太阳能LED照明系统的特点及发展-太阳能,LED照明

    太阳能LED照明系统由智能控制器、太阳能电池组件、储能组件、LED电路及LED光源等部分组成(见图1),其工作原理是:白天有太阳光的时候,太阳电池组产生的电能一部分供LED使用,另一部分通过智能控制器由蓄电池储存起来,当晚上或者阴雨天气时,LED光源由蓄电池供电。因此,太阳能电池组件安装时一定要面朝太阳方向,并且尽量保持清洁以确保太阳光的透过率。太阳能LED照明系统因其能源充足、绿色环保并具可持续性等特点而备受青睐,具有广泛的市场空间和发展潜力。

    1 太阳能LED照明系统的特点

    众所周知,当前的太阳能光伏发电具有清洁无污染、不受地域限制、获取能源花费时间短等特点,LED光源也因其环保、节能等优势成为未来理想的照明光源,而太阳能LED照明系统将这两者的优点进一步完美的结合起来,因此更具优势和发展潜力。具体表现在以下几个方面。

    1.1 环保更明显

    太阳能LED照明系统的能量由太阳能电池组件提供,通过光伏效应将太阳光能量转化为电能,再提供给LED使用。与太阳能系统光伏发电对环境不会有污染和LED光源不存在汞等材料污染相比,太阳能LED照明系统将这两者的环保优点有效结合了起来,既不对环境构成威胁,也不存在材料污染的难题。

    1.2 节能更突出

    该系统使用太阳能电池组间发电,不用燃料,而且选用LED作为光源,在同样照明亮度下,其耗电量仅为白炽灯的1/8,荧光灯管的1/2。在我国,即使只有1/3的白炽灯被LED代替,每年就可以节省用电1011度,相当于一个三峡工程的全年的发电量。在天然气、煤炭等能源供应日益紧张的今天,太阳能LED照明系统巨大的节能价值无疑为它的发展提供了光明的前景。

    1.3 能源利用率更高

    太阳能电池组件直接将太阳能转化为直流电能,并且通过并联、串联等方式再匹配对应的蓄电池就得到LED所需要的电压。与传统供电相比,它既不需要AC/DC转化,也无需进行复杂、昂贵的管线布置,就可获得较高的能源利用率,并更具安全性和经济性。

    1.4 安装更方便

    每一个太阳能LED灯具都是独立的电源,无需电力设计、电力增容及人工电源控制等“,而只要像种树一样,挖一个洞,埋一根杆”,可以随意放置,安装、使用都更加方便。

    2 太阳能LED照明系统发展存在的障碍

    当前太阳能LED照明系统有许多需要改进和完善的地方,在一定程度上影响了该系统功能的充分发挥和利用。表现在以下几点。

    2.1 太阳能电池发电效率

    低影响太阳能LED效率太阳能LED照明系统中LED驱动电能主要由太阳能电池组件提供,而目前太阳能电池的发电效率普遍都比较低,所有种类中转化效率最高的单晶硅太阳电池,光电转化效率为15%左右,最高虽可达24%,但它的制作成本太大。多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳电池制作工艺相似且成本较低,但它的光电转化效率又只有12%左右。非晶硅太阳能电池在弱光条件下也能发电,但是其转化率也只是10%左右,且其转化率随时间的延长会衰减。综上,太阳能电池组件的转化效率偏低,成为严重影响太阳能LED照明系统效率的主要原因之一。2.2LED发光效率制约了太阳能LED照明系统发光性能。

    LED作为太阳能LED照明系统的光源,其发光性能直接影响整个系统的发光性能。LED的发光效率由内量子效率、外量子效率等因素共同决定。当前,LED内部存在大量非辐射缺陷产生的自发极化和压电效应导致发光效率下降,即Droop现象。另外,LED中的无法及时散出的热量引起结温的升高也是LED发光效率下降的主要原因。改善LED性能、提高发光效率成为太阳能LED照明系统的关键性问题之一,制约了太阳能LED照明系统的发展。

    2.3 成本高是普及太阳能LED照明系统的主要障碍

    由于硅材料价格上涨和供应瓶颈,太阳能LED照明系统电成本偏高。据统计,发一度电太阳能电池组件成本为五元,是传统火力发电成本的10倍。太阳能LED照明系统成本偏高的另一原因是系统中光源LED的成本也很高,以产生1000流明的光通量为例,用白炽灯成本小于1美元,用紧凑型荧光灯的成本小于2美元,而使用十颗大功率LED的成本超过20美元,不用电缆的费用和后来节约电费又很难抵消光源的价格差。综上,由于太阳能发电及LED光源的成本高导致太阳能LED照明系统价格偏高,成为影响其广泛应用的主要障碍。

    2.4 蓄电池是太阳能LED照明系统中最薄弱的环节,影响着照明系统的寿命

    太阳能LED照明系统中经常用的单晶硅太阳能电池的寿命可达25年,光源LED灯的寿命更是理论上可达10万个小时,而普通蓄电池的寿命一般为2～3年,储能电容的寿命虽可达10年以上,能在一定程度上解决这个问题,但储能电容价格又十分昂贵。蓄电池成为太阳能LED照明系统应用急需解决的关键问题。

    3 展望

    太阳能LED照明系统在应用过程中虽存在不少问题,为下一步的研究提出了新的课题,比如如何提高太阳能电池组件的光电转化率和LED灯的光效来提升太阳能LED照明系统的效率;改善蓄电池提高蓄电池的寿命以延长太阳能LED照明系统的使用寿命;加强新技术的利用降低太阳能LED照明系统成本。但是太阳能LED照明系统对缓和日益凸显的能源问题、减少环境污染、降低温室效应具有重要的作用和意义,随着科技的发展和进步,它的发展前景更加光明,市场发展空间愈加广阔,也必将对整个社会产生更为深远的影响。