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超級電容器太陽能草坪燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步,，人們對能源提出了越來越高的要求，尋找新能源已成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題,。由于太陽能發(fā)電具有火電,、水電、核電所*的清潔性,、安全性,、資源的廣泛性和充足性，太陽能被認(rèn)為是二十一世紀(jì)重要的能源,。太陽能的存儲是太陽能產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵,，目前主要采用各種電池，但是電池的充電時(shí)間長,、壽命短以及不環(huán)保一直是太陽能產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸,，而超級電容器作為一種充電快、壽命長,、綠色環(huán)保型儲能元件,，它給太陽能產(chǎn)品的發(fā)展帶來了新的活力。本文詳細(xì)介紹了一種超級電容器太陽能草坪燈的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法,。該草坪燈很好的結(jié)合了太陽能和超級電容器的優(yōu)勢,，它無需安裝其他電源，就可以主動發(fā)光,，還能夠根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱自動控制燈的開關(guān),，而且安裝方便、不用布線,、工作穩(wěn)定可靠,、免維護(hù)、環(huán)保無污染,、使用壽命長,，可廣泛應(yīng)用于廣場綠地,、小區(qū)草坪等場所。
設(shè)計(jì)選擇
a. 光源的選擇
由于LED技術(shù)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵性突破,，同時(shí)性能價(jià)格比也有較大地提高?，F(xiàn)在的LED壽命已可達(dá)到100 000h以上，而且工作電壓低,，非常適合應(yīng)用于太陽能草坪燈上,。另外，LED由低壓直流供電,，其光源控制成本低,，可以調(diào)節(jié)明暗，并可頻繁開關(guān),，而且不會對LED的性能產(chǎn)生不良影響,。因此，從可靠性,、性價(jià)比,、色溫和發(fā)光效率等幾個(gè)方面綜合考慮，設(shè)計(jì)時(shí)可選擇額定電壓為3.3 V,、工作電流為6 mA的超亮LED作為光源,。由于草坪燈不但要有裝飾作用，還要有一定的照明功能,，故可選擇8個(gè)LED使用,。
b. 太陽能電池的選擇
太陽能電池是依據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)原理把太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，是超級電容器太陽能草坪燈的核心器件,。太陽能電池性能的好壞直接決定著能量的轉(zhuǎn)換效率及輸出電壓的穩(wěn)定性,，同時(shí)也直接決定了超級電容器太陽能草坪燈的性能。因此,，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用性價(jià)比比較好的單晶硅太陽能電池,。
由于地球上各個(gè)地區(qū)的太陽年總輻射量與平均峰值日照時(shí)數(shù)不同，太陽能草坪燈的設(shè)計(jì)和燈的使用地理位置是有關(guān)系的,，太陽能電池組件額定輸出功率和燈具的輸入功率之間的關(guān)系大約是2～4：1,，具體比例要根據(jù)燈的每天工作時(shí)間以及對連續(xù)陰雨天的照明要求決定。本系統(tǒng)的太陽能電池的功率為3.3V×0.006×8=0.1584 W,，假設(shè)每天工作12個(gè)小時(shí),，太陽能電池功的效率為40％，每天有效工作時(shí)間為5小時(shí),，則可選用3 W／6 V的太陽能電池,。
c. 超級電容的選擇
由于太陽能電池的輸入能量極不穩(wěn)定，同時(shí)草坪燈只是在周圍光線較弱時(shí)才發(fā)光,，因而必需配置蓄電系統(tǒng)才能有效工作?，F(xiàn)階段普遍采用鉛酸蓄電池,、Ni-Cd蓄電池或Ni-H蓄電池，但采用蓄電池作為蓄電系統(tǒng)有許多缺陷：首先可充電型蓄電池的充電次數(shù)有限(小于1000次),，使用壽命較短,；其次，由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響,，它不能進(jìn)行大電流充電,；第三，蓄電池需要有防過充,、防過放以及溫度補(bǔ)償?shù)瓤刂齐娐?，而且控制電路比較復(fù)雜；第四,，可充電型蓄電池主要利用化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行充放電,，電池中的廢物會對環(huán)境產(chǎn)生污染，不屬于環(huán)保產(chǎn)品,。
因此,，本產(chǎn)品中選用超級電容做為儲能元件,。該電容具有法拉級的超大電容量,，*的荷電保持能力，且漏電流非常小,，8小時(shí)電壓下降率小于5％,；無須特別的充電電路和控制放電電路，充電迅速,，而且可以在僅高于其漏電流(典型值約為1 mA)的狀態(tài)下充電,，因此，即使在陰天,，太陽能電池也能對超級電容器充電,；與蓄電池相比，其過充,、過放都不對其壽命構(gòu)成負(fù)面影響,，可靠性高、使用壽命長(充放電循環(huán)壽命在10萬次以上),；此外還具有優(yōu)良的溫度性能,，可在-40℃～75℃的環(huán)境溫度中正常使用；無污染,，是一種綠色電源,；可焊接，而且不存在象蓄電池那樣接觸不牢固等問題