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太陽能照明原理、組成及控制系統

發布時間:2011年2月12日

 

隨著全球能源的日益緊張,太陽能光伏照明得到了迅速發展。在太陽能照明燈的設計中涉及多個環節,其中任何一個環節出現問題都會造成產品缺陷。為了提高照明系統發電量的利用率,克服系統缺電帶來的不足,在太陽能照明系統的發展中,人們不斷的對照明系統常用的控制模式進行分析,設計各種實際可行的工作模式,同時光源技術也在不斷的更新換代中,蓄電池的充電模式也在不斷的研究探索中有效利用率越來越高。在太陽能各個組成部分的發展和協調中,太陽能照明系統正在不斷發展完善。
  一、太陽能燈的原理及組成
  太陽能燈具系統為直流型獨立光伏系統,其工作原理如圖1所示。太陽能電池組件將太陽能轉化為電能,通過控制器進行控制及保護,將電能轉變為化學能儲存在蓄電池中。當用電時,蓄電池再將化學能轉化為電能,供直流負載使用,或者通過逆變器逆變為交流電供交流負載使用。只有當長時間無光照以致電池中的電能用完時,這個裝置才停止工作。
  太陽能樓道燈包括有—個安裝在建筑物樓頂的太陽能電池和安裝在各個樓層的照明燈,以及統一安放的蓄電池,充放電控制器。蓄電池與各樓層的照明燈通過導線連接。負載采用LED燈具,并配合聲光控開關工作。白天,太陽能電池組件在一定強度的太陽光照射下產生電能,通過太陽能充放電控制器存儲到蓄電池內;夜晚,蓄電池通過充放電控制器為負載提供電能。通常,太陽能系統在設計時會根據實際情況增大蓄電池的容量,隊保證陰雨天的照明。
  太陽能路燈由以下幾個部分組成:太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼,有的還要配置逆變器。
  太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分,也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能,或送至蓄電池中存儲起來。太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中,推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場,而在太陽能電池中推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱。也就是通常所說的光生伏特效應原理。目前光電轉換的效率,大約是光伏電池效率大約是單晶硅13%-15%,多晶硅11%-13%。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。
  太陽能燈具系統中最重要的一環是控制器,其性能直接影響到系統壽命,特別是蓄電池的壽命。控制器用工業級MCU做主控制器,通過對環境溫度的測量,對蓄電池和太陽能電池組件電壓、電流等參數的檢測判斷,控制MOSFET器件的開通和關斷,達到各種控制和保護功能。皇明智能型太陽能燈具控制器能為蓄電池提供全面保護,使蓄電池更能可靠地長久工作。
  3、蓄電池
  由于太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定,所以一般需要配置蓄電池系統才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則:首先在能滿足夜晚照明的前提下,把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來,同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要,蓄電池過大,一方面蓄電池始終處在虧電狀態,影響蓄電池壽命,同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷(路燈)相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上,系統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20~30%,才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。
  4、光源
  太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標,一般太陽能燈具采用低壓節能燈、低壓鈉燈、無極燈、LED光源。
  LED燈光源,壽命長,可達1000000小時,工作電壓低,不需要逆變器,光效較高,國產50Lm/w,進口80Lm/w。隨著技術進步,LED的性能將進一步提高。筆者認為LED作為太陽能路燈的光源將是一種趨勢。
目前多數草坪燈選用LED作為光源,主要利用太陽能電池的能源來進行工作。當白天太陽光照射在太陽能電池上,把光能轉變成電能存貯在蓄電池中,再由蓄電池在晚間為草坪燈的LED(發光二極體)提供電源。LED節能、安全、壽命長,工作電壓低,非常適合應用在太陽能草坪燈上。特別是LED技術已經經歷了其關鍵的突破,并且其特性在過去5年中有很大提高,其性能價格比也有較大的提高。
  5、燈桿及燈具外殼
  燈桿的高度應根據道路的寬度、燈具的間距,道路的照度標準確定。燈具外殼根據我們收集了許多國外太陽燈資料,在美觀和節能之間,大多數都選擇節能,燈具外觀要求不高,相對實用就行。
 
 





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