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太陽能照明的原理、組成及開展趨勢

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太陽能照明的原理、組成及開展趨勢

發布日期:2018-04-05 作者: 點擊:

太陽能照明:太陽能是“取之不盡,用之不竭”的,無汙染的可再生動力,南陽路燈每天送到地球表麵的輻射能大約相當於2.5億萬桶石油。在很長一段時刻內,太陽能都白白地從人們身邊“溜走”了。跟著科學技能的飛速開展,太陽能逐漸被開發使用,並已成為最有開展遠景的環保動力之一。

現在,太陽能的使用方法首要有兩種。

(1)經過太陽能電池將太陽能轉化為電能用於發電,即光伏發電,如太陽能照明、太陽能發電站等。

(2)經過集熱器把太陽能變換為熱能加以使用,例如太陽能熱水器、太陽灶等。

其間,太陽能照明是使用太陽能最重要的途徑之一,也是咱們首要重視和研討的目標。

在室外照明中,太陽能照明的開展勢頭微弱。太陽能路燈(非主幹道)、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能交通信號燈、太陽能廣告燈等已不罕見,均成為綠色照明中的亮點。咱們所說的太陽能燈,既指燈具、光源,也包括太陽能電池、蓄電池、操控器、逆變器、燈杆等配套器材。

太陽能照明最明顯的特色是節能、經濟、環保,無需由傳統的公共電力體係獲取電能,節省了變配電設備、南陽路燈纜線、開關等的出資,基本沒有運轉費用。太陽能轉化為電能,避免了煤、油、核等發電導致的大氣和環境汙染。在當今技能條件下,太陽能照明特別適宜使用於供電間隔較遠或不易供電的當地。

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2太陽能照明原理

太陽能電池板把太陽能轉化為電能,經過大功率二極管及操控體係給蓄電池充電。充電到必定程度時,南陽路燈操控器內的自保體係動作,堵截充電電源。晚間,太陽能電池板充當了光電操控器,發動操控器,蓄電池給照明燈供電,點著照明燈;清晨,太陽能電池板又充當了光電操控器,發動操控器,堵截照明燈電源,重新開始進行轉化太陽能為電能的作業。在太陽能燈燃亮時,還能夠依據設置進行調光。

3太陽能照明組成

太陽能照明由太陽能電池板、蓄電池、太陽能燈專用操控器、發光體及燈杆等組成。下文要點介紹太陽電池、蓄電池、逆變器(溝通照明燈泡用)、太陽能燈專用操控器、發光體等。

3.1太陽能電池

3.1.1太陽能電池原理

太陽能電池是使用光電變換原理使太陽的輻射光經過半導體物質轉變為電能的器材,這種光電變換進程一般叫做“光生伏打效應”,太陽能電池又稱為“光伏電池”。

當太陽光照耀到由P、N型兩種不同導電類型的同質半導體資料構成的P-N結上時,在必定條件下,太陽能輻射被半導體資料吸收,構成內建靜電場。假如從內建靜電場的兩邊引出電極並接上恰當負載,就會構成電壓和電流,這就是太陽能電池的基本原理。

單片太陽能電池就是一薄片半導體P-N結。規範光照條件下,額外輸出電壓為0.48V。為了取得較高的輸出電壓和較大容量,往往把多片太陽能電池銜接在一起。

太陽能電池的輸出功率是隨機的。不一起間、不同地址、不同裝置方法下,同一塊太陽能電池的輸出功率也是不同的。

現在,太陽能電池的光電變換率一般在百分之十幾以上,單個發達國家的太陽能電池光電變換率現已能夠到達30%左右。

3.1.2太陽能電池分類

(1)矽太陽能電池;

(2)以無機鹽如:砷化镓III-V化合物、硫化鎘、銅、銦、硒等多元化合物為資料的電池;

(3)功用高分子資料製備的太陽能電池;

(4)納米晶太陽能電池等。

矽太陽能電池技能相對較老練,半導體資料的禁帶不是太寬,光電變換率較高,南陽路燈資料本身不形成汙染,所以矽是現在最理想的太陽能電池資料。以其他資料為根底的太陽能電池也正在研發和開展進程中。

3.1.3矽太陽能電池

(1)單晶矽電池:現在,單晶矽太陽能電池光電變換率最高(20%左右),技能最為老練,但由於單晶矽資料價格過高,製造工藝繁瑣,形成單晶矽本錢價格居高不下,成為開展單晶矽太陽能電池的一大妨礙,現在正在逐漸被多晶矽薄膜太陽能電池和非晶矽薄膜太陽能電池等替代。

現在,單晶矽太陽能電池在路途照明、交通信號等室外照明中的使用較為遍及,光電變換率為11%~24%,使用年限較長。

(2)多晶矽電池:多晶矽薄膜電池由於所使用的矽比單晶矽少許多,不存在功率衰退等問題,而且有可能在廉價襯底資料上製備。多晶矽薄膜太陽能電池的本錢遠低於單晶矽電池,光電變換率近20%,高於非晶矽薄膜電池。因而,多晶矽薄膜電池將有望成為太陽能電池的主導產品。

多晶矽太陽能電池在室外照明中的使用將越來越廣泛。

(3)非晶矽電池:非晶矽薄膜太陽能電池製造簡略,本錢較低,便於大規模出產,遍及遭到人們的重視並得以敏捷的開展,光電變換率在14.5%以上,但安穩性較差。進步變換率和安穩性對錯晶矽薄膜太陽能電池的開展方向。現在,非晶矽電池在低功率電力體係中使用較多。

3.1.4研發中的其他太陽能電池

(1)納米晶化學太陽能電池:納米晶化學太陽能電池是新式太陽能電池,現在仍在研發進程中,其間納米晶TiO2太陽能電池倍受重視。納米晶TiO2太陽能電池光電功率在10%以上,製造本錢為矽太陽電池的1/5~1/10,壽數可到達20年以上。

(2)聚合物多層潤飾電極型太陽能電池:原資料為有機資料,柔性好,製造簡單,資料來曆廣泛,本錢較低。功用和壽數遠不如矽電池,但有可能供給廉價電能。此項研討剛剛起步。

(3)多元化合物薄膜太陽能電池:有些金屬化合物如硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的功率比非晶矽薄膜太陽能電池功率高,本錢較單晶矽電池低,而且也易於大規模出產,但由於鎘有劇毒,會形成嚴峻汙染,因而,不能開發使用。

3.1.5太陽能電池的容量挑選

太陽能電池功率有必要比負載功率高出4倍以上,體係才幹正常作業。

3.2蓄電池

3.2.1太陽能照明有必要裝備蓄電池

太陽能照明有必要裝備蓄電池才幹作業,這是由於:

(1)太陽能電池隻能在白日進行光電轉化作業,電能在夜晚才幹用於照明,因而有必要儲藏在蓄電池內。儲藏的容量要滿意當地接連幾個陰天的照明需求。

(2)太陽能電池板的輸出能量極不安穩,裝備蓄電池後,太陽能燈等負荷才幹正常作業。

3.2.2蓄電池的種類和使用

(1)鉛酸蓄電池:傳統蓄電池,能量密度較低,對環境汙染較為嚴峻,將逐漸被篩選。

(2)Ni-Cd(鎳-鎘)蓄電池:功用較鉛酸蓄電池優勝,但能量密度缺乏,鎘的汙染嚴峻,多數國家嚴格操控此類蓄電池的出產和使用。

(3)Ni-H(鎳-氫)蓄電池:具有能量密度高、重量輕、壽數長、無環境汙染等長處,各國正在活躍開發。發達國家在20世紀90年代現已進入工業化階段。

(4)鋰電池:新式高能化學電源,具有高容量、高功率、小型化、無汙染的特色。鋰電池首要用於筆記本電腦和手機。

現在,我國室外照明許多使用全封閉、免維護的鉛酸蓄電池。小型照明工程、筆記本電腦和手機等許多使用鋰電池、鎳氫電池。鋰電池的使用範疇正在逐漸擴大。

研發、推行無汙染蓄電池是開展太陽能照明迫切需求處理的一個嚴峻課題。

3.2.3蓄電池容量挑選

我國地域寬廣,氣候差異很大,蓄電池白日儲存的電能應能滿意夜晚照明的需求,一起應該滿意當地接連陰雨氣候時夜晚照明的需求。可是,所選蓄電池容量也不用過大,否則,蓄電池常常處於虧電狀況,將影響蓄電池的壽數,形成不用要的糟蹋。

對蓄電池容量大小的挑選,我國西部區域主張高出照明燈日耗電量的4倍以上;北方區域主張高出照明燈日耗電量5倍以上;南邊區域主張高出照明燈日耗電量6倍以上。

3.3操控器

操控器的效果是操控太陽能燈體係的作業狀況,如照明燈的光控或設置開關、調光、雷電維護、電路短路維護,對蓄電池進行過充電維護、反充電維護、過放電維護、溫度補償等。

操控器是太陽能燈的“大腦”。有了合格的操控器,太陽能燈才幹順暢作業,一起延伸蓄電池等器材的壽數。

3.4逆變器

逆變器是把蓄電池輸出的直流電變成溝通電的裝置,照明負載為直流時不用設置,照明負載為溝通負載時有必要使用。依據我國現狀,一般蓄電池為24V(或12V、36V),室外照明燈泡(燈管)為220V、50Hz溝通,因而,逆變器多為DC24V(或12V、36V)/AC220V的電壓方式。逆變器也應具有電路短路維護、欠壓維護、過流維護、反接維護及雷電維護等功用。

3.5照明負載

由於太陽能照明存在光電變換率較低,本錢價格較高級要素,使得現在其使用規模僅限於交通信號燈、景象照明、裝修照明等規模,以草坪燈、庭園燈、小功率路(非主幹道)燈等為主。太陽能照明光源以LED發光二極管、三基色高效節能燈為主,也可能使用低壓鈉燈、無極燈,單個情況選用小功率HID燈。

LED與節能燈相比,前者壽數較長、光效較低;後者壽數較短、光效較高。在不同情況下,要經過經濟技能比較,從中挑選適宜的光源。

太陽能交通信號燈光源選用LED發光二極管,壽數長,發光功用契合信號燈的要求。

有調理明暗、頻頻開關功用的1W以下的小功率太陽能草坪燈,一般應該使用LED作為光源。關於功率較大的太陽能草坪燈,現在使用三基色高效節能燈比較合理。

庭院燈和路燈以裝修為主時,主張挑選LED發光二極管;以照明為主時,主張挑選三基色高效節能燈或低壓鈉燈。

跟著LED發光二極管光效的進步,太陽能照明的配套光源將越來越多地使用LED發光二極管。

4、太陽能照明的開展趨勢

(1)進步電池板的光電變換率;

(2)加大體係容量,滿意大功率室外照明燈的要求;

(3)下降本錢。現在,一套太陽能照明燈(全套)是一般照明燈(全套)的幾倍,影響了太陽能照明的推行使用;

(4)延伸蓄電池等器材的壽數,然後延伸太陽能照明體係的壽數;

(5)減小電池板、蓄電池等的體積,美化杆型;

(6)逐漸篩選嚴峻汙染的鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池等,加快開發研發無汙染蓄電池,完成真實含義的環保;

(7)太陽能照明在經過技能進步和下降價格後,將成為新世紀的主導光源之一。


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