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制作一个低成本的太阳能日光灯

文章作者:Vijay Deshpande

这一设计理念提出了廉价的设计特点，扩展了太阳灯在多种应用中的实用性。

太阳日灯是一种非常简单且经济的利用太阳能的方式。它由连接到LED阵列的一个或多个太阳能光伏（PV）面板组成。由于它没有电池，因此系统是低成本，几乎无需维护，仍然为从日出到日落的日出时接受的区域或没有日光的区域。有关设计基本太阳日灯系统的更多详细信息可以在我的中找到以前的设计理念(参考1)。

由于光伏面板通常是太阳能灯总系统成本的主要贡献者，因此最有效地利用其输出是理想的。最大限度利用太阳能板的最佳策略之一是利用其输出来驱动多个光源。由于光源的综合功率要求可能超过光伏板的输出功率，基本太阳灯可以利用以下特性:

每盏灯都有一个热释电红外(PIR)运动传感器，以确保它只在需要时才打开。
通过添加光传感器可以实现进一步的效率，该光传感器调节LED灯以利用可用的任何环境光。

基本设计

电路图如图所示图1由四个10 W（峰值）太阳能电池板串联连接，其中包括以下操作规格：

在最大功率点开发的光伏阵列电压= VMP = 17.5×4 = 70V
典型1W白光LED的正向电压(Vf) = 3.0V
PV输出能支持的最大led串数= 70/3 = 23.33(四舍五入到23)
剩余电压= (23.33 - 23)× Vf = 0.33 × 3 = 1V
LED阵列数量：3
每个阵列所需的电流=单面板电流= 0.193,3面板= 0.58 a
导线电阻= 1 Ω(假设)
系统电压降（VS）=残留电压 - 线滴=（70-23×3） - （1×0.58）= 0.42V
限流电阻值=电压降/ ILED = 0.42/0.193 = 2.17 Ω (2.2 Ω used)

图140w太阳能日灯设计包括一个电阻限流器。

电路图示出了三个LED阵列A，B和C，其使用24个LED条带制造，其易于使用。阵列的24 1W LED元件中的每一个安装在金属包覆PCB上。每个PCB阵列安装在铝通道内，其用作结构框架和散热器（图2.)。

图2.这些照片显示了四个光伏板(左)和三个LED阵列安装在一个铝通道(右)。

很多市面上的LED串都有24个LED，但我们的设计只需要23个LED。因此，与第24个LED并联安装一个2.2 Ω限流电阻，如图所示图3.。这绕过了第24个LED，有效地创建了一个23个LED串与限制电阻串联。

图3.限流电阻与24个LED并联。

用独特的设计哇工程世界：设计构思提交指引

有PIR传感器的太阳日灯

通过添加第四个LED阵列（D），可以从太阳日灯系统中从太阳日灯系统中获得“更多爆炸”，并用占用传感器配备占用传感器，在房间里没有人有没有人关闭灯。配备有PIR运动传感器的LED灯的电路图图4.。阵列D正常关闭。每当PIR传感器检测到用户的存在时，该阵列就被打开。

图4.带有PIR传感器的太阳灯设计可以检测用户的存在。

运动传感器设计与施工

阵列D的电源由NPN晶体管Q1控制（TIP31C)和驱动晶体管Q2 (BC546.)。这个晶体管由PIR传感器的数字输出控制。每当PIR运动探测器感知到一个温暖的身体的存在，它的输出高(3.3V)，打开Q1和Q2。增加了限流电阻R5 (5.6 Ω)，使通过阵列D的电流保持在0.25 A左右。

PIR传感器需要一个5V的电源，它需要大约1毫安的电流。为此目的，IC1 (aLM431可调精密齐纳分流调节器)。该调节器只需要1 mA的阴极电流调节(在其最低输入电压)。因此，在稳压器的功率耗散是相当低的，尽管是由70V输入。确定阴极电压(K)的公式为:

V._Z.= V_裁判(1 + R9机型/ R8),

引脚（R）V的参考电压_裁判= 2.5 V.

替代R8，R9和V的值_裁判由式可知:

V._Z.= 2.5 (1 + 3300/3300) = 5v

当用户移动超过PIR的感知范围时，它的输出变低(在超时时间之后)。图5.显示组装的PCB。

图5.组装的PCB具有PIR传感器，LM431 IC和驱动器晶体管。

运动传感器运行中

当运动检测器被激活时，光伏板的输出被分成四个LED阵列，超过光伏板的最大输出。为了确保用户从阵列D获得足够的照明，它只有22个串联的led。由此产生的较低的电阻使它比其他阵列产生的电流稍大。由于PV阵列的输出是有限的，当运动传感器被激活时，通过阵列A、B和C的电流会减少，导致灯以低于额定的亮度运行，而阵列D保持更亮。如图3所示，白色跳线绕过了第23个LED，而不是第24个。

左手的照片图6.显示LED阵列A、B和C处于ON状态，阵列D处于OFF状态。右边的照片显示所有四个LED阵列通电。

图6.左边的照片显示三个阵列被打开，右边的照片显示四个阵列被打开。

测试

试验在三种不同的阳光强度下进行。结果在表格1。在接近满功率条件下收集的数据用绿色突出显示，在半功率条件下收集的性能数据用蓝色突出显示，在大约25%功率条件下运行时收集的数据用灰色突出显示。

表格1测试结果

在阳光充足的条件下，当阵列D打开时，LED阵列A的光输出减少约23%。然而，在极低的日照条件下，阵列A的输出仅减少了约37%。数据证实，在所有阳光条件下，阵列D将获得足够的能量，为用户提供足够的光。测试结果还表明，无论三组或四组阵列处于ON状态，总功率的变化相对较小。

注:

通过B和C阵列的电流和功率与A阵列相同。
上表只是一个指导。可能需要稍微调整R5的值以通过LED阵列D获取所需的电流。

应用程序

房屋

这种系统的一个简单应用是在家庭中。如果A、B、C阵列安装在房间和大厅里，那么D阵列可以安装在浴室里，同时安装PIR传感器。因此，每当用户进入浴室，数组D就会打开。当用户离开浴室时，D阵列将根据超时时间关闭。如果一个用户拥有不止一间浴室，或者其他不常使用的房间，他们可以在每个房间里安装一个type-D(动作感应)阵列。

仓库

仓库需要一定的环境光以保证人员和货物的安全移动。然后，当用户进入一个特定的货架时，需要一个更亮的亮度来阅读标签，挑选或放置商品，以及其他任务。在这种应用中，当用户靠近时，运动感应LED阵列提供所需的照明，然后当用户离开机架时，将该区域返回到环境强度。

在本申请中，阵列D中需要小的变化。在图4所示的示意图中，阵列D通常关闭。检测到用户存在时，阵列D打开。显示了修改后的仓库类型应用程序的原理图图7.。

图7.在这个电路图中，阵列D针对仓库类型的应用进行了修改。

在这种设计中，Array D'具有23个LED（L70-L92）并通过R4连接到PV面板。因此，它通常开启并提供与非运动感测阵列相同的光输出，因为LED L92和R4绕过R5和Q1。每当被感测用户存在并且PIR输出变高，Q1打开。在这种情况下，只有22个LED（L70-L91）。在这种情况下，阵列D'绘制更多电流并变得更亮。一旦用户移开，在编程的超时和阵列D“返回其正常光输出后，传感器输出会变低。

以下是400w仓库照明系统的基本参数: