【正文】 電源系統(tǒng)運(yùn)行成本低，幾乎不需要維護(hù)，不需要備件，不需要增添燃料。不包含任何運(yùn)轉(zhuǎn)部件，系統(tǒng)可連續(xù)工作、使用壽命超過(guò)數(shù)十年。無(wú)需為接入電網(wǎng)而修路，在沒(méi)有電網(wǎng)的地方，太陽(yáng)能為靈活選取站址提供可能。在其它一些供電系統(tǒng)，往往由于斷電而立即造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。太陽(yáng)能照明本質(zhì)上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，專業(yè)領(lǐng)域稱為“硅晶片地面光伏組件”。太陽(yáng)能燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種應(yīng)用產(chǎn)品，憑借其節(jié)能、環(huán)保、無(wú)需布線、自動(dòng)控制、隨時(shí)變換位置等優(yōu)點(diǎn)，在照明行業(yè)中樹立起神圣的地位[2]。工程越大，普通燈具的工程施工費(fèi)用越高，其初始投入大于太陽(yáng)能燈具。如果把人力、物力計(jì)算在內(nèi)，普通燈具的輔助費(fèi)用與維護(hù)費(fèi)用都將比預(yù)算的高。如果在全國(guó)推廣使用3億只太陽(yáng)能燈，其節(jié)能效果相當(dāng)于新建一個(gè)三峽工程。作為太陽(yáng)能應(yīng)用的系列產(chǎn)品之一，太陽(yáng)能燈具一直是各方研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。專家預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能照明在未來(lái)十年后將會(huì)普及，成為未來(lái)照明行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。太陽(yáng)能照明路燈采用高效單晶硅太陽(yáng)能電池供電，采用免維護(hù)密封型蓄電池貯存電能，用高效節(jié)能燈照明，并采用先進(jìn)的充放電和照明控制電路，具有性質(zhì)可靠、發(fā)光效率高、亮度大、安裝方便、無(wú)需鋪設(shè)電纜電線，無(wú)需交流電能和電費(fèi)，采用直流供電，光敏控制。本文設(shè)計(jì)了獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)——光伏發(fā)電路燈系統(tǒng)。毫無(wú)疑問(wèn)，光伏發(fā)電路燈的應(yīng)用必然隨著時(shí)間的發(fā)展得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的安裝調(diào)試，如任何一條線路有問(wèn)題，則要大面積返工。對(duì)比而言，太陽(yáng)能照明綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點(diǎn)；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分?jǐn)偛糠值馁M(fèi)用。太陽(yáng)能照明燈具有體積小、重量輕、低能耗、高光強(qiáng)、防雷擊、無(wú)須其它電源、安全可靠、安裝、維護(hù)方便等特點(diǎn)。一盞普通的路燈以400W光源，日工作10小時(shí)計(jì)，1年平均耗電量是1460度電，還需要專人維護(hù)、更換燈泡；而太陽(yáng)能路燈一般采用壽命長(zhǎng)達(dá)50000小時(shí)以上的LED燈作為光源，日常無(wú)需增加消耗電量的費(fèi)用開支。太陽(yáng)能路燈其實(shí)并不貴，因其使用壽命長(zhǎng)，比普通路燈更劃算。但是，事實(shí)上根本不是這樣子，一盞普通路燈除了這些成本，還有預(yù)埋地下的電纜申請(qǐng)和施工過(guò)程的費(fèi)用，還可能影響、破壞周圍植被和景觀，日常需要專人定時(shí)維護(hù)、更換燈泡，同時(shí)每隔大約1Km要建一個(gè)升壓站（防止輸電線路過(guò)長(zhǎng)，電壓降低過(guò)大，影響燈光亮度），分?jǐn)傁聛?lái)的成本每盞大約在3萬(wàn)元左右，目前市政道路路燈的招標(biāo)價(jià)格每盞一般也在2～。這些太陽(yáng)能路燈一般使用的光源是長(zhǎng)壽命的LED燈或低壓鈉燈，使用的電壓都是絕對(duì)安全的直流低電壓，采用光控、時(shí)控、全自動(dòng)、無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)，故障率極低，整體路燈使用壽命要長(zhǎng)達(dá)15年。只要設(shè)計(jì)合理，實(shí)際比普通路燈更劃算[3]。(1)不受地理位置限制、無(wú)需消耗燃料、無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件、建設(shè)周期短、規(guī)模大小隨意；(2)安全可靠、無(wú)污染、無(wú)噪聲、環(huán)保美觀、故障率極低、壽命長(zhǎng)；(3)拆裝簡(jiǎn)易、移動(dòng)方便、工程安裝成本低、無(wú)需預(yù)埋架高輸電線路、可免去遠(yuǎn)距離敷設(shè)電纜時(shí)對(duì)植被和環(huán)境的破壞及其所需的工程費(fèi)用；(4)廣泛應(yīng)用于道路照明上，非常適用于鄉(xiāng)村、農(nóng)場(chǎng)、山頭、海島、高速公路等輸電不便的偏僻地方。有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖21。有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)電池將光能轉(zhuǎn)換為電池供負(fù)載使用，并同時(shí)向蓄電池存儲(chǔ)電能。這種系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，小到太陽(yáng)能草坪燈、庭院燈，大到遠(yuǎn)離電網(wǎng)的移動(dòng)通信基站、微波中轉(zhuǎn)站，邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村供電等。圖21 太陽(yáng)能路燈控制器電路原理框圖太陽(yáng)能路燈技術(shù)特點(diǎn)是。具體電路如圖21所示，由充電電路、放電電路、工作狀態(tài)指示電路、溫度補(bǔ)償電路等組成。設(shè)施和材料等，與前期容量設(shè)計(jì)相匹配。在進(jìn)行太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前，需要了解并獲取一些進(jìn)行計(jì)算和選擇必需的基本數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源和氣象地理?xiàng)l件數(shù)據(jù)的收集、計(jì)算。而太陽(yáng)能電池組件是把多個(gè)單體的太陽(yáng)能電池片根據(jù)需要串、并聯(lián)起來(lái)，并通過(guò)專用材料和專用生產(chǎn)工藝進(jìn)行封裝后的產(chǎn)品。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽(yáng)能電池的替代產(chǎn)品。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。(2)多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機(jī)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(dá)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(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光衰退問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)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(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)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(yáng)電池的1/5～1/10。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來(lái)會(huì)逐步走上市場(chǎng)[5]。圖31 硅原子結(jié)構(gòu)圖圖31中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。圖32中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。圖32 硅原子參入雜質(zhì)后結(jié)構(gòu)圖（摻入硼）同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非?；钴S，形成N（negative）型半導(dǎo)體。圖33 硅原子參入雜質(zhì)后結(jié)構(gòu)圖（摻入磷） P E 空間電荷區(qū) N 內(nèi)電場(chǎng)圖34 PN結(jié)形成圖N型半導(dǎo)體中含有較多的電子，而P型半導(dǎo)體中含有較多的空穴。如圖34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(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢(shì)差，這就是PN結(jié)。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源，如圖35所示。但如果在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能通過(guò)，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋PN結(jié)，如圖35所示。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(hù)膜，如圖35所示，將反射損失減小到5％甚至更小。 蓄電池儲(chǔ)能電池及器件是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)不可缺少的存儲(chǔ)電能的部件。其必要性如下。（2）太陽(yáng)能電池板的輸出能量極不穩(wěn)定，配備蓄電池后,負(fù)荷才能正常工作。蓄電池也稱作二次電源，它是一種把化學(xué)反應(yīng)所釋放出來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。近幾十年來(lái)，由于交通、通訊、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，其產(chǎn)品系列、產(chǎn)品種類、產(chǎn)品性能發(fā)生了巨大變化，以此滿足不同用途的需要。總之，蓄電池在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、電力、電子、通訊、教學(xué)、科研、醫(yī)療衛(wèi)生以及人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)用。由于性能及成本的原因，目前應(yīng)用最多、最廣泛的還是鉛酸蓄電池。其正極為二氧化鉛，負(fù)極為鉛，電解液主要為稀硫酸，主要有起動(dòng)型、固定型、牽引型、動(dòng)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(jià)格低廉，適于低溫高倍率放電，因此應(yīng)用廣泛，是我國(guó)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(jiàn)外形是方形。按極板制造方式又分有極板盒式、燒結(jié)式、壓成式和拉漿式。（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(lái)的新產(chǎn)品，負(fù)極為吸氫稀土合金，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀。（4）鐵鎳蓄電池鐵鎳蓄電池負(fù)極為鐵粉，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。耐用。（5）鋅銀蓄電池鋅銀蓄電池負(fù)極為鋅，正極為氧化銀，電解液為氫氧化鉀水溶液，具有較高的比能量及優(yōu)良的高倍率放電性能，但價(jià)格偏高，多用于軍事工業(yè)及武器系統(tǒng)。（7）鋰離子蓄電池鋰離子蓄電池負(fù)極是碳(石墨)，正極是氧化鈷鋰，由于采用有機(jī)電解質(zhì)液，具有電壓高。常作為通訊工具和便攜器材的電源。鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下。充電時(shí)，在正、負(fù)極板上的硫酸鉛會(huì)被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，同時(shí)在負(fù)極板上產(chǎn)生氫氣，正極板產(chǎn)生氧氣。當(dāng)正、負(fù)極板上的硫酸鉛都被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，充電就結(jié)束了。（2）放電蓄電池對(duì)外電路輸出電能時(shí)叫做放電。鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)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(guò)程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會(huì)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)。 控制器小型充電控制器主要用于太陽(yáng)能戶用電源系統(tǒng)，其技術(shù)特點(diǎn)有。圖36 單片機(jī)STC12C5A60S2的引腳圖 單片機(jī)STC12C5A60S2的介紹本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)基于PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，采用STC12C5A60S2完成對(duì)路燈系統(tǒng)的控制，下面對(duì)單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹(如圖36)。內(nèi)部集成2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 VCC：供電電壓；GND：接地； RXD(串行輸入口)； TXD(串行輸出口)；