太阳能灯的结构与原理

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2007 年 03 月
光 源 与 照 明
2007 年第 期
太阳能灯
太阳能灯的结构与原理
杨宝柱　河北大学物理科学与技术学院 （河北　071002）
摘　要　文中阐述了太阳能灯的结构及太阳能电池组、 太阳能控制器、 蓄电池、 LED 灯具在太阳能灯中的作用， 并着重介 绍了太阳能电池组的生产流程。 关键词　太阳能灯　太阳能电池组　太阳能控制器　蓄电池 LED
1　引 言 20 世纪以来，随着社会经济的发展和人民生活 水平的提高， 对能源的需求量不断增长。 石化能源资 源的有限性， 以及他们在燃烧过程中对全球气候和环 境所产生的影响日益为人们所关注。从资源、环境、 社会发展的需求看， 开发和利用新能源和再生能源是 必然的趋势。 随着我国经济的快速增长 , 能源需求大 幅度增加 , 特别是用电紧张进一步加剧 , 寻求新能源 和再生能源迫在眉捷。 太阳能是一种非常重要的可再 生能源 , 而太阳能灯正是一种太阳能应用产品 , 随着 我国城市亮化工程的日益兴起 , 这就给太阳能灯的普 及和发展铺平了道路。 太阳能灯是由太阳电池板将白 天太阳的光能转变成电能 , 而加以存储。 晚上 , 经发光 元件又由电能转化为光的一种新产品。 目前 , 太阳能 电池板有多晶硅和单晶硅两种。 国内已经可以大量生 产。 电能的存储则是由可充电电池或蓄电池担任。 充 电和放电的过程由一定的设计电路来控制。 凡是有阳 光的场合 , 都可以使用太阳能 太阳能灯一般由照明灯具 （LED） 、太阳能电池 组、 太阳能控制器、 蓄电池等构成见图 所示。
也是太阳能发电系统中价值最高的部分。 其作用是将 太阳的辐射能转换为电能，再送往蓄电池中存储起 来， 或推动负载工作。 太阳能电池组的质量和成本将 直接决定整个系统的质量和成本。 目前太阳电池使用 的多晶硅材料， 多半是含有大量单晶颗粒的集合体， 或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。 其 工艺过程是选择电阻率为 00~300 Ω·cm 的多晶块料 或单晶硅头尾料， 经破碎， ∶5 的氢氟酸和硝酸混 用 合液进行适当的腐蚀， 然后用去离子水冲洗呈中性， 并烘干。用石英坩埚装好多晶硅料，加入适量硼硅， 放入浇铸炉， 在真空状态中加热熔化。 熔化后应保温 约 20 min， 然后注入石墨铸模中， 待慢慢凝固冷却后， 即得多晶硅锭。

这种硅锭可铸成立方体， 以便切片加 工成方形太阳电池片，以提高材料利用率和方便组 装。 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差 不多， 其光电转换效率约 2％左右， 稍低于单晶硅太 阳电池， 但是材料制造简便， 节约电耗， 总的生产成 本较低， 因此得到大量发展。 下面简要介绍一下太阳 能电池组的生产流程见图 2 所示。
图 太阳能灯构成
2　太阳能电池组 太阳能电池组是太阳能发电系统中的核心部分，
a b 图 2　太阳能电池组的生产流程
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万方数据
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光 源 与 照 明
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图 2a 将硅原料放入融池内进行融铸 , 待冷却后形 成安定状态的多结晶柱体 , 我们称之为铸锭。 然后 , 进 行破锭和太阳能电池切片加工。 图 2b 是在被切的基本片上进行形成产生电位的 p 型和 n 型处理。 另外 , 在电池片上印刷得到获取电 流的电极而形成太阳能电池片。 即使单片的太阳能电池片也能产生电能 , 但是为 了获取更高的电压 , 必须将电池片进行串联组配， 同 时为了获取较高的强度和耐候性 , 在太阳能电池的周 边安装钢化玻璃、 密封材和铝框。 至此得到最终的太 阳能电池板见图 3 所示。
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 储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。 蓄电池容量 过小不能够满足夜晚照明的需要， 蓄电池容量过大， 一方面蓄电池始终处在亏电状态， 影响蓄电池寿命， 同时造成浪费。 5　照明灯具 （LED） 目前多数太阳能灯选用 LED 作为光源， LED 寿 命长， 可以达到 00 000 h 以上， 工作电压低， 非常适 合应用在太阳能灯上。 特别是 LED 技术已经实现了其 关键性突破， 其特性在过去 5 年中有很大地提高， 性 能价格比也有较大地提高。 另外， LED 由低压直流供 电， 光源控制成本低， 调节明暗， 频繁开关都是可能 的， 并且不会对 LED 的性能产生不良影响。 控制颜色， 改变光的分布， 产生动态幻景都是可能的， 所以它特 别适合在太阳能草坪灯上应用。
图 3　太阳能电池板
6　结束语 欧洲一些发达国家如德国早已使用太阳能，美 国也已经开始大量使用。 我国最权威的太阳能发电研 究机构之一———教育部光伏系统工程研究中心曾 列出这项技术的 “节能清单” ：全国每年新增户外照 明灯 5000 万盏， 如果太阳能灯能占到千分之一， 一年 就能给国家节省近 7 亿度电， 等于给国家送了一个 0 万千瓦的发电站。 我们期待着这种最清洁的能源在不 久的将来能走进千家万户。 参考文献

2 3 4 傅黎， 国际太阳能新闻， 太阳能， 2005(5) 马胜红， 太阳电池、 组件及光伏方阵， 大众用电， 2006(3) 刘 宏，高 亮 度 白 光 LED 直 流 照 明 灯 的 研 究，节 能 与 环 保， 2005(8) 何天龙， 新型太阳能灯设计研究与应用， 江西能源， 2005()
3　太阳能控制器 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状 态， 并对蓄电池起到过充电保护、 过放电保护的作用。 在温差较大的地方， 合格的控制器还应具备温度补偿 的功能。 其他附加功能如光控开关、 时控开关都应当 是控制器的可选项。 4　蓄电池 蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池组发 出的电能储存起来， 到需要的时候再释放出来。 由于 太阳能电池板的输出能量极不稳定 , 所以必须配置蓄 电池后才能工作。 一般有铅酸蓄电池、 Ni-Cd 蓄电池、 Ni-H 蓄电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠 性以及系统价格。 蓄电池容量的选择一般要遵循以下 （上接第 6 页） 新近开发的可用于替代普通照明的大功率固体发光 器件， 虽然受制于目前的价格， 在一定程度上制约了 应用的速度， 但是由于其具有的优良性能， 随着研发 技术的不断进步， 可以预言照明级白光 LED 一定具有 良好的应用前景。 本文通过对其性能特点、 驱动参数、 驱动要求、 驱动电路效率等问题的讨论， 对照明级白 光 LED 的实际推广应用具有一定的参考价值。
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参考文献
2 3 4 AVAGO TECHNOLOGICS. ASMT-Mx00 High Power LED Light Source Prelim Datasheet OSRAM Opto. 高输出 OSTAR Lighting LED 周志敏等 . LED 驱动电路设计与应用 钟金元 . LED 驱动电路的研究 . 北京良业照明工程有限公司
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太阳能灯的结构与原理
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 杨宝柱 河北大学物理科学与技术学院,河北,071002 光源与照明 LAMPS & LIGHTING 2007，(1) 0次
参考文献(4条) 1.傅黎 国际太阳能新闻[期刊论文]-太阳能 2005(5) 2.马胜红.陆虎俞 太阳能光伏发电技术(3)太阳电池、组件及光伏方阵[期刊论文]-大众用电 2006(3) 3.刘宏.张晓晶 高亮度白光LED直流照明灯的研究[期刊论文]-节能与环保 2005(8) 4.何天龙.何易 新型太阳能灯设计研究与应用[期刊论文]-江西能源 2005(1)
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