光伏LED照明系统中太阳电池和蓄电池的配置选择

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

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[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）.

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[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。

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