杨伟杰

（中国矿业大学，江苏 徐州 221008）

摘要：简述了太阳能光伏技术的原理与系统构成，介绍了太阳能光伏技术在照明工程中的应用,并对其成本及存在问题做了简要的分析。

关键词：太阳能　光伏技术　照明方案　照明设备

 

随着经济的发展，社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。目前太阳能应用技术已取得较大突破，并且已较成熟地应用于建筑楼道照明、城市亮化照明、太阳能热水供应及采暖等系统。尤其是太阳能光伏技术的发展，给太阳能在照明中的应用带来了更加广阔的前景。

1  太阳能光伏技术

太阳能光伏技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。太阳能光伏系统主要包括：太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器、照明负载等（见图1）。当照明负载为直流时，则不用逆变器（见图２）。

1.1 太阳能电池

太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。太阳能照明灯具中使用的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池并联构成的，因为受目前技术和材料的限制，单一电池的发电量十分有限。常用的单一电池是一只硅晶体二极管，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，形成内建静电场。从理论上讲，此时，若在内建电场的两侧面引出电极并接上适当负载，就会形成电流。近年来，非晶硅太阳电池的研制也取得了更大的进展，由于其具有生产成本较低、工艺简单、节省原料等优势，将在未来光伏技术中占有重要地位。太阳能电池的输出功率是随机的，在不同时间，不同地点，同一块太阳能电池的输出功率是不同的。太阳能电池的峰值功率Pm由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷决定。

 

1.2  蓄电池

由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，达到一定阈值，才能供应照明负载。蓄电池的特性直接影响系统的工作效率、可靠性和价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储预定的连续阴雨天夜晚照明需要的电能。

 

1.3  控制器

控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池安全可靠地工作,以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。通过控制器对充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。另外，还应具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。由于太阳能电池的输出能量极不稳定，对于太阳能灯具的设计来说，充放电控制电路的质量至关重要。

 

1.4  DC-AC变换器

逆变器的主要功能是将蓄电池的直流电变换成交流电。采用逆变电路，经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载额定频率、额定电压匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。逆变器也应具有电路短路保护、欠压保护、过流保护、反接保护及雷电保护等功能。

 

２．太阳能照明方案

太阳能光伏技术的应用不仅在边远地区和暂时缺电地区具有十分重要的地位，在其它地区也已迅速普及，已经应用在交通、建筑、农林等各个行业中。尤其在照明工程中，更是异彩纷呈。

 

2.1　城市亮化照明

目前太阳能光伏技术在城市亮化照明中的应用业已起步并以快速发展的势头逐步普及应用。学校、公园、住宅小区、别墅等场所的指示牌、警示牌、草坪灯、路灯等均可采用太阳能光伏照明技术，使公共照明更方便、安全、环保、节能。太阳能亮化照明的工作原理是：由太阳能电池板作为发电系统，让电池板电源经过大功率二极管及控制系统给蓄电池充电，当蓄电池电源达到一定程度时，控制系统内设的自动保护系统动作，电池板自动切断电源，实行自动保护。到晚上，太阳能电池板又起到了光控作用，给控制系统发出指令，此时控制系统自动开启，输出电压，使各式灯具达到设计的照明效果。并可调节所需的照明时间。

太阳能亮化照明技术具有一次性投资、无长期运行费用、安装方便、免维护、使用寿命长等特点，不会对原有植被、环境造成破坏，同时也降低了各项费用，节约能源，可谓“一举多得”。

 

2.2  建筑物楼道照明
    太阳能走廊灯由太阳能电池板供电。整栋建筑采用整体布局、分体安装、集中供电方式。太阳能安装在天台或屋面，用专用导线（可预留）传送到每层走道和楼梯口。系统采用声、光感应，延时控制。白天系统充电、夜间自动转换开启装置，当探测到有人走动信息后，自动启动亮灯装置，并延时3～5分钟后自行关闭。当楼内发生突发事故如火灾、地震等切断电源或区域停电时，仍可连续供电3～5小时，可以作为应急灯使用，在降低各项费用的同时体现了人性化的设计理念。此种产品还可用在小区的楼号牌、单元门牌等部位，为夜归人及来访的客人提供方便。

 

2.3　"光伏--建筑照明一体化"技术。

目前已成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等，实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。本系统的工作原理是：由多片单晶硅太阳能光电池组合而成的电池板，经过太阳光的照射之后产生光电效应而发出直流电，再由系统中的电源转换器将直流电转换成一般电器所需的交流电，经由配电系统供照明、空调等系统使用，以及蓄电池储存电力，尚可提供防灾紧急用电需求。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合，与周围的自然环境整合，以期达到完美的协调。国内某铝板幕墙制造公司研制成功一种"太阳房"，把发电、节能、环保、增值融于一房，成功地把光电技术与建筑技术结合起来，称为太阳能建筑系统(SPBS)，已通过专家论证。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。