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光伏LED照明系统中太阳电池和蓄电池的配置选择 　　摘 要：光伏发电应用中最为直接和广泛的就是照明系统的应用，既可以不连接电网也可以和电网同时使用，是新兴节能建筑的主要配置之一。在建设光伏照明系统时，发电和储电是重要环节 关键词：光伏；照明；蓄电池 独立的光伏发电照明系统一般配备太阳电池、蓄电池、光源及控制电路四个主要模块。其中太阳电池和蓄电池是光伏照明系统中的能源保障，其功能性和可靠性尤为重要 1 太阳电池的选择和配置 1.1 太阳电池的选择 最早出现的太阳能电池是采用单晶硅制造而成的，硅是地球上较为丰富的一种元素，过去提炼单晶硅技术上有难度，因此人们在研制单晶硅太阳板的同时又同时开发了多晶硅太阳板和非晶硅太阳板，以及一些其他材料的太阳能电池 目前，大部分的太阳能电池的制造原理是通过半导体的光伏效应，把光能转化为电能。除硅系原材料外，砷化镓、铜铟硒和硫化镉也可以用作太阳能电池的原材料来使用，但制造技术和原材料的物理特性决定了其光电转换效率有所差异，如表1： 表1 考虑到市场因素和深度开发的前景，一般寻求以下几种特性的材料作为重点研发的方向，即无公害、原材料丰富、制造成本低、转化效率高、寿命长。鉴于这种要求，晶体硅在光伏半导体材料的制作中仍具有不可替代的位置，占目前市场份额的90%以上 单晶硅光伏材料的转换效率目前是最高的，但其制造工艺复杂，工业消耗较为可观。非晶硅的成本相对低廉，但转换效率较低，效率衰减相对迅速。多晶硅相对来说转换率和制造成本都是较为合适的，是目前市场上的主导产品。一般来说，制造光伏LED照明系统采用的就是多晶硅太阳板 1.2 容量计算 在太阳电池容量的设计中，因其造价高昂，需综合考虑电路负荷和制造成本。基本原则是电池板每天的转化电量略大于负载消耗的电量，但由于太阳能获取的多少与季节有着较为密切的关系，设计时需考虑冬季情况下能满足需求的最小值。所以总的来说，光伏照明系统的设计需考虑的参数有开路电压、额定功率、短路电流、安装地年平均辐射量、负载电压电流、负载日用电时数等，计算公式如下： 其中，T1为照明时间，T2为当日有效光照时间，PLED、Ppv分别为光源、太阳电池的功率，k为安全系数。我国处于赤道以北，故太阳能板需朝南安装，几个主要城市的倾角表如表2所示 2 蓄电池配置 2.1 蓄电池的选用 光伏照明最主要的储能方式依旧是传统的蓄电池，它在白天接收太阳能板产生的电能，晚上再为照明系统提供电源，它的容量需求比负载所需的实际电量要大，且要充分考虑因环境温度、湿度、设计寿命内的容量衰减带来的影响，考虑到其工况的特殊性，一般要求蓄电池工作寿命长、充放电次数多、维护简单 尽管阀控式密封铅酸蓄电池在蓄电池的领域占据了绝大部分市场，但它重量大，单位质量容量低的缺点也十分明显，目前的趋势是重点研究其他替代电池的可行性，如锂离子电池和金属氧化物镍电池等。各种电池的自身特性也限制了它们全面的应用，包括成本和稳定性，以及快速充放电下的寿命等。不同电池的特性对比如下表3： 表3 可以看出，相比较之下，铅酸蓄电池的重量比能量、体积比能量不如锂离子、镍镉和镍氢电池，但其性价比优势还是比较明显的。特别是作为备用电源、储能电源和动力电源，由于其容量大和放电曲线较好，且无记忆效应，因此光伏照明系统大多数仍采用铅酸蓄电池 2.2 容量计算 光伏照明系统一般选用耐过充放的阀控式密封型蓄电池，容量B计算按如下公式： 其中，bc是蓄电池附加容量，其取值为一年内方针发电容量低于负载耗电容量（Ah）月份的累计值，Q1为负载平均每天的耗电容量，n为最长阴雨天，dt为环境温度修正系数 在光伏照明系统中，LED光源的功率不大，蓄电池放电电流较小，因此综合考虑铅酸蓄电池可以满足需求 参考文献 [1]余发平，张兴，王国华.基于自适应PI控制的太阳能LED照明系统PWM恒流控制器[J].太阳能学报，2006（2）. [2]程鸿飞.小尺寸液晶显示器背光源的光学性质[J].现代显示，2005（11）. [3]王晓明，郭伟玲，高国，等.LED――新一代照明光源[J].现代显示，2005（7）. [4]赵秀春，章熙，李培芳.一种新型光伏照明系统控制器[J].能源工程，2004（5）. [5]葛亮，杨金焕，陈中华，等.光控太阳能照明系统的优化设计[J].可再生能，2004（1）. 作者简介：董慧敏，副教授，硕士，研究方向：电气控制。