太阳能灯(由太阳能电池板转换为电能)

牛牪犇 — Mon, 21 Nov 2022 21:33:34 +0000

太阳能灯是由太阳能电池板转换为电能。在白天，即使是在阴天，这个太阳能发电机（太阳能板）收集，存储需要的能量。因此，太阳产生能量，是用来生产电力。太阳能作为一种 “ 取之不尽，用之不竭 ” 的安全、环保新能源越来越受到重视。太阳能灯，可广泛用于草地、广场、公园等场合的点缀装饰，属于灯具技术领域。在海平面上的标准峰值强度为1kw/㎡，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。

系统结构

太阳能灯由太阳能电池组件、部分LED灯具、

控制箱(其控制箱内有充电器、控制器、蓄电池)和灯杆几部分构成。太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和采用慢脉冲快速充放电专利技术研制成功的太阳能路灯专用充电控制器。系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于降低系统维护费用；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备(具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等)与成本控制，实现很高的性价比。

能量来源

太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/㎡，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。

尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。这样，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应然而生，在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。

* 对比一市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

* 对比二市电照明灯具电费高昂：市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能照明灯具免电费：太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，三年可收回投资成本，长期受益。

* 对比三市电照明灯具有安全隐患：市电照明灯具由于在施工质量、景观亮化的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠。

太阳能照明的其它优势：绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明之安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性将为楼盘的销售、市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。

性能

太阳能灯，可广泛用于草地、广场、公园等场合的点缀装饰，属于灯具技术领域。其主要采用灯罩连接底托，电池板置于电池盒上内置于灯罩内，电池盒安装在底托上，发光二极管安装在电池板上，太阳能电池板采用导线连接可充蓄电池及控制电路。实用新型结构一体性、简单、紧凑，合理；无外接电源线，使用安装方便，外形美观；由于采用发光二极管置于底托内，发光后整个灯体都被照亮，光感效果更佳；所有电器元件内置，具有很好的实用性。包括蛇形灯、板型灯、太阳能霓虹灯、按摩灯等多种。

在实践中，当然，太阳能室外照明有点更加复杂。除了大容量电池和太阳能电池板，该系统还包括先进的专用监控器，而停止照明工作时，太阳能发电的电池开始充电，然后重新充满电时，就得到更多的动力。这个关键就是太阳室外照明、太阳能光伏房子装太阳能电池板,都有一个专用的微处理器控制系统和电池。它是连接到专门设计的负载灯配有超反射率和高能量镇流器。具有亮度高、安装简便、工作可靠、不敷设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点。采用高亮度LED发光二极管设计，无需人工操作，天黑灯具自动点亮，天亮自动熄灭。产品时尚感强、质感亮丽、精细、具有现代感，主要应用于小区绿化带、工业园区绿化带、旅游风景区、公园、庭院、广场绿地等场所的亮化装饰。

工作原理

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：

太阳能电池板

（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部多晶硅太阳能板

分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本；

太阳能控制器

（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；

蓄电池

（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

逆变器

（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。

影响因素

太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素：

Q1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？

Q2、系统的负载功率多大？

Q3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？

Q4、系统每天需要工作多少小时？

Q5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？

Q6、负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？

Q7、系统需求的数量。

前景应用

什么是LED

LED（Light Emitting Diode），又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。

LED有哪些优点

★ 高效节能一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电）

★ 超长寿命半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）

★ 光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）

★ 绿色环保不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰）

★ 保护视力直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）

★ 光效率高，发热小：90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）

★ 安全系数高所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，可用于矿场等危险场所

★ 市场潜力大低压、直流供电，电池、太阳能供电即可，可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

技术进步促进成本降低

过去使用硅作为太阳能电池材料，而中国目前生产硅片的能力还太低，多数材料都依靠进口，导致太阳能电池成本太高。要使太阳能发电得到大规模推广，科学家必须降低太阳能电池材料的成本，或找到更廉价的太阳能电池材料。

中国太阳能学会光伏专业委员会主任赵玉文说，太阳能电池目前的价格大约为3.15美元/瓦，并网系统价格为6美元/瓦，发电成本为0.25美元/瓦。最近完成的8兆瓦并网光伏系统的前期研究表明，目前完全商业化运作的并网光伏发电上网电价大约为每度电3.4元，尚无法同火电、风电等竞争。但是世界上近期的大规模市场发展和快速的技术进步正在使光伏系统设备和发电成本有效降低，预计到2010年光伏系统将降到3美元/瓦左右，发电成本将下降到每度0.1美元———也就是人民币1块钱左右。他说：“当前火电成本日渐上涨，发展太阳电力能正逢其时。”

中科院半导体所所长李晋闽透露，该所最近在太阳能电池研究上也取得了重大突破，他们利用某些‘化学半导体’材料，大大提高了光电转换效率；加上对整个系统进行了精心整合，在模拟空间的环境下，能够实现26%的转化效率，而在地面环境下，其转换效率能超过30%。这样,成本就不是问题。

转换观念是当务之急

前景

几位太阳能方面的专家前不久起草了“关于制定阶梯电价和促进中国发展的议案”建议稿，起草人之一、中国太阳能学会光伏专业委员会常务理事王斯成说：“从资源的数量、分布的普遍性、技术的可靠性来看，光伏发电比其他可再生能源更具有优越性，目前成本较高的障碍正在随着技术进步和大规模生产而减小，光伏发电将成为未来电力的重要构成是勿庸质疑的。”专家建议，中国的目标应该在2020年使光伏发电的累计装机容量达到30000兆瓦，使光伏发电量达到届时全国发电量的1%。

虽然这个指标同欧、美、日国家的目标相比差距还相当大，但要想达到这个目标，要排除诸多障碍。专家指出，在世界上许多国家，光伏发电已经进入商业化发展轨道；在荒漠大规模并网和光伏建筑一体化领域具有良好的长远发展前景，是可再生能源应用的重要组成部分。近年来全球光伏发电产业以平均30%以上的速率迅猛增长，2002年的系统产值达到35亿多美元。预计在各国减排行动和优惠政策的拉动下，产业发展将进一步加快。中国只要出台相应政策、培育规范的规模市场、加大投入、加速能力建设，中国企业完全有条件依托国内市场挺进国际市场，进入国际十强。

发展潜力

太阳能电池产业将大有所为

在太阳能发电系统中，技术最复杂的组成部分应属太阳能电池。可以说，太阳能电池是太阳能发电系统的核心，其开发、生产直接影响到太阳能发电的普及和发展。

太阳能电池的主要原理是通过使用半导体材料，将较薄的N型半导体置于较厚的P型半导体上，当光子撞击该装置的表面时，P型和N型半导体的接合面有电子扩散产生电流，可利用上下两端的金属导体将电流引出利用。

太阳能电池的种类根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓Ⅲ－V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。

硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。在制作过程中，一般采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术。但由于单晶硅材料价格及相应的繁琐工艺影响，单晶硅成本价格居高不下，大幅降低成本非常困难，无法实现太阳能发电的大规模普及。

随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际低成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS电池的制造技术，Ⅲ－V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。

如果说单晶硅的特点是效率高、成本高，其它材料电池的难题无疑是低成本、转化弱。与单晶硅太阳能电池相比，除多晶硅、碲化镉等外，其它材料电池的光电转化效率普遍未超过15%。

中国太阳能电池的发展中国于1958年开始研究太阳能电池，1971年首次应用于中国发射的卫星上。1973年开始将太阳能电池用于地面。由于受到价格和产量的限制，市场发展很缓慢，除了作为卫星电源，在地面上太阳能电池仅用于小功率电源系统，如航标灯、铁路信号系统等。

2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过光伏和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加。

日常应用

目前太阳能电池已经开始广泛用于通信、交通、民用产品等各个领域，光伏发电不但列入到国家的攻关计划，而且列入国家电力建设计划，同时也在一些重大工程项目中得到应用。目前，光伏发电已遍及中国西部各省区，以及中部和东部的部分省、直辖市、自治区，总投入已经超过30亿元。

太阳能电池高效和低价统一始终是国际开发的目标。与此相同，中国产品生产、推广的根本问题也集结于此。草原、海岛、沙漠等无电地区需求巨大，但价格的可承受性、生产规模不足和产品针对性较弱等方面的问题十分突出。而在城市电力系统中，高昂的一次性投资成本无疑更为产品推广增加了难度。因此，提高效率，降低成本，扩大规模应是现今开发、生产太阳能电池的主题。

未来发展

在具体操作方面：多晶硅太阳能电池的研究应把攻关与引进结合起来，尽快建立一条年生产能力为兆瓦级的生产线；单晶硅太阳能电池重点提高组件的效率，降低生产成本；加速开发新型太阳能电池。具体标准：兆瓦级多晶硅太阳能电池组件生产线的建立主要技术经济指标：组件效率13%，组件寿命20～25年；单晶硅太阳能电池组件生产线的技术改造主要技术经济指标：组件效率14%～15%，组件寿命20～25年。

要在现有技术条件下快速发展，太阳能电池行业应尽快实现小型光电源产业化；着重开发100千瓦容量以下的独立运行光伏电站系列化、规范化、商品化研究并网光伏发电技术，并为大规模应用做好前期准备。

在具体标准方面：小功率光伏电源产业化功率范围：千瓦级、百瓦级产业规模：总容量大于1兆瓦系统造价：比“八五”平均价格降低30%以上太阳能；独立运行光伏电站系列化、规范化、商品化。功率范围：10千瓦～100千瓦系统造价：比“八五”平均价格降低30%以上；并网光伏发电技术研究和示范。兆瓦级并网光伏电站的前期研究，10千瓦并网光伏示范电站、100千瓦并网光伏电站用逆变器研制，光伏电站运行及与电力系统相关技术研究。

太阳能灯