、C2、R6、L1组成的DC升压电路工作，LED得电发光。
DC升压电路其核心就是一个互补管振荡电路，其工作过程为：VQ2导通时电源通过L1、R6、VQ4向C2充电，由于C2两端电压不能突变，VQ3 b极为高电平，VQ3不导通，随着C2的充电其压降越来越高，VQ3 b极电位越来越低，当低至VQ3导通电压时VQ3导通，VQ5相继导通，C2通过VQ5 ce结、电源、VQ3 eb结(由于VQ2导通，我们假设其ec结短路，VQ3 e极直接电源正极)放电。
当放完电后VQ3截止，VQ5截止，电源再次向C2充电，之后VQ3导通，VQ5导通，C2放电，如此反复，电路形成振荡，在振荡过程中，VQ5导通时电源经L1和VQ5 ce结到地，电流经L1储能，VQ5截止时L1产生感应电动势，和电源叠加后驱动LED，LED发光。本可以提高电池电压直接驱动LED，以提高效率，但电池电压提高，相应的太阳能电池价格也大幅提高，只要电路元件设置合适，其效率还是可以接受的。当白天充电不够时(如遇上阴雨天等)，BT2可能发生过放电，这样会损坏电池，为此特加R5构成过放保护：当电池电压降至2V时，由于R5的分压使VQ4基极电位不足以使VQ4导通，从而保护电池。增加R5会影响VQ4的导通深度。
4、结束语
太阳能景观灯设计是针对已经存在的太阳能路灯进行改进，采用了太阳能电池作为能源，以达到环保节约的目的。设计中可以采用光控和时控相结合的方法，避免光控方法易受干扰，时控需频繁设置时间的麻烦，为了节约用电，在深夜行人较少时路灯根据设置的熄灯时间熄灭，早上行人多时根据设置的开灯时间亮灯。其次内部设置有蓄电池，用于保证在阴雨天气供电。本设计需要改进的地方在于蓄电池自身的容量限制，不能保证在阴雨天长时间对外供电。希望这个问题在以后的新型能源出现之后可以得到圆满解决。■
参 考 文 献
[1]刘树民.太阳能光伏发电系统的设计与施工.科学出版社,2006.
[2]平远.新型太阳能照明灯[J].发明与创新,2005（01）.
[3]刘宏,张晓晶.高亮度白光LED直流照明灯的研究.节能与环保,2005（5）.
[4]项红升,李明,王志华等.LED在绿色节能照明中的应用进展.可再生能源,2004（5）.
[5]赵争鸣,刘建政等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.10.
[关键词] 太阳能 景观灯 系统 电路
1、引言
在世界能源短缺、环境污染日益严重的今天，太阳能作为无限可再生能源，逐步替代城市生产、生活常规能源已是大势所趋。太阳能照明作为太阳能最重要的利用方式之一，也越来越受到能源行业和照明行业的关注。太阳能照明在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。
2、太阳能景观灯简介
太阳能景观灯采用高效率单晶硅太阳能电池组件，白天可将太阳光光能转换成电能储存于蓄电池，夜晚天黑后则自动点亮照明，广泛适用于公园草坪、花园别墅、广场绿地、旅游景点、度假村、高尔夫球场、企业工厂绿地亮化美化、住宅小区绿地照明、各种绿化带等的点缀、照明。采用LED发光二极管设计，具有亮度高、安装简便、工作可靠、不铺设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点。这些使得太阳电池供电的景观灯显示出许多前所未有的优势。
3、太阳能景观灯的系统组成、控制原理和电路原理
1)太阳能景观灯的系统组成
太阳能景观灯是一个独立的发电供电系统。它能够独立的完成把太阳能转换为电能，并能把电能转换成热能供照明和装饰使用，而不需要架设或预埋输电线路传输。它的结构简单主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部分组成。
2)太阳能景观灯充放电控制器的设计
充电控制器作为光伏电池和铅酸蓄电池的接口电路，一般都希望让其工作在最大功率点，实现更高的效率，但是在实现最大功率点跟踪（MPPT）的同时，还需要考虑进行蓄电池充电控制。目前常用的主电路拓扑主要有降压型电路（Buck）变换器、升压型电路（Boost）变换器、丘克电路（Cuk）变换器等。一般光伏电池输出电压波动较大，而Buck变换器或Boost变换器只能进行降压或升压变换，受此影响，光伏电池不能在大范围内完全工作于最大功率点，从而造成系统效率下降。同时，Buck变换器输入电流纹波较大，如果输入端不加一個储能电容就会使系统工作在断续状态下，从而导致光伏电池输出电流时断时续，不能处于最佳工作状态；而Boost变换器输出电流纹波较大，用此电流对蓄电池进行充电，不利于蓄电池的使用寿命；Cuk变换器同时具有升压和降压功能，将Cuk变换器应用于光伏系统充电控制器中，可以在较大范围内实现最大功率点跟踪，有利于系统效率的提高。
3)太阳能景观灯的电路原理
太阳能景观灯的电路原理比较简单。下面具体介绍一种简单的太阳能景观灯的电路原理。如图1，它的控制器就是采用升压电路来实现的。
元器件选择：BT1选用3.8V／80mA太阳能电池板，单晶硅为好，多晶硅次之；BT2选用两节1.2V／600mA Ni-Cd电池，如需要增大发光度或延长时间，可相应提高太阳能板及电池功率。VQ2、VQ3、VQ5的β在200左右，VQ4需β值大的晶体管。VD1尽量选管压低的，如锗管或肖特基二极管。LED可选用白、蓝、绿色超高亮度散光或聚光。当选用红黄橙等低压降LED时，电路需重新设定。R3、R5选用1%精度电阻；R4用亮阻10kΩ～20kΩ，暗阻1MΩ以上的光敏电阻。其他电阻可选用普通碳膜(1／4)W、(1／8)W电阻。L1用(1／4)W色电感，直流阻抗要小。
该电路的工作原理：白天有太阳光时，由BT1把光能转换为电能，由VD1对BT2充电，由于有光照，光敏电阻呈低阻，VQ4 b极为低电平而截止。当晚上无光照时光敏电阻呈高阻，VQ4导通，VQ2 b极为低电平也导通，由VQ3、VQ5、C2、R6、L1组成的DC升压电路工作，LED得电发光。
DC升压电路其核心就是一个互补管振荡电路，其工作过程为：VQ2导通时电源通过L1、R6、VQ4向C2充电，由于C2两端电压不能突变，VQ3 b极为高电平，VQ3不导通，随着C2的充电其压降越来越高，VQ3 b极电位越来越低，当低至VQ3导通电压时VQ3导通，VQ5相继导通，C2通过VQ5 ce结、电源、VQ3 eb结(由于VQ2导通，我们假设其ec结短路，VQ3 e极直接电源正极)放电。
当放完电后VQ3截止，VQ5截止，电源再次向C2充电，之后VQ3导通，VQ5导通，C2放电，如此反复，电路形成振荡，在振荡过程中，VQ5导通时电源经L1和VQ5 ce结到地，电流经L1储能，VQ5截止时L1产生感应电动势，和电源叠加后驱动LED，LED发光。本可以提高电池电压直接驱动LED，以提高效率，但电池电压提高，相应的太阳能电池价格也大幅提高，只要电路元件设置合适，其效率还是可以接受的。当白天充电不够时(如遇上阴雨天等)，BT2可能发生过放电，这样会损坏电池，为此特加R5构成过放保护：当电池电压降至2V时，由于R5的分压使VQ4基极电位不足以使VQ4导通，从而保护电池。增加R5会影响VQ4的导通深度。
4、结束语
太阳能景观灯设计是针对已经存在的太阳能路灯进行改进，采用了太阳能电池作为能源，以达到环保节约的目的。设计中可以采用光控和时控相结合的方法，避免光控方法易受干扰，时控需频繁设置时间的麻烦，为了节约用电，在深夜行人较少时路灯根据设置的熄灯时间熄灭，早上行人多时根据设置的开灯时间亮灯。其次内部设置有蓄电池，用于保证在阴雨天气供电。本设计需要改进的地方在于蓄电池自身的容量限制，不能保证在阴雨天长时间对外供电。希望这个问题在以后的新型能源出现之后可以得到圆满解决。■
参 考 文 献
[1]刘树民.太阳能光伏发电系统的设计与施工.科学出版社,2006.
[2]平远.新型太阳能照明灯[J].发明与创新,2005（01）.
[3]刘宏,张晓晶.高亮度白光LED直流照明灯的研究.节能与环保,2005（5）.
[4]项红升,李明,王志华等.LED在绿色节能照明中的应用进展.可再生能源,2004（5）.
[5]赵争鸣,刘建政等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.10.