太阳能与LED照明配合应用之探讨

【摘要】 太阳能目前看来是取之不竭的绿色能源，而半导体发光二极管（LED）则是一种环保、节能和高效的固态电光源，两者结合产物太阳能LED照明灯具有两者共同的优点，其技术的进一步发展，可为人类解决更多的能源问题。本文介绍了太阳能LED照明灯的主要组成及优点，并重点阐述阻碍其发展的几个问题。

【关键词】 太阳能 LED 优点 问题

引言

太阳能是一种地球上取之不竭的清洁绿色能源，每日到达地球的辐射能量相当于约为2.5亿万桶石油，容量相当大。而LED灯的发光效率高，却比节能灯还要节能25%。而太阳能LED照明系统则集中了太阳能与LED两者的优点。随着地球能源越来越紧张，且环境污染越来越严重，人们开始更多的关注使用可持续的产品。且随着太阳能LED照明灯技术的发展和进步，太阳能发电在照明领域发展日益成熟，更加加深了人们对太阳能LED照明系统的亲睐。

1. 太阳能LED照明系统的应用

1.1城市亮化照明

目前太阳能光伏技术在城市亮化照明中的应用业已起步并以快速发展的势头逐步普及应用。学校、公园、住宅小区、别墅等场所的指示牌、草坪灯、路灯等均可采用太阳能光伏照明技术，使公共照明更方便、安全、环保、节能。太阳能亮化照明的工作原理是：由太阳能电池板作为发电系统，让电池板电源经过大功率二极管及控制系统给蓄电池充电，当蓄电池电源达到一定程度时，控制系统内设的自动保护系统动作，电池板自动切断电源，实行自动保护。太阳能景观灯外观设计大多采用金属与工程塑料相结合压铸成型，灯体可呈现出圆形、方形、几何图案等多种形状，仪态万千、风格迥异，或豪华典雅、或简洁明快。灯体颜色有白、红、绿、兰、紫、黄等，依次渐变或闪烁。天黑后系统自动启动亮灯装置，一眼望去，灯体发出均匀柔和的光线，几种颜色跳跃渐变，整个城市的夜晚在一瞬间律动起来。而太阳能高杆灯一般杆高8～13米，照明功率50W～130W，有效照明面积可达几百平方。太阳能亮化照明技术具有一次性投资、无长期运行费用、安装方便、免维护、使用寿命长等特点，不会对原有植被、环境造成破坏，同时也降低了各项费用，节约能源，可谓“一举多得”[1]。

1.2建筑物楼道照明

太阳能走廊灯由太阳能电池板供电。整栋建筑采用整体布局、分体安装、集中供电方式。太阳能安装在天台或屋面，用专用导线（可预留）传送到每层走道和楼梯口。系统采用声、光感应，延时控制。白天系统充电、夜间自动转换开启装置，当探测到有人走动信息后，自动启动亮灯装置，并延时3～5分钟后自行关闭。当楼内发生突发事故如火灾、地震等切断电源或区域停电时，仍可连续供电3～5小时，可以作为应急灯使用，在降低各项费用的同时体现了人性化的设计理念。此种产品还可用在小区的楼号牌、单元门牌等部位，为夜归人及来访的客人提供方便[2]。

1.3“光伏——建筑照明一体化”技术的应用

太阳能光伏发电产业增长迅速，不仅因为它是具有许多优点的清洁能源，一个更诱人的动因是，在太阳能与建筑一体化的过程中，太阳电池组件比太阳能热水器与建筑更有亲合力。太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，国外己有非常好的案例。因此，太阳能光伏发电技术与建筑结合方面，将具有良好的经济效益，前途无限。

目前已成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面（顶）、墙壁及门窗等，实现了“光伏——建筑照明一体化（BIPV）”。本系统的工作原理是：由多片单晶硅太阳能光电池组合而成的电池板，经过太阳光的照射之后产生光电效应而发出直流电，再由系统中的电源转换器将直流电转换成一般电器所需的交流电，经由配电系统供照明、空调等系统使用，以及蓄电池储存电力，尚可提供防灾紧急用电需求。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合，与周围的自然环境整合，以期达到完美的协调。国内某铝板幕墙制造公司研制成功一种“太阳房”，把发电、节能、环保、增值融于一体，成功地把光电技术与建筑技术结合起来，称为太阳能建筑系统（SPBS），已通过专家论证。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程[3]。

2. 阻碍太阳能LED照明系统发展的几个问题

2.1太阳能电池发电效率低

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。

2.2 LED发光效率低

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太阳能LED照明系统成本高

由于硅材料价格上涨和供应瓶预，太阳能LED照明系统电成本偏高。据统计，发1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10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蓄电池系统较为薄弱

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，但储能电容价格十分昂贵。所以，蓄电池成为太阳能LED照明系统应用急需解决的关键问题。

2.5太阳能产品的质量

近年来，太阳能光伏技术发展快速，产品生产厂家如雨后春笋。但有些太阳能产品没有形成系列，质量参差不齐，甚至在光源的选择以及电路设计中存在许多缺陷，降低了产品的经济型和可靠性。同时，国家缺少相应的产品质量标准和检测系统，使得太阳能光伏技术产业化收到影响。

结束语

随着中国经济的快速发展，对能源的需求日益扩大，能源短缺问题已经成为影响中国经济快速发展的一个重要问题，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。目前太阳能灯具在户外照明领域市场占有量不到25%，预计在2012年以后，太阳能灯具在户外照明领域市场占有量可达10%以上，五年以后有望达到30%左右。太阳能灯具是目前最环保、最节能、最易推广的新灯具，市场前景不言而喻。

参考文献：

[1] 冯新红.太阳能LED照明系统的特点及发展[J]. 科技资讯，2011，（36）：48-49.

[2] 杨成银，黄志辉，邱望标.太阳能LED照明系统的设计[J]. 灯与照明，2007，31（03）：17-20.

[3] 王雅芳.大功率LED照明电路特性与驱动设计[J]. 电子与封装，2009，（04）：80-81.