阳能灯具产品。超高亮白光LED应用于太阳能灯具，单个束光型超高亮度LED发光管其产生的光线方向性太强，综合视觉效果较差，因此应首选平光型超高亮LED或平光型与束光型超高亮LED组合使用，将多个LED集中于一起，排列组合成一定规则的LED发光源。超高亮白光LED发光源既要保证有一定的照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为17.5mA。
超高亮白光LED发光源具有如下优点：
（1）寿命长。LED的寿命长达100000h，而白炽灯的寿命一般不超过2000 h，荧光灯的寿命也不过5000 h左右。
（2）效率高。相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED的功耗只有前者的10％～20％。
（3）绿色环保。与广泛使用的第二代照明荧光灯相比，LED不含汞、无频闪，是一种环保光源。
（4）耐低温。环境使用温度在-40℃~80℃，环境适应性非常强。
冲放电控制电路的关键是针对蓄电池的充放电特性设计一个比较好的电压比较点，再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路，便成了一个具有实用功能的智能控制器，具有防蓄电池过充电功能。在太阳辐照不足的几个月，由于蓄电池的充电状态通常较低，使蓄电池放电时端电压也较低，这样负载工作电流较小、功率小，系统也能够工作更长的时间。反之在太阳辐照比较充足时，负载工作电流较大、功率大、也更亮。
太阳能LED发光源：在太阳能LED灯具中，发光源所用的LED数量，从1个到上千个不等，一定数量的LED组成一个发光源时，其排列和组合是一个非常重要的关键点。即不同的排列和组合对整体的亮度都有影响。在LED排列组合上依据光学原理及数学推导建立数学模型，最有效地发挥超高亮白光LED的发光效率，并使得单位面积LED的数量少以降低成本[9]。
本设计采用的小功率高亮度白色LED的正向压降VF为3V、正向电流IF 为15mA。在小型灯箱内，排列两组LED 发光管，每组由正反两面的LED 发光管排列、每面由4×32即128个发光管串并组成，共有4×32×2×2即512个发光管组成，其耗电功率为
P?nUI?512?3?0.015W?23.04W （4）
12V 的蓄电池为维持灯箱内发光管正常发光而需要提供的电流为
I?23.04?12A?1.92A （5）
本设计采用的单个高亮管的正常工作电压3V，每组128个高亮管4行32列混联而成，这样当电路中的某一个高亮管出现故障时对其他高亮管几乎没有影响。LED
连接图如图6所示。
12V
图6 一组LED电路图
3.4 蓄电池及其选用 3.4.1蓄电池
蓄电池组是太阳能电池方阵的储能装臵，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能储存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。蓄电池组由若干蓄电池串并联而成。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间和供电量。目前常用的是铅酸蓄电池，重要的场合也有用镉镍蓄电池，但价格较高，相对来说应用没有前一种广泛。
蓄电池是一种化学电源，它将直流电能转变为化学能储存起来。需要时再把化学能转变为电能释放出来。能量转换过程是可逆的，前者称为蓄电池充电，后者称为蓄电池放电。在光伏发电系统中，蓄电池对系统产生的电能起着储存和调节作用。由于光伏系统的功率输出每天都在变化，在日照不足发电很少或需要维修光伏系统时，蓄电池也能够提供相对稳定的电能[6]。
在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，方阵给蓄电池充电；冬天日照量小，这部分储存的电能逐步放出。在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环：白天方阵给蓄电池充电，晚上负载用电则全部由蓄电池供给，因此要求蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，当然还要考虑价格低廉，使用方便等因素。
蓄电池的循环寿命主要由电池工艺结构与制造质量所决定，但是使用过程和维护工作对蓄电池寿命也有很大影响，有时是重大影响。首先，放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，蓄电池经常深度放电，循环寿命将缩短。其次，同一额定容量的蓄电池经常采用大电流充电和放电，对蓄电池寿命都产生影响。大电流充电，特别是过充时极板活性物质容易脱落，严重时使正负极板短路；大电流放电时，产生的硫酸盐颗粒大，极板活性物质不能被充分利用，长此下去电池的实际容量将逐渐减小，这样使
用寿命也会受到影响。
镍镉蓄电池是一种带有记忆能力的蓄电池，在充电时把电能转换成化学能，放电时把化学能转化成电能。在使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能完全放出能量。比如，镍镉蓄电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池只能放出80%的电量。镍镉蓄电池材料利用率低，成本高，长期浅充放循环有“记忆效应”。
铅酸蓄电池没有记忆能力，同样能在充放电过程中把电能转换成化学能，浮充寿命可达10年以上，必要时，可高速率放电。其材料利用率高，制造工艺简单，结构紧凑，价格比较便宜，并且容量也比较大，适合做太阳能电池方阵的储能装臵。
考虑到蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，价格低廉，使用方便等因素，选用铅酸蓄电池比较合适。本电路采用铅酸免维护蓄电池，不需专门的维护；即便倾倒电解液也不会溢出，不向空气中排放氢气和酸雾；安全性能更好。但是对蓄电池的过充电更为敏感，因此对过充保护要求高，当长时间反复过充电后，蓄电池极板易变形。 3.4.2蓄电池的选用
蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。根据上面的计算知道，负载日耗电量13.44Ah。在蓄电池充满情况下，可以连续工作3个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池设计容量计算
Q＝
Pt?T ( 6 ) U式中Q为电池容量、P为用电器功率、t为用电时间、T为用电天数。蓄电池容量
Q=13.44?3＝40.32Ah （7）
又蓄电池的容量BC计算公式为
BC＝A?QL?NL?TO/CC Ah （8）
式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间， QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数，NL为最长连续阴雨天数，TO为温度修正系数，一般在0℃以上取1，－10℃以上取1.1，－10℃以下取1.2，CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75[6]。可得蓄电池容量应在44.35~56.45之间，选择50Ah12V的蓄电池即可。 3.5 太阳能电池板组件 3.5.1 太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高
的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池方阵一般由多块太阳能电池组件串并联而成，每个支路通过防反充二极管、充电控制器并联向蓄电池充电。太阳能电池方阵分为若干个子阵列，每个阵列由一个电子开关控制。当蓄电池的充电电压达到设定的最高电压时，自动依次切断一个或数个子阵列，以限制蓄电池的充电电压继续增长确保蓄电池的寿命，并最大限度地利用和储存太阳能电池发出的电能。晴天时，太阳能电池为蓄电池充电，在夜幕来临时通过定时装臵为太阳能灯箱供电。
太阳能电池的发电原理是利用光入射于半导体时所引起的光伏效应。其转换过程由以下三个阶段组成：
（1）光的吸收和空穴－电子对的产生
在外部不给半导体任何能量的状态（绝对零度）下，电子充满介电子带，而导带则不存在电子。在这种状态下，半导体不显示导电性，而是绝缘体。当具有一定能量的光入射半导体时，如果光子的能量大小比特定值大时，那么，这种光就被半导体吸收。如果半导体晶格吸收的光足够大，能够解除半导体晶格对电子的约束，就产生自由电子，留下空穴。为使被晶格约束的电子变为自由电子，光子的能量必须等于或大于该半导体的禁带宽度。若比携带能量小的光子被半导体吸收，那么它仅能透过半导体晶格，而对光电转换没有作用。
（2）电子－空穴对的分离
当半导体中没有电场时，光激发的电子－空穴对均匀的分布在半导体中，但在外电路中并不能得到电流。只有以某种方法在半导体中形成势垒，才能使受激发的电子－空穴对分开，从而可向外电路供电。这种势垒常用PN结实现。PN结产生的电子－空穴对的分离是有限的，但如果没有连接外部电路，则被分离的电荷不能消失，从而电荷蓄积在PN两层，使PN结正向，即向着电位势垒变小的方向偏转，结果分离过程停止，得到正常状态。这时，把PN结两端产生的电压叫开路电压。若考虑使电荷短路状态，则分离的电荷在外部回路中流动而形成短路电流。因此，短路电流与照射的光量成正比。
（3）过剩载流子的移动
吸收入射光能产生的电子－空穴对也不一定全部分离，电子－空穴对产生的数目与分离的数目之比叫做收集效率。半导体中产生的电子－空穴对借助存在于半导体中的电场产生的偏移效应和电荷的浓度梯度产生的扩散而移动。过剩载流子是超过热平衡状态存在的载流子，所以，通常在某个时间常数下，具有返回平衡状态的倾向。通常把这个时间常数叫做过剩载流子寿命。因此，在产生的电荷从产生的地方向PN结移动所需要的时间比过剩载流子寿命还长的情况下，电荷不会因PN结而分离，对能
量的产生没有作用。这样，收集效率就由过剩载流子的寿命和PN结的位臵来决定。
当具有适当能量的光子入射于半导体时，光与构成半导体的材料相互作用产生电子与空穴（因失去电子而带正的电荷）。如半导体中存在PN结，那么电子向N型半导体扩散，空穴向P型半导体扩散，并分别聚集于两个电极部分，即负电荷和正电荷聚集于两端。这样如用导线连接这两个电极，就有电荷流动产生电能。当受光照的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建起端电压，这时太阳能电池的工作情况可用图3所示的等效电路来描述。
在恒定光照下，一个处于工作状态下的光电池，其光电流 IL不随工作状态而变化，在等效电路中，可把它看作恒流源，光电流一部分流经负载RL，同时在负载两端建立起端电压V，此电压反过来它又正向偏臵于p-n结二极管，引起与光电流反向的暗电流ID。但是，由于太阳板前表面和背表面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，流经负载的电流经过它们时，必然引起损耗，在等效电路中可将它们的总效果用一个串联电阻Rs来表示；同时，由于电池边沿的漏电，在电池的微裂痕、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本该通过负载的电流短路，这种作用可用一个并联电阻Rsh来等效。
IRaILIDIahVRahRL
图7 PN结太阳能电池的等效电路图
在新能源中，公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能发电。太阳能发电主要有太阳能热发电和太阳能光发电两种基本方式：
（1）太阳能热发电：将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装臵，可分为两类：一类是太阳能热电直接转换，如温差发电等，目前功率都很小，有的尚处于原理试验阶段；另一类是太阳能热动力发电，是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本构成包括集热装臵、储能系统、热机和发电机等。有些国家正在研制较大功率的装臵，已达到并网发电的实际应用水平。由于太阳能热发电技术复杂，商业应用只适合比较大的容量，因此发展不快，实际应用不多。
（2）太阳能光发电：不通过热过程，直接将太阳的光能转换成电能的利用方式，可分为光伏发电、光感应发电、光化学发电和光生物发电。目前应用的光伏发电，是将照射到太阳能电池上的光，产生光伏效应直接转换成直流电能输出，一般由太阳能