基于LED的離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電可以直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)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(yīng)用在照明上。近幾年，隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展和太陽(yáng)能組件的價(jià)格持續(xù)下降，基于LED的太陽(yáng)能照明得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。這其中，離網(wǎng)式照明系統(tǒng)以其免維護(hù)、無(wú)需鋪設(shè)電纜、低運(yùn)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(tǒng)得到廣泛應(yīng)用

　　如今，在接近70億的人口中大約有40億由于經(jīng)濟(jì)收入比較低而被劃為“收入金字塔”底層。他們的電力設(shè)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(shè)施，其照明依賴(lài)于燃油照明，比如煤油燈、蠟燭燈。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃油照明每年會(huì)消耗大約770億升的燃油，相應(yīng)的花費(fèi)大約為380億美元。

　　蠟燭、煤油燈等光源不僅亮度低，易著火，便攜性差，有煙霧，而且運(yùn)行成本高?；贚ED的離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統(tǒng)以其安全、便攜、免維護(hù)和免運(yùn)行成本等特點(diǎn)，成為這一市場(chǎng)的理想解決方案。
　　在建設(shè)新農(nóng)村中，很多農(nóng)村的公共道路可以采用這種照明系統(tǒng)。由于它不需要鋪設(shè)電纜，并且屬一次性投入，免維護(hù)和免運(yùn)營(yíng)成本，所以這種系統(tǒng)在中國(guó)很多的農(nóng)村建設(shè)中得到了推廣，比如氣候組織聯(lián)合壹基金推行的“千村計(jì)劃”。較使用前，這些系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)簡(jiǎn)介

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

圖1 典型的系統(tǒng)構(gòu)成

　　如圖所示，典型的離網(wǎng)照明系統(tǒng)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(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化器，它可以將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化成電能。根據(jù)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(yīng)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(chǔ)在系統(tǒng)中的儲(chǔ)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(chǔ)了電能的電池可控的將電能提供給系統(tǒng)中的負(fù)載，也就是照明系統(tǒng)。電池的充放電保護(hù)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(zhuǎn)化成電能存儲(chǔ)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(jié)省太陽(yáng)能組件并且可以延長(zhǎng)充電電池的使用壽命。

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

　　照明系統(tǒng)：通常它包括發(fā)光光源，比如LED或LED陣列、光源驅(qū)動(dòng)、燈具等。有些照明系統(tǒng)還包括了環(huán)境參數(shù)探測(cè)器件，人機(jī)交互的接口等。

　　三、離網(wǎng)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

　　由于離網(wǎng)式太陽(yáng)能照明系統(tǒng)是完全獨(dú)立式系統(tǒng)，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(shè)計(jì)。對(duì)于選定的區(qū)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?jié)，即“冬季”的月份，比如北半球大概是12月、1月份，而南半球則為6月、7月份。原因?yàn)椋?BR>
　?。?）黑夜最長(zhǎng)，也就是說(shuō)照明時(shí)間最長(zhǎng)（如果要求整個(gè)夜晚都要照明的話），相應(yīng)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(qiáng)度也小，所以相應(yīng)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。