小型溫室用led植物助長燈和光伏電池組成的光照系統的製作方法
2023-05-10 04:08:46 2
專利名稱：小型溫室用led植物助長燈和光伏電池組成的光照系統的製作方法
技術領域：
本實用新型內容屬於半導體照明技術領域，涉及一種小型溫室用LED植物助長燈和光伏電池組成的光照系統。
背景技術：
傳統的植物溫室都是依靠陽光照射提高室溫以加速植物生長，但是由於只有白天溫室才能得到陽光照射，陰雨天和夜間均得不到光照，所以植物生長時間較長，溫室內植物的產量和質量均降低。近年來隨著半導體照明燈(LED)技術獲得突破性進展，LED燈的光效已獲得迅速提高(發光效率已達160Lm/w)。LED不僅可以發出紅光、綠光和藍光等單色光，也很容易發出白光等複合光，其光譜覆蓋的範圍很廣，可以實現各類不同植物的光合作用和光形態建成所需的光譜。眾所周知，光照時間越長，蔬果和瓜果的口感越好、營養價值越高，實踐證明，紅、綠、藍及各種不同組合LED燈光下栽培的葉類蔬菜維生素含量約為陽光下栽培的葉類蔬菜維生素含量的4倍。採用LED植物助長燈，可大大縮短植物生長周期，與僅用太陽光溫室相比，由於採用M小時特定波長的光連續照射，因而可使植物生長周期縮短到三分之一到二分之一，而且利用LED植物助長燈還很容易調節蔬菜和瓜果的成熟時間，從而提供反季節蔬菜和瓜果，大大提高了經濟效益。採用LED植物助長燈進行M小時連續光照，還可以改變植物吸收營養的模式，使植物可以從空氣中吸收大量營養，從而大大減少化肥的用量。另外，由於LED燈光中不含有紅外光和紫外光，不會吸引各類害蟲，因此各類植物均不需要噴撒農藥，而且LED燈光不會造成植物葉片上水分蒸發，植物生長過程中，水分的消耗很少(實踐證明，與陽光下栽培的植物相比，可節約四分之三的水資源)。鑑於LED燈具有高效節電(在保證同樣光照的條件下，LED比白熾燈節電95%，比高壓鈉燈節電70%以上)、環保(LED燈為半導體材料發光的冷光源，對環境無任何汙染，也不產生溫室效應)、 長壽(LED的理論壽命可達100000小時，實際使用壽命可達70000小時，為白熾燈的70 100倍)等優點，兼之近年來LED燈價格大幅度降低，因而其應用場合也隨之迅速擴大；同時由於現今市場上光伏電池產量劇增及其價格的急劇下降，而光伏電池又具有太陽能源取用不竭、清潔無公害、使用安全可靠、維護簡單等優點，因而使光伏電池和LED植物助長燈組成的光照系統可以應用於小型溫室中。但由於目前溫室用LED植物助長燈均由交流市電供電，尚難於在邊防哨所、地質勘探、石油鑽井等場合的小型溫室中應用。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術存在的不足之處，提供一種結構簡單合理、 操作方便可靠、應用效果好的小型溫室用LED植物助長燈和光伏電池組成的光照系統。為實現上述發明目的的技術解決方案是這樣的所提供的小型溫室用LED植物助長燈和光伏電池組成的光照系統由光伏電池、控制器、蓄電池、恆流驅動器和LED燈組成， 光伏電池輸出端與控制器輸入端聯接，控制器一個輸出端直接接至恆流驅動器輸入端，控制器的另一個輸出端經蓄電池接至恆流驅動器輸入端，恆流驅動器的電源輸出端加接在 LED燈的工作端上。實際工作中，光伏電池將太陽的光輻射能轉換為電能，通過控制器經恆流驅動器直接供給大功率LED植物助長燈；或者通過控制器為蓄電池充電，當沒有陽光照射時，由蓄電池供電系統通過恆流驅動器為大功率LED植物助長燈提供恆定的放電電流。與現有技術相比，本實用新型的特點是採用了由光伏電池、控制器、蓄電池和恆流驅動器組成的混合供電系統，它既可發揮蓄電池容量大、成本低且可長期供電的優點，還可實現超大電流充放電的要求，具有安全性能好、循環壽命長、體積小、重量輕等優點；另外， 本實用新型採用上述設計方案後，由於LED植物助長燈所需功率大大減小，並且蓄電池供電系統可提供較大電流，確保了 LED燈的發光強度達到國家標準，因此，所需光伏電池和蓄電池的容量可以大幅度下降，系統成本大大降低，如此也使LED植物助長燈設備在邊防哨所、地質勘探、石油鑽井等場合的小型溫室中得到了充分的應用。
圖1為本實用新型的工作原理圖。圖2為圖1中控制器部分一個實施例的電路結構示意圖。圖3為圖1中恆流驅動器部分一個實施例的電路結構示意圖。圖1中所引各標號分別為1-光伏電池，2-控制器，3-蓄電池，4-恆流驅動器， 5-LED燈，6-通風與噴淋設備。
具體實施方式
以下將結合附圖對本實用新型內容做進一步說明，但本實用新型的具體實施形式並不僅限於下述的實施例。參見附圖1，本實用新型所述的小型溫室用LED植物助長燈和光伏電池組成的光照系統由光伏電池1、控制器2、蓄電池3、恆流驅動器4組成和LED燈5，光伏電池4輸出端與控制器2輸入端聯接，控制器2 —個輸出端直接接至恆流驅動器4輸入端，控制器2的另一個輸出端經蓄電池3接至恆流驅動器4輸入端，恆流驅動器4的電源輸出端加接在LED 燈5的工作端上，由LED燈5按溫室內不同植物生長的實際要求提供波長不同的光源。光伏電池1的主要作用是將太陽的光輻射能轉換為電能，通過控制器2供給LED 燈5或者將電能貯存在蓄電池3中，當沒有陽光照射時，再由蓄電池3給LED燈5供電。實際應用中光伏電池可採用320W單晶矽太陽電池組件，該電池組件的單體光電轉換效率大於16%，保質期5年，使用壽命25年。為了實現光伏電池1對蓄電池3的快速安全充電，在光伏電池1與蓄電池3之間加入控制器2。控制器2的主要作用是適時檢測光伏電池1的輸出電壓、電流、溫室內的溫度和溼度等參數，控制蓄電池3的充放電電流，確保蓄電池3不過充電，也不過放電；控制器2還可控制恆流驅動器4，從而控制LED燈5的電量和熄滅時間以及發光強度；控制器還可根據溫室內的溫度和溼度情況控制通風和噴淋設備6，滿足植物生長要求的溫度和溼度， 加速植物生長。控制器2的一個實際電路結構可選用如圖2所示的MV、15A高效脈寬調製控制器，該控制器主要由電壓電流基準、限流電路、電壓調整電路等部分組成，可由12V蓄電池組供電，具有光照時間預定時、蓄電池充放電控制、溫溼度控制、防雷擊、溫度補償等功能，其使用壽命大於8年，保質期5年。在圖2所示的電路結構中，由電阻R1和二極體Vd2 組成電流基準電路，二極體Vd2兩端電壓加到運放IClB的同相輸入端；電流取樣電阻R12由三隻電阻並聯，充電電流在R12兩端的壓降加到運放IClB的反相輸入端，與電流基準信號比較，其差值經IClB放大後，又經IClA驅動串聯調整管M0SFET，將蓄電池3的充電電流穩定在要求的數值，需要調整充電電流時，可改變R12的阻值。當蓄電池3達到規定的電壓值時， 電壓調整電路使控制器輸出恆定電壓。R2、R7、IC2組成電壓基準電路，電阻&和二極體Vds 組成電壓採樣電路。採樣電壓與基準電壓之差經運放IClA放大後，驅動M0SFET，使蓄電池 3的充電電壓穩定在規定數值。為了防止無光照時，蓄電池3向光伏電池放電1，在光伏電池1和蓄電池3之間應加入防倒流二極體。蓄電池3的主要作用是貯存光伏電池1發出的電量。目前常用的有閥控鉛酸蓄電池和磷酸鐵鋰電池等。實際應用中，固定型小型溫室可選用12V、160Ah閥控鉛酸蓄電池兩隻，保證使用壽命兩年，移動型小型溫室可選用磷酸鐵鋰電池，保證使用壽命可達8年以上。恆流驅動器4的主要功能是為LED燈5提供恆定電流，並能根據要求改變LED燈 5的照度，保證植物生長的要求。實際應用的一種恆流驅動電路如圖3所示，該電路具有輸入電壓範圍寬、控制效率高等優點。圖3中SN3910是一種單開關LED驅動專用集成電路， 直流輸入電壓範圍8 450V，直流輸出電流可從幾毫安增加到1安培。該電路外部只需要幾隻元件，即可完成LED恆流驅動功能。TOFF腳外接電容器Ctw設定內部振蕩器的工作頻率，內部振蕩器的輸出脈衝通過GATE腳驅動外接的MOSFET(Ql)。Ql的導通電流通過電感 Ll驅動LED。該驅動電流流過取樣電阻Rcs後，在CS腳產生取樣電壓，該電壓與LD腳電壓和VREF腳250mV基準電壓比較後，調整振蕩器輸出脈衝寬度，從而使輸出電流恆定。圖中二極體D1起續流作用，電阻和電容CIn組成輸入電路，可根據輸入直流電壓高低，選定 Rin的阻值。LED燈的主要作用是提供不同的植物生長要求的波長不同的光源，通常適合植物生長的為紅光加藍光。為了確保不同植物的不同要求，還可調整紅光LED和藍光LED的功率比。本實用新型選用紅光與藍光(R/B)功率之比為5的光源配置，LED光源的總功率為 100W，為了使光照均勻，採用四隻25W的LED投光燈，燈具的工作電壓為MV，燈具總效率大於 90%。
權利要求1. 一種小型溫室用LED植物助長燈和光伏電池組成的光照系統，其特徵在於它由光伏電池(1)、控制器O)、蓄電池(3)恆流驅動器⑷和LED燈(5)組成，光伏電池⑴輸出端與控制器( 輸入端聯接，控制器( 一個輸出端直接接至恆流驅動器(4)輸入端，控制器 (2)的另一個輸出端經蓄電池( 接至恆流驅動器(4)輸入端，恆流驅動器(4)的電源輸出端加接在LED燈(5)的工作端上。
專利摘要本實用新型涉及一種小型溫室用LED植物助長燈和光伏電池組成的光照系統，由光伏電池、控制器、蓄電池、恆流驅動器和LED燈組成，光伏電池輸出端與控制器輸入端聯接，控制器一個輸出端直接接至恆流驅動器輸入端，控制器的另一個輸出端經蓄電池接至恆流驅動器輸入端，恆流驅動器的電源輸出端加接在LED燈的工作端上。實際工作中，光伏電池將太陽的光輻射能轉換為電能，通過控制器經恆流驅動器直接供給LED燈，或者通過控制器為蓄電池充電，當沒有陽光照射時，由蓄電池供電系統通過恆流驅動器為LED燈提供恆定的電流。本實用新型具有結構簡單、成本低、應用效果好等優點，適於在邊防哨所、地質勘探、石油鑽井等場合的小型溫室中應用。
文檔編號H05B37/02GK202085352SQ20112012713
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者柯漢周, 柯漢忠, 王鴻麟 申請人:廣東科信實業有限公司