太阳能在照明灯具上的应用

《太阳能在照明灯具上的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能在照明灯具上的应用（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、太阳能在照明灯具上的应用概述太阳能电池作为一种新能源，在民用方面首先应用在照明灯具上。目前，在西部光明工程，非主干道太阳能路灯，太阳能庭院灯和太阳能草坪灯，太阳能装饰灯等方面的应用已经逐渐形成规模。在太阳能照明灯具的设计中，涉及光源、太阳能电池系统、蓄电池充放电控制许多因素，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。那就让我们先了解一下太阳能灯具组成吧！ 1、太阳能电池板 2、充放电控制器 3、 蓄电池 4、负载 5、灯具外壳 太阳能电池 太阳能电池主要功能在将光能转换成电能，这个现象称之为光伏效应。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种

2、，在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。转换效率在近几年不断提高。在阴雨天比较多阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因单晶硅太阳能电池电性能参数比较稳定。当然非晶硅太阳能电池在室内阳光很弱的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。 首先，任何一款太阳能灯具产品我们必须先了解太阳能电池，太阳能电池有五大电性能参数： 1、Isc 是短路电流 2、Im 是峰值电流 3、Voc 是开路电压 4、Vm 是峰值电压 5、Pm 是峰值功率 Pm 是峰值功率= Im 是峰值电流Vm 是峰值电压 注：以

3、上计算跟据太阳能电池的外特性 对于单片太阳能电池来说，它是一个 PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有 PN 结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。 用户可以先看太阳能电池来知道价格，性能及太阳能灯具照明的稳定性，下面我会根据和负载，蓄电池之间作介绍。 充放电控制器 无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电，.另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对

4、蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。 没有一个性能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。充放电控制器必须要到以下几个特点： 1、防反充电控制 2、防过充电控制 3、防过放电控制 4、温度补偿 蓄电池 由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作，太阳能灯具也不例外，必须配置蓄电池才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H蓄电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下

5、,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。 蓄电池的选择也是要看太阳能电池，负载来确定的，下面我们在系统设计中作介绍。 负载 太阳能灯具产品以节能环保为优势，当然负载要节能，寿命长。我们一般采用 LED 灯与12V 直流节能灯及低压钠灯等。 目前多数草坪灯选用 LED 作为光源，LED 寿命长，可以达 100000 小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。 庭园灯一般采用 12V 直流节能灯，直流节能灯电压为直流，无需

6、逆变，方便安全。 路灯一般采用 12V 直流节能灯与低压钠灯，低压钠灯光效高（可达 200LM/W） 。但由于低压钠灯价格比较昂贵，采用较少。 灯具外壳 我们收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。灯具外观要求不要很高，相对实用就行。目前有很多厂家外观很漂亮，选用不锈钢外壳。但性能到底怎样呢？这又让我们深思！ 系统设计 一款好的太阳能灯具产品，关键在于系统设计，怎样才是合理的系统设计呢？那就让我们先了解一下影响系统的几个重要因素吧！ 纬度 太阳能方阵面上的年总辐射量 最长无日照天数 日耗电量 平均每日峰值日照时数 让我们试想一下：如果太阳能电池充电量不足每天放电量会

7、怎样呢？如果连续几年阴雨天系统还能照明吗？这些问题都要我们设计人员的精心设计。下面我又给大家介绍一种简单判断太阳能灯具系统性能的方法：我们必须知道系统负载功率，1：太阳能电池功率必须比负载功率高出 4 倍以上系统才能正常工作。2：蓄电池容量必须比负载日耗电量高出 3 倍以上（西部地区） ，南方地区要高出 5 倍以上为好。 接下来就太阳能电池的外特性、蓄电池充放电控制、太阳能照明灯具经常使 LED 与三基色高效节能灯进行比较，分析各自优点与缺点以及使用场合。同时针对目前市场上太阳能灯电路设计中存在的问题提出改进方法。由于太阳能灯其有独特的优点，近年来得到迅速的发展。草坪灯功率小，主要以装饰为目的

8、，对可移动性要求高，另外，电路铺设困难，防水要求高，上述要求使得由太阳能电池能供电的草坪灯显示出许多前所未有的优势。尤其是国外市场对太阳能草坪灯比其它产品需求十分巨大。2002 年，仅广东和深圳用于制造出口太阳能草坪灯消耗的太阳能电池就达到 2MW，相当于当年国内太阳能电池产量的 1/3，今年仍然保持强劲的发展势头，这是人们没有预料到的。太阳能庭院灯在公园，生活小区以及非主要交通道路上得到广泛应用。同时，由于发展太快，有些产品技术上不够成熟，在光源的选择以及电路设计中存在许多缺陷，降低了产品的经济性和可靠性，浪费了许多资源。本文针对上述存在的问题，提出自己的看法，供生产太阳能灯具的工厂参考。1

9、 太阳能电池的外特性从应用的角度论述，大家主要关心的是太阳能电池的外特性。首先，对于单片太阳能电池来说，它是一个 PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN 结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件，这是一个不可忽视的问题。它的输出特性曲线如图 1。图 1 中，Isc 是短路电流，Im 是峰值电流，Voc 是开路电压。Vm 是峰值电压，Pm 是峰值功率。在使用中，太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏，实际

10、上我们也正是利用它的这个特性对系统蓄电池充放电进行控制的。2 太阳能电池在使用中必须注意的问题2.1 太阳能电池功率的选择我们所说的太阳能电池输出功率 Wp 是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101 标准，辐射强度 1000W/m2，大气质量 AM1.5，电池温度 25条件下，太阳能电池的输出功率。这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多， （在长江下游地区只能接近这个数值）这并不象有些人想象的那样，只要有阳光就会有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常使用。这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同

11、的。表 1 是我国不同地区太阳光照条件。为了更加直观地了解各地每天太阳能辐射的平均分布，表 2 给出年总辐射量与日平均峰值日照时数（太阳能电池每天可以接受到 1000W/m2 辐照度的等效时间）对应关系。表 2 年总辐射量与日平均峰值日照时数对应表通过上面资料可以看出，太阳能灯具的设计和灯具的使用地区有关。太阳能电池组件额定输出功率和灯具输入功率之间关系在华东地区大约是 24:1，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。另外太阳能电池的输出功率大约 120W/m2。2.2 蓄电池容量的选择由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作，太阳能灯

12、具也不例外，必须配置蓄电池才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H 蓄电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。2.3 太阳能电池封装形式的选择目前太阳能电池的封装形式主要有 2 种，层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命 25 年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅 12

13、年。因此，1W 以下的小功率太阳能草坪灯,在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯，建议使用层压的封装形式。另外，有一种硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到 10 年。2.4 太阳能电池安装倾斜角度的选择和装饰性外罩为了美观，许多的太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少 15%20%，如果再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少 5%左右，太阳能电池价格昂贵，我们收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。在长江下游太阳能电池的最理想倾斜角度是 40 度

14、左右，方向为正南方。 2.5 热岛效应单片太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳太阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。3 太阳能灯具中蓄电池的充放电控制无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电

15、池过充电及深度放电，.另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。.没有一个性能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。3.1 防反充电控制防止反充电功能，一般来说，就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。另外，还可以用场效应晶体管控制防止反充电功能，它的管压降比肖特基二极管更低，只是控制电路要比前面复杂一些。3.2 防过充电控制防止过充电功能，可以在输

16、入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为 2.2V。3.3 防过放电控制除了 Ni-Cd 电池外，其它蓄电池一般都要具有防止蓄电池过放电功能，因为会造成蓄电池过放电永久性损坏。需要注意的是，太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。3.4 温度补偿温度补偿，蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的，所以太阳能灯系统应该有一个受温度控制的基准电压。对于单节铅酸蓄电池是-3-7mV/，我们通常选用-4mV/。4 太阳能灯具光源的选择目前多数草坪灯选用 LED 作为光源，LED 寿命长，可以达到 100000 小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是 LED 技术已经实现了其关键性突破，并且其特性在过去 5 年中有很大地提高。同时性能价格比也有较大地提高。另外，LED 由低压直流供电，其光源控制成本低，调节明暗，频繁开关都是可能的，并且不会