太阳能电池与丝网印刷（二）

    【集萃网观察】5、LED使用注意事项

　　1）LED的特性接近稳二极管，工作电压变化0.1V，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。采用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50~100mA，反向电压6V左右，注意不要超过这个极限，尤其在太阳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6400k~30000k。目前，低色温的超高亮白光LED尚没有进入市场，因此用超高亮白光LED制造的太阳能草坪灯光穿透能力比较差，所以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。受静电伤害的超高亮白光LED当时可能凭眼睛看不出来，但是使用寿命将变短。

　　6、系统组合中的几个问题

　　1）光敏传感器，太阳能灯需要光控开关，有的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。对于太阳能庭院灯问题不大，但是对于仅仅使用一只1.2VNi-Cd电池的太阳能草坪灯来说，太阳能电池组件由4片太阳能电池串联组成，电压低，弱光下电压更低，以至于天还没有黑电压已经低于0.7V，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，对太阳能灯在连续阴雨天时可维持的时间要求很高，这就增加系统成本。我们在连续阴雨天蓄电池电压降低时减少LED或者减少太阳灯接入个数，或者减少太阳能灯每天的发光时间，这就降低了系统成本。

　　3）闪烁变光，渐亮渐暗是节能的好办法，它一方面可以增加太阳能草坪灯照射效果，另一方面可以通过改变闪烁占空比控制蓄电池平均输出电流，延长系统工作时间，或者在同等条件下，可降低成本。

　　4）三色基色高效节能灯的开关速度。这个问题非常重要，它甚至决定了太阳能草坪灯的使用寿命，三色基色高效节能灯启动时有高达10~20倍的启动电流，系统在承受这样大的电流情况下，可能电压有大幅度下降，太阳能草坪灯无法启动或者反复启动，直至损坏。

　　5）目前太阳能电池还不能够使用在主干道照明上。公路主干道的照明有法定的照度要求，就目前太阳能电池的转换效率和价格讲，还不能够满足这个要求。但在不久的将来随着各方面的技术水平的提高，太阳能电池一定会应用在公路主干道的照明上。

　　6）关于储能电容，太阳能电池的使用寿命在25年以上，普通蓄电池的使用寿命在2~3年，所以蓄电池是太阳能电力系统中最薄弱的环节。储能电容可以在一定程度上解决这个问题。储能电容的使用寿命可以达到10年以上，而且控制电路简单，但是昂贵的价格限制了它的应用，目前仅仅应用在部分交通信号灯和装饰灯上。随着技术水平的提高，产品价格的下降，它将是一种最有希望成为和太阳能电池配套的理想储能元件。

　　7、有关太阳能电池在照明灯具上应用的技术及产品专利

　　7.1用于草坪灯高效率升压电路

　　小功率太阳能草坪灯一般都有升压电路，目前各厂家采用振荡电路，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。曾经用f10磁环制造电感，在同等条件下进行对比实验，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20%~40%。

　　7.2厚膜太阳能灯控制电路

　　7.2.1简介

　　PV控制器厚膜电路是在PV控制器（太阳能充放电控制器）和厚膜混合集成电路的基础上研制开发出来的高科技产品。它集PV控制器特点与厚膜电路优点于一身，是理想的充放电控制电路。其具体优点主要表现在以下4个方面：

　　7.2.1.1小型化

　　厚膜混合集成电路是以陶瓷作为线路的基板，将导体网络及电阻组件利用网版印制技术，印于基板表面；利用特定的工艺技术，把其它主（被）动器件（如集成块，二极管，三极管，22电容等）贴装于陶瓷基板上；再连接输出引脚，及封装作业，而形成一个功能完整，保密性高的应用IC。PV控制器厚膜电路就是利用厚膜混合集成电路技术，将电阻印于陶瓷基板上，并且采用贴片技术，体积大大减小，在同等功率的条件下，体积是普通PV控制器的1/3。对于小型系统直接可以放置在太阳电池的背面，使用十分方便。

　　7.2.1.2模块化设计

　　PV控制器厚膜电路采用模快化设计，PV控制器厚膜电路为中心模块，围绕中心模块有功率模块、定时模块、过载、短路保护功能模块等。客户根据自己的需要，选用不同的模块，采用搭积木的形式组装适合自己的充放电控制器。由于采用模块化设计，大大缩短太阳能应用产品的开发周期，对于小功率充放电的要求，可以单独使用本模块，如果需要增大功率，可以通过扩展功率模块。同时还可以扩展其它的模块，如定时模块、过载、短路保护功能模块。

　　7.2.1.3功能齐全

　　PV控制器厚膜电路具有以下功能：

　　1）蓄电池过放电保护；

　　2）自动恢复放电功能；

　　3）蓄电池过充电保护；

　　4）防反充（蓄电池向太阳电池充电）；

　　5）温度补偿功能；

　　6）自动开关灯功能（晚上负载接通，白天负载切断）；

　　7）涓流充电（蓄电池达到过充保护点时，采用定电压，小电流充电）。

　　当外接其它器件或功能模块时，可以实现以下功能：

　　1）定时开启和关闭负载；

　　2）蓄电池反接保护；

　　3）太阳能电池反接保护；

　　4）过载和短路保护；

　　7.2.1.4可靠性高

　　厚膜混合集成电路现在已广泛应用于航空、航天、医疗、通讯等领域，电阻精度可高达0.05%，电阻温度系数100ppm以下，表面经过三防处理，可适用于不同地域的恶劣环境。PV控制器厚膜电路采用厚膜混合集成电路技术，工作温度范围宽（-55~125℃），控制精度高。PV控制器厚膜电路采用自动化焊接技术，焊接质量有保证。在焊接的美观方面和可靠性方面，比现有的控制器手工焊接有了显著提高。

　　表3是传统PCB和厚膜混合集成电路的比较（1代表最差，5代表最佳）。表3可以看出，厚膜电路的可靠性是普通PCB板电路的四倍，是贴片PCB板电路的两倍。

　　7.2.2外形尺寸及引脚功能注:①1RT为负温度系数热敏电阻，RT=10KΩ（在温度为25℃）；

　　②Ⅰ型为单片使用型（充放电电流小于3A）；

　　③Ⅱ型为功能扩展型（需外扩功率器件）。

　　本PV控制器厚膜电路共16只引脚，各引脚功能如下：

　　1脚（SOL+/BAT+/LOAD+）：接太阳能电池组件、蓄电池、负载的正极（+）和1N5408/1N4007（防反接二极管）的阴极；

　　2脚（LOAD-/d1）：单片使用（12V/10W、I≤1A），接负载的负极（-）；

　　作为部件使用（1A

　　3脚（BAT-/d2/s1）：（8脚,13脚同3脚功能一样），单片使用（12V/10W、I≤1A），接蓄电池的负极（-）和1N5408（D5）的阳极；

　　作为部件使用（1A

　　4脚（g1）：单片使用（12V/10W、I≤1A），不接；

　　作为部件使用（1A

　　12脚（g2）：单片使用（12V/10W、I≤1A），不接；

　　作为部件用?1A

　　14脚（s2/s3）:单片使用（12V/10W、I≤1A），不接；

　　作为部件使用（1A

　　15脚（g3）：单片使用（12V/10W、I≤1A），不接；

　　作为部件使用?1A

　　16脚（d3/SOL-）：单片使用（12V/10W、I≤1A），接太阳能电池组件的负极（-）；

　　作为部件使用?1A

　　6、7、9、10、11脚不接（作为电路功能扩展使用）；

　　4、5脚：短接时，具有光控自动开灯、关灯功能，不接时，不具有光控自动开灯、关灯功能。

　　7.2.3技术参数7.3分时/分压太阳能灯控智能制器

　　太阳能灯作为一种新型节能灯具，它与传统灯具相比有许多优点，但是它的价格昂贵又是推广应用的瓶颈，因此，如何降低太阳能灯的成本是一个重要的课题。分时，分压控制太阳能灯技术就是解决这个问题的好办法。

　　分时、分压控制太阳能灯技术的核心就是根据夜晚不同时间段，人们对照度不同要求，控制太阳能灯的输入功率，以及根据太阳能电池白天吸收能量的大小，控制太阳能灯的输入功率，达到用最小成本设计出能够满足最恶劣气象条件下人们对太阳能灯的最基本要求。图中太阳能电池电压在夜晚低于2V时，晶体管截止，集电极输出高电平，作为开灯信号。天亮以后，太阳能电池电压高于2V时，集电极输出低电平，作为关灯信号。运算放大器正端连接一个基准电压，该电压与蓄电池电压进行比较，当蓄电池电压低于一定值时，运算放大器输出端输出高电平作为控制信号。上面的信号作为单片计算机输入信号在软件支持下完成前面的功能。

　　展望??从PN结到PN结的绿色照明。

　　太阳能电池正在以出乎人们预料的惊人速度发展。根据科学家的保守估计，在未来的10年里，太阳能电池的平均转换效率要达到20%以上，而价格要下降一半，这就是说，10年以后的今天，我们用于照明电力的一半可能来源于太阳能，达到从PN结到PN结真正的绿色照明。大家知道，太阳能电池是一个巨大的PN结，它把太阳能转换为电能。LED是另一个可以将电能转换为光线的PN结，它的转换效率一天一天地在提高，据说不久的将来就可以达到节能灯的水平，而使用寿命可以达到10万小时以上，这是真正意义上的绿色照明。

来源：上海丝网印刷网