太陽能LED照明系統(tǒng)的特點及發(fā)展

太陽能LED照明系統(tǒng)由智能控制器、太陽能電池組件、儲能組件、LED電路及LED光源等部分組成( 見圖1),其工作原理是:白天有太陽光的時候,太陽電池組產(chǎn)生的電能一部分供LED使用,另一部分通過智能控制器由蓄電池儲存起來,當(dāng)晚上或者陰雨天氣時,LED光源由蓄電池供電。因此,太陽能電池組件安裝時一定要面朝太陽方向,并且盡量保持清潔以確保太陽光的透過率。太陽能LED照明系統(tǒng)因其能源充足、綠色環(huán)保并具可持續(xù)性等特點而備受青睞,具有廣泛的市場空間和發(fā)展潛力。

1 太陽能LED照明系統(tǒng)的特點

眾所周知,當(dāng)前的太陽能光伏發(fā)電具有清潔無污染、不受地域限制、獲取能源花費時間短等特點,LED光源也因其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢成為未來理想的照明光源,而太陽能LED照明系統(tǒng)將這兩者的優(yōu)點進一步完美的結(jié)合起來,因此更具優(yōu)勢和發(fā)展潛力。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1 . 1 環(huán)保更明顯

太陽能LED照明系統(tǒng)的能量由太陽能電池組件提供,通過光伏效應(yīng)將太陽光能量轉(zhuǎn)化為電能,再提供給LED使用。與太陽能系統(tǒng)光伏發(fā)電對環(huán)境不會有污染和LED光源不存在汞等材料污染相比,太陽能LED照明系統(tǒng)將這兩者的環(huán)保優(yōu)點有效結(jié)合了起來,既不對環(huán)境構(gòu)成威脅,也不存在材料污染的難題。

1 . 2 節(jié)能更突出

該系統(tǒng)使用太陽能電池組間發(fā)電,不用燃料,而且選用LED作為光源,在同樣照明亮度下,其耗電量僅為白熾燈的1/8,熒光燈管的1/2。在我國,即使只有1/3的白熾燈被LED代替,每年就可以節(jié)省用電1011度,相當(dāng)于一個三峽工程的全年的發(fā)電量。在天然氣、煤炭等能源供應(yīng)日益緊張的今天,太陽能LED照明系統(tǒng)巨大的節(jié)能價值無疑為它的發(fā)展提供了光明的前景。

1 . 3 能源利用率更高

太陽能電池組件直接將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能,并且通過并聯(lián)、串聯(lián)等方式再匹配對應(yīng)的蓄電池就得到LED所需要的電壓。與傳統(tǒng)供電相比,它既不需要AC/DC轉(zhuǎn)化,也無需進行復(fù)雜、昂貴的管線布置,就可獲得較高的能源利用率,并更具安全性和經(jīng)濟性。

1 . 4 安裝更方便

每一個太陽能LED燈具都是獨立的電源,無需電力設(shè)計、電力增容及人工電源控制等“, 而只要像種樹一樣,挖一個洞,埋一根桿”,可以隨意放置,安裝、使用都更加方便。

2 太陽能LED照明系統(tǒng)發(fā)展存在的障礙

當(dāng)前太陽能LED照明系統(tǒng)有許多需要改進和完善的地方,在一定程度上影響了該系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮和利用。表現(xiàn)在以下幾點。

2.1 太陽能電池發(fā)電效率

低影響太陽能LED效率太陽能LED照明系統(tǒng)中LED驅(qū)動電能主要由太陽能電池組件提供,而目前太陽能電池的發(fā)電效率普遍都比較低,所有種類中轉(zhuǎn)化效率最高的單晶硅太陽電池,光電轉(zhuǎn)化效率為15%左右,最高雖可達24%,但它的制作成本太大。多晶硅太陽能電池和單晶硅太陽電池制作工藝相似且成本較低,但它的光電轉(zhuǎn)化效率又只有12%左右。非晶硅太陽能電池在弱光條件下也能發(fā)電,但是其轉(zhuǎn)化率也只是10%左右,且其轉(zhuǎn)化率隨時間的延長會衰減。綜上,太陽能電池組件的轉(zhuǎn)化效率偏低,成為嚴(yán)重影響太陽能LED照明系統(tǒng)效率的主要原因之一。2.2 LED 發(fā)光效率制約了太陽能LED 照明系統(tǒng)發(fā)光性能。

LED作為太陽能LED照明系統(tǒng)的光源,其發(fā)光性能直接影響整個系統(tǒng)的發(fā)光性能。LED的發(fā)光效率由內(nèi)量子效率、外量子效率等因素共同決定。當(dāng)前,LED內(nèi)部存在大量非輻射缺陷產(chǎn)生的自發(fā)極化和壓電效應(yīng)導(dǎo)致發(fā)光效率下降,即Droop現(xiàn)象。另外,LED中的無法及時散出的熱量引起結(jié)溫的升高也是LED發(fā)光效率下降的主要原因。改善LED性能、提高發(fā)光效率成為太陽能LED照明系統(tǒng)的關(guān)鍵性問題之一,制約了太陽能LED照明系統(tǒng)的發(fā)展。

2.3 成本高是普及太陽能LED照明系統(tǒng)的主要障礙

由于硅材料價格上漲和供應(yīng)瓶頸,太陽能LED照明系統(tǒng)電成本偏高。據(jù)統(tǒng)計,發(fā)一度電太陽能電池組件成本為五元,是傳統(tǒng)火力發(fā)電成本的10倍。太陽能LED照明系統(tǒng)成本偏高的另一原因是系統(tǒng)中光源LED的成本也很高,以產(chǎn)生1000流明的光通量為例,用白熾燈成本小于1美元,用緊湊型熒光燈的成本小于2美元,而使用十顆大功率LED的成本超過20美元,不用電纜的費用和后來節(jié)約電費又很難抵消光源的價格差。綜上,由于太陽能發(fā)電及LED光源的成本高導(dǎo)致太陽能LED照明系統(tǒng)價格偏高,成為影響其廣泛應(yīng)用的主要障礙。

2.4 蓄電池是太陽能LED 照明系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié), 影響著照明系統(tǒng)的壽命

太陽能LED照明系統(tǒng)中經(jīng)常用的單晶硅太陽能電池的壽命可達25年,光源LED燈的壽命更是理論上可達10萬個小時,而普通蓄電池的壽命一般為2～ 3年,儲能電容的壽命雖可達10年以上,能在一定程度上解決這個問題,但儲能電容價格又十分昂貴。蓄電池成為太陽能LED照明系統(tǒng)應(yīng)用急需解決的關(guān)鍵問題。

3 展望

太陽能LED照明系統(tǒng)在應(yīng)用過程中雖存在不少問題,為下一步的研究提出了新的課題,比如如何提高太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)化率和LED燈的光效來提升太陽能LED照明系統(tǒng)的效率;改善蓄電池提高蓄電池的壽命以延長太陽能LED照明系統(tǒng)的使用壽命;加強新技術(shù)的利用降低太陽能LED照明系統(tǒng)成本。但是太陽能LED照明系統(tǒng)對緩和日益凸顯的能源問題、減少環(huán)境污染、降低溫室效應(yīng)具有重要的作用和意義,隨著科技的發(fā)展和進步,它的發(fā)展前景更加光明,市場發(fā)展空間愈加廣闊,也必將對整個社會產(chǎn)生更為深遠的影響。