太阳能光伏发电LED照明系统原理与设计

    随着世界能源危机的加剧，化石能源危机时代的降临，能源使用成本面临上涨压力。世界各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用;另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。

    太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，可以说是取之不尽、用之不竭。

    太阳能光伏发电LED照明系统组成高效节能的太阳能光伏发电LED照明系统包括太阳能电池组、DC-DC变换器、最大功率跟踪MPPT fMaximum power point tracking)控制、储存电能的蓄电池组和LED照明控制、LED光源等部分。

    太阳能与LED节能灯照明的结合原理

    太阳能LED自动照明系统的基本原理，是在有光照的情况下，太阳能电池板把光能转变成电能对蓄电池充电，并将电能储存在蓄电池中。夜晚，蓄电池中的电能为半导体发光二极管LED充电发光起到照明的效果。系统采用全自动工作方式，无须人工介入，可以采用声、光或延时控制方式，做到“人在灯亮，人走灯灭”(指楼道、走廊等)或“天黑即亮，延时关灯”(指道路、庭院、景点等)或每日24小时“常明不灭”(指地下停车场、隧道等)。对连续阴雨天，系统可根据设定的天数(5-7天)正常工作。该照明系统装置是21世纪新一代能源(太阳能、风能等)与新一代光源(半导体LED)的最直接、最经济的完美结合。

下图1是一款全新设计的太阳能LED灯。顾名思义，太阳能供电的LED节能灯就叫太阳能LED灯。

图1：全新设计的太阳能LED灯

    白天，从屋外看起来，它(图2)就像一个落地百叶窗，但是由太阳能电板组成，白天反面(屋外)的太阳能电板积蓄电能，晚上正面(屋内)的LED用来照明。

    正面(屋内)的LED灯被设计成几种灯具的图案(见图3)，这样看起来不是灯具的灯泡在发光，而是整个灯具都亮着。

    太阳能光伏电池的发电原理是光生伏特效应，对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5-0.6 V，通过光照在界面层产生的电子一空穴对越多，形成的电流越大。界面层吸收的光能越多，同样形成的电流也越大。目前应用和研究的太阳能电池主要有硅太阳能电池、化合物半导体电池和染料敏化太阳能电池。硅太阳能电池是目前太阳能光伏电池的主流，在硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池的光电转换效率最高，实验室转换效率达24%以上，工业规模生产的单晶硅太阳能电池效率达到18%以上。薄膜太阳能电池近年来得到了很大的发展，多晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池等新型太阳能电池也已规模产业化，最高转换效率达到了16%以上。近年来，对CIS、CIGS薄膜太阳能电池、GaAs太阳能电池等化合物半导体太阳能电池的研究也取得了实用化的进展。染料敏化太阳能电池的研究也取得了引人注目的成果。

    太阳能光伏发电技术能与LED照明完美结合的关键在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。因此两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，因此大大提高了整个照明系统的效率。同时，借助于并网技术或利用蓄电池充放能量，使其优势更加明显。随着相关技术的深入研究，LED的发光效率正在不断提高，超高亮度的LED将要问世，势必会取代普通照明电光源，并大量节约能源且无污染。

    由于LED的工作电流是直流，且工作电压较低。太阳电池将光能转化为直流电能，且太阳电池组件可以通过串并联方式组合得到实际需要的电压。这些特点恰好与LED相匹配，两者结合将获得很高的能源利用率、较高的安全性能和可靠性，实现节能、环保、安全、高效的照明系统，实现十分完美的结合。