【正文】 期短，一次投資長期受益。 (5)太陽能光伏發(fā)電沒有運 動部件，可靠性高，維護簡單。 (7)太陽能電池工作時輸出直流電。 (2)太陽輻射能量密度較低，轉換效率不高，大規(guī)模使用時要占用很大面積。 太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)設計 3 同時太陽能光伏發(fā)電量受太陽輻射強度和溫度影響很大，輸出功率不穩(wěn)定，不宜直接使用。并網(wǎng)發(fā)電是將太陽能電池輸出的直流電能通過逆變器及控制器變換成與電 網(wǎng)同值、同頻、同相的同步交流電能，從而實現(xiàn)與電網(wǎng)的聯(lián)接。離網(wǎng)式發(fā)電是將太陽能電池產(chǎn)生的直流電能通過蓄電池儲存起來，在需要供電時由蓄電池向負載提供電能，這種方法適合于小規(guī)模光伏發(fā)電以及無電網(wǎng)地區(qū)的供電。由于太陽能電池價格成本較高，故而應用太陽能電池供電的系統(tǒng)成本不低。據(jù)中國資源節(jié)約與環(huán)境保護單位統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國照明用電量目前約占全社會用電量的12%。 另一方面，是我國沿海地區(qū)，夏季用電高峰，不得不面臨拉閘限電的狀況，可以說，電力已成為限制當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的因素。 對 LED 的特性進行分析，很容易知道 LED 的工作電流是單向導通的直流，工作電壓也較低。這不僅增加了系統(tǒng)成本，同時又降低了能源的利用率。 這些特點與 LED 特性相匹配，是傳統(tǒng)的市電供能所無法達到的。故而利用清潔的、取之不盡用之不竭的太陽能為能源，與功耗低、壽命長 (長達 10 萬小時 )、光效高、反應速度快、環(huán)保的 LED 相結合，實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)。 同時，蓄電池智能控制策略保證太陽電池發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池的合理利用，并應用蓄電池智能充電策略最大限度延長蓄電池壽命。太陽能LED 照明產(chǎn)業(yè)必將是一個大有發(fā)展前途的高新技術產(chǎn)業(yè)，不僅是經(jīng)濟的一個新的增長點，更將給社會和人類帶來巨大的變革。 國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)展現(xiàn)狀 隨著地球資源的日益貧乏，人們對利用太陽能發(fā)電的愿望越來越迫切。在世界各國尤其是美、日、德等西方發(fā)達國家先后發(fā)起的大規(guī)模國家光伏發(fā)展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏工業(yè)近年來保持著年均 30%以上的高速增長勢頭，是目前發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。代表性的國家就是德國和西班牙，這兩國 2021 年新增太陽能電池導入量分別達到 2511MW、 1500MW，占歐洲總量的 84%。但是，令人欣慰的是，新興市場的快速崛起將填補傳統(tǒng)光伏大國留下的空白。 我國太陽能資源豐富，年日照數(shù)在 2200 小時以上的地區(qū)占國土面積的 2/3 以上。加上目前能源緊張已經(jīng)逐步影響到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，太陽能將以其它能源無可比擬的優(yōu)勢在實際應用領 域取得舉足輕重的地位，其市場前景十分廣闊。光伏產(chǎn)量和安裝容量僅占世界的 1%左右。隨著太陽能電池各種新型材料的不斷開發(fā)及成功問世，且太陽能電池成本逐年下降，所以太陽能光電的應用也將日趨廣泛，它的發(fā)展已經(jīng)逐漸成為一種必然趨勢。國家相關 部委、各地政府還制訂了扶持新能源生產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的相關措施，以加快新能源應用的發(fā)展，這就給我們行業(yè)帶來了空前的發(fā)展契機。根據(jù)目前太陽能光電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，按區(qū)域特性可分為三大版塊：珠江三角版塊、長江三角版塊和華北版塊。長江三角版塊的光電企業(yè)的主要以加工 出口太陽能（工藝裝飾）、塑料（樹脂石材）、草坪燈為主，以低廉的價格占據(jù)行業(yè)出口的相當一部分份額，這類企業(yè)主要集中在江浙一帶。除此三大版塊之外，未涉及到的部分地區(qū)還有著其它零星的光電企業(yè)，他們以外貼牌加工模式來運作。 太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)設計 6 2 太陽能電池及蓄電池 太陽能電池 太陽能電池的結構及工作原理 太陽能電池表面有一層金屬薄膜似的半導體薄片，當太陽光照射時，薄片的另一側和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光生伏打效應（簡稱光伏效應），太陽能電池就是產(chǎn)生光生伏打效應（簡稱光伏效應）的半導體器件 [8]。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應直接將光能轉化為電能的裝置， 1954 年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，并首先應用于空間技術。 1973 年世界爆發(fā)石油危機，從此之后 ，人們普遍對于太陽能電池關注，近十幾年來，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現(xiàn)。光伏陣列就是由許多太陽電池組件經(jīng)過相應的串、并聯(lián)后構成。太陽能電池單體實際上是一個 PN 結， PN 結在光照下會產(chǎn)生電動勢，這種效應稱為光生伏特效應。當 PN 結受到光照時，硅原子受光激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對，在勢壘電場的作用下，空穴向 P 區(qū)移動，電子向 N 區(qū)移動，從而 P 區(qū)就有過剩的空穴， N 區(qū)就有過剩的電子，這樣便在 PN 附近形成與勢壘電場方向相反的光生電動勢。若在太陽能電池單體兩側引出電極并接上負載，則負載就有“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。實際中使用的太陽能電池是若干個太陽能電池單體經(jīng)過串并聯(lián)并封裝后形成的太陽能電池組件，是可以單獨作為電源使用的最小單元，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦。 太陽能電池的分類 目前，有許多材料可以用來做太陽能光伏電池的半導體層，但是能產(chǎn)生高能量轉換效率的光伏材料并不多。從對太陽能光吸收效率、能量轉換效率、制造技術的成熟與否以 及制造成本等多個因素來看，每種光伏材料各有其優(yōu)缺點。 單晶硅太陽能電池是當前開發(fā)最快的一種太陽能電池，它的結構和生產(chǎn)工藝已基本定型，產(chǎn)品已廣泛用于實際中。目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為 15%左右，最高的達到 24%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，技術也最為成熟但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。有的也使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過復拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。 目前太陽能電池使用的多晶硅材料，大多是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級硅材料融合澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，即得多晶硅錠。多晶硅太陽能電池與單晶硅太陽能電池的制作工藝差不多，其光電轉換率約 12%左右，稍低于單晶硅太陽能電池，但其材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。非晶硅太陽能電池的結構各有不同，其中有一種較好的結構叫 PiN 電池，它是在襯底上先沉積一層摻磷的 N 型非晶硅， 再沉積一層未摻雜的 i 層，然后再沉積一層摻硼的 P 型非晶硅，最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜，并蒸鍍銀電極。同時，非晶硅太陽能電池很薄，可以制成疊層式或采用集成電路的方法制造，在一個平面上，用適當?shù)难谀９に?，一次制作多個串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，目前國際先進水平為 10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減，直接影響了它的實際應用。 太陽能電池的特性 太陽能電池的電氣特性為研究、質量保證和生產(chǎn)所需。 （ 2）短路電流 (Isc)：負載電阻為零時從電池流出的電流。 （ 4） Pmax 的電壓 (Vmax )：電池在 Pmax 的電壓電平。 （ 6）太陽能的電池的轉換效率 (η )：太陽能電池接到電路時轉換 (從吸收光的電能 ) 和收集功率的百分比。 （ 7）填充因子 (FF)：最大功率點 P max 與開路電壓 (Voc) 及短路電流 (Isc) 之比 P m A c EFF V o v Isc V o c Isc? ?????? （ 21） （ 8）電池的二極管特性。 （ 10）電池的旁路電阻。太陽能電池板有太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)設計 9 不同的電壓和電流范圍，但功率產(chǎn)生能力一般為 50W 至 300W。此外，無論在任何溫度和日照強度下，太陽能電池總有一個最大功率點，溫度 (或日照強度 )不同，最大功率點位置也不同。蓄電池可以反復使用，符合經(jīng)濟實用原則，這是最大優(yōu)點，蓄電池具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動方便等優(yōu)點，廣泛用于各個部門和場所。 常見的蓄電池 對于蓄電池的種類，就市場上 主流產(chǎn)品而言，主要有四類：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋰離子蓄電池。鉛酸蓄電池放電工作電壓較平穩(wěn)，既可小電流放電，也可很大電流放電，工作溫度范圍寬，可在 40℃～ 65℃范圍中工作，鉛酸蓄電池技術成熟、成本低廉，跟隨負荷輸出特性好，至今仍是蓄電池中重要產(chǎn)品，但鉛酸蓄電池重量大，質量與能量比低，理論上，鉛酸蓄電池的質量與能量比為 240Wh/kg，實際只有 10～ 50Wh/kg[12]。普通鉛酸蓄電池由于使用壽命短，效率低、維護復雜、所產(chǎn)生的酸霧污染環(huán)境等問題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被淘汰。 鎘鎳電池采用金屬鎘作負極活性物質，氫氧化鎳作正極活性物質的堿性蓄電池。鎘鎳電池標稱電壓為 ，具有使用溫度范圍寬、循環(huán)和貯存壽命長、能以較大電流放電等特點，但存在“記憶”效應，常因規(guī)律性的不正確使用造成電性能下降。圓柱密封式鎘鎳電池主要用于電動工具、剃須器等便攜式電器。由于廢棄鎘鎳電池對環(huán)境的污染，該系列的電池將逐漸被性能更好的金屬氫化物鎳電池所取代。高容量型氫鎳電池的比能量為 60～ 100Wh/Kg，高功率型氫鎳電池的比能量為 40～ 50Wh/Kg。氫鎳電池由于采用高導電性電解液，電池內(nèi)阻較小，可以適應大電流放電，因此它可分為低倍率、中倍率、高倍率電池。電池在高溫時主要是充電方 面的困難較大，氫鎳電池在較高溫時，副反應氧析出反應會加速，如果有較好的負極性能，在正極上析出的氧氣可以在負極上還原，從而使電池內(nèi)壓得以消除。氫鎳電池在20℃ 時可以用比較大的電流放電，足以滿足動力輸出的需要。 鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上 正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。沒有記憶效應。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達 100%，而且輸出功率大。不含有毒有害物質，被稱為綠色電池。因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。 太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)設計 11 釩電池是目前發(fā)展勢頭強勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，它具有特殊的電池結構，可深度大電流密度放電；充電迅速；比能量高；價格低廉；應用領域十分廣闊：如可作為大廈、機場、程控交換站備用電源；可作為太陽能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲能裝置；為潛艇、遠洋輪船提供電力以及用于電網(wǎng)調(diào)峰等。 鎂電池以鎂為負極，某些金屬或非金屬氧化物為正極的原電池。鎂儲備型電池的結構根據(jù)所需電壓及電流的大小有所不同。 太陽能路燈控制器一項主要的功能是控制太陽電池向蓄電池充電，控制蓄電池向負載供電，控制整個路燈系統(tǒng)的正常、可靠運行。主要以鉛酸蓄電池為例來說明蓄電池的 原理。它既可以儲存電能又可釋放電能。蓄電池的使用壽命包括使用期限和使用周期，使用期限是指蓄電池可供使用的時間，使用周期是指蓄電池可供重復使用的次數(shù)，蓄電池每經(jīng)過一次全充電和全放電叫做一個周期或一個循環(huán)，蓄電池的壽命有效期包括所經(jīng)受的循環(huán)壽命或使用期限?，F(xiàn)在，隨著新的設計和充電原則的采用， VRLA 蓄電池的循環(huán)壽命已經(jīng)超過 300 次，特殊的設計已經(jīng)超過 800 次循環(huán)壽命。各個廠家所標注的壽命一般很長，如華達蓄電池和美國的 GNB 蓄電池為 20 年，日本的 GS 為 15 年等，其它大容量 VRLA 蓄電池一般也稱其壽命可達到 10 至 20 年，太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)設計 12 但實際使用時，壽命僅為 7～ 8 年或更短 [13]。在此主要來說明影響蓄電池壽命的外在因素，因為有些外部因素可以避免來延長蓄電池的使用壽命。蓄電池的循環(huán)壽命與蓄電池的放電深度有著密切的關系，閥控密封式鉛酸蓄電池在放電深度（ DOD）為 20%時，循環(huán)壽命大于 1500 次；當放電深度為 50%時，則循環(huán)壽命 將降到 500 次左右，而當放電深度為 80%時，循環(huán)壽命將只有大約 200 次?？刂菩铍姵乇M量工作在淺放電狀態(tài)，將有利于延長蓄電池的使用壽命。過充電時有大量氣體析出，氣泡會損耗極板的外部，可以加速極板上活性材料的腐蝕，減少蓄電池的壽命；在過充期間過量產(chǎn)生的熱量會加速自然的腐蝕過程，在蓄電池中，支撐活性材料柵極的腐蝕是一種不斷進行的過程，也 許最終會決定蓄電池的使用壽命?？傮w說，較高的工作溫度加速正柵極的腐蝕，導致放氣現(xiàn)象加劇電解液損失，從而縮短蓄電池壽命。 從前面可知，蓄電池的使用壽命除了它本身內(nèi)在的因素影響外，還受到溫度、放電深度 DOD、過充電程度等的影響，因此，為了延長蓄電池的使用壽命，節(jié)約系統(tǒng)的成本，在光伏系統(tǒng)中，應使蓄電池在淺放電、不過充過放電以及適合 的溫度下工作。而正確地選用作為儲能裝置的蓄電池，對于光伏系統(tǒng)的設計則非常關鍵。 太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)設計 13 在幾種可作為光伏系統(tǒng)選擇配套對象的蓄電池體系中，鋰離子蓄電池價格太高，且單體大容量技術并未完全成熟，并存在一些安全性問題；鎳氫電池和鎳鎘電池價格較高，并有一定的記憶效應，不利于 容量恢復；而鉛酸蓄電池價格低、單體電壓高、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬，應成為光伏系統(tǒng)配套蓄電池的首選。 （ 1）固定電解液，增進氧氣從正極向負極的擴散。由于采用特殊結構設計，控制氣體的產(chǎn)生，所以正常使用時，蓄電池內(nèi)部不產(chǎn)生氫氣，只產(chǎn)生少量氧氣，且產(chǎn)生的氧氣可以在蓄電池內(nèi)部自行復合，由電解液吸收。蓄電池 在內(nèi)部壓力下工作，以促進氧氣化合。 （ 3）改