一个简单、可靠和低成本的太阳能日光灯 (SDL) 有助于减少每月的电费。SDL 没有任何储能元件，在阴天时会遭受光照强度的频繁变化。此外，日落后需要备用灯。使用建筑物中的主电源，可以提供备用照明。这是一个简单且低成本的选择。这里提出了两种类型的备份系统： 1) 基于继电器的 ON/OFF 备用照明系统。 SDL 使用 4 个 PV 面板在文章“太阳能日光灯设计提供低成本照明解决方案，第 1 部分”[1] 中进行了描述。根据阳光强度，串联的 4 个 PV 面板的电压 Vpv 从 60 V 到 70 V 不等，功率输出从 4 W 到 40 W 不等。PV 功率的这种变化非常广泛地改变了 LED 光强度。为了克服这个问题，下面给出了备份系统的设计。 开/关备份系统 由主电源供电的备用灯安装在 SDL 附近或同一外壳中。这些灯根据用户设置的 SDL 的光强度级别进行操作。倒车灯的接线图如图1所示。
图1倒车灯接线图。 备用灯通过手动 ON/OFF 开关和固态继电器 (SSR) 连接到主电源。一个小型 AC-DC 转换器连接到电源以获取控制电源（Vcc = 5V，几 mA）。 图 2显示了电路图。它由一个太阳能日光灯组成，工作在 4 个串联的光伏面板上。每个面板产生 17.5 V。电压 Vpv 使用光耦合器 IC1 (MCT2E) 感应。为了限制通过 IC1 光电二极管的电流，限流电阻 R1、R2、R3（POT）和两个齐纳二极管 ZD1 和 ZD2 串联。Pot R3 供用户设置所需的 SDL 光强度，此时备用灯应打开。
图 2使用 SSR 的 ON/OFF 备份电路的电路图。 在 Vpv = 70 V 时： 最小光电二极管电流 = (Vpv – ZD1-ZD2-Vd) / (R1 + R2 + R3) = 1.46 mA 光电二极管的额定正向电流为 20 mA。因此，电流完全在额定值范围内，并且在光电二极管特性的相当线性区域内。 电阻器 R4 连接到光电晶体管的发射极（引脚 4）。使用 IC2 (LM393) 的比较器 CMP1 检测发射极电压。发射器连接到 CMP1 的反相输入。使用 R5 和 R6 分压器将同相输入保持在 Vcc/2。当发射极电压降至 Vcc/2 以下时，CMP1 输出变为高电平。连接在输出 (pin1) 上的 SSR 开启。 为了减少 SSR 的抖动，必须引入滞后。当 SSR 开启时，引脚 1 的电压被钳位到大约 3 V。因此，引脚 1 不能产生有效的迟滞。为此，使用了 CMP2。CMP2 的 INV 引脚 6 保持在大约 2 V。当引脚 1 为高电平时，引脚 7 的 CMP2 输出也为高电平（5 V）。当 Pin1 变低时，CMP2 输出也变低。电阻 R12 在引脚 3 处引入了所需的滞后。我们可以为 Vpv 添加大容量电容器 C1 (10000 uF/100 V)。这将过滤掉 Vpv 的短期波动。但是，C1 增加了成本。如果滞后消除了颤振，那么 C1 可以是可选的。 注意：光耦合器的电流传输比 (CTR) 因器件而异。这会影响 R4 的值。因此，建议为 R4 使用微调电位器，以设置所需的发射极电压值。 只要 SDL 光强度低于用户设置的限制，这个简单的电路就会提供良好的备用照明。可控制的倒车灯数量由 SSR 的电流额定值决定。它可以在仓库、办公室接待处、洗手间等地方找到应用。 基于 PWM 的备份 使用 PWM 信号的备用系统电路图如图 3所示。
图 3基于 PWM 的备份电路图。 在该图中，仅显示了 PWM 信号生成。直到光耦合器 MCT2E 的 PV 接口电路与图 2 所示相同。在该电路中，IC3 (LM3524) 用于产生 PWM。该 IC 有一个内部运算放大器（引脚 1,2 和 9）。它被配置为使用 10kΩ 1% 电阻 R25、R26、R27 和 R28 的单位增益差分放大器。 光电晶体管发射极通过 R27 连接到 IC3 的反相 pin1。同相 pin2 通过 R25 连接到 Vcc。PWM 由 IC3 的两个输出晶体管产生。这些晶体管的发射极 E A和 E B提供 PWM 输出。当光电晶体管发射极电压为零时，PWM 信号具有 100% 的占空比。随着光电晶体管发射极电压的增加，PWM 占空比继续降低。图 4显示了占空比随发射极电压的变化。 该方案使用具有 PWM 控制输入的调光灯。这些灯产生的光强度与 PWM 占空比成正比。随着 SDL 强度降低，PWM 占空比增加，反过来倒车灯强度增加。两个灯强度之和是恒定的。因此，无论日光条件如何，都可以确保用户始终获得恒定的光输出。因此，该系统提供恒定的光，同时最大限度地节省电力。 因此，建议的备用照明系统消除了 SDL 的缺点，无需昂贵的电池和维护。 注意：PWM 信号必须分配给所有的倒车灯。因此，需要为每盏灯使用一个光耦来隔离 PWM 信号。
图 4 PWM 占空比变化（黄色迹线）与发射极电压（蓝色迹线）。 使用上述两种方案，无论阳光条件如何，我们都可以为用户提供有保证的光量。这将有助于最大限度地利用太阳能，而不会影响性能。此外，在离网的情况下，SDL 有助于减少已经不堪重负的电网的负载。总而言之，带有主电源备用系统的 SDL 为家庭、办公室、公司、医院、仓库等提供低成本的照明解决方案。 |
