太陽能燈:系統結構,技術原理,能量來源,性能,工作原理,太陽能電池板,太陽能控制器

太陽能燈是由太陽能電池板轉換為電能的電燈。在白天，即使是在陰天，這個太陽能發電機（太陽能板）也可以收集，存儲太陽能量。太陽能燈作為一種安全、環保新電燈，從而越來越受到重視。

基本介紹

中文名：太陽能燈
外文名：Solar energy lamp
拼音：tai yang neng deng
運行原理：由太陽能電池板轉換為電能
收集裝置：太陽能發電機（太陽能板）
優點：太陽能取之不盡用之不竭

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系統結構

太陽能燈由太陽能電池組件、部分LED燈具、控制箱(其控制箱內有充電器、控制器、蓄電池)和燈桿幾部分構成。太陽能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統的抗風設計非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成於印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發光源。控制箱箱體以不鏽鋼為材質，美觀耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和採用慢脈衝快速充放電專利技術研製成功的太陽能路燈專用充電控制器。系統選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由於其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利於降低系統維護費用；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備(具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等)與成本控制，實現很高的性價比。

技術原理

太陽能燈工作原理簡單，利用光生伏特效應原理製成的太陽能電池，白天太陽能電池板接收太陽輻射能並轉化為電能輸出，經過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至101ux左右、太陽能電池板開路電壓4．5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值後動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8．5h後，充放電控制動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。

能量來源

太陽能是太陽內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強度為1367w/㎡。地球赤道的周長為40000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達173000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/㎡，地球表面某一點24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡，相當於有102000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地熱能資源除外），雖然太陽能資源總量相當於人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。

儘管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當於500萬噸煤。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能以及部分潮汐能都是來源於太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的範圍非常大，狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。

太陽能（Solar Energy），一般是指太陽光的輻射能量，在現代一般用作發電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬乾物件，並作為保存食物的方法，如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。

隨著地球資源的日益貧乏，基礎能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂是無處不在。這樣，太陽能照明產品隨著太陽能熱水器普及之後應然而生，在這裡我們就太陽能燈具和使用市電燈具的效果作實用對比。

* 對比一市電照明燈具安裝複雜：在市電照明燈具工程中有複雜的作業程式，首先要鋪設電纜，這裡就要進行電纜溝的開挖、鋪設暗管、管內穿線、回填等大量基礎工程。然後進行長時間的安裝調試，如任何一條線路有問題，則要大面積返工。而且地勢和線路要求複雜、人工和輔助材料成本高昂。太陽能照明燈安裝簡便：太陽能燈具安裝時，不用鋪設複雜的線路，只要做一個水泥基座，然後用不鏽鋼螺絲固定就可。

* 對比二市電照明燈具電費高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費，要長期不間斷對線路和其它配置進行維護或更換，維護成本逐年遞增。太陽能照明燈具免電費：太陽能照明燈具是一次性投入，無任何維護成本，三年可收回投資成本，長期受益。

* 對比三市電照明燈具有安全隱患：市電照明燈具由於在施工質量、景觀亮化的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的衝突等方面帶來諸多安全隱患。太陽能照明沒有安全隱患：太陽能燈具是超低壓產品，運行安全可靠。

太陽能照明的其它優勢：綠色環保，能為高尚生態小區的開發和推廣增加新的賣點；可持續降低物業管理成本，減少業主公共分攤部分的費用。綜上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節能無消耗、綠色環保、安裝簡便、自動控制免維護等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設直接帶來明顯可利用的優勢。

性能

太陽能燈，可廣泛用於草地、廣場、公園等場合的點綴裝飾，屬於燈具技術領域。其主要採用燈罩連線底托，電池板置於電池盒上內置於燈罩內，電池盒安裝在底托上，發光二極體安裝在電池板上，太陽能電池板採用導線連線可充蓄電池及控制電路。實用新型結構一體性、簡單、緊湊，合理；無外接電源線，使用安裝方便，外形美觀；由於採用發光二極體置於底托內，發光後整個燈體都被照亮，光感效果更佳；所有電器元件內置，具有很好的實用性。包括蛇形燈、板型燈、太陽能霓虹燈、按摩燈等多種。

在實踐中，當然，太陽能室外照明有點更加複雜。除了大容量電池和太陽能電池板，該系統還包括先進的專用監控器，而停止照明工作時，太陽能發電的電池開始充電，然後重新充滿電時，就得到更多的動力。這個關鍵就是太陽室外照明、太陽能光伏房子裝太陽能電池板,都有一個專用的微處理器控制系統和電池。它是連線到專門設計的負載燈配有超反射率和高能量鎮流器。具有亮度高、安裝簡便、工作可靠、不敷設電纜、不消耗常規能源、使用壽命長等優點。採用高亮度LED發光二極體設計，無需人工操作，天黑燈具自動點亮，天亮自動熄滅。產品時尚感強、質感亮麗、精細、具有現代感，主要套用於小區綠化帶、工業園區綠化帶、旅遊風景區、公園、庭院、廣場綠地等場所的亮化裝飾。

工作原理

太陽能發電系統由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：

太陽能電池板

太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本；

太陽能控制器

太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，並對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項；

蓄電池

蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

逆變器

逆變器：在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由於太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

影響因素

太陽能發電系統的設計需要考慮如下因素：

Q1、太陽能發電系統在哪裡使用？該地日光輻射情況如何？

Q2、系統的負載功率多大？

Q3、系統的輸出電壓是多少，直流還是交流？

Q4、系統每天需要工作多少小時？

Q5、如遇到沒有日光照射的陰雨天氣，系統需連續供電多少天？

Q6、負載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？

Q7、系統需求的數量。

研究方向

太陽能發電，並不算昂貴。如果國家當機立斷，推出鼓勵發展綠色能源的產業政策，隨著技術的進步，太陽能發電的成本，還將進一步降低。”他的這番話引起了記者的好奇，記者採訪了許多專家，請他們共同探討：該怎么做，才能讓太陽能電力儘量為人類和環境造福。

產業套用消納研發成本，中科院電工所研究員馬勝紅說，一項新技術，在發展的不同階段，有不同的套用需求。同其他可再生能源發電技術相比，光伏發電在解決邊遠地區分散的村落和農牧戶供電方面有突出的技術和經濟優勢，將在解決中國3000萬遠離電網的民眾供電發揮主要作用。在一些特殊領域，光伏發電已經迅速崛起，在航天電源、通訊機站無人值守電源、管道陰極保護、軍事野戰電源、玩具、鐘錶、街燈、庭院燈以及興起的環保建築等許多領域，已經顯示出“比較優勢”。產業上的套用能夠消納不少研究成本，進而推動技術研究的深入，找到更合適的材料和降低成本的解決方案。

套用前景

LED定義

LED（Light Emitting Diode），又稱發光二極體，它們利用固體半導體晶片作為發光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發生複合，放出過剩的能量而引起光子發射產生可見光。

LED優點

高效節能一千小時僅耗幾度電（普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節能燈一百小時耗1度電）

超長壽命半導體晶片發光，無燈絲，無玻璃泡，不怕震動，不易破碎，使用壽命可達五萬小時（普通白熾燈使用壽命僅有一千小時，普通節能燈使用壽命也只有八千小時）

光線健康光線中不含紫外線和紅外線，不產生輻射（普通燈光線中含有紫外線和紅外線）

綠色環保不含汞和氙等有害元素，利於回收和利用，而且不會產生電磁干擾（普通燈管中含有汞和鉛等元素，節能燈中的電子鎮流器會產生電磁干擾）

保護視力直流驅動，無頻閃（普通燈都是交流驅動，就必然產生頻閃）

光效率高，發熱小：90%的電能轉化為可見光（普通白熾燈80%的電能轉化為熱能，僅有20%電能轉化為光能）

安全係數高所需電壓、電流較小，發熱較小，不產生安全隱患，可用於礦場等危險場所

市場潛力大低壓、直流供電，電池、太陽能供電即可，可用於邊遠山區及野外照明等缺電、少電場所。

成本降低

過去使用矽作為太陽能電池材料，而中國生產矽片的能力還太低，多數材料都依靠進口，導致太陽能電池成本太高。要使太陽能發電得到大規模推廣，科學家必須降低太陽能電池材料的成本，或找到更廉價的太陽能電池材料。

中國太陽能學會光伏專業委員會主任趙玉文說，太陽能電池的價格大約為3.15美元/瓦，併網系統價格為6美元/瓦，發電成本為0.25美元/瓦。完成的8兆瓦併網光伏系統的前期研究表明，完全商業化運作的併網光伏發電的上網電價大約為每度電3.4元，尚無法同火電、風電等競爭。但是世界上大規模市場發展和快速的技術進步正在使光伏系統設備和發電成本有效降低，預計到2010年光伏系統將降到3美元/瓦左右，發電成本將下降到每度0.1美元———也就是人民幣1塊錢左右。他說：“當前火電成本日漸上漲，發展太陽電力能正逢其時。”

中科院半導體所所長李晉閩透露，該所在太陽能電池研究上也取得了重大突破，他們利用某些‘化學半導體’材料，大大提高了光電轉換效率；加上對整個系統進行了精心整合，在模擬空間的環境下，能夠實現26%的轉化效率，而在地面環境下，其轉換效率能超過30%。這樣,成本就不是問題，轉換觀念是當務之急。

前景

幾位太陽能方面的專家前不久起草了“關於制定階梯電價和促進中國發展的議案”建議稿，起草人之一、中國太陽能學會光伏專業委員會常務理事王斯成說：“從資源的數量、分布的普遍性、技術的可靠性來看，光伏發電比其他可再生能源更具有優越性，目前成本較高的障礙正在隨著技術進步和大規模生產而減小，光伏發電將成為未來電力的重要構成是勿庸質疑的。”專家建議，中國的目標應該在2020年使光伏發電的累計裝機容量達到30000兆瓦，使光伏發電量達到屆時全國發電量的1%。

雖然這個指標同歐、美、日國家的目標相比差距還相當大，但要想達到這個目標，要排除諸多障礙。專家指出，在世界上許多國家，光伏發電已經進入商業化發展軌道；在荒漠大規模併網和光伏建築一體化領域具有良好的長遠發展前景，是可再生能源套用的重要組成部分。全球光伏發電產業以平均30%以上的速率迅猛增長，2002年的系統產值達到35億多美元。預計在各國減排行動和優惠政策的拉動下，產業發展將進一步加快。中國只要出台相應政策、培育規範的規模市場、加大投入、加速能力建設，中國企業完全有條件依託國內市場挺進國際市場，進入國際十強。

發展潛力

太陽能電池產業將大有所為

在太陽能發電系統中，技術最複雜的組成部分應屬太陽能電池。可以說，太陽能電池是太陽能發電系統的核心，其開發、生產直接影響到太陽能發電的普及和發展。

太陽能電池的主要原理是通過使用半導體材料，將較薄的N型半導體置於較厚的P型半導體上，當光子撞擊該裝置的表面時，P型和N型半導體的接合面有電子擴散產生電流，可利用上下兩端的金屬導體將電流引出利用。

太陽能電池的種類根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、矽太陽能電池；2、以無機鹽如砷化鎵Ⅲ－V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料製備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。

矽是最理想的太陽能電池材料，這是太陽能電池以矽材料為主的主要原因。在以上電池中單晶矽太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟，光電轉化效率可達23.3%。在製作過程中，一般採用表面織構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術。但由於單晶矽材料價格及相應的繁瑣工藝影響，單晶矽成本價格居高不下，大幅降低成本非常困難，無法實現太陽能發電的大規模普及。

隨著新材料的不斷開發和相關技術的發展，以其它材料為基礎的太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。光電池，非晶矽及結晶矽混合型薄膜光電池等方面。

如果說單晶矽的特點是效率高、成本高，其它材料電池的難題無疑是低成本、轉化弱。與單晶矽太陽能電池相比，除多晶矽、碲化鎘等外，其它材料電池的光電轉化效率普遍未超過15%。

中國太陽能電池的發展中國於1958年開始研究太陽能電池，1971年首次套用於中國發射的衛星上。1973年開始將太陽能電池用於地面。由於受到價格和產量的限制，市場發展很緩慢，除了作為衛星電源，在地面上太陽能電池僅用於小功率電源系統，如航標燈、鐵路信號系統等。

2002年，國家有關部委啟動了“西部省區無電鄉通電計畫”，通過光伏和小型風力發電解決西部七省區無電鄉的用電問題。這一項目的啟動大大刺激了太陽能發電產業，國內建起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產量迅速增加。

套用

太陽能電池已經開始廣泛用於通信、交通、民用產品等各個領域，光伏發電不但列入到國家的攻關計畫，而且列入國家電力建設計畫，同時也在一些重大工程項目中得到套用。光伏發電已遍及中國西部各省區，以及中部和東部的部分省、直轄市、自治區，總投入已經超過30億元。

太陽能電池高效和低價統一始終是國際開發的目標。與此相同，中國產品生產、推廣的根本問題也集結於此。草原、海島、沙漠等無電地區需求巨大，但價格的可承受性、生產規模不足和產品針對性較弱等方面的問題十分突出。而在城市電力系統中，高昂的一次性投資成本無疑更為產品推廣增加了難度。因此，提高效率，降低成本，擴大規模應是現今開發、生產太陽能電池的主題。

未來發展

在具體操作方面：多晶矽太陽能電池的研究應把攻關與引進結合起來，儘快建立一條年生產能力為兆瓦級的生產線；單晶矽太陽能電池重點提高組件的效率，降低生產成本；加速開發新型太陽能電池。具體標準：兆瓦級多晶矽太陽能電池組件生產線的建立主要技術經濟指標：組件效率13%，組件壽命20～25年；單晶矽太陽能電池組件生產線的技術改造主要技術經濟指標：組件效率14%～15%，組件壽命20～25年。

要在現有技術條件下快速發展，太陽能電池行業應儘快實現小型光電源產業化；著重開發100千瓦容量以下的獨立運行光伏電站系列化、規範化、商品化研究併網光伏發電技術，並為大規模套用做好前期準備。

在具體標準方面：小功率光伏電源產業化功率範圍：千瓦級、百瓦級產業規模：總容量大於1兆瓦系統造價：比“八五”平均價格降低30%以上太陽能；獨立運行光伏電站系列化、規範化、商品化。功率範圍：10千瓦～100千瓦系統造價：比“八五”平均價格降低30%以上；併網光伏發電技術研究和示範。兆瓦級併網光伏電站的前期研究，10千瓦併網光伏示範電站、100千瓦併網光伏電站用逆變器研製，光伏電站運行及與電力系統相關技術研究。

發展趨勢

利用太陽能光伏發電是是能源利用不可逆變的潮流。中國已成為全世界僅次於美國的第二大電力消費市場，需求增長速度為全球之冠。但石油能源的緊張、煤炭資源的告急使得現有發電方式遠遠不能滿足電力消費需求，太陽能發電推廣相當迫切，市場潛力十分巨大。針對市場，加速發展，太陽能電池行業必定大有可為。

太陽能燈