使用简单、可靠、低成本的太阳能日光灯(SDL)，有助于减少每月的电费。太阳能日光灯没有任何储能元件，在阴天时会遭受光强度的频繁变化。此外，日落后需要使用备用灯。使用建筑物中的市电，可以提供备用照明。这是一种简单、低成本的方案。本文提出了两种类型的备用系统：
使用4个光伏(PV)面板的太阳能日光灯，在“Solar day lamp designs provide low-cost lighting solutions, Part 1(提供低成本照明解决方案的太阳能日光灯设计，第1部分)”[1]一文中有所描述。根据太阳光强度，4个光伏面板串联起来的电压VPV从60V到70V不等，输出功率从4W到40W不等。这种光伏功率的变化，极大地改变了LED光强。为了克服这个问题，下文给出了备用系统的设计。 开/关备用系统由市电供电的备用灯安装在太阳能日光灯附近或同一外壳中。这种灯根据用户所设置的太阳能日光灯的光强级别进行工作。备用灯的接线图如图1所示。
图1：备用灯接线图。 备用灯通过手动ON/OFF开关和固态继电器(SSR)连接到市电。小型AC-DC转换器连接到市电，用于获得控制电源(VCC=5V，几毫安)。 图2给出了电路图。其中，太阳能日光灯使用4个串联的光伏面板进行工作。每个面板产生17.5V电压。电压VPV使用光耦合器IC1(MCT2E)进行检测。为了限制通过IC1光电二极管的电流，电路中串联了限流电阻R1、R2、R3(POT)和两个齐纳二极管ZD1和ZD2。电位器R3供用户设置所需的太阳能日光灯光强度，在这种情况下，备用灯应该打开。
图2：使用SSR的开/关备用电路的电路图。 在VPV=70V时： 最小光电二极管电流=(VPV–VZD1-VZD2-VD)/(R1+R2+R3)=1.46mA 最大光电二极管电流=(VPV–VZD1-VZD2-VD)/(R1+R2)=4.77mA 光电二极管的额定正向电流为20mA。因此，电流完全在额定值内，并且在光电二极管特性出色的线性区域内。 电阻器R4连接到光电晶体管的发射极(引脚4)。发射极电压采用IC2(LM393)的比较器CMP1进行检测。发射极连接到CMP1的反相输入端。同相输入则使用R5和R6分压器保持在VCC/2。当发射极电压低于VCC/2时，CMP1输出变成高电平。连接在输出(引脚1)上的SSR被打开。 为了减少SSR的抖动，必须引入迟滞。当SSR导通时，引脚1上的电压被钳位在3V左右。因此，引脚1不能产生有效的迟滞。为此，电路中采用了CMP2。CMP2的INV引脚6保持在大约2V。当引脚1为高电平时，CMP2引脚7上的输出也为高电平(5V)。当引脚1变成低电平时，CMP2输出也变成低电平。电阻器R12在引脚3上引入了所需的迟滞。可以为VPV添加大容量电容器C1(10000μF/100V)。这样可以将VPV上的短期波动滤除掉。但是，C1会增加成本。如果滞后消除了抖动，则可以将C1设为可选。 注意：光耦的电流传输比(CTR)因器件而异。这会影响R4的阻值。因此，建议为R4选用微调电位器，据此设置所需的发射极电压值。 只要太阳能日光灯的光强度低于用户所设置的极限值，这个简单的电路就会提供良好的备用照明。可控制的备用灯数量由SSR的额定电流所决定。它可以被应用在仓库、办公室接待处、洗手间等地方。 基于PWM的备用系统采用PWM信号的备用系统，其电路图如图3所示。
图3：基于PWM的备用系统的电路图。 该图中仅给出了PWM信号生成部分。光耦MCT2E之前的光伏接口电路仍与图2所示相同。在该电路中，IC3(LM3524)用于PWM生成。该IC有一个内部运算放大器(引脚1、2和9)。这里使用10kΩ、1%的电阻R25、R26、R27和R28将它配置成了单位增益差分放大器。 IC3的反相引脚1通过R27连接到光电晶体管的发射极。同相引脚2则通过R25连接到VCC。PWM信号由IC3的两个输出晶体管产生。这两个晶体管的发射极EA和EB可提供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占空比不断降低。图4给出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。这种灯可产生与PWM占空比成正比的光强。随着太阳能日光灯强度降低，PWM占空比增加，反过来使备用灯强度增加。两个灯的强度之和是恒定的。因此，无论阳光条件如何，用户始终可以确保获得恒定的光输出。因此，该系统可提供恒定光，同时可最大限度地节省电力。 因此，本文所推荐的备用照明系统消除了太阳能日光灯的缺点，并且无需昂贵的电池和维护。 注意：PWM信号必须分配给所有的备用灯。因此，需要为每盏灯使用一个光电耦来隔离PWM信号。
图4：PWM占空比(黄色曲线)随发射极电压(蓝色曲线)的变化。 使用以上两种方案，无论阳光条件如何，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，由于是离网工作，太阳能日光灯有助于降低已经负担过重的电网的负载。总而言之，带有市电备用系统的太阳能日光灯，可为家庭、办公室、公司、医院、仓库等提供低成本的照明解决方案。 参考文献[1] Solar day lamp designs use passive and active current limiting circuitshttps://www.edn.com/solar-day-lamp-designs-use-passive-and-active-current-limiting-circuits/ [2] Solar day lamp designs provide low-cost lighting solutions, Part 1https://www.edn.com/solar-day-lamp-designs-provide-low-cost-lighting-solutions-part-1/ [3] Solar day lamp designs provide low-cost lighting solutions, Part 2https://www.edn.com/solar-day-lamp-designs-provide-low-cost-lighting-solutions-part-2/ Vijay Deshpande 在各个行业担任电子硬件工程师30多年。退休后主要致力于低成本、离网太阳能照明系统的工作。 |
