【正文】 照明就是利用太陽能最重要的途徑。 市電照明燈具安裝復(fù)雜：在市電照明燈具工程中有復(fù)雜的作業(yè)程序，首先要鋪設(shè)電纜，這里就要進行電纜溝的開挖、鋪設(shè) 暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。而且地勢和線路要求復(fù)雜、人工和輔助材料成本高昂。綜上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)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(shè)直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢。太陽能照明燈可廣泛應(yīng)用于：家庭別墅、單位花園、公園綠地、 4 環(huán)保小區(qū)、房前路邊等戶外場所的照明。換個角度說，每裝一盞太陽能路燈，每年就可節(jié)省 1460 度電，十年可節(jié)省 14600 度。在很多人眼里，路燈的成本不過是一 根桿，一只燈泡。 而太陽能路燈的最大成本就是太陽能電池板，無需預(yù)埋輸電電纜及相關(guān)工程費用，一盞 8～ 12 米的太陽能路燈的造價一般在 ～ 萬元之間。此外，路燈與路燈之間彼此獨立工作、互不干擾，可根據(jù)實際情況將某段時間設(shè)計成節(jié)能照明狀態(tài)，從而有效降低造價。 ，也不劃算，太陽能路燈燈桿一般都在 8米高以上，偷盜電線不合算 近年來，由于銅以及其他金屬價格的上漲，偷盜路燈電纜成為一大治安問題。 小偷偷電線一般用剪或用絞輪拉，目的是為了獲得金屬銅謀取利益，而太陽能路燈的內(nèi)部電線絕大部分都在燈桿里面且短而小，含銅量不如傳統(tǒng)路燈，加上燈桿較高，一般都在 8 米以上，要開著吊車才能將太陽能電池板和電纜快速盜走，被盜可能性比傳統(tǒng)路燈要低得多。 ，因其使用壽命長，比普通路燈更 劃算 (1)不受地理位置限制、無需消耗燃料，無機械轉(zhuǎn)動部件，建設(shè)周期短，規(guī)模大小 5 隨意； (2)安全可靠、無污染、無噪聲、環(huán)保美觀、故障率極低、壽命長； (3)拆裝簡易、移動方便、工程安裝成本低，無需預(yù)埋架高輸電線路，可免去遠距離敷設(shè)電纜時對植被和環(huán)境的破壞及其所需的工程費用； (4)廣泛應(yīng)用于道路照明上，非常適用于鄉(xiāng)村、農(nóng)場、山頭、海島、高速公路等輸電不便的偏僻地方。但太陽能路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設(shè)計時需要特別注意。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟不發(fā)達、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。 7 3 太陽能路燈的組成原理框圖及其工作原理 太陽能路燈的組成 太陽能路燈 由太陽能電池組件、蓄電池、電源控制器、 光源等 組成。使用時在控制器中輸入所在地區(qū)緯度，調(diào)整好年、月、日和開 /關(guān)機的時間，就能夠長年自動跟蹤環(huán)境光線； ④ 在大面積使用后，啟動和關(guān)閉的時差很小，從而比較好的克服了傳統(tǒng)太陽能燈因啟動時差過大而產(chǎn)生的種種弊端。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大 8 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)通過標準接口相連接，像一個小型的發(fā)電廠 。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過光伏數(shù)組將接收來的太陽輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變 后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。 白天的時候，太陽能電池吸收太陽光子能產(chǎn)生電能，通過控制器吧電能儲存在蓄電池里，當夜幕降臨或者燈具周圍的廣度較低時，蓄電池通過控制器向光源供電設(shè)定的時間后切斷，這樣就可以照明了。 按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜 形 和 有 機 膜 形 ， 而 化 合 物 半 導(dǎo) 體 薄 膜 形 又 分 為 非 結(jié) 晶 形(aSi:H,aSi:H:F,aSixGelx:H等 )、 Ⅲ V族 (GaAs,InP 等 )、 ⅡⅥ 族 (Cds 系 )和磷化鋅 (Zn 3 p 2 )等。 1. 硅太陽能電池 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,規(guī)模生產(chǎn)時的效率為 15%。 多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較 ,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉(zhuǎn)換效率為 18%,工 業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為 10%。 非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。如果能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。 2. 多元化合物薄膜太陽能電池 多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵 IIIV 族化合物、硫化鎘、硫 化鎘及銅錮硒薄膜電池等。 砷化鎵（ GaAs） IIIV化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達 28%， GaAs 化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率 ,抗輻照能力強 ,對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。 銅銦硒薄膜電池（簡稱 CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。能否發(fā)展成為具有實用意義的產(chǎn)品，還有待于進一步研究探索。其光電效率穩(wěn)定在 10％以上，制作成本僅為硅太陽電池的 1/5～1/10．壽命能達到 2O 年以上。 硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu) 太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu) ，如 圖。當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照圖 所示。而 實心的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有 3個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的 空心 的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成 P（ positive）型半導(dǎo)體。 實心 的為磷原子核， 小 的為多余的電子 ，如圖 所示 。如圖 所示 。這是由于 P 型半導(dǎo)體多空穴， N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是 PN 結(jié)。然后在 PN 結(jié)中形成 電 勢 差，這就形成了電源 ， 如圖 所示 。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋 p－ n 結(jié) ， 如 圖 ，以增加入射光的面積。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜 ， 如圖 ，將反射損失減小到 5％甚至更小。 蓄電池的組成及工作原理 太陽能照明必須配備蓄電池才能工作，這是因為： 13 （ 1） .太陽能電池只能在白天進行光電轉(zhuǎn)化工作，電能在夜晚才能用于照明，因此必須儲備在蓄電池內(nèi)，儲備的容量要足夠當?shù)剡B續(xù)幾個陰天的照明需 要。 蓄電池的種類和應(yīng)用 化學(xué)電源是人類目前可以利用的高效能源之一。蓄電池按照其電解液的不同，通常分為酸性電池和堿性電池。通訊。產(chǎn)品種類。目前，蓄電池主要應(yīng)用于各種車輛。飛機等內(nèi)燃機的起動以及照明。不間斷電源。 便攜式電動五金 |工具。 總之，蓄電池在國防。交通運輸。電子。教學(xué)。醫(yī)療衛(wèi)生以及人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)用。鎘鎳蓄電池。金屬氧化物蓄電池。鋅鎳蓄電池。鋰離子蓄電池等。固定型。動力型和便攜型，常為開口或防酸式 (GF),少量為膠體電解液蓄電池 (GEL)。由于鉛酸蓄電池價格低廉，適于低溫高倍率放電，因此應(yīng)用廣泛，是我國的電信行業(yè)中后備電源的主要產(chǎn)品。污染環(huán)境等不利因素，一定程度上影響了其使用范圍。常見外形是方形。密封和全密封三種結(jié)構(gòu)。燒結(jié)式。鎘鎳蓄電池 具有放電倍率高。 14 3．金屬氫化物鎳蓄電池 金屬氫化物鎳蓄電池是新開發(fā)出來的新產(chǎn)品，負極為吸氫稀土合金，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀。優(yōu)良的高倍率放電性能和低溫放電性能，價格便宜，無污染，被稱為綠色環(huán)保電池。具有結(jié)構(gòu)堅固。壽命長等特點，比能量較低，多用于礦井運輸車動力電源。 6．鋅鎳蓄電池 鋅鎳蓄電池負極為鋅，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀水溶液，具有高比能量，價格較低；但壽命較短，近年來鋅鎳蓄電池的循環(huán)壽命有了較大提高，預(yù)計隨著循環(huán)壽命的提高將獲得更廣泛應(yīng)用。比能量高及優(yōu)良的循環(huán)壽命，安全無污染，被稱為綠色電源。 總之，我國的蓄電池工業(yè)隨著各行各業(yè)的發(fā)展獲得了迅速發(fā)展機會。同時，免維護。金屬氧化物物鎳蓄電池。 鉛酸蓄電池的工作原理 由于太陽能路燈采用的是鉛酸蓄電池，所以這里只對鉛 酸蓄電池 進行分析。充電時，在正、負極板上的硫酸鉛會被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，同時在負極板上產(chǎn)生氫氣，正極 板產(chǎn)生氧氣。當正、負極板上的硫酸鉛都被還原成原來的活性物質(zhì)時，充電就結(jié)束了。 化學(xué)反應(yīng)過程如下： （正極） （電解液） （負極） （正極） （電解液） （負極） PbSO4 + 2H2O + PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 + Pb （充電反應(yīng)） (硫酸鉛 ) （水） （硫酸鉛） 蓄電池對外電路輸出電能時叫做放電。 化學(xué)反應(yīng)過程如下： （正極） （電解液） （負極） （正極） （電解液）（負極） PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放電反應(yīng)） (過氧化鉛 ) （硫酸） （海綿狀鉛） 從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸 電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做 “ 雙硫酸鹽化反應(yīng) ” 。在蓄電池充電過程中，正、負極疏松細密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會重新還原成二氧化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。 電源控制器的組成及工作原理 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 太陽能路燈智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ，如圖 所示，該 以 STC12C5410AD 單片機為核 心，外圍電路主要由電壓采集電路、負載輸出控制與檢測電路、 LED 顯示電路及鍵盤電路等部分組成。單片機的 P3 口的兩位作為鍵盤輸入口，用于工作模式參數(shù)的設(shè)置。 STC12C5410AD 對系統(tǒng)的工作進行實施調(diào)度，實現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負載的管理、工作狀態(tài)的指示等。(T1)接 F2 鍵 ,該鍵用于自檢及“加 1”功能 ,根據(jù)程序流程 ,分別實現(xiàn)不同功能。同時本系統(tǒng)支持太陽能板反接、反充保護。利用微控制器的 PWM 功能 ,對蓄電池進行充電管理。 電壓采集與電池管理 太陽能電池板電壓采集用于太陽光線強弱的判斷，因而可以做為白天、黃昏的識別信號。 蓄電池電壓采集用于蓄電池工作電壓的識別。若太陽能電池正常充電時蓄電池開 路，控制器將關(guān)斷負載，以保證負載不被損傷，若在夜間或太陽能電池不充電時蓄電池開路，控制器由于自身得不到電力，不會有任