太阳能LED草坪灯详细资料.doc

东莞市朗森半导体照明有限公司提供 太阳能LED草坪灯详细资料 一、太阳能草坪灯的工作原理： 白天，在光照条件下，太阳电池组件把光能转换成电能，并通过控制器把电能储存在蓄电池里。晚上，控制器自动把蓄电池组的直流电进行电流电压的变换，驱动发光二极管（即LED）。这是太阳能LED草坪灯的基本原理。 二、草坪灯的基本组成： 1）将光能转成电能（光生伏打）的器件-太阳能电池组件（我司称SP板，solar pannel） 2)储存电能的部件-电池或电池组（铅酸电池，锂电池，磷酸铁锂，镍氢，镍镉等） 3）将电能转成光的器件-LED 4）能使LED自动亮灭的检测器件-光敏器件（光敏电阻（CDS）、光敏二极管） 5）控制器（即线路板）：主要负责电池充放电管理、LED驱动和各种控制。 6）结构件（电池盒、上盖下盖，地插。）三、草坪灯的分类和作用 1.从发光效果来分： 1）广角的草坪灯-发光角度较大，出光较散，所以照射面积广，但投射距离短。主要做辅助照明。 2）窄角的射灯（也叫投射灯）-发光角度较小，聚光，所以照射面积小，但投射距远。主要做投射景观用，如投射到树上，墙上等。 2.我司在亮度配置上的分类： 1）低亮度低配置：N系列-N1、N2、N3大概功能：产品在电池充饱情况下最少可以工作10小时，前8小时亮度如下面所述。在阳光较强的季节和地区，产品一般都能满足时间和亮度的要求。 N1：光通量约为1.2Lm , 电池:镍氢（Ni-MH）/镍镉(Ni-Cd) AA 1.2V 400mAh N2：光通量约为2.4Lm , 电池:镍氢（Ni-MH）/镍镉(Ni-Cd) AA 1.2V 600mAh N3：光通量约为4Lm , 电池:镍氢（Ni-MH）/镍镉(Ni-Cd) AA 1.2V 900mAh 2）高亮度高配置：P系列-P1、P2、P3、P4 大概功能：该系列产品有两种工作模式：6小时模式和10小时模式，通过产品上的开关来选择。不同的工作模式，亮度和工作时间是不一样的。如下所述：在阳光较强的季节和地区，产品一般都能满足时间和亮度的要求。 P1： 电池: 磷酸铁锂（LiFePO4）14430 3.2V 250mAh 6H模式:光通量约为7.5Lm ；10H模式：前5小时光通量约为6Lm,后5小时约为3Lm P2：电池: 磷酸铁锂（LiFePO4）14430 3.2V 400mAh 6H模式:光通量约为15Lm ；10H模式：前5小时光通量约为12Lm,后5小时约为6Lm P3：电池: 磷酸铁锂（LiFePO4）18500 3.2V 850mAh 6H模式:光通量约为30Lm ；10H模式：前5小时光通量约为24Lm,后5小时约为12Lm P4：电池: 磷酸铁锂（LiFePO4）18500 3.2V 1000mAh6H模式:光通量约为43Lm ；10H模式：前5小时光通量约为25Lm,后5小时约为12.5Lm 3）PK系列：如XXX-P2-PK3-XX，表示一个控制板接P2配置的灯头3个，三个灯头总亮度约为P2的3倍。还有如XXX-P3-PK2-XX、XXX-P1-PK3-XXX等产品，亮度如此类推。 4）老产品：在N、P系列之前设计的产品，目前仍有少数型号在生产，它们的亮度和时间并不属于N和P的某一款。这些产品所用的线路板和LED效率都比较低。 提醒：对于去年以后设计的产品，从型号上就可获得结构造型，亮度配置等信息。对于老产品，产品命名上没有体现亮度信息。 如RCA5-P2-CB-1，是新产品，P2表示亮度为P2的灯。其它字符含义见产品命名规则。如SD4G-AC ：是老产品，不属于N或P。四、蓄电池常用的可充电电池有：铅酸电池，锂离子电池，锂聚合物电池，磷酸铁锂，镍氢，镍镉等，我司目前的草坪灯主要用到：磷酸铁锂，镍氢，镍镉三种。镍氢电池和镍镉单体电芯电压均为1.2V，但镍氢电池的能量密度较高（就是同等体积的电池，镍氢电池比镍镉电池容量更大），理论上，镍氢电池是镍镉电池能量密度的1.5-2倍多；还有镍氢电池环保性好，镍氢电池不使用金属“镉”，也不采用有毒物质，不会污染环境；还有镍氢电池基本上消除了“记忆效应”。 镍镉今有重金属元素镉，不环保，记忆效应也比较明显。记忆效应-是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。这段有关记忆效应的解释来自我国著名的电池企业BYD-比亚迪。比亚迪还提到了消除记忆效应的方法，有两种方法，一是采用小电流深度放电（如用0.1C放至0V）一是采用大电流充放电（如1C）几次。并且对比亚迪本厂产的BYD镍镉电池来说，由于负极的工艺全部为拉浆式，镉晶粒不会聚集，不存在记忆效应的问题。我认为国内厂家如果也用了“拉浆式负极工艺”，那么生产出来的镍镉电池，基本上也就消除了记忆效应磷酸铁锂（LiFePO4）是近几年在锂离子电池上发展而来可充电电池，它的能量密度比常见的钴酸锂电池稍低一些，但是安全性更好，不会发生暴炸和燃烧，循环寿命更长（2000次），高温性能好。（都环保）单体电芯电压为3.2V。五、太阳能电池板 我们和美国sunpower公司合作，能够获得世界上转换效率最高的硅片。这是我们的产品高效，性能稳定的有力保障。 把硅片切割，贴片，层压，封胶处理之后就形成了我们常用的太阳能电池板，即SP板（solar pannel）。不同亮度配置的产品，所用的SP板会不一样，相同亮度的产品，由于外观结构上的制约，所用的SP板也会不一样。六、LED LED是发光二极管的英文缩写（light-emitting diode），是草坪灯的其中一个重要部件。它的参数直接影响到客户的视觉感受。 常用照明术语名 称 符 号 单 位 说 明 光通量 流明Lm发光体每秒钟所发出的光量之总和，即发光量。光强 I坎德拉cd发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量。照度 E勒克斯Lm/m2发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。亮度 Lntcd / m2发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。色温 K色温是以绝对温度K（Kelvin）来表示，乃是将一标准黑体（例如铁）加热，温度升高至某一程度时颜色开始由红变浅红变橙黄 变白变蓝白变蓝，逐渐改变，利用这种光色变化的特性，某光源的光色与黑体在某一温度下呈现的光色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温度。 色温度在3000K以下时，光色就开始有偏红的现象，给人一种温暖的感觉。色温度超过5000K时颜色则偏蓝色，给人一种清冷的感觉。显色性 Ra光源对物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色的逼真程度，显色性高的光源对颜色的再现较好，我们所看到的颜色也就较接近自然原色，显色性低的光源对颜色的再现叫差，我们所看到的颜色偏差也较大。（见图表一）眩光 视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光。眩光分为失能性眩光和不舒适性眩光，眩光是影响照明质量的重要因素。光源效率 Lm/W光源效率（Lm/W）=流明（Lm）/耗电量（W）平均寿命 h小时指一批灯泡点灯至百分之五十的数量损坏不亮时的小时数。经济寿命 h小时在同时考虑灯泡的损坏及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定比例的小时数。此比例用语室外的光源为百分之七十，用于室内光源如日光灯则为百分之八十。维护系数 MF维护系数K的定义是：经过一段时间工作后，照明系统在作业面上产生的平均照度（即维持照度）与系统新安装时的平均照度（即初始照度）的比值。利用系数 CU我们将工作面上接受到的光通量与光源总光通量的比值主要光源的技术指标光源种类 光效Lm/W 显色指数Ra 色温K 平均寿命h 白炽灯泡1510028001000 石英卤素灯2510030002000-3000高压汞灯50453300-43006000 普通日光灯7070全系列8000节能灯管8585全系列8000-12000 金属卤化物灯75-9565-923000/4500/56006000-20000 三基色日光灯9680-98全系列10000高压钠灯12023/60/851950/2200/250024000低压钠灯20044170028000七、线路板简单来说，线路板在草坪灯中是协调各电性部件正常工作的重要组成部分。例如提供LED合适的电流让其达到指定的亮度，对电池进行保护，检测外围光线以使产品在白天充电，晚上放电，定时等等。不同亮度，不同功能的产品，所用的线路板可能不一样。升压电路效率的提高小功率太阳能草坪灯一般都有升压电路，目前各厂家采用震荡电路，电感升压。电感采用标准色码电感器，标准色码电感器中使用开放磁路，磁通损失大，所以电路效率低。如果采用闭合磁路制造电感升压，如磁环，升压电路效率将有很大提高。我们曾经用10磁环制造电感，在同等条件下进行对照实验，对比样品分别是浙江宁波某工厂及江苏镇江某工厂生产的小功率太阳能草坪灯，采用闭合磁路制造电感要比采用标准色码电感器效率提高2040。 （1）LED的特性接近稳压二极管，工作电压变化01V，工作电流可能变化20mA左右。为了安全，普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯，并且LED亮度随工作电压变化。升压电路是一个好办法，也可以用简单的恒流电路，总之一定要自动限流，否则将损坏LED。（2）一般LED的峰值电流50100mA，反高能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时很可能超过这个极限，损坏LED。（3）LED温度特性不好，温度上升5，光通量下降3，夏季使用要注意。（4）工作电压离散性大，同一型号，同一批次的LED工作电压都有一定差别，不宜并联使用。一定要并联使用，应该考虑均流。（5）超高亮白光LED色温为6400L3000K，目前低色温的超高亮白光LED尚没有进入市场，所以用超高亮白光LED制造的太阳能草坪灯光穿透能力比较差，所在光学设计上要注意。（6）静电对超高亮白光LED影响很大，在安装时要有防静电设施，工人要佩带防静电手腕带，受静电伤害的超高亮白光LED当时可以凭眼睛看不出来，但是使用寿命将变短。蓄电池充放电控制及温度补偿由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，太阳能光伏发电系统中对蓄电池充放电控制要比普通蓄电池充放电控制复杂一些。太阳能草坪灯充放电控制电路设计的成功将决定产品的成功，一个正确的控制电路应该具有以下功能：防止反充电功能，防止过充电功能，防止蓄电池过放电功能，铅酸蓄电池的温度补偿功能。对于太阳能草坪灯来说，如果使用NiCd电池，不需要防止蓄电池过放电功能，如果太阳能电池功率相对蓄电池不大的话，也可以不考虑防止过充电功能。这就是目前许多太阳能草坪灯都使用NiCd电池的原因。但是如果使用其他电池就要考虑上面的功能。（1）防止反充电功能。一般来说就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。（2）防止过充电功能。可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，较多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为22V。（3）除了NiCd电池外，其他蓄电池一般都需要防止蓄电池过放电功能，因为蓄电池过放会造成永久性损坏。需要注意的是太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。（4）温度补偿，上面叙述蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的，所以太阳能草坪灯系统应该有一个受温度控制的基准电压。对于单节铅酸蓄电池是37mV，我们通常选用4mV八系统组合中的几个问题（1）光敏传感器。太阳能草坪灯需要光控开关，设计者往往会用光敏电阻来自动开关灯，实际上太阳能电池本身就是一个极好的光敏传感器，用它做光敏开关，特性比光敏电阻好。对于仅仅使用一只12VNiCd电池的太阳能草坪灯来说，太阳能电池组件由四片太阳能电池串联组成，电压低，弱光下电压更低，以至天没有黑电压已经低于07V，造成光控开关失灵。在这种情况下，只要加一只晶体管直接耦合放大，即可解决问题。（2）按蓄电池电压高低控制负载大小。太阳能草坪灯往往对连续阴雨可维持时间要求很高，这就增加系统成本。我们在连续阴雨蓄电池电压降低时减少LED接入个数，或者减少太阳能草坪灯每天的发光时间，这样就能减少系统成本。（3）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，层压和滴胶。层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅12年。因此，1W以下的小功率太阳能