太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)

隨著世界能源危機(jī)的加劇，化石能源危機(jī)時代的降臨，能源使用成本面臨上漲壓力。世界各國都在尋求解決能源危機(jī)的辦法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用;另一條是尋求新的節(jié)能技術(shù)，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。

太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源，可以說是取之不盡、用之不竭。

太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)組成高效節(jié)能的太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)包括太陽能電池組、DC-DC變換器、最大功率跟蹤MPPT fMaximum power point tracking)控制、儲存電能的蓄電池組和LED照明控制、LED光源等部分。

太陽能與LED節(jié)能燈照明的結(jié)合原理

太陽能LED自動照明系統(tǒng)的基本原理，是在有光照的情況下，太陽能電池板把光能轉(zhuǎn)變成電能對蓄電池充電，并將電能儲存在蓄電池中。夜晚，蓄電池中的電能為半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED充電發(fā)光起到照明的效果。系統(tǒng)采用全自動工作方式，無須人工介入，可以采用聲、光或延時控制方式，做到“人在燈亮，人走燈滅”(指樓道、走廊等)或“天黑即亮，延時關(guān)燈”(指道路、庭院、景點(diǎn)等)或每日24小時“常明不滅”(指地下停車場、隧道等)。對連續(xù)陰雨天，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的天數(shù)(5-7天)正常工作。該照明系統(tǒng)裝置是21世紀(jì)新一代能源(太陽能、風(fēng)能等)與新一代光源(半導(dǎo)體LED)的最直接、最經(jīng)濟(jì)的完美結(jié)合。

下圖1是一款全新設(shè)計(jì)的太陽能LED燈。顧名思義，太陽能供電的LED節(jié)能燈就叫太陽能LED燈。

圖1：全新設(shè)計(jì)的太陽能LED燈

白天，從屋外看起來，它(圖2)就像一個落地百葉窗，但是由太陽能電板組成，白天反面(屋外)的太陽能電板積蓄電能，晚上正面(屋內(nèi))的LED用來照明。

正面(屋內(nèi))的LED燈被設(shè)計(jì)成幾種燈具的圖案(見圖3)，這樣看起來不是燈具的燈泡在發(fā)光，而是整個燈具都亮著。

太陽能光伏電池的發(fā)電原理是光生伏特效應(yīng)，對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5-0.6 V，通過光照在界面層產(chǎn)生的電子一空穴對越多，形成的電流越大。界面層吸收的光能越多，同樣形成的電流也越大。目前應(yīng)用和研究的太陽能電池主要有硅太陽能電池、化合物半導(dǎo)體電池和染料敏化太陽能電池。硅太陽能電池是目前太陽能光伏電池的主流，在硅太陽能電池中以單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá)24%以上，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池效率達(dá)到18%以上。薄膜太陽能電池近年來得到了很大的發(fā)展，多晶硅/微晶硅薄膜太陽能電池等新型太陽能電池也已規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了16%以上。近年來，對CIS、CIGS薄膜太陽能電池、GaAs太陽能電池等化合物半導(dǎo)體太陽能電池的研究也取得了實(shí)用化的進(jìn)展。染料敏化太陽能電池的研究也取得了引人注目的成果。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)能與LED照明完美結(jié)合的關(guān)鍵在于兩者同為直流電、電壓低且能互相匹配。因此兩者的結(jié)合不需要將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，因此大大提高了整個照明系統(tǒng)的效率。同時，借助于并網(wǎng)技術(shù)或利用蓄電池充放能量，使其優(yōu)勢更加明顯。隨著相關(guān)技術(shù)的深入研究，LED的發(fā)光效率正在不斷提高，超高亮度的LED將要問世，勢必會取代普通照明電光源，并大量節(jié)約能源且無污染。

由于LED的工作電流是直流，且工作電壓較低。太陽電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，且太陽電池組件可以通過串并聯(lián)方式組合得到實(shí)際需要的電壓。這些特點(diǎn)恰好與LED相匹配，兩者結(jié)合將獲得很高的能源利用率、較高的安全性能和可靠性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)十分完美的結(jié)合。