太阳能照明的原理、组成及发展趋势
发布时间：2014/4/19 11:14:10 来源：本站
1 太阳能照明概述：太阳能是“取之不尽，用之不竭”的，无污染的可再生动力，每天送到地球表面的辐射能大概相当于2．5亿万桶石油。在很长一段时刻内，太阳能都白白地从大家身边“溜走”了。跟着科学技能的飞速开展，太阳能逐渐被开发运用，并已变成最有开展前景的环保动力之一。
当前，太阳能的运用方法首要有两种。（1）通过太阳能电池将太阳能转化为电能用于发电，即光伏发电，如太阳能照明、太阳能发电站等。（2 ）通过集热器把太阳能变换为热能加以运用，例如太阳能热水器、太阳灶等。
其间，太阳能照明是运用太阳能最重要的路径之一，也是咱们首要注重和研讨的对象。在室外照明中，太阳能照明的开展势头微弱。太阳能路灯（非主干道）、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能交通信号灯、太阳能广告灯等已不罕见，均变成绿色照明中的亮点。咱们所说的太阳能灯，既指灯具、光源，也包括太阳能电池、蓄电池、控制器、逆变器、灯杆等配套器材。
太阳能照明最显著的特色是节能、经济、环保，无需由传统的公共电力体系获取电能，节省了变配电设备、缆线、开关等的出资，根本没有运转费用。太阳能转化为电能，避免了煤、油、核等发电导致的大气和环境污染。在当今技能条件下，太阳能照明特别适宜运用于供电间隔较远或不易供电的当地。
2 太阳能照明原理：太阳能电池板把太阳能转化为电能，通过大功率二极管及控制体系给蓄电池充电。充电到必定程度时，控制器内的自保体系动作，堵截充电电源。晚间，太阳能电池板充当了光电控制器，发动控制器，蓄电池给照明灯供电，点着照明灯；清晨，太阳能电池板又充当了光电控制器，发动控制器，堵截照明灯电源，重新开始进行转化太阳能为电能的作业。在太阳能灯燃亮时，还能够依据设置进行调光。
3 太阳能照明构成：太阳能照明由太阳能电池板、蓄电池、太阳能灯专用控制器、发光体及灯杆等构成。下文要点介绍太阳电池、蓄电池、逆变器（沟通照明灯泡用）、太阳能灯专用控制器、发光体等。
3.1 太阳能电池
3.1.1 太阳能电池原理：太阳能电池是运用光电变换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的器材，这种光电变换进程通常叫做“光生伏打效应”，太阳能电池又称为“光伏电池”。当太阳光照射到由P、N型两种不一样导电类型的同质半导体资料构成的P－N结上时，在必定条件下，太阳能辐射被半导体资料吸收，构成内建静电场。假如从内建静电场的两边引出电极并接上恰当负载，就会构成电压和电流，这即是太阳能电池的根本原理。单片太阳能电池即是一薄片半导体P-N结。规范光照条件下，额外输出电压为0．48V。为了取得较高的输出电压和较大容量，通常把多片太阳能电池衔接在一起。太阳能电池的输出功率是随机的。不一样时刻、不一样地址、不一样安装方法下，同一块太阳能电池的输出功率也是不一样的。当前，太阳能电池的光电变换率通常在百分之十几以上，单个发达国家的太阳能电池光电变换率已经能够到达30％左右。
3.1.2 太阳能电池分类（1）硅太阳能电池；（2）以无机盐如：砷化镓ＩＩＩ－V化合物、硫化镉、铜、铟、硒等多元化合物为资料的电池；（3）功用高分子资料制备的太阳能电池；（4）纳米晶太阳能电池等。硅太阳能电池技能相对较老练，半导体资料的禁带不是太宽，光电变换率较高，资料自身不形成污染，所以硅是当前最理想的太阳能电池资料。以其他资料为根底的太阳能电池也正在研发和开展进程中。
3.1.3 硅太阳能电池（1）单晶硅电池：当前，单晶硅太阳能电池光电变换率最高（20％左右），技能最为老练，但因为单晶硅资料报价过高，制造技术繁琐，形成单晶硅本钱报价居高不下，变成开展单晶硅太阳能电池的一大妨碍，如今正在逐渐被多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池等替代。当前，单晶硅太阳能电池在路途照明、交通信号等室外照明中的运用较为遍及，光电变换率为11％～24％，运用年限较长。（2）多晶硅电池：多晶硅薄膜电池因为所运用的硅比单晶硅少许多，不存在功率阑珊等疑问，而且有能够在贱卖衬底资料上制备。多晶硅薄膜太阳能电池的本钱远低于单晶硅电池，光电变换率近20％，高于非晶硅薄膜电池。因而，多晶硅薄膜电池将有望变成太阳能电池的主导产品。多晶硅太阳能电池在室外照明中的运用将越来越广泛。（3）非晶硅电池：非晶硅薄膜太阳能电池制造简单，本钱较低，便于大规模出产，遍及遭到大家的注重并得以迅速的开展，光电变换率在14．5％以上，但安稳性较差。进步变换率和安稳性对错晶硅薄膜太阳能电池的开展方向。当前，非晶硅电池在低功率电力体系中运用较多。
3.1.4 研发中的其他太阳能电池（1）纳米晶化学太阳能电池：纳米晶化学太阳能电池是新式太阳能电池，当前仍在研发进程中，其间纳米晶ＴｉＯ2太阳能电池倍受注重。纳米晶ＴｉＯ2太阳能电池光电功率在10％以上，制造本钱为硅太阳电池的1/5～1/10，寿数可到达20年以上。（2）聚合物多层修饰电极型太阳能电池：原资料为有机资料，柔性好，制造简单，资料来历广泛，本钱较低。功用和寿数远不如硅电池，但有能够提供贱卖电能。此项研讨刚刚起步。（3）多元化合物薄膜太阳能电池：有些金属化合物如硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的功率比非晶硅薄膜太阳能电池功率高，本钱较单晶硅电池低，而且也易于大规模出产，但因为镉有剧毒，会形成严峻污染，因而，不能开发运用。
3.1.5 太阳能电池的容量挑选：太阳能电池功率有必要比负载功率高出4倍以上，体系才干正常作业。
3.2 蓄电池
3.2.1 太阳能照明有必要装备蓄电池太阳能照明有必要装备蓄电池才干作业，这是因为：（1）太阳能电池只能在白天进行光电转化作业，电能在夜晚才干用于照明，因而有必要储藏在蓄电池内。储藏的容量要满意当地接连几个天阴的照明需要。（2）太阳能电池板的输出能量极不安稳，装备蓄电池后，太阳能灯等负荷才干正常作业。
3.2.2 蓄电池的品种和运用（1）铅酸蓄电池：传统蓄电池，能量密度较低，对环境污染较为严峻，将逐渐被筛选。
（2）Nｉ－Ｃｄ（镍－镉）蓄电池：功用较铅酸蓄电池优胜，但能量密度缺乏，镉的污染严峻，大都国家严格控制此类蓄电池的出产和运用。（3）Nｉ－Ｈ（镍－氢）蓄电池：具有能量密度高、重量轻、寿数长、无环境污染等长处，各国正在活跃开发。发达国家在20世纪９0年代已经进入产业化阶段。（4）锂电池：新式高能化学电源，具有高容量、高功率、小型化、无污染的特色。锂电池首要用于笔记本电脑和手机。当前，中国室外照明很多运用全封闭、免维护的铅酸蓄电池。小型照明工程、笔记本电脑和手机等很多运用锂电池、镍氢电池。锂电池的运用领域正在逐渐扩展。 研发、推行无污染蓄电池是开展太阳能照明迫切需要处理的一个严峻课题。
3.2.3 蓄电池容量挑选：中国地域宽广，气候区别很大，蓄电池白天贮存的电能应能满意夜晚照明的需要，一起大概满意当地接连阴雨天气时夜晚照明的需要。但是，所选蓄电池容量也不必过大，不然，蓄电池经常处于亏电状况，将影响蓄电池的寿数，形成不必要的糟蹋。对蓄电池容量巨细的挑选，中国西部地区主张高出照明灯日耗电量的4倍以上；北方地区主张高出照明灯日耗电量5倍以上；南边地区主张高出照明灯日耗电量6倍以上。
3.3 控制器：控制器的作用是控制太阳能灯体系的作业状况，如照明灯的光控或设置开关、调光、雷电维护、电路短路维护，对蓄电池进行过充电维护、反充电维护、过放电维护、温度补偿等。控制器是太阳能灯的“大脑”。有了合格的控制器，太阳能灯才干顺畅作业，一起延伸蓄电池等器材的寿数。
3.4 逆变器：逆变器是把蓄电池输出的直流电变成沟通电的设备，照明负载为直流时不必设置，照明负载为沟通负载时有必要运用。依据中国现状，通常蓄电池为24V（或12V、36V），室外照明灯泡（灯管）为220V、50Ｈｚ沟通，因而，逆变器多为ＤＣ24V（或12V、36V）/AC220V的电压方式。逆变器也应具有电路短路维护、欠压维护、过流维护、反接维护及雷电维护等功用。
3.5 照明负载：因为太阳能照明存在光电变换率较低，本钱报价较高级要素，使得当前其运用规模仅限于交通信号灯、景象照明、装修照明等规模，以草坪灯、庭园灯、小功率路（非主干道）灯等为主。太阳能照明光源以LED发光二极管、三基色高效节能灯为主，也能够运用低压钠灯、无极灯，单个情况选用小功率HID灯。LED与节能灯对比，前者寿数较长、光效较低；后者寿数较短、光效较高。在不一样情况下，要通过经济技能对比，从中挑选适宜的光源。太阳能交通信号灯光源选用LED发光二极管，寿数长，发光功用契合信号灯的需求。有调理明暗、频频开关功用的1W以下的小功率太阳能草坪灯，通常大概运用LED作为光源。关于功率较大的太阳能草坪灯，当前运用三基色高效节能灯对比合理。庭院灯和路灯以装修为主时，主张挑选LED发光二极管；以照明为主时，主张挑选三基色高效节能灯或低压钠灯。跟着LED发光二极管光效的进步，太阳能照明的配套光源将越来越多地运用LED发光二极管。
4、太阳能照明的开展趋势（1）提高电池板的光电变换率；（2）加大体系容量，满意大功率室外照明灯的需求；（3）下降本钱。当前，一套太阳能照明灯（全套）是一般照明灯（全套）的几倍，影响了太阳能照明的推行运用；（4）延伸蓄电池等器材的寿数，然后延伸太阳能照明体系的寿数； （5）减小电池板、蓄电池等的体积，美化杆型；（6）逐渐筛选严峻污染的铅酸蓄电池、Nｉ－Ｃｄ蓄电池等，加快开发研发无污染蓄电池，完成真实含义的环保；（7）太阳能照明在通过技能进步和下降报价后，将变成新世纪的主导光源之一。
