4 光源優勢及選擇
目前多數草坪燈選用LED作為光源,LED壽命長,可以達到100000小時以上,工作電壓低,非常適合應用在太陽能草坪燈上。特別是LED技術已經經歷了其關鍵的突破,并且其特性在過去5年中有很大提高,其性能價格比也有較大的提高。另外,LED由低壓直流供電,其光源控制成本低,使調節明暗,頻繁開關都成為可能,并且不會對LED的性能產生不良影響。還可以方便地控制顏色,改變光的分布,產生動態幻景,所以它特別適用在太陽能草坪燈上。
但是LED有它許多固有的特性,使用時如果不注意就會造成不良后果。LED目前市場上銷售的發光效率僅能達到15lmW,只能達到三色基色高效節能燈1/3,三色基色高效節能燈的發光效率可以達到50-60lmW,從價格上看,目前生產每1m的成本:三色基色高效節能燈(含電子鎮流器)0.022元,2002年φ5mm白光LED價格為1.9-3.0元,目前生產每1m的成本價格相差懸殊。從使用壽命上看,三色基色高效節能燈(含電子鎮流器)的壽命可以達到6000h,LED可以達到100000h以上,從表面上看LED壽命是三色基色高節能燈(含電子鎮流器)的幾十倍,但是事實并非如此。目前太陽能草坪燈大多數采用超高亮白光LED,它在20mA下超高亮白光LED光通維持率達到初始強度50%的時間(壽命)不到10000h,復旦大學電光源所曾經證明上述論點。這就是說,目前在許多情況下LED并非最好的太陽能草坪燈光源,除非它是低檔的使用年限僅1-2年的太陽能草坪燈,或者是1W以下的太陽能草坪燈。對于1W以上的太陽能草坪燈,最好使用三色基色高效節能燈。目前有一些太陽能草坪燈用30-40只超高亮白光LED,輸入功率2W以上,在這種情況下如果用三色基色高效節能燈,價格只有LED的1/10,光通量是原來的4倍,可喜的是現在已經研制成功2-10W的低壓直流三色基色高效節能燈,壽命可以達到6000h。
根據上面分析,我們認為1W以下的小功率太陽能草坪燈,有調節明暗,頻繁開關的功能,一般應該使用LED作為光源。但是在使用超高亮白光LED時特別要注意光通維持率問題,否則容易引起質量事故。對于功率較大的太陽能草坪燈,目前使用三色基色高效節能燈比較合理。這里要強調的是,以上結論僅僅是目前的分析,當LED技術水平提高以后,價格下降,以上結論需要調整。
5 遇到的問題
5.1 光敏傳感器
太陽能草坪燈需要光控開關,設計者往往會用光敏電阻來自動開關燈,實際上太陽能電池本身就是一個極好的光敏傳感器,用它做光敏開關,特性比光敏電阻好。對于僅僅使用一只1.2VNi-Cd電池的太陽能草坪燈來說,太陽能電池組件由四片太陽能電池串聯組成,電壓低,弱光下電壓更低,以至天沒有黑電壓已經低于0.7V,造成光控開關失靈。在這種情況下,只要加一只晶體管直接耦合放大,即可解決問題。
5.2 按蓄電池電壓高低控制負載大小
太陽能草坪燈往往對連續陰雨可維持時間要求很高,這就增加系統成本。我們在連續陰雨蓄電池電壓降低時減少LED接入個數,或者減少太陽能草坪燈每天的發光時間,這樣就能減少系統成本。
5.3 太陽能電池封裝形式
目前太陽能電池的封裝形式主要有兩種,層壓和滴膠。層壓工藝可以保證太陽能電池工作壽命25年以上,滴膠雖然當時美觀,但是太陽能電池工作壽命僅僅1-2年。因此,1W以下的小功率太陽能草坪燈,在沒有過高壽命要求的情況下,可以使用滴膠封裝形式,對于使用年限有規定的太陽能草坪燈,建議使用層壓的封裝形式。
5.4 閃爍變光
漸亮漸暗是節能的好辦法,它一方面可以增加太陽能草坪照射效果,另一方面可以通過改變閃爍占空比控制蓄電池平均輸出電流,延長系統工作時間,或者在同等條件下,可減小太陽能電池的功率,成本將大幅度下降。
5.5 三色基色高效節能燈的開關速度
這個問題非常重要,它甚至決定著太陽能草坪燈的使用壽命,三色基色高效節能燈啟動時有高達10-20倍的啟動電流,系統在承受這樣大的電流情況下可能電壓有大幅度下降,太陽能草坪燈無法啟動或者反復啟動,直至損壞。
5.6 升壓電路效率的提高及對LED燈的影響
小功率太陽能草坪燈一般都有升壓電路,如果采用振蕩電路,電感升壓。電感采用標準色碼電感器,標準色碼電感器中使用開放磁路,磁通損失大,所以電路效率低。如果采用閉合磁路制造電感升壓,如磁環,升壓電路效率將有很大提高。LED的特性接近穩壓二極管 《http://www.ledgb.com》,工作電壓變化0.1V,工作電流可能變化20mA左右。為了安全,普通情況下使用串聯限流電阻,極大的能量損失顯然不適合太陽能草坪燈,并且LED亮度隨工作電壓變化,而且一定要自動限流,否則將損壞LED。一般LED的峰值電流50-100mA,反高能電池反接或者蓄電池空載,升壓電路峰值電壓過高時很可能超過這個極限,損壞LED。