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太阳能LED路灯构成和特性

来源:工业电器网   更新时间:2018-12-05 16:28:28    

  太阳能LED路灯由以下几个部分组成:太阳能电池板、太阳能LED路灯控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳等几部分组成,如图1所示。

  1.太阳能电池组

  太阳能电池组是太阳能LED路灯中的核心部分,也是太阳能LED路灯中价值最高的部分,其作用是将太阳的辐射能力转换为电能。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充足日照好的东西部地区,采用多晶硅太阳能电池为好,因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶硅低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区,采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。

  对于硅太阳能电池,在标准条件下(光谱照度:100W/m2,光谱:AM1.5,温度:25℃),它的开路电压为0.48~0.6V。将多个单体太阳能电池连接,并进行封装,可以构成不同面积、不同功率的太阳能电池组件,也可统称为太阳能电池板。单体太阳能电池一般是不能使用的,实际应用的是太阳能电池组件。

  目前太阳能电池的封装形式主要有层压工艺和滴胶工艺两种,采用层压工艺封装的太阳能电池可以保证25年以上的工作寿命,其工艺特性和使用寿命优于滴胶封装形式。不管哪种太阳能电池都具有以下五大电气参数:短路电流Isc;峰值电流Im;开路电压Voc;峰值电压Vm;峰值功率Pm=Im×Vm。

  太阳能电池峰值功率是在标准条件下(即STC:欧洲委员会定义的101标准,辐射强度1000W/m2,大气质量AM1.5,电池温度25℃),太阳能电池(组件)输出的最大功率,单位峰瓦,或用符号Wp表示。太阳能电池(组件)的输出功率取决于太阳幅照度、太阳光谱分布和太阳能电池(组件)的工作温度。在不同的时间,不同的地点,同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。

  按面积计算,每平米的太阳能电池的输出功率大约为120W;随着转换效率的提高,其输出功率也相应的增大。太阳能电池组件输出功率的选择,要根据太阳能灯的光源功率、使用时间和当地的气候地理条件等来确定。

  太阳能电池组件在使用过程中,如果有一片太阳能电池单独被树叶等遮挡物长时间遮挡,被遮挡的单片太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏,甚至会造成整个太阳能电池组件损坏,这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应,一般是将太阳能电池倾斜放置,使太阳能电池表面不能附着遮挡物。

  由于我国南北纬度跨越较大,太阳能电池组件安装倾斜角度要随安装地区纬度的不同发生变化。一般情况下,长江以南地区的安装倾角在30O左右;长江以北地区的安装倾角在45O左右;东北地区应在50O左右。方向为正南方或偏西5O。水平放置的太阳能电池,其输出功率将降低15%~20%。

  2.光伏控制器

  无论太阳能灯具大小,一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充电放电条件加以限制,防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能,具有光控、时控功能,并应具有夜间自动切控负载功能,便于阴雨天延长太阳能LED路灯的工作时间。

  对任何一个太阳能照明系统来说,充放电控制电路的优劣将直接影响到系统应用的成败。由于太阳能光伏发电系统输入的能量极不稳定,在光伏发电系统中,对蓄电池充电的控制要比采用市电充电器对蓄电池充电的控制要复杂。一个性能良好的光伏控制器应具有控制蓄电池充放电、温度调节、最大功率跟踪和过充保护、过放保护、短路保护、反接保护等多种保护功能以及自动开关和时间调整功能,从而保证系统可靠运行,同时光伏控制器还有具有使太阳能电池组件可以在不同温度和不同太阳辐照情况下智能的输出最大功率功能,以使太阳能光伏系统具有很高的效率。

  3.蓄电池

  由于太阳能光伏系统的蓄电池充电直接由太阳能电池提供,得到的能量极不稳定,所以要配置容量合理、性能可靠的蓄电池,以保证太阳能光伏系统的正常工作。在太阳能光伏照明系统中,通常选用的是免维护铅酸蓄电池。免维护铅酸电池采用全密封方式,放电率高,特性稳定;无需加水;安装简单,占地面积小,可水平和垂直安装;期望寿命一般为5~7年。选择蓄电池容量的一般原则是:首先够满足夜晚照明要求,并能把白天太阳能电池组件产生的能量尽量存储下来,同时还能满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能满足夜晚照明的需要,蓄电池容量过大,蓄电池长期处在亏电状态,缩短蓄电池寿命,同时也浪费不必要的投资。

  可用一种简单方法确定它们之间的关系,即太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上,系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%,才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。太阳能LED路灯对所用蓄电池组的基本要求是:

  ①自放电率低;②使用寿命长;③深放电能力强;④充电效率高;⑤少维护或免维护;⑥工作温度范围宽;⑦价格低廉。

  4. LED光源

  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。

  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,利用蓄电池储存和释放能量,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LED的问世,势必会取代普通照明电光源,并可节约大量能源且无污染。

  LED灯具有寿命长,可达1000000h,工作电压低,不需要逆变器,光效较高等优点,国产为50lm/W,进口为80lm/W。随着技术进步,LED的性能将进一步提高。LED灯是一种通过直流低压点亮LED模组来实现照明需求的一种新型照明方式,具有亮度高、显色性好等特点;另外,由于LED路灯的输入为低压直流,能与太阳能电池结合起来,LED作为太阳能LED路灯的光源将是今后发展的趋势。

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