太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)原理與設計

隨著世界能源危機的加劇，化石能源危機時代的降臨，能源使用成本面臨上漲壓力。世界各國都在尋求解決能源危機的辦法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用;另一條是尋求新的節(jié)能技術，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。

太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源，可以說是取之不盡、用之不竭。

太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)組成高效節(jié)能的太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)包括太陽能電池組、DC-DC變換器、最大功率跟蹤MPPT fMaximum power point tracking)控制、儲存電能的蓄電池組和LED照明控制、LED光源等部分。

太陽能與LED節(jié)能燈照明的結合原理

太陽能LED自動照明系統(tǒng)的基本原理，是在有光照的情況下，太陽能電池板把光能轉變成電能對蓄電池充電，并將電能儲存在蓄電池中。夜晚，蓄電池中的電能為半導體發(fā)光二極管LED充電發(fā)光起到照明的效果。系統(tǒng)采用全自動工作方式，無須人工介入，可以采用聲、光或延時控制方式，做到“人在燈亮，人走燈滅”(指樓道、走廊等)或“天黑即亮，延時關燈”(指道路、庭院、景點等)或每日24小時“常明不滅”(指地下停車場、隧道等)。對連續(xù)陰雨天，系統(tǒng)可根據(jù)設定的天數(shù)(5-7天)正常工作。該照明系統(tǒng)裝置是21世紀新一代能源(太陽能、風能等)與新一代光源(半導體LED)的最直接、最經(jīng)濟的完美結合。

下圖1是一款全新設計的太陽能LED燈。顧名思義，太陽能供電的LED節(jié)能燈就叫太陽能LED燈。

圖1：全新設計的太陽能LED燈

白天，從屋外看起來，它(圖2)就像一個落地百葉窗，但是由太陽能電板組成，白天反面(屋外)的太陽能電板積蓄電能，晚上正面(屋內)的LED用來照明。

正面(屋內)的LED燈被設計成幾種燈具的圖案(見圖3)，這樣看起來不是燈具的燈泡在發(fā)光，而是整個燈具都亮著。

太陽能光伏電池的發(fā)電原理是光生伏特效應，對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5-0.6 V，通過光照在界面層產(chǎn)生的電子一空穴對越多，形成的電流越大。界面層吸收的光能越多，同樣形成的電流也越大。目前應用和研究的太陽能電池主要有硅太陽能電池、化合物半導體電池和染料敏化太陽能電池。硅太陽能電池是目前太陽能光伏電池的主流，在硅太陽能電池中以單晶硅太陽能電池的光電轉換效率最高，實驗室轉換效率達24%以上，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池效率達到18%以上。薄膜太陽能電池近年來得到了很大的發(fā)展，多晶硅/微晶硅薄膜太陽能電池等新型太陽能電池也已規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，最高轉換效率達到了16%以上。近年來，對CIS、CIGS薄膜太陽能電池、GaAs太陽能電池等化合物半導體太陽能電池的研究也取得了實用化的進展。染料敏化太陽能電池的研究也取得了引人注目的成果。

太陽能光伏發(fā)電技術能與LED照明完美結合的關鍵在于兩者同為直流電、電壓低且能互相匹配。因此兩者的結合不需要將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉化為交流電，因此大大提高了整個照明系統(tǒng)的效率。同時，借助于并網(wǎng)技術或利用蓄電池充放能量，使其優(yōu)勢更加明顯。隨著相關技術的深入研究，LED的發(fā)光效率正在不斷提高，超高亮度的LED將要問世，勢必會取代普通照明電光源，并大量節(jié)約能源且無污染。

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)十分完美的結合。