隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源提出了越來(lái)越高的要求，尋找新能源已成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題。由于太陽(yáng)能發(fā)電具有火電、水電、核電所*的清潔性、安全性、資源的廣泛性和充足性，太陽(yáng)能被認(rèn)為是二十一世紀(jì)重要的能源。太陽(yáng)能的存儲(chǔ)是太陽(yáng)能產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵，目前主要采用各種電池，但是電池的充電時(shí)間長(zhǎng)、壽命短以及不環(huán)保一直是太陽(yáng)能產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸，而超級(jí)電容器作為一種充電快、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保型儲(chǔ)能元件，它給太陽(yáng)能產(chǎn)品的發(fā)展帶來(lái)了新的活力。本文詳細(xì)介紹了一種超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該草坪燈很好的結(jié)合了太陽(yáng)能和超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)，它無(wú)需安裝其他電源，就可以主動(dòng)發(fā)光，還能夠根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱自動(dòng)控制燈的開(kāi)關(guān)，而且安裝方便、不用布線、工作穩(wěn)定可靠、免維護(hù)、環(huán)保無(wú)污染、使用壽命長(zhǎng)，可廣泛應(yīng)用于廣場(chǎng)綠地、小區(qū)草坪等場(chǎng)所。 

設(shè)計(jì)選擇 

a. 光源的選擇 

由于LED技術(shù)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵性突破，同時(shí)性能價(jià)格比也有較大地提高?，F(xiàn)在的LED壽命已可達(dá)到100 000h以上，而且工作電壓低，非常適合應(yīng)用于太陽(yáng)能草坪燈上。另外，LED由低壓直流供電，其光源控制成本低，可以調(diào)節(jié)明暗，并可頻繁開(kāi)關(guān)，而且不會(huì)對(duì)LED的性能產(chǎn)生不良影響。因此，從可靠性、性價(jià)比、色溫和發(fā)光效率等幾個(gè)方面綜合考慮，設(shè)計(jì)時(shí)可選擇額定電壓為3.3 V、工作電流為6 mA的超亮LED作為光源。由于草坪燈不但要有裝飾作用，還要有一定的照明功能，故可選擇8個(gè)LED使用。 

b. 太陽(yáng)能電池的選擇 

太陽(yáng)能電池是依據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)原理把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，是超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的核心器件。太陽(yáng)能電池性能的好壞直接決定著能量的轉(zhuǎn)換效率及輸出電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)也直接決定了超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的性能。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用性價(jià)比比較好的單晶硅太陽(yáng)能電池。 

由于地球上各個(gè)地區(qū)的太陽(yáng)年總輻射量與平均峰值日照時(shí)數(shù)不同，太陽(yáng)能草坪燈的設(shè)計(jì)和燈的使用地理位置是有關(guān)系的，太陽(yáng)能電池組件額定輸出功率和燈具的輸入功率之間的關(guān)系大約是2～4：1，具體比例要根據(jù)燈的每天工作時(shí)間以及對(duì)連續(xù)陰雨天的照明要求決定。本系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的功率為3.3V×0.006×8=0.1584 W，假設(shè)每天工作12個(gè)小時(shí)，太陽(yáng)能電池功的效率為40％，每天有效工作時(shí)間為5小時(shí)，則可選用3 W／6 V的太陽(yáng)能電池。 

c. 超級(jí)電容的選擇 

由于太陽(yáng)能電池的輸入能量極不穩(wěn)定，同時(shí)草坪燈只是在周圍光線較弱時(shí)才發(fā)光，因而必需配置蓄電系統(tǒng)才能有效工作?，F(xiàn)階段普遍采用鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池或Ni-H蓄電池，但采用蓄電池作為蓄電系統(tǒng)有許多缺陷：首先可充電型蓄電池的充電次數(shù)有限(小于1000次)，使用壽命較短；其次，由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，它不能進(jìn)行大電流充電；第三，蓄電池需要有防過(guò)充、防過(guò)放以及溫度補(bǔ)償?shù)瓤刂齐娐罚铱刂齐娐繁容^復(fù)雜；第四，可充電型蓄電池主要利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行充放電，電池中的廢物會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，不屬于環(huán)保產(chǎn)品。 

因此，本產(chǎn)品中選用超級(jí)電容做為儲(chǔ)能元件。該電容具有法拉級(jí)的超大電容量，*的荷電保持能力，且漏電流非常小，8小時(shí)電壓下降率小于5％；無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路，充電迅速，而且可以在僅高于其漏電流(典型值約為1 mA)的狀態(tài)下充電，因此，即使在陰天，太陽(yáng)能電池也能對(duì)超級(jí)電容器充電；與蓄電池相比，其過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響，可靠性高、使用壽命長(zhǎng)(充放電循環(huán)壽命在10萬(wàn)次以上)；此外還具有優(yōu)良的溫度性能，可在-40℃～75℃的環(huán)境溫度中正常使用；無(wú)污染，是一種綠色電源；可焊接，而且不存在象蓄電池那樣接觸不牢固等問(wèn)題