光伏发电照明系统设计浅析

FredericBe

【摘 要】本文主要对光伏发电照明系统进行分析，从根本上对太阳能得到全面的了解，掌握太阳能照明的优势，并阐述了太阳能路灯与普通路灯的本质区别，从中了解到太阳能是一种潜力无限的清洁、高效而且可持续的可再生能源，是全人类节能环保的首选。文中主要从太阳能照明的优点、发展趋势、与普通照明的比较、以及太阳能路灯的工作原理及实际应用几个方面来进行阐述。
【关键词】光伏发电；太阳能；蓄电池；照明系统
0 绪论
1）太阳能照明的节能优点
无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。同时，使用太阳能也是一个明智的财务选择。如果使用太阳能电池板为您的住宅供电，在收到每个月的电费单时，您就能体会到这一点。另外，太阳能是环保的选择——如果您知道使用太阳能将为您的孩子留下一个更环保的美好世界，您一定会感到自豪。
如今，全球的光伏（Photovoltaic， PV）太阳能供不应求，是增长最快的可再生能源之一。随着制造工艺的高效化，光伏系统的成本将继续下降。如今，光伏系统的价格已经是20年前的1/25。即使是商业电力公司，也正在寻求通过利用太阳能来构建更为稳定的成本结构。研究结果显示，太阳能在北方的气候条件下更为有效。在加利福尼亚州，电费每年上涨6.7%。太阳能则可以用来预防未来电费的居高不下。在许多国家，您可以将富余电力卖给电力公司，冲抵您的电费。与高成本的化石燃料污染和全球温室效应相比，太阳能不仅使用范围广，而且更经济。在近期的民意调查中，当受访对象被问及哪类能源最适合子孙后代时，太阳能的得分高出所有其它能源。光伏系统在提供电力的同时，不会排放二氧化碳。一块光伏组件在25年的有效使用期内，可减少约7.5吨的碳排放量。
2）太阳能照明是发展的趋势
太阳的能源非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳光所产生的能量相当于全球人类一年消耗的能量。可以说太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。目前，全球能源危机日益加剧，各国都在寻找新的能源，以取代即将枯竭的煤、石油、天然气等地球上所剩无几的不可再生能源。作为新型照明方式之一，太阳能照明能否挑起重担，在未来的照明行业中起主导作用？这不仅仅是照明行业所关注的焦点，也是整个社会思考和关注的焦点。
3）太阳能路灯与普通路灯相比较
太阳能照明灯具有体积小，重量轻，低能耗，高光强，防雷击，无须其它电源，安全可靠，安装、维护方便等特点。太阳能照明灯可广泛应用于：家庭别墅、单位花园、公园绿地、环保小区、房前路边等户外场所的照明。
一盏普通的路灯以400W光源、日工作10小时计，1年平均耗电量是1460度电，还需要专人维护、更换灯泡；而太阳能路灯一般采用寿命长达50000小时以上的LED灯作为光源，日常无需增加消耗电量的费用开支。换个角度说，每装一盏太阳能路灯，每年就可节省1460度电，十年可节省14600度。
1 太阳能路灯的组成原理及其工作原理
1.1 太阳能路灯的组成
太阳能路灯由太阳能电池组件、蓄电池、电源控制器、光源等组成。
太阳能路灯技术特点是：1）具有特大功率，光亮度相当于白炽灯150W-250W时，每天8小时照明，可在连续阴雨9天内正常工作；2）应用了具有充放电保护功能、光敏自控装置和时控装置的光电智能控制器，使产品可有效地节约能源，增加有效照明时间，降低生产成本；3）中央控制器单元采用单片机控制，并在智能控制器中建立了全球不同纬度的全年日照时间数据。使用时在控制器中输入所在地区纬度，调整好年、月、日和开/关机的时间，就能够长年自动跟踪环境光线；4）在大面积使用后，启动和关闭的时差很小，从而比较好的克服了传统太阳能灯因启动时差过大而产生的种种弊端。
1.2 太阳能路灯的工作原理
白天时，太阳能电池吸收太阳光子能产生电能，通过控制器把电能储存在蓄电池里，当夜幕降临或者灯具周围的光度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电设定的时间后切断，这样就可以照明了。
1.3 蓄电池的组成及工作原理
照明设备必须配备蓄电池才能工作，这是因为：1）太阳能电池只能在白天进行光电转化工作，电能在夜晚才能用于照明，因此必须储备在蓄电池内，储备的容量要足够当地连续几个阴天的照明需要。2）太阳能电池板的输出能量极不稳定，配备蓄电池后，太阳能灯等负荷才能正常工作。常用蓄电池有：铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、金属氢化物镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、锂离子蓄电池。
1.4 光源的选择
光源的选型对于太阳能路灯来说是最关键的一步，目前针对太阳能路灯专用的光源较少，为减少有限能量的损失，光源尽量选直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、低压钠灯和LED光源，LED作为半导体光源，其发展势头强劲，是太阳能路灯最为理想的光源，LED路灯光源是一款多功能、环保节能型路灯光源，适合在各种场合的照明使用。有以下特点：1）安全性高LED光源使用低电压驱动、发光稳定、无污染、没有50赫兹频闪，没有紫外线B波段，白色色温5000K，最接近太阳色温5500K。2）快速响应LED发光管响应时间很短。采用专用电源给LED光源供电时，达到最大照度的时间小于10ms。3）运行成本低。其他光源不仅耗电是LED光源的2-10倍，而且几乎每月都要更换，在器件更换和人工方面的花费很大。因此选用使用寿命长的LED光源从长远看非常经济
2 太阳能路灯的实际应用
头顶太阳能板，晒一天太阳能照明6天的新式太阳能路灯，近期出现在了厦门软件园区内。从园区城管部门了解到，今年园区将改造多处路灯，推广绿色照明。
在基本完成改造的观日路上可以看到一批造型简洁的新式太阳能路灯已经竖立了起来。据路灯施工方相关负责人介绍，这批路灯头顶有一块太阳能板，将光能转换为电能后自动存储在路灯的蓄电池中。太阳能板晒一天太阳后，可以在蓄电池内储存供路灯正常工作6天所需的电量，即使接下来6天都是阴雨天，路灯照样还能亮起来。
为了保证路灯的照度，这批太阳能路灯还安装了一个特殊的控制转换器，当太阳能发电不能满足路灯照明需要时就会自动切换到普通电源。有了太阳能板、蓄电池和控制转换器的路灯，在造价上自然比普通路灯要贵一些。据该负责人介绍，星港街沿线共要安装1500套太阳能路灯，部分景观带上的照明灯也将使用太阳能灯。
从园区城管部门了解到，今年园区将着手改造部分道路照明，全部使用节能灯具和绿色能源。首期老路灯改造，要把园区8到10条主要道路的老式路灯灯头更换为LED路灯灯头，预计可节电三分之二。
3 结论
目前，太阳能LED照明的初投资问题仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。
【参考文献】
[1]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].化学工业出版社，2005-09-01.
[2]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术——可再生能源丛书[M].化学工业出版社，2005-09-01.
[责任编辑：陈双芹]