【正文】 濃度降低，引起電動勢基地；其次是活性物質(zhì)的不斷消耗，反應面積減小，使極化不斷增加。 鉛酸蓄電池放電特性見圖 11。在控制器里比較設(shè)置的 D 點電壓稱為 “門限電壓 ”或 “電壓閾值 ”。對于開口式固定型鉛酸蓄電池，標準狀態(tài)（ 25， 充電率）下的充電終了（ D 點）電壓約 ～ 。 圖 10 鉛酸蓄電池充電特性 通過對蓄電池充電特性（圖 10）的分析可知，在蓄電池充電過程中當充電到D 點的電壓出現(xiàn)時就標志著該電池已充滿。由充電曲線可以看出，蓄電池充電過程有三個階段，初期（ OA）電壓快速上升，中期（ ABC）電壓緩慢上升，延續(xù)較長時 11 間， C 點開始為充電末期，電化學反應接近結(jié)束，電壓開始迅速上升，接近 D點時，負極析出氫氣，正極析出氧氣，水分被分解。 由單片機設(shè)計的庭院燈控制器，這種電路是由硬件和軟件共同組成的控制系統(tǒng)，通過修改軟件來實現(xiàn)設(shè)定控制狀態(tài)，具有簡單可靠、維護方便、成本低、電路本身功耗也極低，是一種匹配性能很好的電路，由 ADC0809 采樣蓄電池的端電壓，送入單片機對充放電的電流進行控制，電路非常穩(wěn)定，外在干擾很小，加上由發(fā)光二極管構(gòu)成的充放電狀態(tài)指示電路，便成了一個具有實用功能很強的控制器電路。否則閉合；當蓄電池過放時斷開放電開關(guān) K2，否則閉合，開關(guān) K K2 是廣義上的開關(guān)，它可能是各種開關(guān)元件或由電路組成。 如圖 9 所示的電路是一個 最基本的充放電控制器原理，在該電路原理圖中由太陽能電池組件、蓄電池、控制器電路和負載（ LED 燈）組成了一個基本的太陽能光伏庭院燈系統(tǒng)。 太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池，基本功能必須具備過充保護、過放保護、防反接 、防反充 等保護措施。 控制器的選擇 為了保護鉛酸蓄電池不受過度放電的損害，控制器 必須具有防過充和防過放 10 的功能 。 蓄電池容量＝系統(tǒng)電壓 用電時間用電器功率 ? ）系統(tǒng)安全系數(shù)（陰雨天數(shù) ??? 根據(jù)上面的計算知道，負載日耗電量 10AH。鉛酸蓄電池置于具有防曬、散熱好的控制箱內(nèi)，鉛酸蓄電池的容量應與太陽電池功率、負載功率以及使用條件相匹配。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池容量過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命 ，同時造成浪費。影響蓄電池壽命的因素是綜合原因，不僅是極板的內(nèi)在因素，例如活性物質(zhì)的 組成、晶型（高溫固化或常溫固化）、極板尺寸和板柵材料等，而且液取決于外在因素，如放電倍率和深度（圖8 即為放電深度對蓄電池循環(huán)壽命的影響）、工作使用條件（溫度和壓力等）和使用維護狀況等。后備電源一般采用浮充壽命來衡量電池的使用壽命。 圖 7 鉛酸蓄電池內(nèi)部基本構(gòu)成 9 鉛酸蓄電池的使用壽命及影響因素 蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一次循環(huán)（一個周期）。二氧化鉛和鉛電極表面上有極高的氧與氫的過電位，因而能使正、負電極在析出大量氫之前被再充電，如果過量的負極活性物質(zhì)和有限的電液這些原則條件得到滿足，就可將氧氣循環(huán)應用于鉛酸蓄電池。該理論的含義為鉛酸蓄電池在放電后 ，兩電極大有效物質(zhì)和硫酸發(fā)生作用，均轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩峄衔?——硫酸鉛；當充電時，又恢復為原來的鉛和二氧化鉛。放電后，在兩極板上都產(chǎn)生細小而松軟的硫酸鉛，充電后又恢復為原來的物質(zhì)。 （ 2） 鉛酸蓄電池的基本原理 鉛酸蓄電池由極群組插入稀硫酸溶液中構(gòu)成。它的密度高低視電池類型和所有極板而定，一般在 （ 15℃ )～ (15℃ )之間。 ③ 電池槽：是用來盛裝電解液和支撐極群組的，通常有玻璃容器、襯鉛木質(zhì)容器、硬橡膠容器和塑料容器四種。 ② 隔板：在各種類型的鉛酸蓄電池中，除少數(shù)特殊組合的極板間留有寬大的空隙外，在正、負極板間均需要放置隔板，以防止正負極相互接觸而發(fā)生短路。在同一個電池內(nèi)，同極性的極板片數(shù)超過兩片者，用金屬條連接起來稱為 “極板組 ”或 “極板群 ”?；逵勉U鎳合金制成柵架，上面涂以有效物質(zhì)。固定型鉛蓄電池的外形和結(jié)構(gòu)如圖 6 所示 。同時隨著新工藝、新技術(shù)的采用，鉛酸蓄電池的使用壽命仍在不斷提高。由于鉛酸蓄電池具有運行溫度適中和放電電流大，可以根據(jù)電解液比重的變化檢查電池的荷電狀態(tài)，儲存性能好及成本較低等優(yōu)點，目前在蓄電池生產(chǎn)和使用中仍保持著領(lǐng)先地位。 太陽能組件的最少總功率數(shù) = 10 = 28W 選用峰值輸出功率 30Wp、 單塊 30W 的標準電池組件，應該可以保證庭院燈 7 系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行。 河南地區(qū)近二十年年均輻射量 1389Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算河南地區(qū)峰值日照時數(shù)約為 ； 負載日耗電量 =10AH 所需太陽能組件的總充電電流 = 10247。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(guī)定的太陽能燈，我選擇使用層壓的封裝形式。若把數(shù)個太陽能單體串聯(lián)或并聯(lián)起來封裝成為太陽能電池組件，在太陽光的照射下，便可獲得具有一定功率輸出的電能。當太陽光照射 p— n 結(jié)時，在半導體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向 p 型區(qū)，從而使 n 區(qū)有過剩的電子， p 區(qū)有過剩的空穴；于是就在 p— n 結(jié)的附近形成了與勢壘電場相反的光生電場 。如果在硅晶體半導體中摻入能夠釋放電子的磷、砷或銻等雜質(zhì)元素，它就成了電子型半導體，簡稱 n 型半導體。在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。由于電子帶負電，空穴就表現(xiàn)為帶正電。每個原子的外殼電子都有固定的位置，并接受原子核的約束。電子就像行星圍繞太陽轉(zhuǎn)動一樣，按照一定的軌道繞著原子核旋轉(zhuǎn)。 圖 5 光生伏打效應原理圖 6 總所周知，物質(zhì)的原子是由原子核和電子組成的。 ③ 這些電性符號相反的光生載流子在太陽能電池 pn 結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子－空穴對被分離，電子集中在一邊，空穴集中在一邊，在 pn 結(jié)兩邊產(chǎn)生異性電荷的積累，從而產(chǎn)生光生電動勢，即光生電壓。 ② 太陽能電池吸收具有一定能量的光子，激發(fā)出非平衡載流子（光生載流子）—電子－空穴對。在氣體、液體和固體中均可產(chǎn)生這種效應，但在固體尤其是半導體中，光能轉(zhuǎn)換為電能的效率特別高，因此半導體中的光電效應引起人們的格外關(guān)注，研究得最多，并發(fā)明制造出了半導體太陽能電池。 （ 2） 太陽能電池的基本工作原理 太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)，是半導體 p— n 結(jié)的光生伏打效應。⑦在電池的光照面有一層減反射膜，其功能是減少光的反射，使電池接受更多的光。⑤集體下面有與它形成歐姆接觸的下電極。柵線通過母線連接起來。它由母線和若干 條柵線組成。 ③ p 層和 n 層的交界面處是 p— n 結(jié)。擴散層處于電池的正面。由于它通常是重摻雜的，故標記為 n+ 。它又稱為頂區(qū)層，有時也稱為發(fā)射區(qū)層，簡稱頂層?；w材料稱為基區(qū)層， 5 簡稱基區(qū)。 太陽能電池的原理與特性 （ 1） 太陽 能電池的結(jié)構(gòu) 圖 4 太陽能電池構(gòu)形圖 常規(guī)硅太陽能電池（如圖 4），是一個 p 型硅材料制成的 n+/p 型結(jié)構(gòu)常規(guī)太陽能電池的示意圖。因此，太陽電池一般都必須通過膠封、層壓等方式封裝成平板式構(gòu)造再投入使用。 太陽能電池的 構(gòu)造 太陽能電池是利用硅等半導體的光伏效應通過 pn 結(jié)構(gòu)直接把太陽光轉(zhuǎn)化為電能。 3 太陽能庭院燈零部件選用 太陽能電池 太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。 圖 3 太陽能 庭院燈 系統(tǒng)基本原理圖 太陽能庭院燈的優(yōu)點 太陽能庭院燈優(yōu)點 （ 1） 節(jié)能：以太陽能光電轉(zhuǎn)換提供電能，取之不盡、用之不竭； （ 2） 環(huán)保：無污染、無噪音、無輻射； （ 3） 安全：絕無觸電、火災等意外事故； （ 4） 方便：安裝簡潔，不需要架線或 “開膛破肚 ”挖地施工、也沒有停電限電顧慮； （ 5） 壽命長：產(chǎn)品科技含量高，控制系統(tǒng)、智 能化設(shè)計，質(zhì)量可靠； （ 6） 投資少：一次性投資與交流電等價（交流電投資從變電、進電、控制箱、電纜、工程起），一次投資、長期受用； （ 7） 適用廣：太陽能源來于自然，所以凡是有日照的地方都可以使用，特別適合于綠地景觀燈光配備，高檔次住宅及室外照明，旅游景點海岸景觀照明及點綴，工業(yè)開發(fā)區(qū)、工礦企業(yè)路燈，各大院校室外燈光照明。蓄電池放電到設(shè)定時 間后，充放電控制器動作，切斷路燈供電電路，使路燈熄滅蓄電池放電結(jié)束。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護很少，故又被稱為 “免維護電池 ”，有利于系統(tǒng)維護費用的降低；充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）。 圖 1 太陽能庭院燈實物圖 圖 2 太陽能庭院燈基本構(gòu)造 系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、 LED 燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達到 127Wp/m2，效率較高， 3 對系統(tǒng)的抗風設(shè)計非常有利；燈頭部分以 1W 白光 LED 集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發(fā)光源。這對國內(nèi)太陽能市場走向壯大與成熟起到了決定作用，對實現(xiàn)與國際光伏市場接軌具有重要意義。在國家各部委 大力 支持下 ，目前我國實驗室光伏電池的效率已達 21%，可商業(yè)化光伏組件效率達 14－ 15%，一般商業(yè)化電池效率 10－ 13%。與國際上蓬勃發(fā)展的光伏發(fā)電相比，我國落后于發(fā)達國家 10－ 15 年。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的光伏制造業(yè)爭相投入巨資，擴大生產(chǎn)，以爭一席之地。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達 80 萬千瓦，若人把地球表面 %的太陽能轉(zhuǎn)為電能 ，轉(zhuǎn)變率為 5%，每年發(fā)電量可達 1012 千瓦小時，相當于目前世界上能耗的 40 倍。 這之中太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。每天到達地球表面的輻射能量相當于數(shù)億萬桶 石油燃燒的能量，開發(fā)和利用豐富、廣闊的太陽能，可以對環(huán)境不產(chǎn) 生 或產(chǎn)生很少污染，太陽能既是近期急需的能源補充，又是未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。經(jīng)測算表明，太陽能釋放出相當于 10 萬億千瓦的能量，而輻射到地球表面的能量，雖然只有它 22 億分之一，但也相當于全世界目前發(fā)電總量的八萬倍。沒有太陽能，就不會有人類的一切。 太陽能的利用可行性分析 太陽是一個熾熱的氣體球，內(nèi)部不停地進行著由氫聚變成氦的熱核反應，不停地向宇宙空間釋放出巨大的能量，這就是太陽能。 太陽能燈作為一種新型節(jié)能燈具，它與傳統(tǒng)燈具相比有節(jié)能、環(huán)保、安全、方便、壽命長等許多優(yōu)點。雖然，目前各種新型能源在不斷開發(fā)利用，但在五大能源中，主要依靠石油、天然氣和煤三大能源，其他能源消耗比重還很低，不足以根本改變原有的以石油、天然氣消耗為主體的結(jié)構(gòu)類型。目前世界能源消耗幾乎全靠這五大能源來供應，電力只是上述這些能源轉(zhuǎn)化生出來的 “ 二次能源 ” 。 本文對太陽能 LED 庭院燈系統(tǒng)的應用做了較深入探討與介紹。 本文首先綜述了太陽能電池和蓄電池及其充放電的發(fā)展動態(tài)、原理、性能、特點及其相關(guān)知識。 I 太陽能庭院燈的設(shè)計 摘 要 太陽能路燈作為新型高科技節(jié)能產(chǎn)品替代傳統(tǒng)路燈，可以實現(xiàn)路燈白天自身發(fā)電，晚上照明，路燈不耗能。具有環(huán)保節(jié)能，解決城市公共照明耗能大的問題，節(jié)省電費開支，經(jīng)濟效益和社會效益明顯。然后以當今使用的庭院燈鉛酸蓄電池的充放電為模型，設(shè)計了一套蓄電池充放電管理系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 太陽能電池， LED，鉛酸蓄電池，充放電控制器 II The design of Solarpowered garden lamp Abstract Solar lighting products as a new alternative to traditional hightech energyefficient lighting, lighting can achieve their own electricity during the day, night lighting, street not energy. With environmental conservation and solve major problems of urban public lighting energy saving electricity costs, economic benefits and social benefits obvious. This article investigates the developments of the solar panel and storage battery and storage battery intelligent charging and discharging system. Afterward,an intelligent garden lamp system for battery charging and discharging is designed, based on garden lamp battery used in the submarines charging and discharging as a ap