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无线电电子与电气工程百科全书 庭院照明。 无线电电子电气工程百科全书
无论名称如何（农场照明、路灯），户外照明在每个家庭中看起来都非常有吸引力。 除了美观功能外，街道照明还具有确保安全的作用。 每个人都知道，没有灯光的道路会变得多么危险。 没有围栏的游泳池怎么样？ 沿路或泳池周围设置的小灯可以防止行走时发生事故。 本章提供了安装使用太阳能的户外照明的建议。
系统功能 从工作原理来看，外部照明与上一章讨论的应急照明基本相似。 光伏发电还用于为铅酸电池充电，进而为灯供电。 然而，也存在显着差异。 应急照明系统仅偶尔打开。 事实上，只有在网络供电中断时才需要这样做； 其余时间系统空闲。 另一方面，外部照明应全年每晚都使用。 在这种情况下，有必要开发一种具有足够大的电池容量和光伏转换器功率的系统，以便整个系统在一年中的任何时间和所有天气条件下都能正常工作。 开发应急照明时没有考虑到这些要求。 系统设计 设计从灯具本身开始。 它们设计用于低电压，因此非常适合使用太阳能转换器的供电系统。 尽管有许多不同型号的此类灯，但它们均在 12 V 电压下工作。该组灯中包含的灯通常设计为具有 12 W 的相同功率，因此消耗电流每个 1 A。 首先，您需要确定系统中所需的灯具数量。 这个数字取决于每个具体情况。 我选择了五个，因为这个数量足以照亮前面的草坪和走道。 因此，我的电源必须为消耗 5 A 电流的系统供电。如果我选择六盏灯，则需要 6 A 电流。 5A 的电流并不算太大，并且可以从几种市售铅酸电池中轻松获得。 唯一的问题是所需的电池尺寸。 这部分的开发稍微复杂一些。 为了正确回答所提出的问题，有必要进行一些计算并做出一些假设。 首先，考虑电池有哪些参数特征。 所有电池（铅酸电池和其他电池）均以安培小时（通常称为 Ah）为单位。 1Ah是指电池可以提供1A电流1小时，同样，如果电池可以提供5A电流1小时，那么它的容量就是5Ah。 相同的容量是在1A电流下5小时获得的。无论电压如何，电池容量由电流强度和其流动总时间的乘积在数值上决定。 因此，发现系统将消耗 5 A 的电流。然而，为了正确选择电池，有必要了解外部照明系统每天的运行时间。 令每晚的持续时间为 4 小时。 现在，将灯消耗的电流值乘以它们每天工作的时间，我们就得到了所需的安培小时数。 在我们的例子中，5 A x 4 h = 20 Ah。 这是每天的能量消耗。 由此可见，20Ah容量的电池足以满足夜间照明。 然而，电池在早上会完全放电，需要再次充电才能再次使用。 假设第二天一整天都下雨。 光伏转换器如何给电池充电？ 没有阳光它们就无法工作。 鉴于这一事实，我们很快就会明白有必要增加电池的容量。 40 Ah 电池可为照明系统供电 2 天，60 Ah 电池可为照明系统供电 3 天。 现在您需要再定义一个条件：选择充电周期之间的平均时间，并决定电池在不充电的情况下应持续多长时间。 在点亮个人情节的情况下，这个参数并不是太关键。 假设电池的能量储备足够使用3天。 因此，需要60Ah的电池。 综上所述，我们可以制定简单计算太阳能和蓄电池所需参数的顺序：
现在一切都好了。 选择灯的数量，设置其白天运行的持续时间，并计算确保该运行所需的电池容量。 现在剩下的就是确定电池充电的具体方法。 光伏变流器的要求 对太阳能电池的要求取决于照明系统的运行条件。 你可以稍微推测一下； 这并不需要很多时间。 假设照明系统每天需要 20 安时才能运行。 又众所周知，电池提供能量，因此，晚上消耗的能量，形象地说，第二天一定会回来。 不幸的是，没有一种电池是完美的。 通常，要给铅酸电池充电，需要提供比释放的能量多 20% 的能量。 因此，每从电池收到 20 Ah，就必须返还 24 Ah。 下一步是开发每天发电 24 Ah 的光伏阵列。 为了实现这一点，有必要了解可用的日照情况。 该值由有效日照时数决定，换句话说，就是每天我们可以假设太阳做我们需要的工作的时间段（以小时为单位）。 有两种方法可以确定任何地点的有用日照时数。 首先，直接使用第 3 章中描述的日照计。 XNUMX. 或者您可以根据同一章节中给出的地图使用更一般的含义。 该地图的编制考虑了季节变化和天气的一般性质。 在所描述的照明系统的情况下，选择有用照明的持续时间进行计算，对应于平均每天4,5个有用的日照小时。 从地图上可以看出，这个数字对于美国大陆的大部分地区来说都是一样的。 现在，如果我们将电池充电所需的安培小时数（24 Ah）除以平均可用日照时间（4,5 小时），我们可以得到太阳能电池应产生的电流量：5,3 A。 理论上，在 5,3V 电压下产生 12A 电流的电池就可以满足这一要求。但是，还有其他因素我们尚未考虑。 其中包括连接导体的损耗、调节器的能耗等。因此，为了确保可靠性，创造一定的功率裕度并不是一个坏主意； 例如，10% 的利润就可以了。 因此，太阳能电池产生的最小电流应为6A左右。通过逆向计算，即6A乘以4,5小时，我们可以得到太阳能电池平均每天产生27Ah的电流。 在某些日子里，回报可能会更少，而在其他日子里，回报可能会更多。 当然，应该记住，27 Ah 并不是每天给电池充电所必需的，某些天缺少的太阳能量将由电池补充。 然而，为了照明系统的正常运行，平均值应为 27 Ah。 太阳能电池 特定的太阳能电池可以通过多种方式制造。 可以并联小型模块并达到所需的 87 W 功率，但这将非常昂贵。 一般来说，组装电池的模块尺寸越大，太阳能电池产生 1 W 电力的成本就越便宜。 对于所描述的系统，使用了三个模块，每个模块产生 2 A 的电流。所有模块均由相对便宜的圆形太阳能电池制成，直径超过 10 厘米。 如果您独立地用元件组装太阳能电池，您可以建议使用直径为 10 厘米的单晶圆形元件或多晶材料的 10x10 cm2 方形元件。 尽管方形电池的效率不如圆形单晶电池，但它们更便宜，但需要更多。 为了保证照明系统的循环运行（白天关闭，晚上打开），需要一个定时器。 大多数照明系统都使用机械时钟定时器，在特定时间打开和关闭灯； 然而，这似乎是一种能源浪费。 为什么要在太阳落山之前开灯？ 对于传统计时器来说，唯一的出路是手动设置计时器，根据太阳周期进行调整，这种做法很常见。 不过，最好是“强制”夕阳启动计时器。 这是使用图 1 所示的电子电路来完成的。 XNUMX.考虑她的工作。 作为感光光敏电阻元件，使用受直射阳光照射的PC1光电管。 随着落在光电管上的光强度的变化，其电阻也成比例地变化。 白天，它的电阻很小（约100欧姆）。 然而，随着黑暗的到来，它会增加 100 倍或更多倍，并达到超过 500 kOhm 的值。
电阻VR1与光敏电阻串联，形成分压器，分压器的输出电压取决于光敏电阻PC1的阻值。 光线越多，输出电压越低，反之亦然。 电压值由两个比较器控制。 应该注意的是，下面的一项用于包含物的非反相版本，而上面的一项用于反相版本。 这意味着在零输入电压时，下比较器输出低电平电压，而上比较器输出高电平电压。 比较器的连接方式使得下比较器在比上比较器更低的输入电压下切换。 一旦 PC 1 的电压增加（当太阳落山时），第一个比较器就会切换，其输出被设置为高电压电平。 现在两个比较器的输出都设置为高电平电压。 在这种情况下，两个逻辑元件AND-NOT（7C2）的链向/C11芯片的引脚3输出高电平电压。 /C3芯片是一个可编程定时器。 它可以测量长达一天的时间间隔。 该芯片内部有一个进位二进制计数器，其输出可用于设置时间。 通过切换它们，很容易将响应时间增加 2 或 4 倍。 定时器的标称响应时间由电阻R8和电容C1决定。 与图上所示的值 R8和C1，8小时后4脚电压升高。连接计数器低位的7脚电压2小时后出现，6小时后1脚出现电压。当高电平时定时器启动。电位施加到引脚 11。 定时器工作时间由开关51“时间”选择，在工作周期开始时，所有输出均处于低电位。 由于晶体管 Q1 和 /C1 芯片，继电器触点 RL 2 在这些条件下闭合。 电力被供应给外部照明——并且灯被点亮。 随着夜幕降临，PC 1 上的电压继续升高。 很快，上部比较器被触发，并在其输出端建立低电压电平。 这改变了 IC2 输入的状态，并且低电平电压被施加到 IC3 的输入。 但是，此更改不会影响计时器的操作。 在指定时间间隔结束时，IC3 自动复位。 复位是通过来自微电路输出的反馈脉冲来执行的。 由于引脚 11 现在为低电位，因此芯片不会重新启动。 另外，其结果是，继电器断开，照明熄灭。 第二天早上，随着太阳升起，PC 1的电阻逐渐减小，比较器的输入电压也随之减小。 这可能会导致上部比较器先于下部比较器触发，从而向计时器的输入施加高电位并重新启动计时器。 为了防止定时器在太阳升起时触发，通过电阻器 R5 将一个小的正反馈引入到上部比较器。 这会导致迟滞，从而延迟操作，直到下比较器切换。 高电位不能同时施加到两个输出，定时器将不会启动。 然而，到了晚上，这个循环将开始重复，比较器将返回到“夜间”状态。 比较器的操作级别由可变电阻器 VR1“灵敏度”精确设置。 需要调整其阻值，使室外照明在黄昏后立即打开。 设计 定时器的设计采用印刷线路。 PCB 配置如图 2 所示。 如图3所示，其上电路元件的放置如图XNUMX所示。继电器可以直接焊接到板上或放置在插座中连接照明。
组装好的定时器必须放在不透明的盒子里，光敏电阻PC1必须放在盖子上，使其暴露在阳光下。 该定时器只有三个输出：一个公共地、一根用于连接电池+12V电源的电线以及一根连接到照明系统的相线。 确保外壳上的所有孔均正确密封且防水，以防止湿气进入。
结构单元的最终连接 现在，除了一个之外，创建照明系统所需的所有元素都已已知。 该系统还必须配备充电调节器。 如果没有充电调节器，则不能排除电池过度充电并导致其使用寿命缩短的可能性。 这种可能性在夏季尤其高，因为白天长，夜晚短。 在这种情况下，电池中的电荷逐渐积累，很容易导致过度充电。
您可以通过在现场放置灯光来开始组装系统。 这里没有任何限制，您可以将灯安装在更有用的地方。 灯与粗电线并联。 如果使用合适的电线套件，则其成分中必须包含必要的电线。 如果没有，建议使用 18 号扁平照明电缆。 通向灯的电线连接到定时器电路。 定时器的放置位置必须能够暴露在阳光下，而不是暴露在过往汽车的车头灯或其他外部光源下。 定时器连接12V电池，电池寿命取决于所用电池的类型。 如果您愿意，您可以使用汽车电池，但在周期性工作的恶劣条件下，它的使用寿命不会很长。 最好使用船用电池。 此类电池设计为在重复深度放电循环的条件下工作。 尽管它们的成本稍高一些，但它们的使用寿命比普通汽车电池长得多。 充电调节器在太阳能电池和蓄电池之间切换。 完美的充电调节器 这个调节器。 您只需将调节器的输出连接到电池，将输入连接到太阳能电池，观察极性。 太阳能电池阵的前面板位于南向。 计时器设置为日落后需要照明的时间。 当季节变化时，可能需要调整计时器以更好地适应天气。现在，即使在日落之后，房子附近的小路也会被照亮。 作者：拜尔斯 T.
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