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何氏兄弟照明科技有限公司
HOSHBOY LIGHTING TECHNOLOGY Co.,LTD
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光伏照明的工作原理
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太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能LED灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、 安装方便、 无需铺设电缆电线, 无需交流电能和电费,采用直流供电,光敏控制、安全可靠、 节能、经济、环保,实用(根据配置和型号不同,充电一天可用 3~7 天))寿命长(太阳能池可 用 15~20 年、蓄电池可用 5~7 年),是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分, 也是太阳能路灯中价值最高的部分。 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能, 或送至蓄电池中存储起来。 太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的 P-N 结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中, 推动 P-N结空穴和电子运动的是外部电场,而在太阳能电池中推动和影响 P-N 结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。 也就是通常所说的光生伏特效应原理。 目前光电转换的效率,大约是光伏电池效率大约是单晶硅13%-15%,多晶硅11%-13%。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。太阳能控制器:太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器, 其性能直接影响到系统寿命, 特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器,通过对环境温度的测量,对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断,控制MOSFET器件的开通和关断,达到各种控制和保护功能。 东莞海光智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护, 使蓄电池更能可靠地长久工作。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。 一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H 蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则: 首先在能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。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷(路灯)相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出 4 倍以上,系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%,才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高 6 倍以上为宜。光源:太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标, 一般太阳能灯具采用LED 高效光源。LED灯光源,寿命长,可达 1000000 小时,工作电压低,不需要逆变器,光效较高,国产80Lm/w,进口 100Lm/w。随着技术进步,LED的性能将进一步提高。东莞市海光照明认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。 目前多数草坪灯选用LED作为光源,主要利用太阳能电池的能源来进行工作。当白天太阳 光照射在太阳能电池上, 把光能转变成电能存贮在蓄电池中, 再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。LED 节能、安全、寿命长,工作电压低,非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破,并且其特性在过去 5 年中有很大提高,其性能价格比也有较大的提高灯杆及灯具外壳:灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距,道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料,在美观和节能之间,大多数都选择节能,灯具外观要求不高,相对实用就行。

系统结构 :太阳能路灯微机监控系统由微机主控线路、太阳能电池板、蓄电池充放电器、蓄电池组、 LED 光源驱动和 LED灯等几部分组成。(1)微机主控线路:微机主控线路是整个系统的控制核心, 控制整个太阳能路灯系统的正常运行。 微机主控线 路具有测量功能,通过对太阳能电池板电压、蓄电池电压等参数的检测判断,控制相应线路 的开通或关断,实现各种控制和保护功能。 (2)充电驱动线路:充电驱动线路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。MOSFET驱动模块采用高速光藕隔离,发射极输出,有短路保护和慢速关断功能。选用的 MOSFET 为隔离式、节能型单片 机开关电源专用 IC,驱动 LED 的全电压输入范围为 150V~200V,输出电流为 8A~9A。 输入电压范围宽,具有良好的电压调整率和负载调整率,抗干扰能力强,低功耗。 本系统通过充电驱动线路完成太阳能电池组向蓄电池的充电, 电路中还提供了相应的保护措 施。(3)LED驱动线路:由IGBT驱动模块及MOSFET组成,实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。 (4)太阳能电池组:太阳能电池组由太阳能电池单体(工作电压约为 0.5V,工作电流约为 20~25mA/cm2,面积 为 10cm×10cm)以串、并方式连接成组件,一个标准组件包括 36 片单体,使一个太阳能电池组件大约能产生 17V 的电压,成为一个额定电压为12V的蓄电池池组。当应用系统需要更高的电压和电流组件时, 可把多个组件组成太阳能电池方阵, 以获得所需要的电压和电流。 太阳能电池在整个系统中的作用有两个:其一是把太阳光转化为电能,即白天时,太阳能电池给蓄电池充电; 其二是太阳能电池作为系统的光控元件, 从太阳能电池两端电压的大小, 即可检测户外的光亮程度,也就是从太阳能电池电压的大小来判断天黑和天亮及LED照明光源的亮度。 (5)蓄电池组:由于从光伏阵列得到的能量不总是与电子负载的需求相符, 当光伏阵列本身不能提供足够 的功率时,蓄电池仍能使负载工作。如果电子负载需要在夜间或在多云或阴天时工作,就需要能量的存储。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。 一般来说, 应能储备5~7天的夜间照明用电量。 蓄电池是整个太阳能路灯系统的关键部分,它是整个太阳能系统的储备能源设备,白天时太阳电池给蓄电池充电,晚上,系统和负载所用电全部由蓄电池来提供,其次,阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中, 由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用, 所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。 (6)通信装置:由无线数传模块组成。无线数传模块支持 GPRS,带有 RS-232 接口,通信距离达100 米, 抗干扰性强,不受广播电视,移动通信干扰,实现相邻路灯终端之间的通信。

 

光伏照明的发展趋势
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世界各国对能源供应安全的担忧和应对气候变化的行动,推动了世界范围内可再生能源技术和产业的迅速发展,如光伏发电、风力发电等年增长速度都在20%以上。可再生能源已成为实现能源多样化,应对全球气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。尤其是近两年,随着国际石油价格大幅波动以及《京都议定书》的生效实施,可再生能源发展成为国际能源领域的热点,得到了世界许多国家的广泛关注。随着经济发展,我国的照明用电将大幅度提高,绿色节能照明的研究应用,将越来越受到重视。太阳能LED照明灯具作为冷光源产品,具有性价比较高、绿色环保、安全可靠、质量稳定、使用寿命长、安装维护简便等特点,可广泛应用于绿地照明、公路照明、广告灯箱照明、城市造型景观照明及家居照明系统,但太阳能LED照明灯具一次性投入较高是其发展的瓶颈。目前,照明消耗约占整个电力消耗的20%左右,降低照明用电是节省能源的重要途径。为实现这一目标,业界已研究开发出多种节能照明器具,并取得了一定的成效。但是,距离“绿色照明”的要求还较远,开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。

到2006年底,我国可再生能源利用量总计为2亿吨标准煤(不包括传统方式利用生物质能),约占0.5个百分点,为2010年实现可再生能源占全国一次能源消费总量10%的目标迈出了坚实的一步。目前,我国正在从以下几个方面来推动光伏发电的国内市场发展:一、启动送电到村工程;二、在特殊工程上运用光伏发电,如世博会、奥运会等;三、在沙漠地区建光伏电站;四、动员一些城市启动屋顶计划;五、研究制定提高光伏发电竞争力的电价政策。LED以低功耗、超常的使用寿命被广泛应用到信号指示、数码显示等弱电领域。然而,由于传统LED光源开光角小,点面积的亮度高,光的散射具有极强的方向性,光源易形成光点,光均匀度不好等因素,束缚了其在照明领域的应用。通过对传统太阳能照明灯具结构、智能控制器、反光灯角度的更新和技术改进,进行最佳倾斜角设计,使平头和圆头优势互补,从而使其发光更均匀、整体亮度更高、成本更低、更有利于应用推广。平头LED的柱式和炬式组合光源结构,通过合理控制平头超高亮度白光LED安装倾斜角度,使LED组合光源所发出照明光的均匀度及照度得到大幅提升。该技术不但能使光效加强,而且组合光源耗能仅4W左右,所发出光的亮度可达20W节能灯或40W白炽灯的亮度,可以更有效利用太阳能。只需要12W太阳能电池的容量,12V/24Ah的蓄电池组就能够保证此种LED发光源在5个阴雨天持续有效工作,并且,使用寿命在10万个小时以上,为节能灯的10倍以上。为路灯领域专门研制的组合发光源--十字型和矩形组合发光源,充分发挥平头LED开光角度大光均匀度好和圆头LED点面积亮度高的优点,使两者取长补短,发挥最大的光效,克服了平头LED点面积亮度不如圆头LED,而圆头LED光均匀度不如平头LED的缺点。

在控制器方面,利用太阳能光电转换技术,实现电能的最大化收集,在电能的储备完成后,蓄电池向发光源提供12V直流电源,使发光源产生6500K的白光。同时,通过精简智能控制器结构,使结构更加简单,故障率更低,为进一步降低成本做好了技术准备。而且,通过检测太阳能电池输出和蓄电池电量,从而确定系统工作状态,实现了整个系统的自动控制和智能管理。太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其无可比拟的优势得到迅速的推广应用。作为第四代新光源,在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域的照明和应用中得到了有效的利用。尤其是在偏远无电地区,太阳能照明灯具更具有广泛的应用前景。超高亮LED的研制成功,大大地降低了太阳能灯具使用成本,使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价,并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。由于LED具有的光效率高,发热量低等优势,已经越来越多地应用在照明领域,并呈现出取代传统照明光源的趋势。 







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