非晶硅太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

呂欣

（沈陽(yáng)拓荊科技有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110168）

【摘要】介紹了太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的組成，各部分的工作原理、工作特點(diǎn)，并以沈陽(yáng)漢鋒工廠內(nèi)安裝的太陽(yáng)能路燈為例，來(lái)說(shuō)明非晶硅太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。非晶硅太陽(yáng)能電池的弱光性、低成本與高亮度、長(zhǎng)壽命的LED光源相結(jié)合將是未來(lái)照明工程的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】非晶硅太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng) LED燈 太陽(yáng)能控制器 蓄電池組

一、引言

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)。太陽(yáng)能是種巨量可再生能源，可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭。同時(shí)隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，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。本文主要介紹離網(wǎng)式非晶硅太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)，并以沈陽(yáng)鐵西熙園公園內(nèi)安裝的太陽(yáng)能路燈為例來(lái)說(shuō)明。非晶硅太陽(yáng)能電池的低成本、高發(fā)電量與高亮度LED燈相結(jié)合所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，將是目前世界上任何照明系統(tǒng)所不能比擬的。

二、非晶硅太陽(yáng)能電池的基本原理

非晶硅太陽(yáng)能電池是薄膜太陽(yáng)能電池中最成熟的產(chǎn)品，是在晶體硅制成的前道工序中，將含有金屬硅的烷氣采用化學(xué)方式沉積到非硅基板（如玻璃基板）上制造而成，其加工原理為使用硅烷（SiH4）等離子體分解法，通過(guò)在硅烷摻雜乙硼烷（B2H6）和磷化氫（PH3）等氣體，在基板上（玻璃、不銹鋼）低溫成膜。

非晶硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)各有不同，其中有一種較好的結(jié)構(gòu)叫PIN電池，它是在襯底上先沉積一層摻磷的N型非晶硅，再沉積一層未摻雜的I層，然后再沉積一層摻硼的P型非晶硅，最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜，并蒸鍍銀電極。

非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池光吸收系數(shù)高，對(duì)太陽(yáng)光適應(yīng)范圍較廣，非最佳角度陽(yáng)光下的工作情況好于其他太陽(yáng)能電池以及易于實(shí)現(xiàn)集成化的特性，可以適合不同需求的多品種產(chǎn)品。尤其適合用于太陽(yáng)能路燈，建筑光伏一體化（BIPV）以及大型太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

三、太陽(yáng)能路燈的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池組件陣列、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負(fù)載等組成，如輸出電源為交流220V或110V，還要配置逆變器。

（2）太陽(yáng)能路燈的工作原理。太陽(yáng)能路燈利用太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)原理，光伏效應(yīng)是半導(dǎo)體在吸收光能后，內(nèi)部帶電載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化從而產(chǎn)生出光生電流和光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。利用這種特性，半導(dǎo)體材料的光伏陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，是整個(gè)系統(tǒng)能量的來(lái)源。蓄電池組的放電情況由控制器進(jìn)行控制，保證蓄電池的正常使用。系統(tǒng)還具有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過(guò)負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用。

（3）非晶硅太陽(yáng)能電池方陣。非晶硅太陽(yáng)能電池方陣能產(chǎn)生光伏效應(yīng)，是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的部分。光伏效應(yīng)是半導(dǎo)體在吸收光能后，內(nèi)部帶電載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化從而產(chǎn)生出光生電流和光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。利用這種特性，半導(dǎo)體材料的光伏陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，是整個(gè)光伏應(yīng)用系統(tǒng)能量的來(lái)源。太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈中的核心部分，也是太陽(yáng)能路燈中價(jià)值最高的部分。

（4）太陽(yáng)能控制器。太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，性能良好的充放電控制器是必不可少的。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，必須對(duì)它的充放電條件加以規(guī)定和限制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出，防止蓄電池過(guò)充電及深度充電，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。同時(shí)太陽(yáng)能控制器除具有路燈控制功能外，還應(yīng)具有光控、時(shí)控功能，并應(yīng)具有夜間自動(dòng)切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長(zhǎng)路燈工作時(shí)間。

（5）蓄電池組。將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽(yáng)電池組件所發(fā)的電量時(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求，它是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能部件。其中蓄電池的容量指的是在一定放電條件下蓄電池能連續(xù)提供的能量的總和，單位為安時(shí)（Ah），這個(gè)參數(shù)的選擇主要與太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的工作條件下的太陽(yáng)輻射平均強(qiáng)度和需要連續(xù)供應(yīng)負(fù)載電量的時(shí)間和功率有關(guān)；工作電壓是蓄電池接通負(fù)載放電時(shí)在負(fù)載上所呈現(xiàn)出來(lái)的電壓，其大小主要決定于后面負(fù)載的額定工作電壓值。

（6）逆變器。在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，如果含有交流負(fù)載，那么就要使用逆變器設(shè)備，將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負(fù)載需要的交流電。

四、工程實(shí)例

以沈陽(yáng)鐵西熙園公園離網(wǎng)式非晶硅太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明非晶硅太陽(yáng)能電池在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，現(xiàn)將該系統(tǒng)配置整理成如表1所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池光吸收系數(shù)高，對(duì)太陽(yáng)光適應(yīng)范圍較廣，非最佳角度陽(yáng)光下的工作情況好于其他太陽(yáng)能電池，因此光伏組件方陣的功率要小于其他太陽(yáng)能電池。隨著非晶硅薄膜電池制造成本的不斷降低和集成化技術(shù)的不斷成熟，太陽(yáng)能路燈將成為道路照明的主體，與人們的生活更加密切。

參考文獻(xiàn)：

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