太阳能光伏发电照明系统设计

太阳能光伏发电照明系统设计

（环境与城市建设学院安全工程01班）

摘要：本文简要分析在高校自习室或其他大型公共照明的地方。简要介绍太阳能电池组件的选择，对蓄电池实现分支同时均分充管理，提高太阳能的利用率和系统的寿命。太阳能光伏发电系统的效率优化。

关键词：太阳能光伏发电；LED照明；分只同时均充；PLC；

0 引言

绿色能源和可持续发展问题是人类发展面临的重大课题。开发新能源及对现有能源的充分利用受到社会的普遍关注。在中国，照明所消耗的电能占全国用电总量的12%左右，在能源消耗中电能占有很大的份额【1】。作为一种取之不尽、用之不竭,安全环保的能源备受亲睐.太阳能光伏发电与LED 照明的结合应用将是能源和环保主题中的一大亮点。

1 太阳能光伏发电照明系统

太阳能光伏发电照明系统主要由太阳能电池方阵，控制器，蓄电池和灯具等。（1）太阳能光伏发电的基本原理：利用太阳光辐射能作用于半导体板，当

太阳光入射能量大于半导体板的导

带底与价带顶之间能量差事，板里

的电子从价带激发到导带，一个个

光生电子——空穴对载流子，并随

即被半导体板里原处于平衡状态的

P—N结势垒电场作用，电子——空

穴对被分离，扩散，电子留在N区，

空穴留在P区，在不断的激发，分

离，扩散的过程中，在P——N结两

侧分别积累了大量空穴和电子，形

成强大的势垒电势，即光生电势。

这就是将太阳能转化为电能的总过

程【2】。

其基本原理系统框图如图1所示[3]。

图1 照明系统框图

（2）PLE的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和充电电压。实现快

捷、平稳、高效充电，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的寿命，同时防止蓄电池过充电和过放电。

（3）DC\DC转换模块将为蓄电池输出非稳定电压转换成稳定的直流电压，

对蓄电池组分只同时均衡充电，是

蓄电池组储存能量。

传统的充电方法是把蓄电池串联起

来，统一充电。这种充电方法没有

考虑到分只蓄电池之间的内阻、容

量、化学特性的差异，易使蓄电池

组中一些产生过充放电，是电池性

能下降，从而导致整组蓄电池性能

急剧下降。为此，采用一种新型的

蓄电池充电方法——分只同时均充

法，充电原理如图2所示。首先，

太阳能电池板的输出电压经过各均充模块对各只蓄电池均衡充电，同时管理系统对各只蓄电池进行实时电压检测。若发现某蓄电池达到充电满值电压时，由PLC发出指令，立即停止对该只蓄电池的充电，其余未充满的各只蓄电池继续均衡充电，直至所有蓄电池都充满未止。蓄电池分只同时均充法既保证了蓄电池组中每只蓄电池均能充满，又能保证每只电池不会发生过充电及过发电情况，提高了蓄电池组容量的有效利用率及每只蓄电池的使用寿命。

图2 据充模式原理图

（4）蓄电池。在光伏发电系统中，蓄电池对系统产生的电能起着存储和调

节作用。高校的教室、自习室、及

其他的公共照明的场所,无论是晚

上,还是连续的阴雨天气都需要保

证连续稳定的供电.此时就需要蓄

电池作为介质来解决这个问题.蓄

电池能将电能转化化学能储存起来,

需要时再把化学能转化为电能释放

出来供负载在使用。

选用原则：保证在两个连续阴雨天

之间的最短间隔天数内的发电量，

不进攻负载使用，还需要补充蓄电池在最长连续阴雨天内所消耗的电量。

蓄电池的安装容量计算公式如下[4]：蓄电池安装容量（Ah）=负载工作电流（）×（工作时数/天）×（连续阴雨天数+1）/蓄电池有效效率

下面是光伏应用系统常用蓄电池技术对比的研究结果，如表1所示[5]。

表1 光伏照明系统常用的蓄电池对比结果

护，采用锂蓄电池较为理想。

（5） 灯具。光源发展历史为：白炽灯→

→LED 灯。各类灯具如表2所示。

表2 各类灯具总效率对照 LED:90×0.90×0.90×0.90=65.61 Lm/W ；荧光灯计算：80×0.85×0.60×0.60=24.5 Lm/W ；普通灯泡：20×0.10×0.60×0.60=7.2 Lm/W 。可见，LED 灯具时一般荧光灯的2.6倍，是普通灯泡的9倍

【6】

。并且LED

具有节能环保、体积小、显色性高

（能为自习或其他照明场所营造一个更加舒适的视觉环境）等特点。因此，采用LED 作为灯具较为理想。

用最广泛的太阳能电池，是单晶硅

电池、多晶硅电池、薄膜太阳能电池等3种光伏产品。单晶硅电池，是建立在高质量单晶硅材料和相关加工处理工艺基础上的，它的转换效率高技术也最为成熟。多晶硅电池与单晶硅相比由于所使用的硅远比单晶硅少，其成本远低于单晶硅电池，因此有独特的优势。但由于它存在的晶粒界面和晶格错位的明

显缺陷，造成多晶硅的光电转换效率一直无法突破20%，低于单晶硅电池。面薄膜太阳能电池则是另一种光伏发电方式。目前，薄膜电池主要有硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池、燃料敏化TiO

2

电池。3种电池转换效率如表3所示。

表3 三种太阳能电池效率对比

高校图书馆或其他照明场所如果是平顶的楼顶的面积都比较大，例如衢州学

院的图书馆，有效使用面积就达

1500Km2以上，不缺太阳能电池组件

的摆放面积。应此，建议使用较为

经济多晶硅电池，作为太阳能发电

板阵列【7】。

2 太阳能光伏发电照明系统的效率优化

（1）提高光伏组件的发电效率

目前硅太阳能电池的较为理想转换

效率的上限值为33%左右，而其材料

效率的提升空间相当有限，因此将

光伏组件性能充分利用是大有可为

的。首先，应选择最佳倾角，同城

该倾角值为当地的纬度值[8]。其次，

在电池片受光面增加增透膜，在其

背光面涂上增反膜，提高光能使用

效率。最后，每年用湿毛巾擦拭受

光面，提高光线的入射效率。

（2）采用具有UPS功能的并网光伏系统这样做的优点。首先，对于特殊情

况蓄电池不能完全供给电量，而又

要保证有电。并网后能保证持续稳

定供电。其次，将多余的电输送市

电，这样不仅提高电能的利用率，

还可以增加收益。最后，市电还可

以自动给蓄电池充电，保证蓄电池

长期处于浮充状态，延长蓄电池的

使用效率。

3 总结

太阳能作为清洁并且取之不尽用之不竭的能源和LED新型节能灯具，再加上科学技术的发展，太阳能光伏发电照明系统必将广泛运用。

[参考文献]

[1]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电应用技术[M].化学工业出版社，2005.9～22.

[2]刘洋洋.绿色生态住宅小区太阳能光伏发电系统的应用刍议[J].科技风,2011.225.

[3]余发平.LED光伏照明系统优化设计[D].合肥：合肥工业大学,2006(5)5～48.

[4]刘慧萍，刘慧雯.太阳能光伏发电路灯照明工程设计方法探析.[J].新能源与环境,2009(12).

[5]Deo Prasad,designing With solar Power Images Publishing.Dist A/C.2006.

[6]冯忠,张玉珍.研发楼太阳能光伏发电-LED照明系统构想[J].有色冶金设计与研究,2009,30(5).

[7]闫智勇，马晓丽，闫智广.高校图书馆太阳能光伏照明系统应用与研究[J].深圳职业技术学院报，2010，33（5）.

[8]Robert Foster,Majid Gharssemi,Alma Cote.Solar Energy Renewable Energy And The Environment[M].人民邮电出版社，2007（1）.116～117.