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1、 本文由eynie20贡献 df文档可能在AP端浏览体验不佳。建议您优先选择T,或下载源文件到本机查看。 科技信息 机械与电子 IECE TECHOLOGY INFORMATON 9 年 第期 手动角度可调式太阳能 E 照明系统的试验研究 何伟 周梓荣 （东莞理工学院城市学院机电工程系 广东 东莞 5236) 【摘 要】太阳能是一种永不枯竭和清洁可再生的绿色能源 , 而半导体发光二极管 （LED) 也是一种环保、节能和高效的固态电光源。 本文分析了两者技术特点和东莞地区日照条件，对适合用于东莞地区的角度手动可调式太阳能 LED 照明系统进行了试验研究 ，结果表明该系统的可行性和高效性。【关键词
2、】角度可调；光伏发电;LD 照明系统 Te PlStyBased Onanully djstble Ange Solr Powe Senducr L Lihting Sye HE We ZHOUZi-rong (Deatentf Mehnc AdEecrial Egerig,Citle f Dong guanUiversy ftecholoy,Dog uan，Guangdng,52316) 【Abstrac 】Slar energan inexhustibe a clean green renewab nergy，Teseicnductor ight-eittng diod (ED)i aso
3、 a indo nironmental rtcton, energy savng ad efit elctric solid-state light sur, inwchth articl anaethe tecloy crater of them anddaylit onditis of on uan disrict,andconduted plotsdy by ane djustblesoar power semidutLED ghtng system of applingtoh g uan distrit,the rsuls shwtat th systefasbit d efficie
4、ncy. 【Ky wors 】dustableangle；oovoltaic pow genertn;Th smicnductor lgh-emittig dide lhtigsytem 引言 在全球经济飞速 发 展 ,能 源 日 趋紧 张 的今 天 ,能 源 已经 成 为 世 界 最受关注问题。根据世界能源权威机构分析,世界已探明的主要矿物 燃料储量和开采量不容世人乐观。石油剩余可采年限仅有 41 年;天然 气剩余可采年限 61.9 年;煤炭剩余可采年限 230 年。 传统能源的迅速 减少以及严重的污染问 题，已 经 危 害 到 了 全 球 的 经 济 和 环 境 ，提倡 环 保、节能已是各
5、行各业发展的趋势所在。太阳能作为地球上的清洁能 源将是 1世纪最理想的新能源， 而利用光伏发电技术将太阳能转化 为 电 能是 太 阳 能利 用的有 效 途 径 ;E (ligt eii diode) 是 一 种 能 将电能转化为可见光的半导体器件，凭其节能无污染的特点现已广泛 运用于照明领域中， 因此作为集成了太阳能光伏发电和 LD 固态照 明优点的太阳能 LE 照明系统，是新一代能源和新一代光源的完美结合1。 1太阳能光伏发电技术 1.太阳能光伏发电的技术特点1 太 阳 能 光伏发 电是 依 靠 太 阳 能电 池 组件 （Solar cells) 利 用半导 体 材料的电子 学特 性 ，当
6、太阳 光 照 射在半 导体 N 结上,由 于 PN 结势 垒区产生一个较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子 和空穴, 或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴, 在内建静电场的作用下，各向相反方向运动。 离开势垒区，结果使 P 区 电势升高, 区电势降低从而在外电路中产生电压和电流， 实现将光 能转化成电能。 1.2 太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统主要包括:太 阳 能 电池组 件（ 阵 列 ) 、控 制 器、 蓄电池、逆变器、用户即照 明 负 载 等 组 成 ,其中 ,太 阳 能 电 池 组 件 和蓄 电池为电源系统,控制器和逆变器为控制保护系统,负载为系统
7、终端。 1.21太阳能电源系统 1) 电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分 ,也是太阳能发电 系统中价值最高的部分, 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。 2) 电能储存单元2: 太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响 着系统的工作效率和特性。 蓄电池技术是十分成熟的 ,但其容量要受到末端需电量,日照时间 (发电时间) 的影响。因此蓄电池瓦时容量和安 时容量由预定的连续无日照时间决定。1.22控制器 控制器的 主要 功能是使 太 阳 能发 电 系 统 始终 处 于 发电 的最 大 功 率点附近，以获得最高效率，其功能分为充电
8、控制和发电控制。 1.2.3 蓄电池 蓄电池一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电 池或锂电池池。 其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储 存起来，到需要的时候再释放出来。 1.逆变器 逆变器按激励方式, 可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变 。 主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。 1.3基于太阳能光伏发电与LED 照明系统的结合LD 是一种在P-N 结上施加正向电流时能发出紫外光、可见光、 红外光的半导体固体发光器件。其发光机理的核心在于 P-N 结，当外 加正向电压时，PN 结 平 衡 被 打 破 ,P区空穴进 入P-N 结 中 和 原 来 的 一部分负离子，N
9、 区电子进入 P 结中和原来的一 部 分 正 离 子,这 样就使 -N 结变窄,由于外加电场使 P-N 结电场降低,引起电子势能的 减少,减少的势能则转化为电磁能，会以光子的形式释放出来。 电子减 少的能量越多，释放的光子的能量也就越高。LED 半导体照明光源具有广泛的优越性，包括：使用寿命长、发光 效率高、体积小重量轻、环保安全可靠等优点以外，还有一个显著优点 就 是 太阳 能 光 伏 发 电技术 与LE 照 明 完美 结 合 在 于 两者同 为 直 流电、电压低并能互相匹配。 两者的结合不需要变频器将太阳能电池产 生的直流电转化为交流电,因此大大提高了整个照明系统的效率。 2. 角度手动可
10、调式太阳能半导体照明系统设计方案 按全国太阳 能 资 源 等 级 划 分 ，广 东地区属 于 第 三 级 ,年 总 辐 射 量 4200-540 兆 焦耳 /平 方 米年, 东 莞 地区 年 总辐射量 达 到 5000兆 焦 耳 / 平方米年3。 东莞地区有较好的太阳能资源,充分利用太阳能是节 约能源的有效手段。 太阳光照射太阳能电池板的角度影响太阳能利用 的程度, 提高太阳能转换为电能的效率是太阳能技术的重点和难点, 调整太阳能电池板的被照射角度可以提高利用率。 通过实验研究角度 手动可调式太阳能半导体照明系统的可行性和高效性。 1太阳能电池角度的计算2.1. 方位角 太阳电池板的方位角是电
11、池板的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度,向西偏设定为正角度)。一般情况下，方阵朝向正南 （即方阵垂直面与正南的夹角为 )时,太阳电池发电量是最大的。 在偏 离 正 南 （北半 球 ）30 度时,方 阵 的 发 电 量 将 减 少 约0%15 ;在 偏 离正南（北半球)6时，方阵的发电量将减少约2030% 。 负荷的峰 值时刻与发电峰值时 刻一致 时 ,其 发 电利 用 效 率最高,此 时 方 位角 计 算公式如下：方位角 =一天中负荷的峰 值 时 刻 (24 小 时 制 ）121+ （经度 - 1) .2 倾斜角倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角 ,并希望此夹角是 方阵一年中发
12、电量为最大时的最佳倾斜角度。 一年中的最佳倾斜角与 当地的地理纬度有关，当纬度较高时,相应的倾斜角也大。此外，还要 进一步考虑其它因素。对于正南（方位角为 度 ）,倾斜 角 从 水 平 （倾 斜角为 0 度)开始逐渐向最佳的倾斜角过渡时 ,其日 射 量 不 断 增 加 直 到最大值,然后再增加倾斜角其日射量不断减少。 特别是在倾斜角大于 506以后,日射量急剧下降 ，直 至 到最 后 的 垂 直放 置 时，发 电量下降到最小。 对于方位角不为 0 度的情 况 ， 斜 面 日 射量的 值 普 遍 偏 低,最大日射量的值是在与水平面接近的倾斜角度附近。 2.3 实际值计算 东莞市 城区 纬度为 2
13、2.8 度 ，经 度 为 13.6 度 ,一 天中 负荷的 峰 值 462 科技信息 机械与电子 SIENE &THNOLO INFRATIN 209 年 第9期 时刻12.5 ,按照方位角计算公式： 方位角 (15-12)15+（113.11 )=7.-2.4=51 倾斜角 =当地纬度 =22.8 22 角度手动可调太阳能电池板设计方案 东莞某高校为教学楼楼梯间安装太阳能 LE 照明路灯系统,图 为角度手动可调式太阳能电池板试验装置。 表 读数日期 蓄电 池最 高电压 208 年方位角 ，倾斜角 时蓄电池最高电压值 22 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 -8 2-10 2-11 -1 1.5 1.2 12 11.5 12.3 1.5 12.6 12.1 118 12 2 读数 日期 -12 2-12- 2-126 7 18-19 -20 222-22 蓄电 池最高电 压 2.3 12.5 125 1. 12. 3 13 13. 1 13213 读数 均值 日期 2- 2-24 2-22-26 2-27 2-82-29 蓄电 池最 高电 压V 12 12.2 1 12 .5 2
