- 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
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源提出了越來(lái)越高的要求，尋找新能源成為當(dāng)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(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的能源。目前太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)已取得較大突破，并且已較成熟地應(yīng)用于建筑樓道照明、城市亮化照明、太陽(yáng)能熱水供應(yīng)及采暖等系統(tǒng)。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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)主要包括：太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、控制器、逆變器、照明負(fù)載等。當(dāng)照明負(fù)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(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)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(gòu)成的，因?yàn)槭苣壳凹夹g(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(dāng)太陽(yáng)光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類(lèi)型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時(shí)，在一定的條件下，太陽(yáng)能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，形成內(nèi)建靜電場(chǎng)。
從理論上講，此時(shí)，若在內(nèi)建電場(chǎng)的兩側(cè)面引出電極并接上適當(dāng)負(fù)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(jié)省原料等優(yōu)勢(shì)，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(jī)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(dāng)?shù)氐奶?yáng)平均輻射強(qiáng)度與末端的用電負(fù)荷決定。
蓄電池
由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定,所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)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(chǔ)存，達(dá)到一定閾值，才能供應(yīng)照明負(fù)載。蓄電池的特性直接影響系統(tǒng)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(chǔ)下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)預(yù)定的連續(xù)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(zhǎng)蓄電池的使用壽命。通過(guò)控制器對(duì)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(yīng)具有電路短路保護(hù)、反接保護(hù)、雷電保護(hù)及溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｓ捎谔?yáng)能電池的輸出能量極不穩(wěn)定，對(duì)于太陽(yáng)能燈具的設(shè)計(jì)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(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載額定頻率、額定電壓匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。逆變器也應(yīng)具有電路短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、反接保護(hù)及雷電保護(hù)等功能。
太陽(yáng)能照明方案
太陽(yáng)能光伏技術(shù)的應(yīng)用不僅在邊遠(yuǎn)地區(qū)和暫時(shí)缺電地區(qū)具有十分重要的地位，在其它地區(qū)也已迅速普及，已經(jīng)應(yīng)用在交通、建筑、農(nóng)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(yīng)用業(yè)已起步并以快速發(fā)展的勢(shì)頭逐步普及應(yīng)用。學(xué)校、公園、住宅小區(qū)、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(jié)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(tǒng)，讓電池板電源經(jīng)過(guò)大功率二極管及控制系統(tǒng)給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電源達(dá)到一定程度時(shí)，控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，電池板自動(dòng)切斷電源，實(shí)行自動(dòng)保護(hù)。到晚上，太陽(yáng)能電池板又起到了光控作用，給控制系統(tǒng)發(fā)出指令，此時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟，輸出電壓，使各式燈具達(dá)到設(shè)計(jì)的照明效果。并可調(diào)節(jié)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(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用、安裝方便、免維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，不會(huì)對(duì)原有植被、環(huán)境造成破壞，同時(shí)也降低了各項(xiàng)費(fèi)用，節(jié)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(tái)或屋面，用專(zhuān)用導(dǎo)線（可預(yù)留）傳送到每層走道和樓梯口。系統(tǒng)采用聲、光感應(yīng)，延時(shí)控制。白天系統(tǒng)充電、夜間自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)啟裝置，當(dāng)探測(cè)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(dāng)樓內(nèi)發(fā)生突發(fā)事故如火災(zāi)、地震等切斷電源或區(qū)域停電時(shí)，仍可連續(xù)供電3～5小時(shí)，可以作為應(yīng)急燈使用，在降低各項(xiàng)費(fèi)用的同時(shí)體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)理念。此種產(chǎn)品還可用在小區(qū)的樓號(hào)牌、單元門(mén)牌等部位，為夜歸人及來(lái)訪的客人提供方便。
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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(gòu)件加以整合，如太陽(yáng)能屋面(頂)、墻壁及門(mén)窗等，實(shí)現(xiàn)了"光伏--建筑照明一體化(BIPV)"。本系統(tǒng)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(yīng)而發(fā)出直流電，再由系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器將直流電轉(zhuǎn)換成一般電器所需的交流電，經(jīng)由配電系統(tǒng)供照明、空調(diào)等系統(tǒng)使用，以及蓄電池儲(chǔ)存電力，尚可提供防災(zāi)緊急用電需求。
建筑物的墻面和屋頂?shù)腜V組件的造型、色彩、建筑風(fēng)格與建筑物結(jié)合，與周?chē)淖匀画h(huán)境整合，以期達(dá)到完美的協(xié)調(diào)。國(guó)內(nèi)某鋁板幕墻制造公司研制成功一種"太陽(yáng)房"，把發(fā)電、節(jié)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(jié)合起來(lái)，稱(chēng)為太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)(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(jié)能產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)化的進(jìn)程。
太陽(yáng)能照明設(shè)備
太陽(yáng)能照明設(shè)備主要由照明燈具、光源和控制系統(tǒng)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(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，而且可以任意調(diào)整燈具的布局。其光源一般采用ＬＥＤ或直流節(jié)能燈，使用壽命較長(zhǎng)，又為冷光源，對(duì)植物生長(zhǎng)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(tǒng)，只要設(shè)定該系統(tǒng)的工作模式就能自動(dòng)工作。控制模式一般分為光控方式和計(jì)時(shí)控制方式，一般采用光控或者光控與計(jì)時(shí)組合工作方式。在光照強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)控制器啟動(dòng)燈點(diǎn)亮，同時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)開(kāi)始。當(dāng)計(jì)時(shí)到設(shè)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(wěn)定可靠，節(jié)省電費(fèi)，免維護(hù)。
其中，太陽(yáng)能景觀燈外觀設(shè)計(jì)大多采用金屬與工程塑料相結(jié)合壓鑄成型，燈體可呈現(xiàn)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(tǒng)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，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(dá)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(guó)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(yīng)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)檠杆倨占啊ｎA(yù)計(jì)到本世紀(jì)二三十年代,太陽(yáng)能發(fā)電成本有可能降低到常規(guī)電價(jià)的水平。
采用太陽(yáng)能燈光亮化工程，每年可節(jié)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(yīng)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(zhǎng)，還節(jié)省了電費(fèi)。
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、配電設(shè)施的投資再加上３～５年的電費(fèi)和日常維護(hù)費(fèi)，其成本也基本相當(dāng)。
太陽(yáng)能照明存在的問(wèn)題
1太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的效率
太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的總效率由電池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負(fù)載的效率等組成。目前，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率只有17%左右，而控制器、蓄電池、逆變器的效率均遠(yuǎn)高于此，如逆變器的效率已達(dá)95%以上。因此提高電池組件的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率和價(jià)格來(lái)講，還不能夠滿足這個(gè)要求。但在不久的將來(lái)，隨著技術(shù)水平的提高，太陽(yáng)能照明在公路主干道上的應(yīng)用將會(huì)普及開(kāi)來(lái)。
3太陽(yáng)能儲(chǔ)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(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能電容可以在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題。儲(chǔ)能電容的使用壽命可以達(dá)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(yīng)用，目前僅僅應(yīng)用在部分交通信號(hào)燈和裝飾燈上。隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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(shè)計(jì)中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。同時(shí)，國(guó)家缺少相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)系統(tǒng)，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(yuǎn)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(yīng)用是一個(gè)新的課題。隨著太陽(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、性價(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(yīng)用，也將極大地推動(dòng)我國(guó)"綠色照明工程"的快速發(fā)展。
