太阳能照明系统关键技术的研究

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0 引言

随着煤炭，石油，天然气等不可再生能源的日趋枯竭，能源问题己经成为制约人类经济社会发展的重要问题之一，太阳能作为无污染的可再生的绿色能源，越来越受到世界各国的青睐，充分开发利用太阳能是各国政府可持续发展的能源战略，是解决能源与环境保护的主要对策之一。目前，利用太阳能的有效途径就是将它转换成电能的光伏发电技术，而太阳能照明系统就是光电转换的一个重要用途。

1 太阳能照明系统的结构

一般太阳能照明系统包括太阳能电池板，蓄电池，控制器和照明负载(LED灯)。在白天有阳光的时候，太阳能电池所产生的电量一部分是供给照明负载，一部分是储存在蓄电池当中。当晚上或则阴雨天气的时候，照明负载就完全由蓄电池来供电。由于光伏系统容易受外界的影响，所以配备一个控制器实现调节、控制、保护等功能。图一所列的是太阳能照明系统的框图。

2 照明负载(LED灯)

随着各种不可再生能源的不断匾乏，寻求新能源是头等大事，但与此同时节约能源也是我们面临的重要的问题。在整个照明领域，以白炽灯为主力军的角色己经发生改变，目前备受人们关注的LED灯已经开始进入市场。

它作为一种新型的绿色照明光源，势必会以独特的优势取代传统光源。

2.1 LED的特点。

本系统中照明负载采用的是LED灯，它是一种能够将电能转化成化学能的半导体器件。它主要有以下几个特点:①LED的发光效率高，理论上分析，它的转换率可达到100%，是荧光灯的两倍，比白炽灯高10倍。②由于LED灯的特性是直流低压，而太阳能组件输出与蓄电池所储存的都是直流电压，故省去了交直流转换的逆变器，节约了成本。③寿命长，LED灯的理论寿命可长达10万小时。目前，国外的产业化的LED灯寿命在3一5万小时。④除此之外，它还有可靠稳定，寿命长，环保等特点。

2.2 LED的调光方式。

LED的调光方式主要分为两种:①电流调节方式。LED具有类似二极管的正向电压特性曲线，所以LED的亮度由电流来控制。一般情况下，它随着电流的增大，亮度会增加，所以我们可以通过改变电流的大小来调节LED灯的亮度。但是此种调光方式，只有工作在某个特定的正向电流值的范围内，LED的亮度才与电流成正比。如果超出这个范围，LED就会变色，可能偏蓝或偏紫。同时，由于电流增大，相应的温度会升高，这会对LED器件造成损坏，影响其使用寿命。②脉冲宽度调制。它是在恒定电流和恒定功率的情况下，通过改变P姗信号的占空比来调节LED的亮度，所以就不会出现电流调节方式的变色和损坏器件等现象。如需要50%的亮度就提供50%的占空比的电流。

2.3 LED的驱动方式。

LED驱动方式主要有电阻限流和恒流源两种工作方式。蓄电池在充放电时，电压和电流都存在着波动，而电阻限流的驱动方式缺点是，会随着蓄电池的这种变化致使LED灯的亮度发生改变，而且工作在此种方式下，附加的电阻会损耗很多的能量。正因如此，我们考虑恒流源驱动。前面所介绍LED的亮度，寿命等与电流有着直接的关系，所以恒流源驱动是最好的工作方式。

其中，恒流源驱动又包括电荷泵和开关电源两种。电荷泵是以电容器为储能元件，利用分离电容器将电源从输入端传送至输出端，而不需要附加电感。但它有个缺点，只能提供有限的输出电压，一般都低于输入电压的两倍，所以必须采用并联的驱动方式。开关电源是以电感为储能元件，有Boost(升压电路)，Buek(降压电路)，Buek一Boost(升压/降压电路)三种。它的工作方式是，先对电感进行充电，之后电感释放所储存的电能，从而得到输出电压，电路中的滤波电容、储能电感、续流二极管的结构不同，实现升压或降压的功能。开关电源以其输出范围宽，工作效率高等特点，得到广泛的应用。

2.4 LED的散热技术。

相对于传统光源，LED是属于冷光源型，因为LED发光的时候不会出现大量的红外辐射。但是它发光的时候会使PN结产生热量，致使温度升高，影响LED的寿命，所以必须提高它的散热功能。一般我们会研究以下几个方面来解决LED的散热问题:①在LED的热沉上装散热片，一般是选择导热性能好的铝片，以加快热量从外延层向散热基板散发。②LED的热阻越低越好，这对导出PN结的温度十分重要。③LED产生的热量与内量子效应有关，可以通过改进氮化稼生长过程中的材料结构，获得高质量的外延片，提高内量子效应，加快芯片结到外延层的热传导。

3 电池

考虑到晚上或者连续阴雨天气的状况，照明系统中必须配备蓄电池，以满足对照明负载的供电。蓄电池的种类很多，有铅酸蓄电池，锡镍蓄电池，铁镍蓄电池，铿离子蓄电池等等。但是，目前市场上使用最多的是铅酸蓄电池。使用蓄电池必须注意一下几点:①尽量使用MPPT充分利用太阳能电池。②充电特性要满足蓄电池的要求，这样才能更好的延长蓄电池的寿命。由于不同负载对蓄电池的容量要求不同，包括放电深度，温度，控制器效率，放电率等都会对蓄电池的容量造成影响，所以系统对蓄电池的容量选择非常的重要。如果采用免维护铅酸阀控式蓄电池，则按照以下的公式确定容量:蓄电池容量二(自给天数x日平均负载)/最大放电深度。

4结束语

太阳能照明是光伏发电的重要部分，由于它是可再生能源，无污染，不需要铺设电缆线等优点，得到大力的推广。随着科学的发展，提高LED能量转化效率，更好的处理散热问题，拥有一个合理的价格，不久的将来LED灯必定会普照社会的每一个角落。