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文檔簡介
1、太陽能光伏照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要:本文在探討光伏發(fā)電原理和led發(fā)光特性的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)制作了一套太陽能光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng),并進(jìn)行了測試分析,提高了光電轉(zhuǎn)換效率,并以此為電源,設(shè)計(jì)出可實(shí)用的太陽能光伏照明系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅能作為太陽能路燈和臺燈使用,而且使用方便,具有光控等 功能,該系統(tǒng)能用于家庭和實(shí)驗(yàn)室等需要照明的地方,節(jié)能減排效果明顯,具有很好的應(yīng)用 前景。關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電 跟蹤系統(tǒng)led照明系統(tǒng)節(jié)能減排Design and production of solar photovoltaic lighting systemAbstract: In this paper, on the basis
2、 of a comprehensive study of photovoltaic power generation principlend LED light-emittipqgoperties.Wdesigneda set of solarphotovoltaitracking system, which were tested and analyzed to improve the photoelectric conversion efficiency, and a: a power source, we designed a useful solar photovoltaic ligh
3、ting system. The system can not only use the solar lights and lamps, and easy to use, with light control and other functions. It can 1 used for home and laboratory where the need for lighting, energy saving effect is obvious, with good prospects.Key Words: Photovoltaipower generationTrackingSystem,
4、LED lightingystem, Energy saving目錄一、引言1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2課題研究的目的與意義1.3該課題的研究內(nèi)容二、太陽能跟蹤系統(tǒng)2.1跟蹤運(yùn)行流程2.2跟蹤系統(tǒng)電路原理2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理三、LED發(fā)光的特性10 TOC o 1-5 h z LED的發(fā)光原理.0LED的光源特點(diǎn)12LED的電特性12LED的驅(qū)動方式13四、太陽能LED照明系統(tǒng)13.4.1系統(tǒng)示意圖134.2系統(tǒng)硬件電路圖.44.3 電路元件的參數(shù)144.4光控電路184.5恒流驅(qū)動電路19五、致謝19參考文獻(xiàn)20附錄21一、引言1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1.1太陽能產(chǎn)業(yè)國外發(fā)
5、展?fàn)顩r國際上,光伏發(fā)電發(fā)展迅猛。1973年,美國制定了政府級陽光發(fā)電計(jì)劃;1980年又正式 將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃,累計(jì)投資達(dá)8億多美元;1994年度的財(cái)政預(yù)算中,光伏發(fā)電 的預(yù)算達(dá)7800多萬美元,比1993年增加了 23.4%; 1997年美國和歐洲相繼宣布“百萬屋頂光 伏計(jì)劃”,美國計(jì)劃到2010年安裝100O3000姍太陽電池。日本不甘落后,1997年補(bǔ)貼“屋 頂光伏計(jì)劃”的經(jīng)費(fèi)高達(dá)9200萬美元,安裝目標(biāo)是7600Mw。在各國政府的扶持下,世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長,19952005年間,全球太陽能電 池產(chǎn)量增長了17倍。我們預(yù)計(jì),2010年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望較2005年
6、的年產(chǎn)量增長 6.3倍,整個(gè)行業(yè)的銷售收入有望增長3.5倍。而在太陽能產(chǎn)業(yè)遙遙領(lǐng)先的德國,于2003年修汀的再生能源法中強(qiáng)調(diào):電力公司 以保證價(jià)格收購再生能源,使德國2005年太陽能等可再生能源產(chǎn)業(yè)獲得34億歐元的補(bǔ)助。德 國的“百萬屋頂計(jì)劃”使許多家庭不僅利用太陽能解決了自家的能源使用,而且這些家庭還 成為小型“私人電站”,源源不斷地向電網(wǎng)公司輸送電力,獲得一筆可觀的收人。1.1.2太陽能產(chǎn)業(yè)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國太陽能資源非常豐富,開發(fā)利用的潛力非常大。我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也 非常廣闊,可以應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、與建材結(jié)合、解決邊遠(yuǎn)地區(qū)用電困難問題等。我國政府對 太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶
7、持,先后出臺了一系列法律、政策,有力的支持了產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展。在19952003年間,我國合計(jì)在太陽能發(fā)電方面的資金投入22億元人民幣,對太陽能新 能源起著積極的推動作用。2005年后,我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)又有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,無錫尚德、天威英利、新光硅 業(yè)、浙江中意、賽維LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司紛紛進(jìn)入成長期,生產(chǎn) 規(guī)模不斷擴(kuò)大,技術(shù)水平不斷提高,企業(yè)競爭力不斷增強(qiáng)。隨著太陽能光電效應(yīng)的發(fā)展,在 照明系統(tǒng)方面,太陽能草坪燈、庭院燈、臺燈、城市光彩工程燈等眾多品種大量出現(xiàn)在了日 常生活中,是太陽能光源的主要應(yīng)用方向,在提高人們生活水平的同時(shí),又節(jié)約了大量能源。1.1.3太陽能跟蹤
8、系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r太陽能跟蹤系統(tǒng)是保持太陽能電池板隨時(shí)正對太陽,讓太陽光的光線隨時(shí)垂直照射太陽 能電池板的動力裝置,能顯著提高太陽能光伏組件的發(fā)電效率。由于地球的自轉(zhuǎn),相對于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),一年春夏秋冬四季、 每天日升日落,太陽的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化,有效的保證太陽能電池板能夠時(shí)刻正對 太陽,發(fā)電效率才會達(dá)到最佳狀態(tài)。目前世界上通用的太陽能跟蹤系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的 經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽所在的角度,將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽位 置存儲到PLC、單片機(jī)或電腦軟件中,也就是靠計(jì)算太陽位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù) 據(jù)理論,需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定,一
9、旦安裝,就不便移動或裝拆,每次移動完 就必須重新設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個(gè)參數(shù);原理、電路、技術(shù)、設(shè)備都很復(fù)雜,非專業(yè)人士不能 夠隨便操作。河北某太陽能光伏發(fā)電企業(yè)獨(dú)家研發(fā)出了具有世界領(lǐng)先水平、成本低廉、簡單 易用、不用計(jì)算各地太陽位置數(shù)據(jù)、無軟件、可在移動設(shè)備上隨時(shí)隨地準(zhǔn)確跟蹤太陽的智能 太陽能跟蹤系統(tǒng)。該太陽能跟蹤系統(tǒng)是國內(nèi)首家完全不用電腦軟件的太陽空間定位跟蹤儀, 具有國際領(lǐng)先水平,能夠不受地域和外部條件的限制,可以在-50C至70C環(huán)境溫度范圍內(nèi) 正常使用;跟蹤精度可以達(dá)到0.001,最大限度的提高太陽跟蹤精度,完美實(shí)現(xiàn)適時(shí)跟 蹤,最大限度提高太陽光能利用率。該太陽能跟蹤系統(tǒng)可以廣泛的使用于各
10、類設(shè)備的需要使 用太陽跟蹤的地方,該太陽能跟蹤系統(tǒng)價(jià)格實(shí)惠、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、跟蹤準(zhǔn)確、方便易 用。把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車,以及通訊應(yīng) 急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上,不論系統(tǒng)向何方行駛、如何調(diào)頭、拐彎,該太陽能跟 蹤系統(tǒng)都能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對太陽!該太陽能跟蹤控制技術(shù)屬于具有我國自主知 識產(chǎn)權(quán)的國家發(fā)明專利產(chǎn)品,發(fā)明專利申請?zhí)枺?00610146201.8,現(xiàn)已大批量投產(chǎn)。1.1.4國外LED電路發(fā)展現(xiàn)狀半導(dǎo)體照明技術(shù)的開發(fā)研究引起了全球研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視。國外共有近200家公司 參與GaN器件、材料和設(shè)備的開發(fā),近300所大學(xué)和研究所
11、參與GaN的研發(fā)。目前,功率型 白光LED光視效能(發(fā)光效率)已經(jīng)達(dá)到100 lm/W,研究水平達(dá)到160 lm/W。經(jīng)過技術(shù)發(fā) 展和市場競爭,世界主要LEDT商已經(jīng)形成各自的技術(shù)特色。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng) 先水平,壟斷高端白色、藍(lán)、綠色LED的市場,豐田合成在白光LED及車燈照明技術(shù)開發(fā)據(jù) 國際前端;美國Cree的碳化硅襯底生長GaN外延片國際領(lǐng)先,傳統(tǒng)照明巨頭Philips絕對 控股的美國Lumileds功率型白光LED國際領(lǐng)先;傳統(tǒng)照明巨頭Osram歐司朗控股的德國歐 司朗光電半導(dǎo)體功率型LED封裝和車用LED燈具開發(fā)國際領(lǐng)先。1.1.5國內(nèi)LED電路發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)的外延片生長技術(shù)主
12、要源于美國、基本上是進(jìn)口美國的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉淀 (MOCVD)裝備,這些裝備在美國就不是一流的裝備,在整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)外延片的生長、芯片、 芯片封裝3個(gè)環(huán)節(jié)中,外延片生長投資要占到70%,外延片成本要占到封裝成成品的70%, 同時(shí)外延片生長技術(shù)的人才全世界都缺乏,簡單的說,外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)水 平,國內(nèi)近幾年也陸續(xù)引進(jìn)了 50多臺MOCVD裝備,均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段,一旦工藝 成熟,則會上10倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn),市場需求巨大。國家“863”計(jì)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時(shí)支持了國產(chǎn)外延設(shè)備如液相外延爐和MOCVD 設(shè)備的研發(fā)(中科院半導(dǎo)體所、中電科技集團(tuán)公司第四十八所)
13、,通過整機(jī)消化吸收,關(guān)鍵 技術(shù)再創(chuàng)新等措施,填補(bǔ)了國內(nèi)空白,使長期制約我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。 隨著國家照明工程的起步,國內(nèi)LED芯片設(shè)備的巨大需求再次引起了國外半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商 的積極響應(yīng),他們?nèi)找嬷匾曋袊@個(gè)巨大的市場,但是,這里面也存在著一個(gè)隱憂,國外芯 片設(shè)備高昂的價(jià)格,相對制約了國內(nèi)企業(yè)的規(guī)?;a(chǎn)業(yè)化發(fā)展,也消耗了國家大量寶貴的 外匯。同樣也擠占了國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。1.2課題研究的目的與意義隨著地球資源的日益貧乏,基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高,各種安全和污染隱患無處不 在太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受到重視,目前太 陽能應(yīng)用技術(shù)已
14、取得較大突破,尤其太陽能光伏技術(shù)發(fā)展,給太陽能在公共照明中的應(yīng)用帶 來了極為廣闊的前景。隨著近十年來LDE技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。LED以固有的特點(diǎn),如省電、壽命長、 耐震動,響應(yīng)速度快、冷光源和低功耗可直流驅(qū)動等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于指示燈、信號燈、顯 示屏和景觀照明等領(lǐng)域,在我們的日常生活中處處可見,如電話機(jī)、儀表板照明、汽車防霧 燈和交通信號燈等。太陽能電源是直流電,而傳統(tǒng)燈泡需要交流供電。這樣,傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)需要逆變 器將直流逆變?yōu)榻涣?,這種方法普遍存在著交流逆變不可靠、低溫啟動難、燈管壽命短、功 耗高以及系統(tǒng)造價(jià)高等缺點(diǎn)。而LED需要直流驅(qū)動,于是,LED光伏照明系統(tǒng),相比于傳統(tǒng) 的
15、照明系統(tǒng)少了一個(gè)復(fù)雜而性能又未必可靠的逆變器環(huán)節(jié)。正是基于上述優(yōu)點(diǎn),使得led 逐漸取代傳統(tǒng)光源應(yīng)用于光伏照明系統(tǒng),徹底地解決了傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)存在的交流逆變 不可靠、低溫啟動難和燈管壽命短等缺點(diǎn)??v覽國內(nèi)外的種種太陽能電池,大多數(shù)是采用非跟蹤式接收裝置,這種方式下提高光- 電轉(zhuǎn)換效率的研究方向主要有提高采光面積,研發(fā)蓄電池新型材料及智能充放電和控制燈具 關(guān)、開等。但是,隨著陽光的移動電池板與陽光投射傾角不同,所以非跟蹤式太陽能接收裝 置每個(gè)時(shí)段獲得的太陽能是不等的,因此光-電轉(zhuǎn)換太陽能的總效率低。在此基礎(chǔ)上,人們 開始研究如“向日葵”跟隨太陽旋轉(zhuǎn)的光伏電池,讓太陽能電池板始終以最大的發(fā)電功
16、率跟 隨著太陽旋轉(zhuǎn),即實(shí)現(xiàn)太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤。這樣太陽能的轉(zhuǎn)換效率將大大提高。1.3該課題的研究內(nèi)容該課題的研究內(nèi)容有三大部分:第一部分是太陽能跟蹤系統(tǒng),包括設(shè)計(jì)太陽能跟蹤系統(tǒng) 的電路原理,測試跟蹤系統(tǒng)與非跟蹤系統(tǒng)的發(fā)電功率,然后測試數(shù)據(jù)并畫圖比較得出跟蹤系 統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。第二部分是LED發(fā)光的特性,包括LED的光電特性與驅(qū)動方式。第三部分是太陽能 LED照明系統(tǒng),包括設(shè)計(jì)太陽能路燈、臺燈兩用系統(tǒng)的電路圖,焊接并調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路, 最終實(shí)現(xiàn)可供使用的太陽能路燈、臺燈系統(tǒng)。二、太陽能跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)可以使太陽能電池盡量對準(zhǔn)太陽,使太陽垂直照射到太陽電池板上,使太陽能電池板在當(dāng)前環(huán)境下保持能夠達(dá)到的
17、最大發(fā)電功率,從而提高總體發(fā)電量,進(jìn)而降低輸出電 能的成本。2.1跟蹤運(yùn)行流程圖2.2太陽能跟蹤流程圖太陽能跟蹤系統(tǒng)主要由信號采集部分和信號分析部分及云臺構(gòu)成,信號采集部分將此時(shí) 太陽能電池板東西方向的光照強(qiáng)度收集,然后交于信號分析部分分析,若板與太陽光不垂直 則使電機(jī)轉(zhuǎn)動,直至太陽光垂直照射到板上時(shí)停止。1)信號采集部分信號采集部分由不透光擋板及分布在擋板兩側(cè)的兩塊微型光電池構(gòu)成,其作用是用來實(shí) 時(shí)采集擋板兩側(cè)光強(qiáng)。2)信號分析部分信號分析部分是用來,并判斷太陽與太陽能電池板的位置關(guān)系,并控制云臺轉(zhuǎn)動,直至 太陽能電池板與陽光垂直,使太陽能電池板在同樣的光照下達(dá)到最大發(fā)電量。3)云臺云臺具有
18、轉(zhuǎn)動功能,用來搭載太陽能電池板及信號采集部分。2.2跟蹤系統(tǒng)電路原理圖2.3跟蹤原理圖原理如上圖2.3圖中電路上下對稱,采用了運(yùn)算放大器,微型光電池,繼電器這些元 件來完成功能。當(dāng)太陽光在擋板左側(cè)時(shí)B2光照小于引,因此電位低于引,運(yùn)放入1正相輸入電壓小于 反相輸入電壓輸出電位低,而運(yùn)放A2正相輸入電壓大于反相輸入電壓輸出電位高;調(diào)節(jié)R3,R4使A3,A4反相輸入電壓為3V (大于低點(diǎn)位且小于高電位),因此運(yùn)放A3正 相輸入電壓小于反相輸入電壓輸出電位低,而運(yùn)放A4正相輸入電壓大于反相輸入電壓輸出 電位高。此時(shí)三極管VT1基極電位為負(fù)輸出點(diǎn)位低,VT1處于截止?fàn)顟B(tài),繼電器K1無電流 通過,開關(guān)K
19、1斷開;VT2處于飽和狀態(tài),電流通過繼電器K2閉合,控制電機(jī)向一個(gè)方向轉(zhuǎn) 動,太陽能電池板向左轉(zhuǎn)動。同理,當(dāng)太陽光在擋板右側(cè)時(shí)B1有光照強(qiáng),電位高于B2,沔斷開,K1閉合控制電機(jī) 向另一方向轉(zhuǎn)動,電池板向右轉(zhuǎn)動。當(dāng)太陽能電池板轉(zhuǎn)動使擋板平行于陽光時(shí),B1,B2所收光照強(qiáng)度相同,運(yùn)放A1,A2輸出 電壓為0, A3,A4正輸入電壓小于反相輸入電壓輸出點(diǎn)位低,此時(shí)VT1,VT2都處于截止?fàn)顟B(tài), 繼電器K1,K2都沒電流通過,開光都斷開,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,此時(shí)太陽能電池板正對太陽,有 效吸收面積達(dá)到最大。實(shí)現(xiàn)了太陽能跟蹤的目的。2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理表1跟蹤系統(tǒng)發(fā)電量對比時(shí)間固定板發(fā)電功率/W跟蹤板發(fā)電功
20、率/W8:000.840.948:304.417.439:008.4311.649:3012.2215.2710:0014.5616.710:3015.9116.8911:0016.9917.2211:3017.3317.4512:0017.4517.5412:3017.5617.5313:0017.2117.4313:3016.4317.3714:0016.7317.4714:3015.3217.3415:0014.7616.8215:3013.6116.2516:0010.2914.9316:308.6712.7917:002.646.6417:300.11.4518:00光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)
21、發(fā)電量比較賤圖2.從圖示可看出在早晚時(shí)段上跟蹤式太陽能電池板比固定式太陽能電池板在很大程度上 提高了太陽能發(fā)電的效率。而在中午時(shí)段太陽能電池板和固定式太陽能電池板相對太陽位置 基本一樣,所以輸出功率基本一致。通過數(shù)據(jù)采集,計(jì)算輸出功率提高23.3%。三、LED發(fā)光的特性LED的發(fā)光原理LED是由III-V族化合物,如GaAs、GaP、GaAsP等半導(dǎo)體制成的,其核心是PN結(jié)。因此, 它具有一般PN結(jié)的伏安特性,即正向?qū)?、反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它 還具有發(fā)光特性。在正向電壓作用下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由?區(qū)注入N區(qū)o進(jìn)入對方區(qū) 域的少數(shù)載流子的一部分與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光
22、,如圖3.1所示Eg圖3.1 LED發(fā)光原理示意圖。發(fā)光 o o o 價(jià)帶p區(qū)假設(shè)發(fā)光時(shí)在PE中發(fā)生的,那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光,或者先被發(fā) 光中心捕獲后,再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外,還有些電子被非發(fā)光中心(這個(gè) 中心介于導(dǎo)帶、價(jià)帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復(fù)合,每次釋放的能量不大,不能形成 可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大,光量子的效率越高。由于復(fù)合是在 少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)生的,所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)微米以內(nèi)產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明,發(fā)光的波 長或頻率取決于選用的半導(dǎo)體材料的能隙Eg,Eg的單位為電子伏(eV)。Eg=hV / q=hc /(Aq)(1)A
23、 =h C / (qEg)=1240 / Eg(nm)(2)式中:v為電子運(yùn)動速度;h為普朗克常數(shù);q為載流子所帶電荷:c為光速;A為發(fā)光波長。若能產(chǎn)生可見光(波長范圍為380780nm),則半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)為1. 63一3. 26eV之間。 比紅光波長長的光為紅外光。現(xiàn)在已有紅外、紅光、黃光、綠光及藍(lán)光LED,其中藍(lán)光LED 的成本很高,應(yīng)用不普遍。PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定的勢壘;當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢壘下降,P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子 向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多,所以,出現(xiàn)大量電子向?區(qū)擴(kuò)散,構(gòu)成 對?區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合,復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式
24、釋放出去,這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。LED的光源特點(diǎn)電壓:led使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據(jù)產(chǎn)品不同而異,所以它是一個(gè)比 使用高壓電源更安全的電源,特別適用于公共場所。效能:消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。適用性:很小,每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制備成各種形狀的器件, 并且適合于易變的環(huán)境。穩(wěn)定性:10萬小時(shí),光衰為初始的50%。響應(yīng)時(shí)間:其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級,LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級。對環(huán)境污染:無有害金屬汞。顏色:改變電流可以變色,發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法,調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu) 和帶隙,實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED,
25、隨著電流的增加,可以依次 變?yōu)槌壬?,黃色,最后為綠色。價(jià)格:LED的價(jià)格比較昂貴,較之于白熾燈,幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格 相當(dāng),而通常每組信號燈需由上300500只二極管構(gòu)成。LED的電特性led是一個(gè)由半導(dǎo)體無機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管,它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一 種,其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。由圖3.2可知,LED電特性參數(shù)包括正向電流、 正向電壓、反向電流和反向電壓,LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動下才能正常工作。通過LED 電特性的測試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流,此外也可以 測定LED的最佳工作電功率。圖3.2 LED伏安特
26、性曲線LED的驅(qū)動方式LED一般是恒壓或者恒流驅(qū)動,由圖3.2 LED的伏安特性曲線我們可以看出,LED的電壓 隨著電流的變化特別大,而電流隨著電壓的變化相對小。所以LED的驅(qū)動方式應(yīng)該選擇恒流 驅(qū)動,保證電流不變化,這樣LED電路的穩(wěn)定性相對高。四、太陽能LED照明系統(tǒng)4.1系統(tǒng)示意圖路燈開光圖4.1太陽能LED照明系統(tǒng)方框圖如圖4.1,K1閉合時(shí),系統(tǒng)是太陽能LED路燈系統(tǒng),其中光控開光可以實(shí)現(xiàn)控制LED燈白天不亮,晚上自動亮。與斷開。K2閉合時(shí),系統(tǒng)為太陽能LED臺燈系統(tǒng),開光K2可以控制LED燈的導(dǎo)通2 %4.2系統(tǒng)硬件電路圖圖4.2電路原理圖如圖4.2,整個(gè)電路分為兩個(gè)部分,路燈電路
27、和臺燈電路。路燈電路中,開光K1控制光 控電路的導(dǎo)通與斷開,而光控電路控制恒流驅(qū)動電路的導(dǎo)通與斷開。臺燈電路中,開光K2 直接控制恒流驅(qū)動電路的導(dǎo)通與斷開。4.3電路元件的參數(shù)元件參數(shù)元件參數(shù)太陽能板12V 3W可變電阻R50-10K Q電池12V 1.2Ah電阻R6240Q開關(guān)K1 K2高精度電阻R70500 Q可變電阻R101M Q繼電器3V5V光敏電阻R2暗電阻20K Q二極管DIN4007可變電阻R301M Q電容C10.1F可變電阻R401M Q電解電容C21FLED燈12V 120mA充放電控制器參數(shù):型號指標(biāo)TYK-10A額定電壓12V放電電流10A充電電流8A充電保護(hù)電壓14.
28、4V0.1V浮充電壓13.2V 13.6V恢復(fù)充電電壓13.0V0.1V過放保護(hù)電壓10.7V0.1V過放保護(hù)恢復(fù)電壓12.3V0.1V過壓切斷16.5V過壓恢復(fù)15.0VLM358的參數(shù):LM358是檔次非常高的雙運(yùn)算放大電路,穩(wěn)定性極高,價(jià)格便宜,此芯片由二個(gè)獨(dú)立的高 增益運(yùn)算放大器構(gòu)成,該電路可在3v到32v的電源電壓范圍內(nèi)單電源工作,也可在雙電源條 件下獨(dú)立工作,并具有內(nèi)部頻率補(bǔ)償,該電路在家用電器上和工業(yè)自動化及光電機(jī)一體化 等領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用。LM358里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放,適用于電壓范圍很寬 的單電源,而且也適用于雙電源工作方式,它的應(yīng)用范圍包
29、括傳感放大器、直流增益模塊和rInputs AOutput A TIV/Gnd E其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。司VccI Output B句1h Inputs B圖4.3 LM358引腳圖及封裝LM358的特點(diǎn):.內(nèi)部頻率補(bǔ)償.低輸入偏流.低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流.共模輸入電壓范圍寬,包括接地.差模輸入電壓范圍寬,等于電源電壓范圍.直流電壓增益高(約100dB).單位增益頻帶寬(約1 MHz).電源電壓范圍寬:單電源(330V).雙電源(1.5 -15V).低功耗電流,適合于電池供電.輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)LM317的參數(shù):LM317的輸出電壓范圍是1.2V至3
30、7V,負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單, 僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓 器好。LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常LM317不需要外接電容, 除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過6英寸(約15厘米)。使用輸出電容能改 變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上,可以用來調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓,只要輸入輸出壓差不超過LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短 路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上,實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸
31、出。V輸入管腳;1.調(diào)節(jié)VoutVin圖4.4 LM317引腳圖LM31-V輸出RIC1圖4.5 LM317標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用圖當(dāng)穩(wěn)壓器離電源濾波器有一定距離時(shí)C1是必需的,C2對穩(wěn)定性而言是不必要的,但可以 改進(jìn)V輸出的瞬態(tài)響應(yīng)。V輸出=1.25V(1+R2/R1)。所以調(diào)節(jié)R2的大小便可以改變輸出電 壓的大小。LM317特性簡介:.可調(diào)整輸出電壓低到1.2V。.保證1.5A輸出電流。.典型線性調(diào)整率0.01%。.典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。.80dB紋波抑制比。.輸出短路保護(hù)。.過流、過熱保護(hù)。.調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。.標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。.電壓范圍LM117/LM317 1.25V至37V連續(xù)可調(diào)。4.4光控電路K1圖4.3光控電路光控電路屬于路燈系統(tǒng),路燈開光K1導(dǎo)通時(shí),光控電路啟動。設(shè)定合理的R1、R3、R4的 電阻值。白天時(shí),光敏
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