2 电路原理
理论上说,Sunjar的电路构成非常简单,只有收集能量的太阳能电池,储存能量的充电电池和负责消耗能量发光的LED三个大件。但是并不是将它们简单接在一起就可以的,图1这样的电路虽然也能够工作,但是存在一些问题:
首先,太阳能电池和普通的电源不一样,它的电源内阻比较大,所以在输出电流很大时,输出功率反而会急剧下降。商品化的太阳能电池通常会带有最大功率点跟踪(MPPT)功能,以达到提高光能转换效率的目的。
太阳能电池输出特性
其次是电压的匹配问题,驱动单个LED 发光的最佳电压是2.5V(红,黄),3.5V(蓝,绿,白),给锂离子电池充电的电压4.2V,铁锂3.6V,镍氢电池1.4V,而太阳能电池本身的输出电压随模块数可以从1V到数百V不等。而且太阳能电池的电压输出随光照变化很大,如果要充分利用白天的光照,直接连接的太阳能电池电压就要比电池的充电电压高不少,因此存在充满电池后过充导致损坏的风险。对于这一问题,最好是在太阳能电池之后增加一级稳压充电电路,如果用镍氢电池的话还需要一级升压驱动电路给LED供电。
最后一点是能耗上的,这个电路的LED实际上全天发光,但是日照之下效果微弱没有实际意义,只会消耗能量降低充电速度。增加一个光敏开关来控制LED只在夜间亮起能更为节能。
综合以上各点,比较完善的Sunjar包括太阳能电池,稳压充电电路,充电电池,光敏LED驱动电路几个部分。事实上这也是太阳能草坪灯和路灯的标准配置,只是它们的功率比较大,亮度也很高。
接下来是我的材料清单:
5V260ma多晶硅太阳能电池板x1
凌特公司的LTC3105集成电路x1
22uH电感x1
10uF电容x2
1uF电容x2
300K电阻x2
900K电阻x1
充电电池:
5V1F法拉电容x1(手头找不到够小的电池,用这个代替一下)
光敏LED驱动电路:
CDS光敏电阻x1
2K电阻x1
100K电阻x1
蓝色发光二极管x1(显而易见,这里LED的颜色就是之后罐子的颜色。黄色的是阳光罐,蓝色的是月光罐,七彩自动变色的……叫金木水火土日月罐好了?)
APM2014 NMOSx1(一般的NMOS都能用)
电烙铁,镊子,钳子,导线,胶带等相关器材若干。
PS.其实如果不想自己动手搭各个分电路的话,淘宝上有专用的太阳能灯控制芯片选购。搜索太阳能草坪灯+驱动芯片可以得到很多信息,但是这些芯片都有特定的应用范围(比如搭配的充电电池规格),用之前要看看说明文档。
PS2.这是给电工苦手的福利。在淘宝上搜索太阳能草坪灯+不锈钢,可以看到很多价格奇低的适合插在草坪上的太阳能灯,并且它们都是组装好的!买一个回来拆掉支柱,剩下要怎么做就不用我说了……
PS3.如果连电都不打算用的话,淘宝上还有一种神奇的东西叫做夜光漆,由长余辉发光材料和油漆配成。选取合适的颜色,买回来在罐体内部旋涂一遍,或者洒上小点,日照后发光的效果也是刚刚的。