太陽能led路燈設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著世界能源的危機(jī)，特別是我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展造成了能源消耗急驟增加。在這種形式下，非常節(jié)能的太陽能LED路燈逐漸走進(jìn)了人們的視野。本文太陽能LED路燈的各部分組成及各部分的工作原理、特點(diǎn)。并對太陽能LED路燈進(jìn)行了簡要設(shè)計(jì)，及太陽能LED路燈的應(yīng)用場所，展望前景。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】太陽能電池

2、 蓄電池 控制器 LED燈</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the world energy crisis, especially the rapid development of China's economy has caused sharp increase in energy consum

3、ption. In this form, very energy-efficient solar LED lights gradually entered people's field of vision. In this paper, a solar LED street lamp components and working principle, characteristics. And the solar LED ligh

4、ts were briefly design, and solar LED lighting application, prospect.</p><p>　　Keywords: Solar Battery Controller LED light source</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b&

5、gt;　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的背景·······················1</p><p>　　1.2 課

6、題研究的意義·····················</p><p>　　1.3 國內(nèi)太陽能光伏發(fā)展現(xiàn)狀········&#

7、183;········</p><p>　　第2章 太陽能電池及其組件</p><p>　　2.1 太陽能電池················

8、3;······</p><p>　　2.1.1太陽電池的發(fā)電原理及構(gòu)造··············</p><p>　　2.1.2 太陽電池的種類···

9、3;···············</p><p>　　2.1.3 太陽電池的特性···············&#

10、183;···</p><p>　　2.2 太陽電池組件······················</p><p><b>　　第

11、3章 蓄電池</b></p><p>　　3.1 常用蓄電池·······················</p><p>　　3.2 蓄電池的使用壽

12、命····················</p><p>　　3.3 影響蓄電池使用壽命的因素··········

13、······</p><p><b>　　第4章 控制器</b></p><p>　　4.1 蓄電池充放電控制器················

14、83;··</p><p>　　4.2 LED路燈控制器·····················</p><p><b>　　第5章 LED燈源<

15、;/b></p><p>　　5.1 LED光源的特點(diǎn)·····················</p><p>　　5.2 LED發(fā)光原理及特性··

16、83;················</p><p>　　5.2.1 LED發(fā)光原理··············&

17、#183;·····</p><p>　　5.2.2 特性························</p>

18、<p>　　第6章 太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)和應(yīng)用</p><p>　　6.1 系統(tǒng)的基本組成及其工作原理···············</p><p>　　6.1.1 系統(tǒng)組成····&#

19、183;·················</p><p>　　6.1.2 工作原理·············

20、83;········</p><p>　　6.2 太陽能LED路燈設(shè)計(jì)實(shí)例·················</p><p>　　致謝

21、83;······························</p><p>　　參考文獻(xiàn)·

22、3;···························</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p&g

23、t;<p><b>　　1.1 課題的背景</b></p><p>　　1.1.1 能源概況</p><p>　　人類當(dāng)前使用的能源主要來自煤炭、石油等化石能源。而占人類能源消費(fèi)大部分的煤炭、石油等化石能源都是不可再生資源。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，依目前石油儲量的綜合估算，可支配的化石能源的極限大約為1180至1510億噸。以上世紀(jì)九十年代世界石油的年開采量33

24、.2億噸計(jì)算，石油儲量估計(jì)可維持到2050年左右；天然氣儲備估計(jì)在1318000至1529000兆立方米，年開采量維持在2300兆立方米左右，將在六十年左右內(nèi)枯竭；鈾的年開采量為每年6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會的估計(jì)，鈾也將于本世紀(jì)30年代中期宣告枯竭。煤的儲量約為5600億噸，上世紀(jì)九十年代煤炭年開采量約為33億噸，可以供應(yīng)169年；隨著社會日益發(fā)展，能源的需求量不斷增長，使得全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。人類在開發(fā)利用能源

25、的漫長歷史中，以石油、煤炭和天然氣等化石能源為主的時(shí)期，僅是一個不太長的階段。化石能源終將枯竭而被新的能源所取代。因此，節(jié)約能源和開發(fā)可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。在可再生能源中，水能已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。但水能資源終究是有限的；相比之下，太陽能和風(fēng)能則是取之不盡、用之不竭。研究和實(shí)踐表明，太陽直接輻射到地球的能源</p><p>　　隨著人類的使用，化石能源趨于減少，其價(jià)格將會越用越高，這將會嚴(yán)重制約生產(chǎn)的發(fā)

26、展和人民生活水平的提高。相比石油、煤炭等化石能源，太陽能不會導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，也不會造成環(huán)境污染[1]。太陽能亦因此受到眾多國家的重視，各國均競相開發(fā)各種光電新技術(shù)和光電新型材料，以提升太陽能效率、擴(kuò)大太陽能應(yīng)用領(lǐng)域[2]。</p><p>　　在眾多太陽能應(yīng)用方式中，除太陽能熱效應(yīng)利用外，太陽能光伏發(fā)電也是最為常見的方式之一。太陽能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體器件的光生伏特效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。當(dāng)光線照射太陽能電池

27、板表面時(shí)，一部分光子被半導(dǎo)體材料吸收，進(jìn)而將光子的能量傳遞給施主原子，使其電子發(fā)生 自由電子，在P-N結(jié)兩側(cè)分別聚集空穴和電子從而形成了勢壘[3]。當(dāng)有外部電路接通時(shí)，在該勢壘電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出功率，此即為太陽能電池板的基本工作原理。</p><p>　　1.1.2 太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電主要具有以下優(yōu)缺點(diǎn)[4]：<

28、/p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)在于：</b></p><p>　　(l)太陽能取之不盡，用之不竭。</p><p>　　(2)太陽能不用燃料，運(yùn)行成本小。</p><p>　　(3)太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，一次投資長期受益。</p><p>　　(4)太陽能光伏發(fā)電不會對環(huán)境造成污染，是理想的清潔能

29、源。</p><p>　　(5)太陽能光伏發(fā)電沒有運(yùn)動部件，可靠性高，維護(hù)簡單。</p><p>　　(6)太陽能分布廣泛，可就近供電，不須長距離輸送，減少了線路上的損耗。</p><p>　　(7)太陽能電池工作時(shí)輸出直流電。</p><p><b>　　缺點(diǎn)在于：</b></p><p>　　

30、(l)太陽能光伏發(fā)電的成本還較高。</p><p>　　(2)太陽輻射能量密度較低，轉(zhuǎn)換效率不高，大規(guī)模使用時(shí)要占用很大面積。</p><p>　　(3)太陽能光伏發(fā)電量受氣候影響較大。</p><p>　　同時(shí)太陽能光伏發(fā)電量受太陽輻射強(qiáng)度和溫度影響很大，輸出功率不穩(wěn)定，不宜直接使用。太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用通常有兩種形式：一種是并網(wǎng)發(fā)電，另一種是離網(wǎng)式發(fā)電。并網(wǎng)發(fā)電是

31、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(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的聯(lián)接。這種方法適合于大規(guī)模光伏發(fā)電。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(shí)由蓄電池向負(fù)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。本文主要討論的是第二種實(shí)現(xiàn)方法，即山太陽能電池構(gòu)成獨(dú)立的離網(wǎng)式供電系統(tǒng)，為半導(dǎo)體照明提供能源。由于太陽能電池價(jià)格成本較高，故而應(yīng)用太陽能電池供電的系統(tǒng)成本不

32、低。</p><p>　　1.2 課題研究的意義</p><p>　　進(jìn)入了二十一世紀(jì)，能源短缺和環(huán)境污染問題愈來愈嚴(yán)重，也越來越制約著人類的發(fā)展，大力發(fā)展可再生能源己成為二十一世紀(jì)全世界面臨最嚴(yán)重的問題之一。據(jù)中國資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)單位統(tǒng)計(jì)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%。而據(jù)近來中國電力企業(yè)聯(lián)合會披露的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2008年我國全年全社會用電量為3.4萬億度，所以照

33、明用電的年耗電約為4千億度，相當(dāng)于5個三峽水力發(fā)電工程投產(chǎn)后的發(fā)電能力(840億度)。</p><p>　　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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的因素。因此道路照明節(jié)電，推廣太陽能LED路燈，對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至國計(jì)民生都具有重要意義，具有極大的社會價(jià)值，經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.3國內(nèi)太陽能光伏發(fā)展現(xiàn)狀</p&

34、gt;<p>　　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。我國太陽能資源豐富，年日照數(shù)在 2200 小時(shí)以上的地區(qū)占國土面積的 2/3 以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國目前還有 6000 萬人口需要解決電視、通訊、照明及生產(chǎn)用電問題。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(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域取得舉足輕重的地位，其市場前景十分廣闊。但相比于蓬勃發(fā)展的世界光伏工業(yè)，中國光伏工業(yè)

35、還處于起步階段。光伏產(chǎn)量和安裝容量僅占世界的 1%左右。在國家實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略和國內(nèi)綠色環(huán)保工業(yè)開始升溫的背景下，近幾年中國光伏應(yīng)用工業(yè)保持了較快的增長速度。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(yīng)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。加之，黨和政府都十分關(guān)心新能源的發(fā)展，要求全社會從節(jié)能環(huán)保的角度上加大對新能源的認(rèn)識，鼓勵和支持大力開發(fā)利用新能源。國家相關(guān)部委、各地政府

36、還制訂了扶持新能源生產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的相關(guān)措施，以加快新能源應(yīng)用的發(fā)展，這就給我們行業(yè)帶來了空前的發(fā)展契機(jī)。</p><p>　　第2章太陽能電池及其組件</p><p><b>　　2.1 太陽能電池</b></p><p>　　2.1.1 太陽電池的發(fā)電原理及構(gòu)造</p><p>　　太陽能電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體

37、薄片，當(dāng)太陽光照射時(shí)，就會產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)（Photovoltaic effect）。太陽能電池就是產(chǎn)生光伏效應(yīng)的半導(dǎo)體器件[5]。</p><p>　　在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的最小單元是太陽能電池單體。太陽能電池單體實(shí)際上是一個 PN 結(jié)，太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，光生空穴由n區(qū)流向p區(qū)，光生電子由p區(qū)流向n區(qū)

38、，接通電路后就形成電流。這就是光伏效應(yīng)太陽能電池的工作原理。若在太陽能電池單體兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就有“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。</p><p>　　2.1.2 太陽電池的種類</p><p>　　太陽能電池主要可以分為硅太陽能電池和化合物半導(dǎo)體太陽能電池兩大類[6]。</p><p>　?。?）單晶硅太陽能電池 　 　 目前單晶硅太陽能電池

39、的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達(dá)到24％，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，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。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。 　 （2）多晶硅太陽能電池 　 　 多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右。 從制作成本上來講

40、，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，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。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價(jià)格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。 　 </p><p>　?。?）非晶硅太陽能電池 　 非硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱

41、光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平為10％左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減。 　 （4）多元化合物太陽電池 　 多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽電池?，F(xiàn)在各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：a) 硫化鎘太陽能電池b) 砷化鎵太陽能電池c) 銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽能電池

42、) Cu(In, Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能級差）多元的半導(dǎo)體材料，可以擴(kuò)大太陽能吸收光譜范圍，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅薄膜太陽能電池明顯提高的薄膜太陽能電池?？梢赃_(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18％，而且，此類薄膜太陽能電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應(yīng)（SWE），</p><p>　　2.1.3 太陽電池的特性&l

43、t;/p><p>　　太陽能電池的基本特性有太陽能電池的極性、太陽電池的性能參數(shù)、太陽能電池的伏安特性三個基本特性。</p><p>　　1．太陽能電池的極性</p><p>　　硅太陽能電池的一般制成P+/N型結(jié)構(gòu)或N+/P型結(jié)構(gòu)，P+和N+,表示太陽能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型；N和P，表示太陽能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。太陽能電池的電性能與制造電池

44、所用半導(dǎo)體材料的特性有關(guān)。</p><p>　　2．太陽電池的性能參數(shù)</p><p>　　太陽電池的性能參數(shù)由開路電壓、短路電流、最大輸出功率、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等組成。這些參數(shù)是衡量太陽能電池性能好壞的標(biāo)志。</p><p>　?。?）開路電壓(Voc)：沒有電流時(shí)的電池電壓。</p><p>　　（2）短路電流(Isc)：負(fù)載電阻為零時(shí)

45、從電池流出的電流。</p><p>　?。?）最大功率輸出(Pmax)：電池產(chǎn)生最大功率時(shí)的電壓和電流點(diǎn)，通常把I-V 曲線上的Pmax點(diǎn)作為最大功率點(diǎn)。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換效率(η)：太陽能電池接到電路時(shí)轉(zhuǎn)換(從吸收光的電能) 和收集功率的百分比。是評估太陽電池好壞的重要因素。</p><p>　?。?）填充因子(FF)：最大功率點(diǎn)P max與開路電壓

46、(Voc) 及短路電流(Isc) 之比[7]</p><p>　　3. 太陽能電池的伏安特性</p><p>　　P-N結(jié)太陽能電池包含一個形成于表面的淺P-N結(jié)、一個條狀及指狀的正面歐姆接觸、一個涵蓋整個背部表面的背面歐姆接觸以及一層在正面的抗反射層。當(dāng)電池暴露于太陽光譜時(shí),能量小于禁帶寬度Eg的光子對電池輸出并無貢獻(xiàn)。能量大于禁帶寬度Eg的光子才會對電池輸出貢獻(xiàn)能量Eg,大于Eg的能量

47、則會以熱的形式消耗掉。因此,在太陽能電池的設(shè)計(jì)和制造過程中,必須考慮這部分熱量對電池穩(wěn)定性、壽命等的影響。</p><p>　　2.2 太陽電池組件</p><p>　　由單晶（或多晶）硅太陽能電池片串并聯(lián)，用鋼化玻璃、EVA及TPT熱壓密封而成，周邊加裝鋁合金邊框，具有抗風(fēng)、抗冰雹能力強(qiáng)、安裝方便等特性。廣泛應(yīng)用于太陽能照明、燈具、戶用供電、公路交通、建筑及光伏電站等領(lǐng)域</p&g

48、t;<p>　　太陽能電池板組件構(gòu)成</p><p><b>　　1）鋼化玻璃</b></p><p>　　低鐵鋼化玻璃（又稱白玻璃），厚度3.2毫米，在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)（320-1100NM）透光率達(dá)90%以上，對于大于1200NM的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時(shí)耐紫外光線的輻照，透光率不下降。 </p><p>

49、　　鋼化性能符合國標(biāo)GB9963-88或者封裝后的組件抗沖擊性能達(dá)到國標(biāo)GB9535-88地面用硅太陽能電池環(huán)境試驗(yàn)方法中規(guī)定的性能指標(biāo)。 </p><p><b>　?。?）EVA</b></p><p>　　EVA是一種熱融膠粘劑，厚度在0.4毫米-0.6毫米之間，表面平整，厚度均勻，內(nèi)含交聯(lián)劑。常溫下無黏性且具抗黏性，經(jīng)過一定調(diào)價(jià)熱壓便發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)固化，并

50、變的完全透明。固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將電池片“上蓋下墊”，將其包封，并和上層保護(hù)材料-玻璃，下層保護(hù)材料背板（TPT，BBF等），利用真空層壓技術(shù)合為一體。另一方面，它和玻璃粘和后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對太陽能電池板的輸出有增益作用。 </p><p><b>　?。?）太陽能電池片</b></p><p>　　太陽能電池片是光電轉(zhuǎn)

51、換的最小單元，尺寸一般為125*125或156*156。太陽能電池片的工作電壓約為0.5V，，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池片進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池板，其功率一般為幾瓦到幾十瓦，一百瓦到兩百瓦以上，可以單獨(dú)作為電源使用。 </p><p><b>　?。?）背板</b></p><p>　　背板就是電池板背面的保護(hù)材料，一般有TPT，BBF，DNP

52、等等。這些保護(hù)材料具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，絕緣能力并且可以和EVA良好粘接。太陽電池的背面覆蓋物-氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對電池板的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可以降低電池板的工作溫度，也有利于電池板的效率。當(dāng)然，氟塑料膜首先具有太陽電池封裝所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。 </p><p><b>　?。?）接線盒</b></p>&

53、lt;p>　　接線盒一般由ABS制成，并加有防老化和抗紫外輻射劑，能確保電池版納在室外使用25年以上不出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象。接線柱由外鍍鎳層的高導(dǎo)電解銅制成，可以確保電氣導(dǎo)通及電氣連接的可靠。接線盒用硅膠粘接在背板表面。 </p><p><b>　?。?）鋁合金邊框</b></p><p>　　邊框采用硬制鋁合金制成，表面氧化層厚度大于10微米，可以保證在室外環(huán)境

54、長達(dá)25年以上的使用，不會被腐蝕，牢固耐用。</p><p><b>　　第3章 蓄電池</b></p><p>　　蓄電池是光伏系統(tǒng)的儲能裝置，太陽能電池產(chǎn)生的電能先以化學(xué)能的形式儲存在電池中，在負(fù)載需要供電時(shí)，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能供應(yīng)給負(fù)載。蓄電池可以反復(fù)使用，符合經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，這是最大優(yōu)點(diǎn)，蓄電池具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各個部門和場所

55、。蓄電池的特性直接影響光伏系統(tǒng)的工作效率、可靠性和價(jià)格。</p><p><b>　　3.1 常用蓄電池</b></p><p>　　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。蓄電池能夠反復(fù)運(yùn)用，符合經(jīng)濟(jì)適用原則，并且具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛的運(yùn)用于發(fā)電廠、通信系統(tǒng)、電動車、航空航天、太陽

56、能廣發(fā)發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。蓄電池的性能參數(shù)很多，主要有下列四個指標(biāo)[8]：</p><p>　　工作電壓，蓄電池放電曲線上的平臺電壓。</p><p>　　蓄電池容量，常用安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）表示。</p><p>　　工作溫區(qū)，蓄電池正常放電時(shí)的溫度范圍，</p><p>　　循環(huán)壽命，蓄電池正常工作的充放電次數(shù)。</p>

57、<p>　　目前太陽能光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池是閥控密封式鉛酸（VRLA）蓄電池。VRLA蓄電池采用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣脹、電解液滲漏等現(xiàn)象，使用安全可靠、壽命長，正常運(yùn)行時(shí)毋需對電解液進(jìn)行檢測和調(diào)酸加水，又稱為“免維護(hù)”蓄電池。</p><p>　　3.2 蓄電池的使用壽命</p><p>　　蓄電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達(dá)不到要求時(shí)，蓄電池使用

58、失效，這時(shí)是電池的使用壽命終止。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(shí)間，使用周期是指蓄電池可供重復(fù)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。</p><p>　　早期的VRLA蓄電池，其放電循環(huán)壽命只有 50～75 次，很少的產(chǎn)品超過 250 次放電循環(huán)?，F(xiàn)在，隨著新的設(shè)計(jì)和充電原則的采用，VRLA蓄電池的

59、循環(huán)壽命已經(jīng)超過 300次，特殊的設(shè)計(jì)已經(jīng)超過 800 次循環(huán)壽命。</p><p>　　3.3影響蓄電池使用壽命的因素</p><p>　　鉛酸蓄電池的失效是許多因素綜合的結(jié)果，既決定于極板的內(nèi)在因素，諸如活性物質(zhì)的組成、晶型、孔隙率、極板尺寸、板柵材料和結(jié)構(gòu)等，也取決于一系列的外在因素，如溫度、頻率、放電深度、平均充電狀態(tài)和充電方法等。在此主要來說明影響蓄電池壽命的外在因素，因?yàn)橛行┩?/p>

60、部因素可以避免來延長蓄電池的使用壽命。</p><p>　　（1）放電深度對蓄電池壽命有較大的影響?？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。</p><p>　　（2）過充電會縮短蓄電池的壽命。</p><p>　?。?）溫度對蓄電池的壽命有重要的影響，通常較低的工作溫度，會增加電池壽命，然而它的容量會大大降低，尤其是鉛酸電池。</p&g

61、t;<p>　　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(yīng)使蓄電池在淺放電、不過充過放電以及適合的溫度下工作。</p><p><b>　　第4章 控制器</b></p><p>　　太陽能LED路燈系統(tǒng)中的控制器可分為兩種：蓄電池的充放電控制器和LED路燈控制器。主要作用是協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池、LED路燈的工作，是光伏系統(tǒng)中非

62、常重要的組件。使整個太陽能光伏系統(tǒng)高效，安全的運(yùn)作。</p><p>　　4.1 蓄電池充放電控制器</p><p><b>　　1. 特點(diǎn)</b></p><p>　　本控制器特點(diǎn)在于智能調(diào)節(jié)太陽能發(fā)電板的工作電壓，使太陽能板始終工作在V-A特性曲線的最大功率點(diǎn)。比較普通太陽能控制器，對太陽能板發(fā)電功率的利用率提高了10—30%。</p

63、><p><b>　　2. 基本功能</b></p><p>　　本控制器除具備以上特別功能外，同時(shí)具備完善的控制和保護(hù)功能：</p><p>　　（1）防止蓄電池過度充電。</p><p>　　（2）防止蓄電池過度放電。</p><p>　?。?）防止夜間蓄電池向太陽能板反向放電。</p>

64、;<p><b>　?。?）過載保護(hù)。</b></p><p><b>　?。?）短路保護(hù)。</b></p><p><b>　?。?）電池防反。</b></p><p>　　4.2 LED路燈控制器</p><p>　　LED路燈控制器需要實(shí)現(xiàn)的功能有：天黑時(shí)自

65、動開燈；天亮?xí)r自動關(guān)燈；在蓄電池電量不足時(shí)，自動斷開；并要具有短路保護(hù)、反接保護(hù)等?？刂破鞑粌H要對整個LED路燈的狀態(tài)控制，還得確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。</p><p>　　LED路燈控制器的選擇應(yīng)該注意</p><p>　　一：應(yīng)該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時(shí)不間斷工作，如其自身功耗較大，則會消耗部分電能,最好選擇功耗在1毫安以下的控制器。</p><p>　

66、　二：要選擇充電效率高的控制器，具有MCT充電模式的控制器能自動追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時(shí)期，MCT充電模式比其他高出20%左右的效率。</p><p>　　三：應(yīng)選擇具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，具有功率調(diào)節(jié)的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時(shí)段可以自動關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對LED燈進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。除選擇以上節(jié)電功能外，還應(yīng)該注重控制器對蓄電池等組件的保護(hù)功能，像具有涓流充電模

67、式的控制器就可以很好的保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設(shè)置控制器欠壓保護(hù)值時(shí)，盡量把欠壓保護(hù)值調(diào)在 ≥ 11.1V ，防止蓄電池過放。</p><p><b>　　第5章 LED光源</b></p><p>　　隨著白光 LED 光效的提高和成本的降低，LED 作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，被公認(rèn)為將成為二十一世紀(jì)的新型照明光源。</p><p&g

68、t;　　5.1 LED光源的特點(diǎn)</p><p>　　雖然目前白光 LED 仍處于發(fā)展階段，但與現(xiàn)行照明光源比較，LED 照明有很多優(yōu)點(diǎn)。這正是 LED 適合做照明燈具的原因。其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 光效高。白熾燈、鹵鎢燈的光效為 12～24Lm/W，熒光燈的光效為 50～70Lm/W，鈉燈的光效為 90～140Lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。LED的光效經(jīng)改良后

69、可達(dá)到50～200Lm/W。</p><p>　　(2) 使用壽命長。LED 的使用壽命可以長達(dá) 10 萬小時(shí)，傳統(tǒng)的光源在這方面無法與之相比。</p><p>　　(3) 安全環(huán)?！，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的熒光燈、汞燈等光源中含有危害人體的汞，這些光源的生產(chǎn)過程和廢棄的燈管都會造成對環(huán)境的污染；LED 為全固態(tài)發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎、無熱輻射，且不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。因其壽命長

70、，淘汰燈具少，產(chǎn)生的廢棄物少，是一種“清潔”的光源。</p><p>　　(4) 響應(yīng)時(shí)間短。白熾燈是熱輻射光源，給人的感覺是一點(diǎn)就亮，實(shí)際上白熾燈啟動后也有約零點(diǎn)幾秒的上升時(shí)間，而 LED 的響應(yīng)時(shí)間只有幾十納秒，因此在一些需要快速響應(yīng)或高速運(yùn)動的場合，應(yīng)用 LED 作為光源是很合適的。</p><p>　　(5) 發(fā)光體接近點(diǎn)光源。LED 的發(fā)光體芯片尺寸很小，在進(jìn)行燈具設(shè)計(jì)時(shí)基本上可

71、以把它看作點(diǎn)光源，這樣能給燈具設(shè)計(jì)帶來許多方便。</p><p>　　(6) 可以做成薄型燈具。LED管芯很小，加之 LED 發(fā)光的方向性很強(qiáng)，很多情況下只需用透鏡將其發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直、偏折，而不需要使用反射器，這樣設(shè)計(jì)的燈具厚度較小，可以做成薄型燈具。</p><p>　　(7) 亮度調(diào)節(jié)方便。由于 LED 的工作電流范圍較大，其光輸出和工作電流成正比，因此，可以用改變電流的方法來調(diào)光

72、。</p><p>　　5.2 LED發(fā)光原理及特性</p><p>　　5.2.1 LED發(fā)光原理</p><p>　　LED 光源其實(shí)是一個 PN 結(jié)的二極管。它由管芯即發(fā)光半導(dǎo)體材料和導(dǎo)線支架組成，管芯周圍由環(huán)氧樹脂封裝，以保護(hù)管芯。在熱平衡下，半導(dǎo)體 PN 結(jié) N 區(qū)的電子擴(kuò)散到 P 區(qū)，P 區(qū)的空穴擴(kuò)散到 N 區(qū)，這種互擴(kuò)散運(yùn)動的少數(shù)載流子聚集在 PN 結(jié)

73、的兩側(cè)，形成勢壘，勢壘產(chǎn)生的電場將阻止互擴(kuò)散運(yùn)動的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng) PN 結(jié)上施加正向電壓時(shí)，其勢壘降低，注入少數(shù)載流子，N 區(qū)電子注入 P 區(qū)，而 P 區(qū)空穴注入 N 區(qū)。注入的少數(shù)載流子將和該區(qū)原有的多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。復(fù)合發(fā)光根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)，帶間的復(fù)合可分為直接躍遷和間接躍遷兩種。發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸[9]。LED 的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)的硅二極管相似，在正向電壓達(dá)到閾值電壓以前，正向電流很??；隨著電

74、壓繼續(xù)上升，電流增長速度很快，大量電子流入 P 結(jié)，使管芯半導(dǎo)體晶體發(fā)光。</p><p><b>　　5.2.2 特性</b></p><p>　　LED 光源的特性可分為極限參數(shù)和一般參數(shù)[10]。</p><p>　　極限參數(shù)（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。（2

75、）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。（4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。</p><p><b>　　一般參數(shù)</b></p><p>　?。?）光譜分布

76、和峰值波長：某一個發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長，其波長大體按圖2所示。由圖可見，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長λ0的光強(qiáng)最大，該波長為峰值波長。 （2）發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉（符號為cd）。由于一般LED的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉(mcd)作單位。 （3）光譜半寬度Δλ:它表示發(fā)光管的光譜純度

77、.是指圖3中1/2峰值光強(qiáng)所對應(yīng)兩波長之間隔. （4）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。 圖3給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標(biāo)為相對發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強(qiáng)度為1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā)光強(qiáng)度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。

78、（5）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·I</p><p>　　第6章太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 系統(tǒng)的基本組成及其工作原理</p><p>　　6.1.1 系統(tǒng)組成</p><p>　　系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱

79、（內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。 控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)VRLA鉛酸蓄電池和充放電控制器。</p><p>　　6.1.2 工作原理</p><p>　　系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特

80、效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚來臨時(shí)，蓄電池開始對燈頭放電。天亮后，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。</p><p>　　6.2 太陽能LED路燈設(shè)計(jì)實(shí)例</p><p>　　（1）太陽能電池組件選型。設(shè)計(jì)要求：南昌地區(qū)，經(jīng)計(jì)算南昌地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為3.809h。光源額定工

81、作電壓24V，功率34.5W，每天工作8h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)為7天。</p><p>　　光源日耗電量=（34.5/24）×8=11.5（Ah）</p><p>　　所需太陽能組件的總充電電流=1.05×11.5/（3.809×0.85）=3.73(A)</p><p>　　式中：1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)；0.85為蓄電

82、池充電效率。</p><p>　　太陽能電池組件的最少總功率=36×3.73=134.26（W）</p><p>　　式中：36為太陽能電池組件工作電壓。</p><p>　　選用峰值輸出功率136Wp、單塊68Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。</p><p>　?。?）蓄電池選型。根據(jù)上面的計(jì)

83、算知道，負(fù)載日耗電量11.5AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量：</p><p>　　11.5×（7+1）=92（Ah）</p><p>　　選用2只12V/100Ah的VRLA蓄電池就可以滿足要求了。</p><p>　　（3）控制器選型。依據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算控制器最大的工作電流為：</p>&

84、lt;p>　　68W/24V=2.83（A）</p><p>　　選用24V/3A的控制器。</p><p>　?。?）結(jié)束語：整體設(shè)計(jì)基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計(jì)與蓄電池容量選型設(shè)計(jì)采用了目前最通用的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)思想比較科學(xué)；經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。 目前，太陽能LED照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個主要問題。但是，太陽能電池光效在

85、逐漸提高，而價(jià)格會逐漸降低，同樣地市場上LED光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　

86、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]: 宋金蓮．太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2007．1-13．</p><p>　　[2]: 金步平，陳哲良．太陽能與照明[J].新能源及工藝，2001，3期：7-10．</p><p>　　[3] 桑野幸德.太陽電池及其應(yīng)用，鐘伯強(qiáng)譯[M].北京科學(xué)出版社，1990．10-15．</

87、p><p>　　[4]：楊金煥，陳中華等．21世紀(jì)太陽能發(fā)電的展望[J]．上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，17期：23-28.</p><p>　　[5] J KOVAC,L PETEEMAI,O LWNGYEI. Advanee light emitting diodes structures for optoelectronic application[J].Thin Solid Films,

88、2003,422(2):22-26</p><p>　　[6] 沈輝，曾祖勤．太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008：31-39.</p><p>　　[7]車孝軒.太陽能光伏系統(tǒng)概論.武漢大學(xué)出版社，2006.10（2.1.3）</p><p>　　[8]：周志敏，紀(jì)愛華等. 太陽能LED照明技術(shù)與工程技術(shù).中國電力出版社，2011.3</p&g