- 太陽(yáng)能光伏技術(shù)
- 太陽(yáng)能照明方案
- 太陽(yáng)能照明成本分析
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，社會(huì )的進(jìn)步，人們對能源提出了越來(lái)越高的要求，尋找新能源成為當前人類(lèi)面臨的迫切課題。由于太陽(yáng)能發(fā)電具有火電、水電、核電所無(wú)法比擬的清潔性、安全性、資源的廣泛性和充足性等優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能被認為是二十一世紀最重要的能源。目前太陽(yáng)能應用技術(shù)已取得較大突破，并且已較成熟地應用于建筑樓道照明、城市亮化照明、太陽(yáng)能熱水供應及采暖等系統。尤其是太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展，給太陽(yáng)能在照明中的應用帶來(lái)了更加廣闊的前景。
太陽(yáng)能光伏技術(shù)
太陽(yáng)能光伏技術(shù)是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。太陽(yáng)能光伏系統主要包括：太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、控制器、逆變器、照明負載等。當照明負載為直流時(shí)，則不用逆變器。
太陽(yáng)能電池
太陽(yáng)能電池組件是利用半導體材料的電子學(xué)特性實(shí)現P-V轉換的固體裝置。太陽(yáng)能照明燈具中使用的太陽(yáng)能電池組件都是由多片太陽(yáng)能電池并聯(lián)構成的，因為受目前技術(shù)和材料的限制，單一電池的發(fā)電量十分有限。常用的單一電池是一只硅晶體二極管，當太陽(yáng)光照射到由P型和N型兩種不同導電類(lèi)型的同質(zhì)半導體材料構成的P-N結上時(shí)，在一定的條件下，太陽(yáng)能輻射被半導體材料吸收，形成內建靜電場(chǎng)。
從理論上講，此時(shí)，若在內建電場(chǎng)的兩側面引出電極并接上適當負載，就會(huì )形成電流。近年來(lái)，非晶硅太陽(yáng)電池的研制也取得了更大的進(jìn)展，由于其具有生產(chǎn)成本較低、工藝簡(jiǎn)單、節省原料等優(yōu)勢，將在未來(lái)光伏技術(shù)中占有重要地位。太陽(yáng)能電池的輸出功率是隨機的，在不同時(shí)間，不同地點(diǎn)，同一塊太陽(yáng)能電池的輸出功率是不同的。太陽(yáng)能電池的峰值功率Pm由當地的太陽(yáng)平均輻射強度與末端的用電負荷決定。
蓄電池
由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的輸入能量極不穩定,所以一般需要配置蓄電池系統才能工作。太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲存，達到一定閾值，才能供應照明負載。蓄電池的特性直接影響系統的工作效率、可靠性和價(jià)格。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠滿(mǎn)足夜晚照明的前提下,把白天太陽(yáng)能電池組件的能量盡量存儲下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲預定的連續陰雨天夜晚照明需要的電能。
控制器
控制器的作用是使太陽(yáng)能電池和蓄電池安全可靠地工作,以獲得最高效率并延長(cháng)蓄電池的使用壽命。通過(guò)控制器對充放電條件加以限制，防止蓄電池反充電、過(guò)充電及過(guò)放電。另外，還應具有電路短路保護、反接保護、雷電保護及溫度補償等功能。由于太陽(yáng)能電池的輸出能量極不穩定，對于太陽(yáng)能燈具的設計來(lái)說(shuō)，充放電控制電路的質(zhì)量至關(guān)重要。
DC-AC變換器
逆變器的主要功能是將蓄電池的直流電變換成交流電。采用逆變電路，經(jīng)過(guò)調制、濾波、升壓等，得到與照明負載額定頻率、額定電壓匹配的正弦交流電供系統終端用戶(hù)使用。逆變器也應具有電路短路保護、欠壓保護、過(guò)流保護、反接保護及雷電保護等功能。
太陽(yáng)能照明方案
太陽(yáng)能光伏技術(shù)的應用不僅在邊遠地區和暫時(shí)缺電地區具有十分重要的地位，在其它地區也已迅速普及，已經(jīng)應用在交通、建筑、農林等各個(gè)行業(yè)中。尤其在照明工程中，更是異彩紛呈。
1 城市亮化照明
目前太陽(yáng)能光伏技術(shù)在城市亮化照明中的應用業(yè)已起步并以快速發(fā)展的勢頭逐步普及應用。學(xué)校、公園、住宅小區、別墅等場(chǎng)所的指示牌、警示牌、草坪燈、路燈等均可采用太陽(yáng)能光伏照明技術(shù)，使公共照明更方便、安全、環(huán)保、節能。太陽(yáng)能亮化照明的工作原理是：由太陽(yáng)能電池板作為發(fā)電系統，讓電池板電源經(jīng)過(guò)大功率二極管及控制系統給蓄電池充電，當蓄電池電源達到一定程度時(shí)，控制系統內設的自動(dòng)保護系統動(dòng)作，電池板自動(dòng)切斷電源，實(shí)行自動(dòng)保護。到晚上，太陽(yáng)能電池板又起到了光控作用，給控制系統發(fā)出指令，此時(shí)控制系統自動(dòng)開(kāi)啟，輸出電壓，使各式燈具達到設計的照明效果。并可調節所需的照明時(shí)間。
太陽(yáng)能亮化照明技術(shù)具有一次性投資、無(wú)長(cháng)期運行費用、安裝方便、免維護、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)，不會(huì )對原有植被、環(huán)境造成破壞，同時(shí)也降低了各項費用，節約能源，可謂“一舉多得”。
2建筑物樓道照明
太陽(yáng)能走廊燈由太陽(yáng)能電池板供電。整棟建筑采用整體布局、分體安裝、集中供電方式。太陽(yáng)能安裝在天臺或屋面，用專(zhuān)用導線(xiàn)（可預留）傳送到每層走道和樓梯口。系統采用聲、光感應，延時(shí)控制。白天系統充電、夜間自動(dòng)轉換開(kāi)啟裝置，當探測到有人走動(dòng)信息后，自動(dòng)啟動(dòng)亮燈裝置，并延時(shí)3～5分鐘后自行關(guān)閉。當樓內發(fā)生突發(fā)事故如火災、地震等切斷電源或區域停電時(shí)，仍可連續供電3～5小時(shí)，可以作為應急燈使用，在降低各項費用的同時(shí)體現了人性化的設計理念。此種產(chǎn)品還可用在小區的樓號牌、單元門(mén)牌等部位，為夜歸人及來(lái)訪(fǎng)的客人提供方便。
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3 "光伏--建筑照明一體化"技術(shù)
目前已成功地把太陽(yáng)能組件和建筑構件加以整合，如太陽(yáng)能屋面(頂)、墻壁及門(mén)窗等，實(shí)現了"光伏--建筑照明一體化(BIPV)"。本系統的工作原理是：由多片單晶硅太陽(yáng)能光電池組合而成的電池板，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)光的照射之后產(chǎn)生光電效應而發(fā)出直流電，再由系統中的電源轉換器將直流電轉換成一般電器所需的交流電，經(jīng)由配電系統供照明、空調等系統使用，以及蓄電池儲存電力，尚可提供防災緊急用電需求。
建筑物的墻面和屋頂的PV組件的造型、色彩、建筑風(fēng)格與建筑物結合，與周?chē)淖匀画h(huán)境整合，以期達到完美的協(xié)調。國內某鋁板幕墻制造公司研制成功一種"太陽(yáng)房"，把發(fā)電、節能、環(huán)保、增值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結合起來(lái)，稱(chēng)為太陽(yáng)能建筑系統(SPBS)，已通過(guò)專(zhuān)家論證。這將有力地推動(dòng)太陽(yáng)能建筑節能產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)化的進(jìn)程。
太陽(yáng)能照明設備
太陽(yáng)能照明設備主要由照明燈具、光源和控制系統組成。
太陽(yáng)能照明燈具主要有太陽(yáng)能草坪燈、庭院燈、景觀(guān)燈和高桿燈等。這些燈具以太陽(yáng)光為能源，白天充電，晚上使用，無(wú)需進(jìn)行復雜昂貴的管線(xiàn)鋪設，而且可以任意調整燈具的布局。其光源一般采用ＬＥＤ或直流節能燈，使用壽命較長(cháng)，又為冷光源，對植物生長(cháng)無(wú)害。
太陽(yáng)能亮化燈具是一個(gè)自動(dòng)控制的工作系統，只要設定該系統的工作模式就能自動(dòng)工作?？刂颇Ｊ揭话惴譃楣饪胤绞胶陀嫊r(shí)控制方式，一般采用光控或者光控與計時(shí)組合工作方式。在光照強度低于設定值時(shí)控制器啟動(dòng)燈點(diǎn)亮，同時(shí)進(jìn)行計時(shí)開(kāi)始。當計時(shí)到設定時(shí)間時(shí)就停止工作。充電及開(kāi)關(guān)過(guò)程可以由微電腦智能控制，自動(dòng)開(kāi)關(guān)，無(wú)需人工操作，工作穩定可靠，節省電費，免維護。
其中，太陽(yáng)能景觀(guān)燈外觀(guān)設計大多采用金屬與工程塑料相結合壓鑄成型，燈體可呈現出圓形、方形、幾何圖案等多種形狀，儀態(tài)萬(wàn)千、風(fēng)格迥異，或豪華典雅、或簡(jiǎn)潔明快。燈體顏色有白、紅、綠、蘭、紫、黃等，依次漸變或閃爍。天黑后系統自動(dòng)啟動(dòng)亮燈裝置，一眼望去，燈體發(fā)出均勻柔和的光線(xiàn)，幾種顏色跳躍漸變，整個(gè)城市的夜晚在一瞬間律動(dòng)起來(lái)。而太陽(yáng)能高桿燈一般桿高8～13米，照明功率50W～130W，有效照明面積可達幾百平方。夜幕降臨，霓虹閃爍、流光溢彩、分外妖嬈。
太陽(yáng)能照明成本分析
近年來(lái)我國太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)能力猛增，其產(chǎn)品價(jià)格也由“七五”初期的80元/瓦，下降到目前的40元/瓦以下。使得推廣使用太陽(yáng)能光伏應用產(chǎn)品的價(jià)格瓶頸得到基本解決，不再因太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品的高價(jià)而制約其產(chǎn)品的推廣，使可望不可及變?yōu)檠杆倨占?。預計到本世紀二三十年代,太陽(yáng)能發(fā)電成本有可能降低到常規電價(jià)的水平。
采用太陽(yáng)能燈光亮化工程，每年可節省大量的資金，既亮化了城市，又生態(tài)地發(fā)展了城市，并充分地利用了能源，是目前世界上最合理的發(fā)展方向。
以２０層高層住宅的太陽(yáng)能樓梯走道燈為例：一次性成本每平方米約為１０元，使用壽命約為１５年以上；與采用自帶蓄電池的應急燈相比，其一次性成本相差無(wú)幾，太陽(yáng)能照明壽命更長(cháng)，還節省了電費。
再以太陽(yáng)能庭院燈為例：每盞３０００～４０００元，比普通庭院燈大約貴一倍，但是如算上電氣管線(xiàn)、配電設施的投資再加上３～５年的電費和日常維護費，其成本也基本相當。
太陽(yáng)能照明存在的問(wèn)題
1太陽(yáng)能光伏系統的效率
太陽(yáng)能光伏系統的總效率由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。目前，太陽(yáng)能電池的轉換率只有17%左右，而控制器、蓄電池、逆變器的效率均遠高于此，如逆變器的效率已達95%以上。因此提高電池組件的轉換率，降低單位功率造價(jià)是太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
2太陽(yáng)能電池的容量
目前太陽(yáng)能電池還很難使用在主干道照明上。公路主干道的照明有較高的照度要求，就目前太陽(yáng)能電池的轉換效率和價(jià)格來(lái)講，還不能夠滿(mǎn)足這個(gè)要求。但在不久的將來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)水平的提高，太陽(yáng)能照明在公路主干道上的應用將會(huì )普及開(kāi)來(lái)。
3太陽(yáng)能儲能元件
太陽(yáng)能電池的使用壽命在25年以上，普通蓄電池的使用壽命在2～3年，所以蓄電池是太陽(yáng)能電力系統中最薄弱的環(huán)節。儲能電容可以在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題。儲能電容的使用壽命可以達到10年以上，而且控制電路簡(jiǎn)單，但是昂貴的價(jià)格限制了它的應用，目前僅僅應用在部分交通信號燈和裝飾燈上。隨著(zhù)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，它將是一種最有希望成為和太陽(yáng)能電池配套的理想儲能元件。
4太陽(yáng)能產(chǎn)品的質(zhì)量
近年來(lái)，太陽(yáng)能光伏技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)品生產(chǎn)廠(chǎng)家如雨后春筍。但是，有些產(chǎn)品沒(méi)有形成系列，質(zhì)量參差不齊，甚至在光源的選擇以及電路設計中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和可靠性。同時(shí)，國家缺少相應的產(chǎn)品質(zhì)量標準和檢測系統，使太陽(yáng)能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化受到影響。
開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能是遠有前景，近有實(shí)效的事業(yè)。推廣太陽(yáng)能光伏技術(shù)在照明中的應用是一個(gè)新的課題。隨著(zhù)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開(kāi)發(fā)的深化，太陽(yáng)能光伏技術(shù)的效率、性?xún)r(jià)比將得到迅速提高，它在各個(gè)領(lǐng)域都將得到廣泛的應用，也將極大地推動(dòng)我國"綠色照明工程"的快速發(fā)展。
