太阳能LED灯的原理、结构、技术参数及性能特点

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随着国家对清洁能源的大力推广,太阳能技术飞速发展,太阳能照明灯具正在广泛地进入城市公共照明和居民户外照明。特别是太阳能与LED灯具的强力结合,高亮度、长寿命的LED太阳灯具有卓越的使用性能。很多朋友想在自家庭院安装这样的太阳能户外灯,但对其原理、性能不了解,担心其使用效果及寿命。所以,这篇文章,普及一下太阳能照明灯具的工作原理、结构以及技术参数、使用要求。

一、太阳能LED灯的工作原理

太阳能LED灯的基本原理是利用太阳能光伏板将太阳光转换的电能,通过智能太阳能控制器转存在蓄电池中,当自然光照度降到需要照明时,经过智能控制器(比较电路)再将蓄电池组中的电能输出给LED使其发出可见光,当自然光照度升高到不再需要照明的时,在经过智能控制器(比较电路)关断输出给LED的电源,使LED熄灭不再耗电。在系统设计时已经考虑到阴雨天气,把平时多余的电能储存到蓄电池内,从而可以保证在阴雨天有足够的电能使用。

二、太阳能LED灯的结构

太阳能LED灯主要有太阳能电池组、太阳能智能控制器、蓄电池和超高亮度LED等组成,其基本结构框图如下图所示。

1、太阳能电池组

太阳能电池组是太阳能LED灯系统的核心部分,也是系统价值最高的部分。太阳能电池组的作用是将太阳的辐射能转换为电能,再送到蓄电池中存储起来,以在需要照明时为LED供电。 

多晶硅块料一般为废次单晶硅和治金级硅材料熔化浇铸而成,也可为单晶硅的头尾料,电阻率约为100~300Ω·cm。多晶块料经破碎后,用1:5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀,然后用去离子水冲洗为中性并烘干。将烘干的多晶硅材料装入石英坩埚中,加入适量的硼硅后放入浇铸炉,在真空状态下加热熔化,并保温20分钟,再注入石墨铸模中,待缓慢冷却后,即形成多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体,以便切片加工成太阳能电池片。铸锭经破锭、切片并进行产生电位的p型和n型层处理,再在电池片上印刷电极。

虽然单片太阳能电池片也能产生电能,但为了获取更高的电压,需要将电池片进行串联组配。为了获得较高的强度,必须在太阳能电池的周围安装钢化玻璃、密封材料和铝框,最终得到的太阳能电池板。

2、智能太阳能控制器

智能太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态并提供保护。具体的控制功能包括:(1)充电和放电控制(通过电子光控传感器,动态检测环境亮度变化,并由控制装置控制LED灯);(2)能够分时、分压控制LED灯亮度,并带一定的功率自适应能力;(3)提供过充电、过放电和反充电保护,在温差较大的地方还具备温度补偿功能。

3、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,到需要照明时再将电能释放出来,以为LED供电。蓄电池一般有铅酸蓄电池、镍隔蓄电池和镍氢蓄电池几种,它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统的价格。蓄电池容量过小不能满足夜晚照明的需要,容量过大一方面会因始终处于亏电状态影响蓄电池寿命,另一方面会造成浪费。

4、LED灯

太阳能LED照明系统中的LED一般选择高亮度或超高亮度LEDo根据实际需要,LED既可以是彩色,也可以是白色,既可以为单只大功率(1~7W)器件,也可以是若干个LED串联或并联组成的阵列。LED灯有多种型式,如投光型灯具、柱式灯具、条形类具、聚光型灯具,环形灯具、圆盘形类具、平板式十字型灯具和平板式矩形灯具等。

三、太阳能LED灯的主要技术指标

太阳能LED的参数指标主要包括太阳能电池的技术指标、智能控制器的技术指标和蓄电池的技术指标。太阳能LED灯的用途不同,其技术规格也就不同。一个输出功率为4W的太阳能LED灯的主要技术指标如下:

LED灯平均功率4W;太阳能电池12W/12V;蓄电池;12Ah/12V;控制器:工作电流5A,工作温度范围-40%-+80℃,过充电保护电压14.4V(@25℃),过放电保护电压11V;阴雨天气保证使用时间:连续5~7日。

四、太阳能LED灯的主要特点

太阳能LED照明系统主要特点如下:

1、高效、节能、环保和安全

是最典型的绿色照明产品。一个柱式太阳能LED为4W时,所发出的光亮度可达20W的节能灯或40W的白炽灯,而太阳能电池的容量仅需要12W,蓄电池组仅为1 2V门2Ah。教育部光伏系统工程研究中心的一份报告指出,全国每年新增户外照明灯约5000万盏,如果太阳能灯(其中含LED灯)能占到0.1%,一年就能给国家节省7亿度电,等于给国家送了一个10万KW的发电站。

2、高可靠,长寿命

太阳能电池组件抗台风,抗潮湿,抗紫外线辐射,质量保证期为20年(20年之后仍可继续使用);LED的使用寿命可达10万小时,即使按6万小时计算,持续使用时间也接近7年;智能控制器的功耗很低,使用寿命也较长。

3、全天候运行中无需管理人员值守

4、不用电网

不用架设或埋覆电力线路,系统中无需交流/直流转换器,真可谓一次性投资,终身受益。

5、每天供电时间可达10小时,在连续阴雨天气的供电一般达5天以上。

五、太阳能LED灯的应用

太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其无可比拟的优势正得到迅速的推广应用。尤其是在偏远的无电地区,太阳能LED灯则具有更广泛的应用前景。LED与太阳能结合应用的一个亮点就是景观照明。我国在以LED为光源的光伏照明装置方面已经研制出许多新新颖别致、造型美观、性能优良的非主干道路灯、草坪灯、庭院灯、指示灯及景观灯等半导体照明灯。

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