太陽能LED照明系統的特點及發展

太陽能LED照明系統由智能控制器、太陽能電池組件、儲能組件、LED電路及LED光源等部分組成( 見圖1),其工作原理是:白天有太陽光的時候,太陽電池組產生的電能一部分供LED使用,另一部分通過智能控制器由蓄電池儲存起來,當晚上或者陰雨天氣時,LED光源由蓄電池供電。因此,太陽能電池組件安裝時一定要面朝太陽方向,并且盡量保持清潔以確保太陽光的透過率。太陽能LED照明系統因其能源充足、綠色環保并具可持續性等特點而備受青睞,具有廣泛的市場空間和發展潛力。

1 太陽能LED照明系統的特點

眾所周知,當前的太陽能光伏發電具有清潔無污染、不受地域限制、獲取能源花費時間短等特點,LED光源也因其環保、節能等優勢成為未來理想的照明光源,而太陽能LED照明系統將這兩者的優點進一步完美的結合起來,因此更具優勢和發展潛力。具體表現在以下幾個方面。

1 . 1 環保更明顯

太陽能LED照明系統的能量由太陽能電池組件提供,通過光伏效應將太陽光能量轉化為電能,再提供給LED使用。與太陽能系統光伏發電對環境不會有污染和LED光源不存在汞等材料污染相比,太陽能LED照明系統將這兩者的環保優點有效結合了起來,既不對環境構成威脅,也不存在材料污染的難題。

1 . 2 節能更突出

該系統使用太陽能電池組間發電,不用燃料,而且選用LED作為光源,在同樣照明亮度下,其耗電量僅為白熾燈的1/8,熒光燈管的1/2。在我國,即使只有1/3的白熾燈被LED代替,每年就可以節省用電1011度,相當于一個三峽工程的全年的發電量。在天然氣、煤炭等能源供應日益緊張的今天,太陽能LED照明系統巨大的節能價值無疑為它的發展提供了光明的前景。

1 . 3 能源利用率更高

太陽能電池組件直接將太陽能轉化為直流電能,并且通過并聯、串聯等方式再匹配對應的蓄電池就得到LED所需要的電壓。與傳統供電相比,它既不需要AC/DC轉化,也無需進行復雜、昂貴的管線布置,就可獲得較高的能源利用率,并更具安全性和經濟性。

1 . 4 安裝更方便

每一個太陽能LED燈具都是獨立的電源,無需電力設計、電力增容及人工電源控制等“, 而只要像種樹一樣,挖一個洞,埋一根桿”,可以隨意放置,安裝、使用都更加方便。

2 太陽能LED照明系統發展存在的障礙

當前太陽能LED照明系統有許多需要改進和完善的地方,在一定程度上影響了該系統功能的充分發揮和利用。表現在以下幾點。

2.1 太陽能電池發電效率

低影響太陽能LED效率太陽能LED照明系統中LED驅動電能主要由太陽能電池組件提供,而目前太陽能電池的發電效率普遍都比較低,所有種類中轉化效率最高的單晶硅太陽電池,光電轉化效率為15%左右,最高雖可達24%,但它的制作成本太大。多晶硅太陽能電池和單晶硅太陽電池制作工藝相似且成本較低,但它的光電轉化效率又只有12%左右。非晶硅太陽能電池在弱光條件下也能發電,但是其轉化率也只是10%左右,且其轉化率隨時間的延長會衰減。綜上,太陽能電池組件的轉化效率偏低,成為嚴重影響太陽能LED照明系統效率的主要原因之一。2.2 LED 發光效率制約了太陽能LED 照明系統發光性能。

LED作為太陽能LED照明系統的光源,其發光性能直接影響整個系統的發光性能。LED的發光效率由內量子效率、外量子效率等因素共同決定。當前,LED內部存在大量非輻射缺陷產生的自發極化和壓電效應導致發光效率下降,即Droop現象。另外,LED中的無法及時散出的熱量引起結溫的升高也是LED發光效率下降的主要原因。改善LED性能、提高發光效率成為太陽能LED照明系統的關鍵性問題之一,制約了太陽能LED照明系統的發展。

2.3 成本高是普及太陽能LED照明系統的主要障礙

由于硅材料價格上漲和供應瓶頸,太陽能LED照明系統電成本偏高。據統計,發一度電太陽能電池組件成本為五元,是傳統火力發電成本的10倍。太陽能LED照明系統成本偏高的另一原因是系統中光源LED的成本也很高,以產生1000流明的光通量為例,用白熾燈成本小于1美元,用緊湊型熒光燈的成本小于2美元,而使用十顆大功率LED的成本超過20美元,不用電纜的費用和后來節約電費又很難抵消光源的價格差。綜上,由于太陽能發電及LED光源的成本高導致太陽能LED照明系統價格偏高,成為影響其廣泛應用的主要障礙。

2.4 蓄電池是太陽能LED 照明系統中最薄弱的環節, 影響著照明系統的壽命

太陽能LED照明系統中經常用的單晶硅太陽能電池的壽命可達25年,光源LED燈的壽命更是理論上可達10萬個小時,而普通蓄電池的壽命一般為2～ 3年,儲能電容的壽命雖可達10年以上,能在一定程度上解決這個問題,但儲能電容價格又十分昂貴。蓄電池成為太陽能LED照明系統應用急需解決的關鍵問題。

3 展望

太陽能LED照明系統在應用過程中雖存在不少問題,為下一步的研究提出了新的課題,比如如何提高太陽能電池組件的光電轉化率和LED燈的光效來提升太陽能LED照明系統的效率;改善蓄電池提高蓄電池的壽命以延長太陽能LED照明系統的使用壽命;加強新技術的利用降低太陽能LED照明系統成本。但是太陽能LED照明系統對緩和日益凸顯的能源問題、減少環境污染、降低溫室效應具有重要的作用和意義,隨著科技的發展和進步,它的發展前景更加光明,市場發展空間愈加廣闊,也必將對整個社會產生更為深遠的影響。