太陽能在照明燈具上的應(yīng)用

太陽能電池作為一種新能源，在民用方面首先應(yīng)用在照明燈具上。目前，在西部光明工程，非主干道太陽能路燈，太陽能庭院燈和太陽能草坪燈，太陽能裝飾燈等方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模。在太陽能照明燈具的設(shè)計中，涉及光源、太陽能電池系統(tǒng)、蓄電池充放電控制許多因素，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會造成產(chǎn)品缺陷。本文就太陽能電池的外特性、蓄電池充放電控制、太陽能照明燈具經(jīng)常使led與三基色高效節(jié)能燈進行比較，分析各自優(yōu)點與缺點以及使用場合。同時針對目前市場上太陽能燈電路設(shè)計中存在的問題提出改進方法。由于太陽能燈其有獨特的優(yōu)點，近年來得到迅速的發(fā)展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對可移動性要求高，另外，電路鋪設(shè)困難，防水要求高，上述要求使得由太陽能電池能供電的草坪燈顯示出許多前所未有的優(yōu)勢。

尤其是國外市場對太陽能草坪燈比其它產(chǎn)品需求十分巨大。2002年，僅廣東和深圳用于制造出口太陽能草坪燈消耗的太陽能電池就達到2MW，相當于當年國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)量的1/3，今年仍然保持強勁的發(fā)展勢頭，這是人們沒有預(yù)料到的。太陽能庭院燈在公園，生活小區(qū)以及非主要交通道路上得到廣泛應(yīng)用。同時，由于發(fā)展太快，有些產(chǎn)品技術(shù)上不夠成熟，在光源的選擇以及電路設(shè)計中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和可靠性，浪費了許多資源。本文針對上述存在的問題，提出自己的看法，供生產(chǎn)太陽能燈具的工廠參考。

1 太陽能電池的外特性

從應(yīng)用的角度論述，大家主要關(guān)心的是太陽能電池的外特性。首先，對于單片太陽能電池來說，它是一個PN結(jié)，除了當太陽光照射在上面時，它能夠產(chǎn)生電能外，它還具有PN結(jié)的一切特性。在標準光照條件下，它的額定輸出電壓為0.48V。在太陽能照明燈具使用中的太陽能電池組件都是由多片太陽能電池連接構(gòu)成的。它具有負的溫度系數(shù)，溫度每上升一度，繆瓜陸?mV，對于多片太陽能電池組成的太陽能電池組件，這是一個不可忽視的問題。它的輸出特性曲線如圖1。 圖1中，Isc是短路電流，Im是峰值電流，Voc是開路電壓。Vm是峰值電壓，Pm是峰值功率。

在使用中，太陽能電池開路或者短路都不會造成損壞，實際上我們也正是利用它的這個特性對系統(tǒng)蓄電池充放電進行控制的。

2 太陽能電池在使用中必須注意的問題

2.1 太陽能電池功率的選擇

我們所說的太陽能電池輸出功率Wp是標準太陽光照條件下，即：歐洲委員會定義的101標準，輻射強度1000W/m2，大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度25℃條件下，太陽能電池的輸出功率。這個條件大約和平時晴天中午前后的太陽光照條件差不多，（在長江下游地區(qū)只能接近這個數(shù)值）這并不象有些人想象的那樣，只要有陽光就會有額定輸出功率，甚至認為太陽能電池在夜晚日光燈下也可以正常使用。這就是說，太陽能電池的輸出功率是隨機的，在不同的時間，不同的地點，同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。

表1是我國不同地區(qū)太陽光照條件。

為了更加直觀地了解各地每天太陽能輻射的平均分布，表2給出年總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)（太陽能電池每天可以接受到1000W/m2輻照度的等效時間）對應(yīng)關(guān)系。

表2年總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)對應(yīng)表 通過上面資料可以看出，太陽能燈具的設(shè)計和燈具的使用地區(qū)有關(guān)。太陽能電池組件額定輸出功率和燈具輸入功率之間關(guān)系在華東地區(qū)大約是2~4:1，具體比例要根據(jù)燈具每天工作時間以及對連續(xù)陰雨天照明要求決定。另外太陽能電池的輸出功率大約120W/m2。

2.2 蓄電池容量的選擇

由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定,所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作，太陽能燈具也不例外，必須配置蓄電池才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池，它們的容量選擇直接影響系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)價格。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠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(xù)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，蓄電池容量過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。

2.3 太陽能電池封裝形式的選擇

目前太陽能電池的封裝形式主要有2種，層壓和滴膠，層壓工藝可以保證太陽能電池工作壽命25年以上，滴膠雖然當時美觀，但是太陽能電池工作壽命僅僅1~2年。因此，1W以下的小功率太陽能草坪燈,在沒有過高壽命要求的情況下，可以使用滴膠封裝形式，對于使用年限有規(guī)定的太陽能燈，建議使用層壓的封裝形式。另外，有一種硅凝膠用于滴膠封裝太陽能電池，據(jù)說工作壽命可以達到10年。

2.4 太陽能電池安裝傾斜角度的選擇和裝飾性外罩

為了美觀，許多的太陽能燈具的工廠將太陽能電池水平放置，在這種情況下，太陽能電池的輸出功率將減少15%~20%，如果再在太陽能電池上面增加一個裝飾性外罩，太陽能電池的輸出功率又將減少5%左右，太陽能電池價格昂貴，我們收集了許多國外太陽能燈資料，在美觀和節(jié)能兩者之間，大多數(shù)都選擇節(jié)能。在長江下游太陽能電池的最理想傾斜角度是40度左右，方向為正南方。

2.5 熱島效應(yīng)

單片太陽能電池一般是不能使用的，實際應(yīng)用的是太陽能電池組件。太陽能電池組件是由多片太陽能電池組合而成，用以達到期望的電壓值。太陽能電池組件在使用過程中，如果有一片太陽能電池單獨被遮擋，例如樹葉鳥糞等，單獨被遮擋的太陽能電池在強烈陽光照射下就會發(fā)熱損壞，于是整個太陽能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應(yīng)。為了防止熱島效應(yīng)，一般是將太陽能電池傾斜放置，使樹葉等不能附著，同時在太陽能電池組件上安裝防鳥針。