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太阳能光伏灯具的应用

作者:亚博足彩APP    发布时间:2020-08-22 08:01    

  太阳能光伏灯具的应用_能源/化工_工程科技_专业资料。太阳能光伏灯具的应用

  太 阳能 光 伏 灯 具 的应 用探 讨 皇明太 阳能集 团有 限公司技术研发 中心 一 赵 玉磊 王杰 陈康 摘 要 : 本文简单介绍 了太 阳能光伏灯具 的工作原理和控制器的 “ 光控 、时控 、光控 +时控 三种控制 方式的特 点;详细对比分析 了现在太阳能光伏灯具 的优点和缺点;推荐 了几种现在最成熟 、最 可靠 、性价 比较高 、最适合推广的产品;简述了L D的现状和发展趋势;总结了我国光伏灯具 E 目前需要迫切解决的问题。 关键词: 太 阳能草坪灯 ;太阳能庭院灯 ;太 阳能路灯 ;太 阳能交通信号灯 ;L D E 光 伏 效 应 由 法 国 科 学 家 埃 德 蒙 ? 可 勒 尔 贝 灯 具 工作 原理 如 图 1 :白天 , 阳光 照射到 太 阳 当 ( d n eq ee) 1 3 年 发现 , E mo dB c u r1 在 8 9 但光 伏 发 电技 电池表 面 ,太 阳 电池 的光伏 效 应产 生 电能 ,电能通 过导 线传 送 到控 制 器 ,控 制器 检 测蓄 电池 的 电压情 况 ,进行 充 电 ;夜 晚 ,光线 逐渐 减 弱 ,太 阳 电池 的 工作 电压 、工作 电流不 断下 降 ,当工作 电压 小 于控 制器 规定 的充 电电压 时 ,太 阳电池充 电结束 ,同时 放 电开始 ,直 到 第二天 太 阳 电池产 生 的 电压 大 于控 术 的应 用始于 二 十世 纪 中期 , 该项 技 术经 多年 发展 , 目前 巳获得 很大 进展 ,并 在 多方 面 获得 应用 。 近 几年 我 国光伏 产 业得 到 了迅猛 发 展 ,太 阳 电 池板 装 配方便 ,大 小 、功 率 、外 观 可 以根据 需 要任 意调 整 ,不像 其他 的可 再 生能源 的发 电技 术需 要庞 大 的 成 套 设 备 ,各种 美 观 实 用 的 太 阳 能 光 伏 灯 具 制器 规定 的 电压时 ,放 电结束 。 由此 不断 循环 ,这 就 是太 阳能灯 具 的光 控原理 。 ( 本文 内均简称 太 阳能 灯具 ) 应运 而 生 , 阳能 灯 便 太 具 出 口业 务 的销 售对象 主 要是 欧 美 、 日本 、东南亚 等发 达 国家 ,年销 售额 达 5多亿 人 民 币 ,市 场潜 力 十 分 巨大 ,目前 我 国太 阳能灯 具 的生 产厂 家 主要 集 中在广 东 、江 苏 、浙江 等地 。 一 太 阳能灯具 的结构 和工作原理 太 阳能 灯具 必需 的四部 分是 太 阳电池 组 件 、 蓄 电池 、控制 器 和 电光源 ,太 阳能灯 具 与普通 灯 具 的 主要 区 别是增 加 了发 电系统 、 能 系统 和 控制 系统 , 储 为 了将 四部 分 有机 的结 合起 来并 对重要 的 元器 件进 行保 护 , 各种不 同的灯 具根 据 需要还 有灯头 、 座 、 底 灯杆 ( 内含蓄 电池储 存室 、 制器 储存 室 ) 导线 等 。 控 、 太 阳能灯 具利 用太 阳电池组 件 发 电 、蓄 电池 储 电 、控制 器 控制蓄 电池 的充放 电 来工作 ,灯头 的功 能主要 是保 护 电光 源 、防尘 、防水 、装 饰 、增加 路 灯 的 配光性 能 ;电光 源起 照 明作 用 ;底座 固 定太 阳 能灯具 ;灯杆 支撑 太 阳 电池组 件和 灯头 ,保护 蓄 电 池和 控制器 。 — — 图 1太 阳能 光伏 灯 具 工 作 原 理 — 卜 _ S OL NE AR E RGY 6 2 0 /0 7 SoL ARENERGY 圜皿衄 ■■I 1安 装方 便 现 在 绝大 部分 普通公 共照 明工程 的作 业都 比较 复 杂 ,灯 具 安装 前需 要制 作地 基 、开 挖缆 沟 、铺 设 暗管、 穿线 , 装 完毕 后调 试灯 具 、 安 回填 电缆 沟 , 一 般线 路 长 、 本高 , 果安 装地 段 的公路 已经 修好 , 成 如 有时 就会 破坏 路 面 , 响 交通 , 影 如果 需要 穿过 湖 泊 、 沟渠 、山坡 , 作 难度 更大 , 费人 力物 力更 多 , 操 耗 而 每 个 太 阳能灯 具就 是一 个独 立 的 系统 ,安 装 时根据 灯 具制 作 地基 ,不 用架 线 、挖 沟 ,安 装 简便 。 时控 则 通过 其 内部 时钟 来 控制 灯 的工 作 时 间 , 定点 亮灯 ,到 达 控制 时间 关 闭。这 两种 控制 方式 各 有利弊 , 控更 加节 约能 源 , 在天 气突 然变 化时 , 时 但 通 过 时控控 制 的灯具 ,不能 及时 点亮 ,满 足 照明 的 需 求 , 且一年 四 季均采 用一 个时 间开灯 也不 科学 , 而 因此现 在绝 大 多数 的太 阳能路 灯均 采用 光控 +时控 的方式 。 二 太阳能灯 具分类 太 阳能灯 具 有多种 分 类方法 ,本文 主要 根据 太 阳能灯 具 的用途 进 行分 类 ,现今 市 场上 比较 常见 的 太 阳能 灯具 有太 阳能 路灯 、太 阳 能庭 院灯 、太 阳能 草坪 灯 、太 阳能景 观灯 、太 阳能交通 信 号灯 、太 阳 能 杀虫灯 、太 阳能道 钉 灯 、太 阳能水 上漂 浮灯 ( 航 2 安 全可 靠 现 在我 国绝大 部分普通 公共 照明工程 采用2 0 2V 交流 电 ,灯 杆大 部 分采用 金 属材料 ,如 果 出现 电线 破 损 、连接 部件 漏 电等 问题 ,对 居 民的 生活 和人身 安全带 来 一定 的影 响 ,而太 阳能 灯具 的 电压均 低于 3 V, 6 即使 出现 漏 电情 况也 不会 对人 体造 成损 害 , 非 常 安全 。 标灯 )等 ( 2 。 图 ) 3 符合 潮流 发 展的 需 要 太 阳能灯具 为 绿色 环保 产 品 ,符合 现 在 国家政 策 和发 展方 向 ,能 为 生态小 区 的开 发推 广增 加新 的 亮点 ,具 有 巨大 的市 场潜 力和 发 展空 间 。 四 太 阳能灯 具的缺点 1成 本高 由于 太 阳能 灯 具 增 加 了太 阳 电池 组 件 ( 3 约 5 元 / )和蓄 电池 ,产 品成 本 增加 3 ~6 %。太 阳 W O 0 能灯 具 大 多采 用太 阳 电池组 件高 置式 ,即将 电池 板 安 装在 灯杆 的高 位 ,这样 既减 少建 筑物 或者 树木 的 遮挡 ,也 能保 证 电池板 的 安全 ,不会失 窃 ,但是 电 池 板 的 重 量 一般 比 较 重 ,如 1 O 的 电池 组 件 重 OW 1 ~ 1k ,为 了保证 性能 可靠 ,灯杆 的 承载 能力 就 0 5g 要 相 应提 高 ,尤其 是 太 阳能路 灯 ,为 了保 证路 面 的 照 度达 到 要求 ,电池 板一般 会 很大 ,在风 比较 大 的 地 区 ,对 灯杆 的选 材 和结 构都 提 出更高 的要 求 ,灯 杆 一般 设计 得 比较粗 ,这样 也会 增加 产 品成本 。 2气候 、地理条件限制 由于 太 阳能 灯 具 的能 量 主要 来 自于太 阳辐 照 , 灯 具是 否 好用 与 安 装地 区 的 太 阳辐 照 有直 接关 系 , 在 光 照不 是很 好 的地 区虽然可 以适 当增 加 电池板 的 功 率 和蓄 电 池的容 量 ,使灯 具 能保证 7 0个阴 雨 ~1 天 正 常工 作 ,但这 样 势必 会增 加产 品的成 本 ,这 对 于 本来 就不 具有价 格 竞争 力的太 阳能 灯具 无疑 是 不 可 取 的 ,在 我 国全 年 日照 时数 低 于 2 0 h的地 区 00 ( I V、V类 ) ,笔者建 议 要慎 重考 虑 。 即使 在 光照 很好 的地 区 , 不 是任 何地 点都 能 也 安装 太 阳能灯 具 ,在 树 阴下 、房 屋后 、高大 建筑 物 升 的趋 势 ,在 城 乡结合 处 、两城 区 结合处 、比较 偏 僻 的道 路 交叉 口、穿越 村 庄的 公路 上安 装太 阳能信 号灯 ,能 有效 的起 到警 示作 用 ,避 免 交通 事故 ,由 于交通 信 号灯 采 用L D作 为光 源 , 度高 、 E 亮 功率 小 、 寿 命长 、可靠 性 高 ,太 阳 电池组 件 和蓄 电池 都 比较 小 ,成本 增加 比较 少 ,只是 现 有交 通信 号灯 成本 的 旁 ,如 果不 能保 证太 阳能 灯具 的 电池 组 件在 上午 九 点到 下午三 点 无遮 挡 ,那 么这 些 地点 也 不能 直接 安 装 太 阳能 灯 具 ,可 以采 用 独立 小 型光 伏 发 电 系统 , 将 太 阳 电池 组 件和 电光 源分 开 。 2 %左 右 ,而整 个 系统可 以直接 架设 ,安装 与使 用 0 都 很方 便 ,与 普通 的信 号灯 相 比具 有较 高性 价 比 。 3配 件寿 命 太 阳电池 组件 的额 定寿 命 2 年 , 在 铅酸 蓄 电 5 现 2 光伏 发 电和 风 力发 电结 合 风 、光两 种 能源 的 结合 充分 体现 了可 再 生能 源 池 的额 定寿 命 3 ~5年 ,胶体 蓄 电池 的额 定寿 命 6 ~ 8 , 电池 埋于 地 下或 安装 在灯 杆 上 , 8 蓄 由于周 围环 境 温度 、湿度 变化 比较 大 ,条件 比较 恶 劣 ,往 往不 到 额定寿 命 就需 要更 换 ,更换配 件 也将 增加 产 品 的 使 用成本 。 的 优势 互补 ,以我 国东北 地 区的 风光 互补 小型 系统 为例 ,它 比单 一 的风 力 或光伏 系统 的供 电连续 性和 可 靠 性均 有 所提 高 ,而且 两种 发 电设施 的 联合 使用 能够 降 低灯具 的 成本 ,提 高 可靠 性 ( 4 ) 图 、5 。 太阳能辐射 4 2 0 8 由于 以上 缺点 的存 在 ,一 定程 度上 限制 了太 阳 能灯 具 的发展 。 五 太 阳能灯具 的发展趋势 虽然 目前 太 阳能 灯具 与 普通灯 具相 比还 有很 多 的缺 点 ,但其 本身 也具 有 突 出的 优点 ,笔者认 为 现 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T 0 1T 1 2 阶 段太 阳 能灯具 应 大 力推 广成 熟产 品 ,其 发 展趋 势 在 于开 发配 套零部 件 , 与其 它 可再生 能源 配套 使 用 , 在 创新 上应 该花 更 多的 心思 。 月份 图 4 东 北 地 区 月 平 均 风 、光 资源 1太阳能交通信号灯 笔者认 为现 阶段 最应该 大 力推广 的 是太 阳能 交 通 信号灯 ( 括太 阳能 红绿信 号灯 和 太 阳能警 示灯 ) 包 ( ) 随着 我 国私家 车 的逐 渐普 及 , 图3 , 交通事 故 呈上 9 8 7 6 5 4 3 2 风速 图 5 东 北 地 区一 月份 风 光 互 @ l 型 系 统 的 发 电数 据 b ̄ J 从 图 4 以看 出在 6 月风 力 较差 的时候 ,太 可 ~9 阳辐 射较 好 , l ~3 在 O 月在太 阳辐 射较 差 的时候 , 风 力较 好 ,这 样 一年 中都 能 形成 较 好的互 补 。 从 图 5可 以看 出在一 月风 力 相对 较 差 的时 候 , 太 阳辐 射 往往 会相 对较 好 ,而在 太 阳辐 射相对 较 差 的 时候 ,风 力大部 分 时 间相对 较 好 ,这 样看来 太 阳 能 和风 能不 仅 在一 年能 形 成一个 比较好 的互 补 ,在 当月也 有 比较 强的互 补 性 。系统 能更 好 的满足 用 电 的 需求 。 图 3太阳能交通信号灯 — — 由于 每 个 地 区 的 风 资 源 和 太 阳能 资 源 千 差 万 — 一 S OU R E NE RGY / 0 7 62 0 * ,¨ , | ¨ “ ; : | j ¨ , ;嚣Ⅲ| 、; ; # { ¨ ; 一 } , …《 ; : 别 ,要获 得 经济合 理 的风 电和 光伏配 置 ,除预 先获 取 当地 风 资源 和太 阳能 资源数 据外 ,还 应进 行 系统 匹 配 测试和 发 电量 的测试 ,这样 每个 地 区的灯 具参 所 以太 阳 电池 的理论 效 率也 只有 不到 3 %。非晶 硅 0 薄 膜 太 阳能 近 年 来 也 受 到追 捧 ,它 遇 到 的 问 题 是 光 的 吸 收 率 和 材 料 的 老 化 。一 般 认 为 多层 膜 量 子 光 伏 电 池 是 未 来 发 展 趋 势 。 多层 膜 对 各 种 波 长 的 太 阳光 都 能 有 效 吸 收和 利 用 。 制效 率 更 高 、 格 研 价 更 低 的新 型 光伏 电 池是 现 阶 段 光伏 行业 迫 切 需 要 解 决 的 问题 。 数 都会 不 同。 3雕塑灯 太 阳能灯 具 另一发 展方 向就是 ,突破 传统 灯具 的设 计概念 , 借鉴雕 塑灯 的理念 , 将照 明与装饰雕 塑 相结 合 , 种灯具 不但具 有独特 的传 统造型艺 术 , 这 更 具有 强烈 的现 代感 。 品五彩缤 纷、绚丽夺 目、 产 极具 随着 L D技 术 的发展 , 望在近 几年 的太 阳能 E 有 灯 具上 配套 L D灯 光源 。由于 L D使用 低压 直流 电 E E 供电 , 当利用 常规 交流供 电系统作 为L D供 电 电源 E 时 ,必 须将 电源转 化成 低 电压直 流 电才能 使用 ,这 不仅 增加 了照 明系统 的成 本 ,同时也 降 低 了能源 的 利 用率 。而太 阳 电池直 接 将 光能 转 化为 直 流 电能 , 并 且 太 阳电池 组件 可 以通过 串、并 联 的方 式任 意组 合 , 匹配对 应 的蓄 电池 就可 以得 到 L D实 际需 要 再 E 的 电压 ,因 而这 种 系统 将获 得 很 高 的能 源 利用 率 、 较 高 的安 全性 、可 靠性 和经 济性 。L D的绿 色 性能 E 和太 阳能 发 电相结 合 ,将是 现代 科技 的 完美 结合 。 目前 L D照 明技 术发展 迅 速 , 个L D工 业 的 E 整 E 观赏价值 , 能很好体现 技术 与艺术 的完美结合 , 型 造 时可将 太 阳电池组 件作 为灯 具 的一 部分 ,而 蓄 电池 和控制器 可以隐 藏在底座 里 。 图6 示 的运 动型灯 如 所 具 ,切 合 了 20 奥运会 和全 民健身的大环 境 ,风帆 08 型雕塑灯 ( 7 图 )美观大方 , 具有好的寓意 , 这种既 是灯 具 又是雕 塑艺 术 品的产 品在价 格上 应该 会更有 竞 争力 。 发 展方 向 是超高 亮 度产 品 ,在技 术 上 可通过 三 个方 面 实现 :①进 一步 发展 多量 子阱 技术 ,以提 高 内部 光 转换 效率 ;②通 过换 用衬 底材 料 ,减少 光遮 ,强 化 光折 射和 反射 的利 用 率 ,以及 发展 新型 工艺 ( 如 光子 晶体 )等办 法提 高 出光 效率 ;③研 制新 型封 装 材料 及技 术 ,以解 决 防老 化 、耐热 、高效 利 用 出射 光等 问题 。据上 海 C o s g t 司 的技术 人 员介 绍 , r sl h 公 i 图 6太 阳能运动灯 在两 年 内大功 率 、高 亮度 、低衰 减 的 L D有望 达 到 E 量 产。 六 总 结 由于 太 阳能光 伏灯 具是 一个 新兴 产 业 ,尚没有 统 一 、完善 的行业 标准 ,各个 厂家 的产 品质 量参 差 不 齐 ,一 部分 厂家 为 了进 行价格 竞 争 ,采用 降 低 系 统配 置 、 以次充 好 的办法 , 造成 产 品使用 寿命 短 、 使 用效 果 差 、不能 满 足客 户 的使用 要 求 。建立 太 阳能 图 7 太 阳 能 风 帆 型 雕 塑 灯 灯具 的 行业 或 国家标 准 ,规 范生产 ,提 高 系统 的稳 定性 应 该是 目前 太 阳能灯 具 行业 的 当务之 急 。 相 信随 着科 技 的发展 ,国家 对绿 色可 再 生能 源 利 用 的 重视 程 度 越 来越 高 ,相 关 标 准制 度 出台后 , 太 阳能 灯 具配 件关 键 技术 得到 突破 ,太 阳能 灯具 利 用 和发 展 的前 景一 定会 更好 。 4关键配套零件的开发 光 伏组 件 占太 阳能灯 具成 本 的 3 %以上 ,可是 0 目前 单 晶硅太 阳 电池 的效 率 只有 1 ~1 %,其材 料 3 6 是 晶体 硅 电池 ,现 在 的技术 重 点是 提 高转 换 效 率 , 但 由于硅材料 的带隙 决定 了它对 阳光无法有 效利用 , — — -一一 SoL NE AR E RGY 1 0 7 62 0


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