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太陽能LED路燈構(gòu)成及特性

太陽能LED路燈利用太陽電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽能電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過光伏控制器的控制將電能儲存在蓄電池中，當(dāng)夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時，蓄電池中存儲的電能通過光伏控制器的控制為光源供電，設(shè)定的時間到后控制器切斷光源電源。太陽能LED路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能LED路燈控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼等幾部分組成，如圖1所示。

1．太陽能電池組

太陽能電池組是太陽能LED路燈中的核心部分，也是太陽能LED路燈中價值最高的部分，其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價格比單晶硅低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。

對于硅太陽能電池，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（光譜照度：100W／m2，光譜：AM1．5，溫度：25℃），它的開路電壓為0．48～0．6V。將多個單體太陽能電池連接，并進行封裝，可以構(gòu)成不同面積、不同功率的太陽能電池組件，也可統(tǒng)稱為太陽能電池板。單體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。

目前太陽能電池的封裝形式主要有層壓工藝和滴膠工藝兩種，采用層壓工藝封裝的太陽能電池可以保證25年以上的工作壽命，其工藝特性和使用壽命優(yōu)于滴膠封裝形式。不管哪種太陽能電池都具有以下五大電氣參數(shù)：短路電流Isc；峰值電流Im；開路電壓Voc；峰值電壓Vm；峰值功率Pm＝Im×Vm。

太陽能電池峰值功率是在標(biāo)準(zhǔn)條件下（即STC：歐洲委員會定義的101標(biāo)準(zhǔn)，輻射強度1000W／m2，大氣質(zhì)量AM1．5，電池溫度25℃），太陽能電池（組件）輸出的最大功率，單位峰瓦，或用符號Wp表示。太陽能電池（組件）的輸出功率取決于太陽幅照度、太陽光譜分布和太陽能電池（組件）的工作溫度。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。

按面積計算，每平米的太陽能電池的輸出功率大約為120W；隨著轉(zhuǎn)換效率的提高，其輸出功率也相應(yīng)的增大。太陽能電池組件輸出功率的選擇，要根據(jù)太陽能燈的光源功率、使用時間和當(dāng)?shù)氐臍夂虻乩項l件等來確定。

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樹葉等遮擋物長時間遮擋，被遮擋的單片太陽能電池在強烈陽光照射下就會發(fā)熱損壞，甚至?xí)斐烧麄€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，使太陽能電池表面不能附著遮擋物。

由于我國南北緯度跨越較大，太陽能電池組件安裝傾斜角度要隨安裝地區(qū)緯度的不同發(fā)生變化。一般情況下，長江以南地區(qū)的安裝傾角在30O左右；長江以北地區(qū)的安裝傾角在45O左右；東北地區(qū)應(yīng)在50O左右。方向為正南方或偏西5O。水平放置的太陽能電池，其輸出功率將降低15％～20％。

2．光伏控制器

無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應(yīng)兼有路燈控制功能，具有光控、時控功能，并應(yīng)具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長太陽能LED路燈的工作時間。

對任何一個太陽能照明系統(tǒng)來說，充放電控制電路的優(yōu)劣將直接影響到系統(tǒng)應(yīng)用的成敗。由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸入的能量極不穩(wěn)定，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對蓄電池充電的控制要比采用市電充電器對蓄電池充電的控制要復(fù)雜。一個性能良好的光伏控制器應(yīng)具有控制蓄電池充放電、溫度調(diào)節(jié)、最大功率跟蹤和過充保護、過放保護、短路保護、反接保護等多種保護功能以及自動開關(guān)和時間調(diào)整功能，從而保證系統(tǒng)可靠運行，同時光伏控制器還有具有使太陽能電池組件可以在不同溫度和不同太陽輻照情況下智能的輸出最大功率功能，以使太陽能光伏系統(tǒng)具有很高的效率。

3．蓄電池

由于太陽能光伏系統(tǒng)的蓄電池充電直接由太陽能電池提供，得到的能量極不穩(wěn)定，所以要配置容量合理、性能可靠的蓄電池，以保證太陽能光伏系統(tǒng)的正常工作。在太陽能光伏照明系統(tǒng)中，通常選用的是免維護鉛酸蓄電池。免維護鉛酸電池采用全密封方式，放電率高，特性穩(wěn)定；無需加水；安裝簡單，占地面積小，可水平和垂直安裝；期望壽命一般為5～7年。選擇蓄電池容量的一般原則是：首先夠滿足夜晚照明要求，并能把白天太陽能電池組件產(chǎn)生的能量盡量存儲下來，同時還能滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能滿足夜晚照明的需要，蓄電池容量過大，蓄電池長期處在虧電狀態(tài)，縮短蓄電池壽命，同時也浪費不必要的投資。

可用一種簡單方法確定它們之間的關(guān)系，即太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統(tǒng)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充電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。太陽能LED路燈對所用蓄電池組的基本要求是：

①自放電率低；②使用壽命長；③深放電能力強；④充電效率高；⑤少維護或免維護；⑥工作溫度范圍寬；⑦價格低廉。

4． LED光源

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)方式組合得到實際需要的電壓。這些特點恰好與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，實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)，實現(xiàn)十分完美的結(jié)合。LED路燈燈頭如圖2所示。

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，利用蓄電池儲存和釋放能量，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LED的問世，勢必會取代普通照明電光源，并可節(jié)約大量能源且無污染。

LED燈具有壽命長，可達1000000h，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高等優(yōu)點，國產(chǎn)為50lm／W，進口為80lm／W。隨著技術(shù)進步，LED的性能將進一步提高。LED燈是一種通過直流低壓點亮LED模組來實現(xiàn)照明需求的一種新型照明方式，具有亮度高、顯色性好等特點；另外，由于LED路燈的輸入為低壓直流，能與太陽能電池結(jié)合起來，LED作為太陽能LED路燈的光源將是今后發(fā)展的趨勢。