基于LED的離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統的設計

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電可以直接將太陽(yáng)能轉化為電能，是一種清潔、低碳獲取電能的新技術(shù)，也是太陽(yáng)能眾多利用方式中非常重要并且很有發(fā)展前景的技術(shù)。人們很早就嘗試將太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)應用在照明上。近幾年，隨著(zhù)LED技術(shù)的快速發(fā)展和太陽(yáng)能組件的價(jià)格持續下降，基于LED的太陽(yáng)能照明得到了越來(lái)越多的應用。這其中，離網(wǎng)式照明系統以其免維護、無(wú)需鋪設電纜、低運營(yíng)成本等特點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

　　一、基于LED的離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統得到廣泛應用

　　如今，在接近70億的人口中大約有40億由于經(jīng)濟收入比較低而被劃為“收入金字塔”底層。他們的電力設施不完備，其照明以燃油為主。這其中有大約16億的人口完全沒(méi)有電力設施，其照明依賴(lài)于燃油照明，比如煤油燈、蠟燭燈。據統計，燃油照明每年會(huì )消耗大約770億升的燃油，相應的花費大約為380億美元。

　　蠟燭、煤油燈等光源不僅亮度低，易著(zhù)火，便攜性差，有煙霧，而且運行成本高?；贚ED的離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統以其安全、便攜、免維護和免運行成本等特點(diǎn)，成為這一市場(chǎng)的理想解決方案。
　　在建設新農村中，很多農村的公共道路可以采用這種照明系統。由于它不需要鋪設電纜，并且屬一次性投入，免維護和免運營(yíng)成本，所以這種系統在中國很多的農村建設中得到了推廣，比如氣候組織聯(lián)合壹基金推行的“千村計劃”。較使用前，這些系統大大方便了這些村莊居民的晚間戶(hù)外活動(dòng)。其它比如庭院燈也可見(jiàn)離網(wǎng)照明系統的身影。此外，離網(wǎng)照明也成為了某些專(zhuān)業(yè)道路照明的備選方案。

　　二、離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統簡(jiǎn)介

　　下面我們就離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，典型的離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統可以用圖1來(lái)表示。

圖1 典型的系統構成

　　如圖所示，典型的離網(wǎng)照明系統從功能上可以分為以下幾部分。

　　太陽(yáng)能組件：太陽(yáng)能組件是整個(gè)系統的能量轉化器，它可以將太陽(yáng)光轉化成電能。根據材料不同，太陽(yáng)能組件包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs，CIGS等。由于價(jià)格、技術(shù)等原因，90％以上的應用都采用了單晶硅或者多晶硅的太陽(yáng)能組件。

　　充放電控制器：一方面，此控制器會(huì )將太陽(yáng)能組件發(fā)的電存儲在系統中的儲能單元，比如充電電池中。另一方面，此控制器還會(huì )控制存儲了電能的電池可控的將電能提供給系統中的負載，也就是照明系統。電池的充放電保護是其必須具備的功能。為了將太陽(yáng)能組件收集到的太陽(yáng)光最大程度的轉化成電能存儲在電池中，有些控制器會(huì )有最大功率跟蹤功能。好的充放控制器可以在一定程度上節省太陽(yáng)能組件并且可以延長(cháng)充電電池的使用壽命。

　　充電電池：它存儲太陽(yáng)能組件發(fā)的電能同時(shí)為照明系統提供能量供應。鉛酸電池、鎳氫電池、甚至磷酸鋰鐵電池都可以得到應用?？紤]到成本、穩定性等，鉛酸電池和鎳氫電池為最主要的選擇。

　　照明系統：通常它包括發(fā)光光源，比如LED或LED陣列、光源驅動(dòng)、燈具等。有些照明系統還包括了環(huán)境參數探測器件，人機交互的接口等。

　　三、離網(wǎng)太陽(yáng)能照明系統設計

　　1.設計準則

　　由于離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統是完全獨立式系統，太陽(yáng)能是其唯一能量來(lái)源，所以其必須基于“最?lèi)毫印惫ぷ鳁l件展開(kāi)設計。對于選定的區域或地點(diǎn)來(lái)說(shuō)，最?lèi)毫庸ぷ鳁l件主要指“最?lèi)毫印奔竟?，即“冬季”的月份，比如北半球大概?2月、1月份，而南半球則為6月、7月份。原因為：

　?。?）黑夜最長(cháng)，也就是說(shuō)照明時(shí)間最長(cháng)（如果要求整個(gè)夜晚都要照明的話(huà)），相應的能耗最大；

　?。?）白天最短，也就是太陽(yáng)輻射時(shí)間最短，并且太陽(yáng)輻射強度也小，所以相應的輻射能最小，太陽(yáng)能組件的發(fā)電量最少；

　?。?）冬天最冷，蓄電池的可使用容量也最小。