超级电容在太阳能光伏产品上的应用

随着全球能源的不断紧缺，如何节能、环保成为世界的主题，太阳能是无处不有、取之不尽、用之不竭的理想的清洁能源。现在市场上用来收集太阳能的储能元件大多数采用的是电池，例如铅酸电池，锂电池，镍镉电池等。由于一般电池的使用寿命短（循环充放电次数不超过1000次），低温特性差（冬天低于10℃不能工作），不环保等因素成为太阳能产品发展的瓶颈，超级电容是近些年兴起的绿色储能元件，其使用寿命长（循环充放电次数达到10万次以上，是锂电池的500倍，是镍氢、镍镉电池的1000倍），温度范围宽（-40℃～+75℃），是一种环保储能元件，而且还有充电时间短，体积小重量轻等优势完全弥补了电池在太阳能产品中的应用的缺点。因此使用超级电容器为储能的太阳能灯必将成为绿色照明中的主力军。

超级电容器太阳能灯器件选择

1、光源的选择

   LED有寿命长,节能,安全,绿色,环保等显著优点。LED的寿命可以长达10万小时以上,工作电压也很低,很适合与太阳能配合使用。数量可根据需要照明的亮暗程度调整。由于LED的离散性很大,同一型号也有很大差别,并联时需均流。一般选择额定电压为3V,额定电流为20mA的高亮的LED作为光源,颜色为白色。颜色也有多种，也可选择其他颜色有绿,蓝,紫.也可选择超高亮度的LED.

2、超级电容的选择

由于太阳能电池输入电压不稳定,同时太阳能灯当周围光线弱时才发光,必须配备蓄电装置。但是由于现在的蓄电池的寿命短,有污染而且太阳能电池和LED灯的寿命都在10年以上,这样由于蓄电池的寿命与太阳能电池和LED灯的差距给整个草坪灯系统的维护带来了麻烦。并且蓄电池还需要过充过放保护,并且其化学结构使其不能大电流充电,所以可以选择超级电容器做为储能装置。超级电容器是最近几年才兴起的一种储能装置。他的功率性能要比蓄电池好的多,充电速度快,不存在过放的问题,寿命长充放电可以达到数十万次,它是一种绿色能源，并且超级电容器可焊接,因而不存在蓄电池那样的不牢固现象.

超级电容器太阳能灯电路设计

太阳能灯可由控制电路、升压稳压电路、光控电路构成电路结构如图1所示。

一、控制电路

1、充电稳压电路

   由于太阳能电池的电压会随着光照的强度变化不稳定，会对电容造成损害，所以需要在充电系统中设计稳压电路。

   2、防止反充电控制电路

防止反充电路保证在太阳能电池输出电压低于超级电容的电压时，超级电容不会反向充点给太阳能电池，以免造成不必要的能量损耗。

二、LED驱动升压稳压电路

  由于选用的LED额定电压为3V，而超级电容的单只电压为2.5V，低于3V因此需要有升压电路来驱动LED。市场上这种DC/DC种类很多。还有专门为太阳能产品生产的DC/DC，根据不同的负载可以选择不同的芯片。

三、光控电路

由于太阳能草坪灯需要光控开关来控制LED，当周围的光线变暗时，点亮LED，光线变亮时关闭LED。可以直接采用太阳能电池作为光敏开关，因其光特性比光敏电阻要好。

该设计主要适用于各种装饰灯，草坪灯，手电筒等小功率的太阳能照明装置。在光控电路中加上脉冲触发器后可以使LED闪烁，因此还可以用做道路警示产品如太阳道钉灯、分道灯等。

超级电容器充放电时间计算方法
一般应用在太阳能指示灯上时,LED都采用闪烁发光,例如采用一颗LED且控制每秒闪烁放电持续时间为0.05秒,对超级电容器充电电流100mA,LED放电电流为15mA.

下面以2.5V/50F超级电容器在太阳能交通指示灯上的应用为例,超级电容器充电时间计算如下：
C×ΔV=I×t
C:电容器额定容量，单位F；
ΔV：电容器工作电压变化量，单位V；
I：电容器充电电流，单位A；
t:电容器充电时间，单位s
故2.5V50F超级电容器充电时间为：

t =(C×ΔV)/I
=(50×2.5)/0.1
=1250s
超级电容器放电时间为：
C×ΔV -I×C×R=I×t
C:电容器额