太阳能LED照明系统

[摘 要]随着太阳电池成本的降低和效率的日益提高,加之LED光效的提高.太阳能LED照明产业化技术将结合城市建设、特别是能源与环境方面的发展规划,使LED照明与节能技术、可再生洁净能源利用和新型绿色照明灯具推广等统筹考虑.太阳能LED照明产业将是一个大有发展前途的高新技术产业,不仅是经济的一个新的增长点,同时可给社会环境和人类的生活带来巨大的变革.

[关 键 词]太阳能；LED照明系统

中图分类号：TK51文献标识码：A文章编号：1006-0278（2013）03-149-01

一、太阳能LED照明系统在国内外发展及应用现状

太阳能电池的工作基本原理是1839年被发现的光伏（PV,Photovoltaie）效应.由太阳光的光量子与材料相互作用而产生电势,从而把光的能量转换成电能,此种进行能量转化的光电元件称为太阳电池（SolarCell）,也可称之为光伏电池.

我国在高亮度LED领域起步较晚,从1993年开始,中科院半导体所、北京大学等单位在国家863计划和自然科学基金的支持下开始研究工作.但目前在材料质量、器件指标等方面与国际先进水平还有很大差距,特别是在半导体用于照明的一些关键性产业技术上还未能攻克.

美国在LED照明的产业技术开发上一直处于领先地位.日本在功率型高亮度LED的研制与产业化开发方面在国际上也处于领先水平,日亚化工、丰田合成和住友电子处于领先地位.德国的OSRAM号称刚刚建立了世界上最先进的芯片生产线,将主要用来生产LED和半导体激光器.在我国台湾地区,LED相关的公司有几十家,其产能力也在迅速的膨胀,已成为世界上最大的LED生产基地之一.

二、太阳能LED照明系统设计中的问题

太阳能光伏LED照明系统尽管其规模大小不一,但其结构和工作原理基本相同,已经日益广泛的用于庭院灯、景观灯、交通信号灯、汽车信号灯、路灯等.虽然应用日益广泛,但是,在设计、使用中尚存在诸多亟待解决的问题,主要有以下几个方面.

1.太阳电池的效率及发电利用率问题.硅太阳能电池本身的效率目前只有17%左右,有待提高.太阳能电池的输出功率随光照强度和负载而变化.只有太阳电池的内阻与负载阻抗匹配,然而太阳电池的输出阻抗随光照强度的大小而变化.所以,如何在照度不同时得到最大输出功率,是光伏系统的重要问题.

2.蓄电池的选择.蓄电池的有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂离子蓄电池等多种类型及规格.选择蓄电池,需要考虑使用寿命、额定电压、额定容量、充电效率、自放电率、深放电率、工作温度范围、购置及维护成本等因素.

3.蓄电池的充、放电控制策略.蓄电池的循环寿命与蓄电池的充电深度和放电深度有着密切的关系,控制蓄电池工作在浅放电状态,避免过度充电,将有利于延长蓄电池的使用寿命.由于太阳能电池的输出能量极不稳定,对于太阳能系统来说,充放电控制电路的质量至关重要.

4.灯具的选取.照明系统常用灯种类较多,选择时考虑的因素主要有发光效率、显色指数、成本等因素.因太阳能照明系统的发电和储电成本较高,所以太阳能照明系统中宜选择发光效率高的LED灯具.

5.LED的散热问题.目前LED发光效率一般在10%-20%,其余能量转换成热量.如果LED灯具散热设计不良,会导致工作温升较高,温度升高不仅会降低发光效率,还会加速LED管芯老化缩短使用寿命,甚至使芯片失效.LED的散热成为大功率LED应用中的一个关键因素.

6.照明时间及模式控制问题.因光伏系统发电和储电成本较高,同时考虑到节能问题,应使照明灯具在需要的时间内,分时段以合理的亮度开启.此外,太阳能光伏照明系统中使用的蓄电池存在单位体积容量小、寿命短、废弃电池污染等问题.

三、太阳能LED照明系统的发展趋势

受国际金融危机影响,全球半导体和消费电子产业发展放缓.然而,全球太阳能电池产业却延续了几年来的高增长态势,产量继续大幅增长.在过去的十几年中,全球光伏产业以25%的年均增长率迅速成长.

近年来红、绿、蓝发光二极管的效率不断提高,已大大高于传统白炽灯,发光二极管趋于高亮度化、全色化.目前,红、黄、绿、蓝光LED技术已基本成熟,成本也越来越低,并得到了广泛应用.近几年白光LED保持了40%左右的增长速度.