【正文】 figure 玻璃 ： 采用低鐵鋼化絨面玻璃 (又稱為白玻璃 )， 厚度 ,在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi) (3201100nm)透光率達 91%以上，對于大于 1200 nm 的紅外光有較高的反射率。 TPT： 太陽電池的背面覆蓋物 — 氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有 提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。 蓄電池組 其作用是貯存 太陽能電池方陣 受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負載供電。 充放電控制器 是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。 防反沖二極管 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防反充二極管又稱阻塞二極管，在太陽電池組件中其作用是避免由于太陽電池方陣在陰雨和夜晚不發(fā)電或出現(xiàn)短路故障時，擂電池組通過太陽電池方陣放電。一塊板的話可以不用任何二極管，因為控制器本來就可防反沖。 A）離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護困難而限制了使用范圍。 C） A， B 兩者混合系統(tǒng)，這是介于上述兩個方之間的系統(tǒng)。 光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計，太陽能電池方陣安裝傾角的計 算，系統(tǒng)運行情況的預(yù)測和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等。逆變器的選型和設(shè)計，以及控制和測量系統(tǒng)的選型和設(shè)計。由于不適當(dāng)?shù)倪x擇，可輕易地使系統(tǒng)的投資成倍的增加，而且未必就能滿足使用要求。但是很少有獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)是建立在太陽輻射數(shù)據(jù)資料齊全的城市的，而且偏遠地區(qū)的太陽輻射數(shù)據(jù)可能并不類似于附近的城市。 對于負載的估算，是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和定價的關(guān)鍵因素之一。然后，按負載分類和按工作電壓分組，計算每一組的總功率。在以交流負載為主的系統(tǒng)中直流系統(tǒng)電壓應(yīng)當(dāng)考慮與 選用的逆變器輸入電壓相適應(yīng)。實際上，某些較大功率的負載可安排在不同的時間內(nèi)使用。這個參數(shù)讓系統(tǒng)設(shè)計者能夠選擇所需使用的蓄電池容量大小。所謂負載不嚴格的光伏應(yīng)用系統(tǒng)通常指用戶遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 可以稍微調(diào)節(jié)一下負載需求從而適應(yīng)惡劣天氣帶來的不便，而嚴格系統(tǒng)指負載用電比較重要，如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院、診所等。 基本公式如下： 所需蓄電池總?cè)萘?= ?自 給 天 數(shù) 日 平 均 負 載最 大 放 電 深 度 每個蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓，為了達到負載工作的標(biāo)稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個數(shù)等于負載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo) 稱電壓。在顧宇航：光伏發(fā)電 LED照明系統(tǒng)設(shè)計 24 蓄電池匹配計算中我們常用到平均放電率這一參數(shù)。通常，鉛酸蓄電池容量是在 25℃時標(biāo)定的，隨著溫 度的降低， 0℃時的容量大約下降到額定容量的 90%,而在 20℃的時候大約下降到額定容量的 80%，所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對其容量的影響。 修正后公式如下： 蓄電池容量 = ??自 給 天 數(shù) 日 平 均 負 載最 大 允 許 放 電 深 度 溫 度 修 正 因 子 太陽能電池組件配置計算 1) 基本公式 計算太陽能電池組件數(shù)量的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量即組件日輸出（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，其中組件日輸出的計算為太陽能光伏組件最大工作點電流（安）乘以每日太陽輻照最小時數(shù)（小時），使用遼寧工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 這些組件并聯(lián)可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電流。 b. 將負載增加 10%以應(yīng)付蓄電池的庫倫效應(yīng) 在蓄電池的充放電過程中，蓄電池會電解水產(chǎn)生氣體逸出，太陽能電池組件產(chǎn)生的電流中將有 5%— 10%的部分不能轉(zhuǎn)化儲存起來而是耗散掉，我們用蓄電池的庫倫效率來評估這種電流損失。因此受其它串聯(lián)組件的驅(qū)動，電流被迫通過遮光區(qū)域，產(chǎn)生不希 望有的加熱，嚴重時可能對組件造成永久性的損壞。位于北半球的我國，方陣的方位應(yīng)按正南向設(shè)置。如果出于某種考慮，方陣不是正南設(shè)置，那應(yīng)盡可能偏西南 20176。隨著電光源工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種新光源產(chǎn)品不僅在數(shù)量上，而且在質(zhì)量上都有很大的提高，各種發(fā)光效率高、顯色性好、使用壽命長的新型電光源不斷出現(xiàn)。 20 世紀 60 年代開發(fā)了高壓鈉燈和金屬鹵化物燈， 80 年代出現(xiàn)了緊湊型節(jié)能熒光燈、小功率高壓鈉燈和小功率金屬鹵化物燈，照明用發(fā)光二極管的開發(fā)，使電光源進入了高性能化、節(jié)能化和電子化 的新時期。 106nm）的電光源，紫外光源用在部分裝飾照明和間接照明中，但大部分用在多類工業(yè)用輻射照明中。 2）照明光源的分類 照明光源種類很多，室外照明光源一般采用 CFL 節(jié)能燈、汞燈、高壓或低壓鈉燈、金鹵燈，近年來有出現(xiàn)了無極燈和半導(dǎo)體發(fā)光器件 LED。 總的來說，目前在大功率、高照明質(zhì)量要求的場合，一般選擇金鹵燈作為光源；對于大功率、質(zhì)量要求不高的場合，可以選擇汞燈、高壓鈉燈最為光源；而對于小功率的照明場合，尤其是像光伏發(fā)電照明系統(tǒng)，可以選擇高 亮度大功率的 LED 作為光源。日本企業(yè)近年計劃量產(chǎn) 100 lm/W 以上的白光發(fā)光二極管，這一指標(biāo)超過了 80lm/W 的稀土三基色熒光燈，逼近光效 140lm/W 的鈉燈，就發(fā)光二極管的技術(shù)潛力和發(fā)展 趨勢來看，其發(fā)光效率將達到 200lm/W 以上，超過當(dāng)前光效最高的高強度氣體放電燈，成為世界上最亮的光源。所謂半導(dǎo)體照明，是指用半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡稱 LED）作為光源的固態(tài)照明。 LED 光源的發(fā)光原理 LED 光源其實是一個 PN 結(jié)的二極管。注入的少數(shù)載流子將和該區(qū)原有的少數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。 顧宇航：光伏發(fā)電 LED照明系統(tǒng)設(shè)計 30 圖 32 （ a) PN 結(jié)二極管示意圖 (b)PN 結(jié)二極管法度昂模型示意圖 Figure 32（ a)PN junction diode (b)A model for the pn junction diode testimonies 1) 單色 LED 光源的發(fā)光原理 當(dāng)電流從 PN 結(jié)的陽極流向陰極時，管芯半導(dǎo)體晶體就會發(fā)光，光的顏色取決于使用的晶體材料的種類，從 LED 發(fā)光過程看出，一是發(fā)光的光為單色光；二是不同的管芯半導(dǎo)體材料發(fā)出不同的單色光， LED 能發(fā)出紫外到紅外不同顏色的光；三是發(fā)光的強弱和正向電流有關(guān)。 LED 光源的基本特性 從照明角度看，要有效地利用 LED 光源，就必須對它的光、電和熱特性及一些基本參數(shù)有所了解。 ③ LED 的光強分布特性 目前 LED 發(fā)出光束的角度用 1/2 半寬度角 2/1? 表示，即光強降到峰值光強 1/2 時的光束角，見圖 33。 圖 33 LED 光源的光強分布特性 Figure 33 LED light intensity distribution characteristics 2) LED 光源的電特性 ① LED 的伏安特性曲線 發(fā)光二極管的伏安特性 (又稱 VI 特性 )與普通二極管大致相同，只是在正向特性的上升速率上略有差異。相同的管壓降是不同的，流過 LED 的電流 i 與其兩端電壓 V 的關(guān)系如下式： )1( / ?? kTeVr eIi ? 式中： T— 溫度 rI — LED 的反向 飽和電流； e— 電子電荷； k— 波爾茲曼常數(shù)； β — 正向電流較大時近似為 1。典型數(shù)據(jù)如 下：紅色是 120℃，白色是 100℃，應(yīng)保持溫度范圍小于 105℃，在設(shè)計和裝配時應(yīng)考慮發(fā)熱造成效率的下降。除此之外，溫度變化對 LED 的主波長也有影響。 LED 與傳統(tǒng)光源的性能比較 1) LED 的優(yōu)點 雖然目前白光 LED 仍處于初級發(fā)展階段，但與現(xiàn)行照明光源比較， LED 照明有很多優(yōu)點。目前，世界各國均加緊提高 LED 光效的研究，在不遠的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。美國科學(xué)家語言，全球的白熾燈和日光燈都被白光 LED 取代的話，將節(jié)約 38 座核電站的發(fā)電量。 (4) 安全環(huán)保 LED 為全固態(tài)發(fā)光體、耐震、耐沖擊不易破碎、發(fā)熱量低、無熱輻射，屬冷光源 ，且不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)，廢棄物可回收，沒有污染。白熾燈的發(fā)光體是燈絲，有一定的長度，熒光燈的尺寸更大，這些照明光源都不能看成點光源，在燈具設(shè)計時首先要建立一個光源輻射模型，處理起來有一定的厚度。但是， LED 想要在照明中全面普及，還需要解決一些技術(shù)性的問題： (1) 光提取效率低 雖然 LED 的電光轉(zhuǎn)化效率較高，但傳統(tǒng)的正裝結(jié)構(gòu) LED 的光提取效率只有百分之幾，嚴重影響 LED 的光輸出功率，采用 LED 作為照明光源，必須可以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。 LED 的驅(qū)動電路 LED 驅(qū)動技術(shù) 原始電源有各種形式，但無論哪種電源，一般都不能直接給 LED 供電。 (2) LED 是一個具有 PN 結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體期間，具有勢壘電勢，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在 LED 上的電壓值超出這個門限電壓時 LED 才會充分導(dǎo)通。 (4) LED 的 PN 結(jié)的溫度系數(shù)為負，溫度升高時 LED 的勢壘電勢降低。因此，應(yīng)該使 LED 在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。 LED 驅(qū)動電路 理想的 LED 驅(qū)動方式是采用恒壓、恒流方式，但驅(qū)動器的成本會增加。而 LED也是需要直流供電，則對于 LED 的驅(qū)動我們選用 DC/DC 變換器。而獨立式發(fā)電系統(tǒng)光伏數(shù)組首先會將接來的太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負載，并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲存在蓄電池中。 4) LED 驅(qū)動電路 這也是系統(tǒng)的核心控制電路的一部分，它要完成發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動控制，使流過發(fā)光管的電流不隨蓄電池的電壓變化。與現(xiàn)行照明光源 相比， LED 照明具有以下優(yōu)點： A)功耗低、節(jié)能 在同樣的照明效果下， LED 的耗電量是白熾燈泡的 1/8，是熒光燈的 1/2。 LED 的發(fā)光機理是：半導(dǎo)體材料的電子和空穴在 P— N 結(jié)處結(jié)合，發(fā)出與電子和正電荷空穴之間的能量差相對應(yīng)的光子而發(fā)光。蓄電池的容量要根據(jù)太陽能電池板的功率和 LED 燈的功率以及照明時間來決定。 圖 光伏發(fā)電 LED 照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Photovoltaic power generation LED lighting system structure diagram in figure 1) 太陽能電池板 太陽能光伏發(fā)電是依靠太陽能電池組件，利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽光照射在半導(dǎo)體 PN 結(jié)上， 由于 PN 結(jié)勢壘區(qū)產(chǎn)生了較強的內(nèi)建靜電場，因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴散進勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場的作用下，各自向相反方向運動，離開勢壘區(qū)，結(jié)果使 P 區(qū)電勢升高， N 區(qū)電勢降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類：一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標(biāo)準接口相連接，像一個小型的發(fā)電廠，另一類是獨立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路。 對于 LED 驅(qū)動方面，由于蓄電池輸出是直流電，所以可以和 LED 相匹配。如果加在 LED 上的電功率超過一定數(shù)值， LED 也可能損壞。 (5) 流過 LED 的電流和 LED 的光通量的比值也是非線性的。 (3) LED 的電流 — 電壓特性是非線性的，流過 LED 的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動勢減去 LED 的勢壘電勢后再除以回路的總電阻 (電源內(nèi)阻、引線電阻和 LED 體電阻之和 )。 LED 實際上是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?LED 驅(qū)動應(yīng)具有直流控制、高效率、 PWM 調(diào)光、小型尺寸以及簡便易用等特點。 (3) 光色不佳 LED 發(fā)出的光與自然光仍有一定的差距，譬如白熾燈具有非常強的黃色光的成分，給人一種溫暖的感覺，而白光 LED 發(fā)出的白光帶有藍色光的成分，在這種光的照明下，人們的視覺不很自然。 除此之外，相比于傳統(tǒng)光源， LED 光源還有色溫范圍廣（ 3600～ 11000K）、體積小、無紅外線和紫外線輻射、直流驅(qū)動和使用安全等優(yōu)點。白熾燈是熱輻射光源，而 LED 得相應(yīng)時間只有幾十納秒，因此在一些需要快速相應(yīng)或高速運動的場合，應(yīng)用 LED 作為光源是很合適的。一般來講，普通白熾燈的壽命約為一千小時，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命不超過一萬小時，高壓鈉燈壽命也不超過二萬小時。在同樣的照明效果下， LED 的耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。 (1) 光效高 白熾燈、鹵鎢燈的光效為 12～ 24lm/W，熒光燈的光效為 50～ 70lm/W，鈉燈的光效為 90～ 140lm/W，大部分的好店變成熱量損耗。若不控制溫度，穩(wěn)定的電功率就會產(chǎn)生不同的工作條件。根據(jù)使用場合再設(shè)計外殼時必須注意熱量帶來的問題。亮度正比于電流密度