光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

注意事項1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂

指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力□優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性□優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日

評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評定成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年月日教學(xué)系意見：系主任：（簽名）年月日0.前言21世紀,人類將面臨實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn),能源短缺和環(huán)境保護是當前經(jīng)濟發(fā)展和能源領(lǐng)域最重要的課題。回顧100年間能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史,人類正在消耗地球50萬年歷史中積累的有限能源資源，煤和石油雖然極大地解放了生產(chǎn)力,但同時也向人類敲響了常規(guī)能源面臨枯竭的警鐘，根據(jù)有關(guān)材料顯示,人類己確知的石油儲備可供開40多年,天然氣可供開采60余年,煤可供開采200年,高成本油氣田可供開采450年"能源問題的突出,不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匾乏不足,更重要的是化石能源的開發(fā)利用對生態(tài)環(huán)境的污染破壞。每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)拋向天空,使大氣環(huán)境遭到嚴重污染,局部地區(qū)形成酸雨,嚴重污染水土,直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量。而每年排放的210萬噸二氧化碳帶來的溫室效應(yīng),更造成冰雪消融,冰川退縮,全球氣候變暖,自然災(zāi)害頻繁。由此可見,常規(guī)能源在給人類社會帶來巨大騰飛的同時,也在很大程度上使人類社會面臨著前所未有的毀滅性災(zāi)難，在有關(guān)國際組織已召開多次會議,限制各國CO等溫室氣體的排放量，這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu),依靠科技進步,大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。太陽能是取之不盡的可再生能源,可利用量巨大。太陽每秒鐘放射的能量相當于6x100噸標準煤按此計算,一年內(nèi)到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892xl0.3千億噸,是目前世界能源探明儲量的10萬倍。太陽的壽命至少尚有40億年,相對于人類歷史來說,太陽可源源不斷供給地球能源的時間可以說是無限的，相對于常規(guī)能源的有限性,太陽能具有儲量的無限性,存在的普遍性,使用的經(jīng)濟性,利用的清潔性,決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源匱乏，枯竭的最有效途徑之。太陽能、風(fēng)能等清潔能源憑借其自身優(yōu)勢得到了越來越多的關(guān)注,其開發(fā)利用在最近兒年能得到如此長足的發(fā)展,究其原因,可以簡單歸納如下:A)一次能源,可再生能源；B)可以免費使用,無需運輸；C）可以替代部分常規(guī)能源,增強能源供應(yīng)的安個性和可靠性；D)可以降低二氧化碳的排放,減緩個球的氣候變暖。由此可見,太陽能等清潔能源必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔起重任,成為21世紀后期的主導(dǎo)能源。太陽能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,但最終可歸結(jié)為太陽能的光熱利用和光電利用兩個方面。日常生活中,太陽能熱水器便是光熱利用的一個很好的例子,除此之外太陽能的光熱利用還包括太陽房、太陽灶、太陽能溫室、太陽能干燥系統(tǒng)、太陽能土壤消毒殺菌系統(tǒng)等,這此技術(shù)尤其在北方和西部應(yīng)用較廣,成效顯著。太陽能熱發(fā)電是太陽能熱利用的另一個重要方面,它是利用集熱器把太陽輻射熱能集中起來給水加熱產(chǎn)生蒸汽,然后通過汽輪機、發(fā)電機來發(fā)電。歐美在太陽能熱發(fā)電方面較領(lǐng)先,我國才剛剛起步。若用太陽能全方位地解決建筑內(nèi)熱水、采暖、空調(diào)和照明用能,這將是最理想的方案,太陽能與建筑(包括高層)一體化研究與實施,是未來太陽能熱開發(fā)利用的重要方向。除了太陽能熱應(yīng)用外,太陽能的光電應(yīng)用也得到了長足的發(fā)展,這主要表現(xiàn)為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,包括獨立光伏系統(tǒng)、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。1.概述1.1太陽能產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀1.1.1太陽能照明是節(jié)能照明的發(fā)展趨勢太陽的能源非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽光所產(chǎn)生的能量相當于全球人類一年消耗的能量?？梢哉f太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。目前，全球能源危機日益加劇，各國都在尋找新的能源，以取代即將枯竭的煤、石油、天然氣等地球上所剩無幾的不可再生能源。作為新型照明方式之一，太陽能照明能否挑起重擔，在未來的照明行業(yè)中起主導(dǎo)作用。這不僅僅是照明行業(yè)所關(guān)注的焦點，也是整個社會思考和關(guān)注的焦點。利用太陽能發(fā)電的經(jīng)濟性在很多情況下要優(yōu)于常規(guī)的供電方式。太陽能電源系統(tǒng)運行成本低，幾乎不需要維護，不需要備件，不需要增添燃料。太陽能系統(tǒng)設(shè)備可自動運行，適于在無人職守站使用。不包含任何運轉(zhuǎn)部件，系統(tǒng)可連續(xù)工作、使用壽命超過數(shù)十年。太陽能電源系統(tǒng)的直流輸出電壓十分穩(wěn)定。無需為引接入電網(wǎng)而修路，在沒有電網(wǎng)的地方，太陽能為靈活選取站址提供可能。除了直接的經(jīng)濟效益以外，太陽能發(fā)電還有很多間接優(yōu)點。在其它一些供電系統(tǒng)，往往由于斷電而立即造成巨大的經(jīng)濟損失。太陽能系統(tǒng)仍能保證穩(wěn)定可靠地工作。太陽能照明本質(zhì)上是一個光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，專業(yè)領(lǐng)域稱為“硅晶片地面光伏組件”。其工作原理是通過硅晶片接收太陽光線后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，然后儲存在蓄電池中，再由光感開關(guān)進行控制，當天黑時能夠自動點亮，天亮?xí)r又自動熄滅。太陽能燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種應(yīng)用產(chǎn)品，憑借其節(jié)能、環(huán)保、無需布線、自動控制、隨時變換位置等優(yōu)點，在照明行業(yè)中樹立起神圣的地位。因為硅晶片價格昂貴，最初的太陽能僅應(yīng)用在航天事業(yè)上。在技術(shù)上稍有突破后，被美國、日本、德國等發(fā)達國家率先嘗試運用在高科技領(lǐng)域。隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和進步，在民用方面首先應(yīng)用在照明燈具上。近幾年來，太陽能燈具產(chǎn)品由于環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢，太陽能庭院燈、太陽能草坪燈和太陽能裝飾燈等應(yīng)用逐漸形成規(guī)模。大量試驗表明，太陽能燈具和普通燈具對比分析后得出：在滿足同樣照明要求的條件下，兩種不同的供電方式，太陽能燈成本比普通燈具要高；如果將投入工程的施工費用計入整個工程，則兩種燈具在初始投資時造價相當。工程越大，普通燈具的工程施工費用越高，其初始投入大于太陽能燈具。使用時間越長，越能彰顯太陽能燈具的實惠。如果把人力、物力計算在內(nèi)，普通燈具的輔助費用與維護費用都將比預(yù)算的高。在后續(xù)的使用費用上（電費、維護費用等），太陽能燈具的優(yōu)勢更明顯。如果在全國推廣使用3億只太陽能燈，其節(jié)能效果相當于新建一個三峽工程。據(jù)了解，太陽能的優(yōu)點已被越來越多的人所接受。作為太陽能應(yīng)用的系列產(chǎn)品之一，太陽能燈具一直是各方研究和關(guān)注的焦點。在已有技術(shù)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員與廠商集思廣益，在諸多方面取得了突破性進展，為太陽能燈最終走向千家萬戶打下了堅實基礎(chǔ)。專家預(yù)測，太陽能照明在未來十年后將會普及，成為未來照明行業(yè)發(fā)展趨勢。1.1.2太陽能產(chǎn)業(yè)國外發(fā)展狀況國際上，光伏發(fā)電發(fā)展迅猛。1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計劃；1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計投資達8億多美元；1994年度的財政預(yù)算中，光伏發(fā)電的預(yù)算達7800多萬美元，比1993年增加了23.4％；1997年美國和歐洲相繼宣布“百萬屋頂光伏計劃”，美國計劃到2010年安裝100O～3000MW太陽電池。日本不甘落后，1997年補貼“屋頂光伏計劃”的經(jīng)費高達9200萬美元，安裝目標是7600MW。在各國政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長，1995～2005年間，全球太陽能電池產(chǎn)量增長了l7倍。我們預(yù)計，2010年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望較2005年的年產(chǎn)量增長6.3倍，整個行業(yè)的銷售收入有望增長3.5倍。而在太陽能產(chǎn)業(yè)遙遙領(lǐng)先的德國，于2003年修汀的《再生能源法》中強調(diào)：電力公司以保證價格收購再生能源，使德國2005年太陽能等可再生能源產(chǎn)業(yè)獲得34億歐元的補助。德國的“百萬屋頂計劃”使許多家庭不僅利用太陽能解決了自家的能源使用，而且這些家庭還成為小型“私人電站”，源源不斷地向電網(wǎng)公司輸送電力，獲得一筆可觀的收人。1.1.3太陽能產(chǎn)業(yè)國內(nèi)發(fā)展狀況我國太陽能資源非常豐富，開發(fā)利用的潛力非常大。我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也非常廣闊，可以應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、與建材結(jié)合、解決邊遠地區(qū)用電困難問題等。我國政府對太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶持，先后出臺了一系列法律、政策，有力的支持了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在1995～2003年間，我國合計在太陽能發(fā)電方面的資金投入22億元人民幣，對太陽能新能源起著積極的推動作用。2005年后，我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)又有了突飛猛進的發(fā)展，無錫尚德、天威英利、新光硅業(yè)、浙江中意、賽維LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司紛紛進入成長期，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，技術(shù)水平不斷提高，企業(yè)競爭力不斷增強。隨著太陽能光電效應(yīng)的發(fā)展，在照明系統(tǒng)方面，太陽能草坪燈、庭院燈、臺燈、城市光彩工程燈等眾多品種大量出現(xiàn)在了日常生活中，是太陽能光源的主要應(yīng)用方向，在提高人們生活水平的同時，又節(jié)約了大量能源。1.1.4太陽能跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展狀況太陽能跟蹤系統(tǒng)是保持太陽能電池板隨時正對太陽，讓太陽光的光線隨時垂直照射太陽能電池板的動力裝置，能顯著提高太陽能光伏組件的發(fā)電效率。由于地球的自轉(zhuǎn)，相對于某一個固定地點的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化，有效的保證太陽能電池板能夠時刻正對太陽，發(fā)電效率才會達到最佳狀態(tài)。目前世界上通用的太陽能跟蹤系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點的經(jīng)緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定，一旦安裝，就不便移動或裝拆，每次移動完就必須重新設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個參數(shù)；原理、電路、技術(shù)、設(shè)備都很復(fù)雜，非專業(yè)人士不能夠隨便操作。河北某太陽能光伏發(fā)電企業(yè)獨家研發(fā)出了具有世界領(lǐng)先水平、成本低廉、簡單易用、不用計算各地太陽位置數(shù)據(jù)、無軟件、可在移動設(shè)備上隨時隨地準確跟蹤太陽的智能太陽能跟蹤系統(tǒng)。該太陽能跟蹤系統(tǒng)是國內(nèi)首家完全不用電腦軟件的太陽空間定位跟蹤儀，具有國際領(lǐng)先水平，能夠不受地域和外部條件的限制，可以在-50℃至70℃環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常使用；跟蹤精度可以達到±0.001°，最大限度的提高太陽跟蹤精度，完美實現(xiàn)適時跟蹤，最大限度提高太陽光能利用率。該太陽能跟蹤系統(tǒng)可以廣泛的使用于各類設(shè)備的需要使用太陽跟蹤的地方，該太陽能跟蹤系統(tǒng)價格實惠、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、跟蹤準確、方便易用。把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應(yīng)急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論系統(tǒng)向何方行駛、如何調(diào)頭、拐彎，該太陽能跟蹤系統(tǒng)都能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對太陽。1.2LED照明在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外LED電路發(fā)展現(xiàn)狀半導(dǎo)體照明技術(shù)的開發(fā)研究引起了全球研究機構(gòu)和企業(yè)的重視。國外共有近200家公司參與器件、材料和設(shè)備的開發(fā)，近300所大學(xué)和研究所參與研發(fā)。目前，功率型白光LED光視效能（發(fā)光效率）已經(jīng)達到100lm/W，研究水平達到160lm/W。經(jīng)過技術(shù)發(fā)展和市場競爭，世界主要LED廠商已經(jīng)形成各自的技術(shù)特色。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng)先水平，壟斷高端白色、藍、綠色LED的市場，豐田合成在白光LED及車燈照明技術(shù)開發(fā)據(jù)國際前端。美國Cree的碳化硅襯底生長GaN外延片國際領(lǐng)先，傳統(tǒng)照明巨頭Philips絕對控股的美國Lumileds功率型白光LED國際領(lǐng)先；傳統(tǒng)照明巨頭Osram歐司朗控股的德國歐司朗光電半導(dǎo)體功率型LED封裝和車用LED燈具開發(fā)國際領(lǐng)先。1.2.2國內(nèi)LED電路發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)的外延片生長技術(shù)主要源于美國，基本上是進口美國的有機金屬化學(xué)氣相沉淀（MOCVD）裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個LED產(chǎn)業(yè)外延片的生長、芯片、芯片封裝3個環(huán)節(jié)中，外延片生長投資要占到70%，外延片成本要占到封裝成成品的70%，同時外延片生長技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡單的說，外延片的水平?jīng)Q定了整個LED產(chǎn)業(yè)水平，國內(nèi)近幾年也陸續(xù)引進了50多臺MOCVD裝備，均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段，一旦工藝成熟，則會上10倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場需求巨大。國家“863”計劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時支持了國產(chǎn)外延設(shè)備如液相外延爐和MOCVD設(shè)備的研發(fā)（中科院半導(dǎo)體所、中電科技集團公司第四十八所），通過整機消化吸收，關(guān)鍵技術(shù)再創(chuàng)新等措施，填補了國內(nèi)空白，使長期制約我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。隨著國家照明工程的起步，國內(nèi)LED芯片設(shè)備的巨大需求再次引起了國外半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊@個巨大的市場，但是，這里面也存在著一個隱憂，國外芯片設(shè)備高昂的價格，相對制約了國內(nèi)企業(yè)的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗了國家大量寶貴的外匯。同樣也擠占了國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。1.3太陽能照明的優(yōu)點無論是現(xiàn)在還是將來，太陽能都擁有廣闊的市場前景。潛力無限的太陽能是一種清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源。同時，使用太陽能也是一個明智的財務(wù)選擇。如果使用太陽能電池板為您的住宅供電，在收到每個月的電費單時，您就能體會到這一點。另外，太陽能是環(huán)保的選擇——如果您知道使用太陽能將為您的孩子留下一個更環(huán)保的美好世界，您一定會感到自豪。如今，全球的光伏太陽能供不應(yīng)求，是增長最快的可再生能源之一。隨著制造工藝的高效化，光伏系統(tǒng)的成本將繼續(xù)下降。如今，光伏系統(tǒng)的價格已經(jīng)是20年前的1/25。即使是商業(yè)電力公司，也正在尋求通過利用太陽能來構(gòu)建更為穩(wěn)定的成本結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，太陽能在北方的氣候條件下更為有效。在加利福尼亞州，電費每年上漲6.7%。太陽能則可以用來預(yù)防未來電費的居高不下。在許多國家，您可以將富余電力賣給電力公司，沖抵您的電費。與高成本的化石燃料污染和全球溫室效應(yīng)相比，太陽能不僅使用范圍廣，而且更經(jīng)濟。在近期的民意調(diào)查中，當受訪對象被問及哪類能源最適合子孫后代時，太陽能的得分高出所有其它能源。光伏系統(tǒng)在提供電力的同時，不會排放二氧化碳(CO2)。一塊光伏組件在25年的有效使用期內(nèi)，可減少約7.5噸的碳排放量。隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國的照明用電將大幅度提高，綠色節(jié)能照明的研究應(yīng)用，將越來越受到重視。太陽能LED照明燈具作為冷光源產(chǎn)品，具有性價比較高、綠色環(huán)保、安全可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、使用壽命長、安裝維護簡便等特點，可廣泛應(yīng)用于綠地照明、公路照明、廣告燈箱照明、城市造型景觀照明及家居照明系統(tǒng)，但太陽能LED照明燈具一次性投入較高是其發(fā)展的瓶頸。目前，照明消耗約占整個電力消耗的20%左右，降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑。為實現(xiàn)這一目標，業(yè)界已研究開發(fā)出多種節(jié)能照明器具，并取得了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還較遠，開發(fā)和應(yīng)用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。到2006年底，我國可再生能源利用量總計為2億噸標準煤(不包括傳統(tǒng)方式利用生物質(zhì)能)，約占0.5個百分點，為2010年實現(xiàn)可再生能源占全國一次能源消費總量10%的目標邁出了堅實的一步。目前，我國正在從以下幾個方面來推動光伏發(fā)電的國內(nèi)市場發(fā)展：eq\o\ac(○,1)、啟動送電到村工程；eq\o\ac(○,2)、在特殊工程上運用光伏發(fā)電，如世博會、奧運會等；eq\o\ac(○,3)、在沙漠地區(qū)建光伏電站；eq\o\ac(○,4)、動員一些城市啟動屋頂計劃；eq\o\ac(○,5)、研究制定提高光伏發(fā)電競爭力的電價政策(光伏產(chǎn)品90%的出口以及國內(nèi)市場的缺失，都可能限制中國光伏產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。一旦國外光伏產(chǎn)業(yè)政策有變或者為保護本國產(chǎn)業(yè)采取限制進口的措施，中國近年來大量上馬的光伏項目將面臨困境)。1.4課題研究的意義隨著地球資源的日益貧乏,基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高,各種安全和污染隱患無處不在太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受到重視，目前太陽能應(yīng)用技術(shù)已取得較大突破,尤其太陽能光伏技術(shù)發(fā)展,給太陽能在公共照明中的應(yīng)用帶來了極為廣闊的前景。隨著近十年來LDE技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展。LED以固有的特點，如省電、壽命長、耐震動，響應(yīng)速度快、冷光源和低功耗可直流驅(qū)動等特點，廣泛應(yīng)用于指示燈、信號燈、顯示屏和景觀照明等領(lǐng)域，在我們的日常生活中處處可見，如電話機、儀表板照明、汽車防霧燈和交通信號燈等。太陽能電源是直流電，而傳統(tǒng)燈泡需要交流供電。這樣，傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)需要逆變器將直流逆變?yōu)榻涣?，這種方法普遍存在著交流逆變不可靠、低溫啟動難、燈管壽命短、功耗高以及系統(tǒng)造價高等缺點。而LED需要直流驅(qū)動，于是，LED光伏照明系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)少了一個復(fù)雜而性能又未必可靠的逆變器環(huán)節(jié)。正是基于上述優(yōu)點，使得LED逐漸取代傳統(tǒng)光源應(yīng)用于光伏照明系統(tǒng)，徹底地解決了傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)存在的交流逆變不可靠、低溫啟動難和燈管壽命短等缺點。縱覽國內(nèi)外的種種太陽能電池，大多數(shù)是采用非跟蹤式接收裝置，這種方式下提高光-電轉(zhuǎn)換效率的研究方向主要有提高采光面積，研發(fā)蓄電池新型材料及智能充放電和控制燈具關(guān)、開等。但是，隨著陽光的移動電池板與陽光投射傾角不同，所以非跟蹤式太陽能接收裝置每個時段獲得的太陽能是不等的，因此光--電轉(zhuǎn)換太陽能的總效率低。在此基礎(chǔ)上，人們開始研究如“向日葵”跟隨太陽旋轉(zhuǎn)的光伏電池，讓太陽能電池板始終以最大的發(fā)電功率跟隨著太陽旋轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)太陽能最大功率點跟蹤。這樣太陽能的轉(zhuǎn)換效率將大大提高。2.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹及其原理白天，在光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對蓄電池進行充電，將由光能轉(zhuǎn)換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池開始供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)有限荷保護和防雷裝置，以保護系統(tǒng)設(shè)備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統(tǒng)設(shè)備的安全使用。太陽能→電能→化學(xué)能→電能→光能。2.1發(fā)電原理太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。（1）電池單元：由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，在導(dǎo)帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢壘區(qū)存在著較強的內(nèi)建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流，開路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負載形成的回路，于是就有“光生電流”流過，太陽能電池組件就實現(xiàn)了對負載的功率P輸出。（2）電能儲存單元：太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時間（發(fā)電時間）的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預(yù)定的連續(xù)無日照時間決定。2.2設(shè)置原理太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮的因素：（1）需要考慮太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的地方以及該地日光輻射情況；（2）需要考慮太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)需要承載的負載功率；（3）系統(tǒng)所輸出電壓，以及考慮應(yīng)該使用直流電還是交流電；（4）系統(tǒng)每天需要工作的小時數(shù)；（5）如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天；（6）考慮負載的情況，是純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流的大小。2.3系統(tǒng)組成光伏系統(tǒng)是由太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、自動太陽能跟蹤系統(tǒng)、自動太陽能組件除塵系統(tǒng)等設(shè)備組成。圖2-1光伏系統(tǒng)組成Figure2-1pvsystems2.3.1太陽能電池在有光照（無論是太陽光，還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應(yīng)”。在光生伏打效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換成電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。原材料特點：電池片：采用高效率（16.5%以上）的單晶硅太陽能片封裝，保證太陽能電池板發(fā)電功率充足。圖2-2太陽能電池圖Figure2-2solarcellsfigure玻璃：采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，厚度3.2mm,在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)(320-1100nm)透光率達91%以上，對于大于1200nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。EVA：采用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優(yōu)質(zhì)EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。TPT：太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強度，抗機械沖擊能力強。也是家用太陽能發(fā)電中價值最高的部分。2.3.2蓄電池組其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負載供電。太陽能電池發(fā)電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度范圍寬；g.價格低廉。目前我國與太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封式免維護鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為2V；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為12V。2.3.3充放電控制器是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設(shè)備。2.3.4逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。逆變器保護功能：a、過載保護；b、短路保護；c、接反保護；d、欠壓保護；e、過壓保護；f、過熱保護。注：本設(shè)計是無需逆變器的，因為給LED燈供電用直流電，沒有直流變交流的必要。2.3.5防反沖二極管太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防反充二極管又稱阻塞二極管，在太陽電池組件中其作用是避免由于太陽電池方陣在陰雨和夜晚不發(fā)電或出現(xiàn)短路故障時，擂電池組通過太陽電池方陣放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽電池方陣電路中，起單向?qū)ㄗ饔谩Ｒ虼怂仨毐ＷC回路中有最大電流，而且要承受最大反向電壓的沖擊。一般可選用合適的整流二極管作為防反充二極管。一塊板的話可以不用任何二極管，因為控制器本來就可防反沖。板子串聯(lián)的話，需要安裝旁路二極管，如果是并聯(lián)的話就要裝個防反沖二極管，防止板子直接沖電。防反充二極管只是保護作用，不會影響發(fā)電效果。2.3.6太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類，離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及前兩者混合系統(tǒng)。

A）離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)。這是一種常見的太陽能應(yīng)用方式。在國內(nèi)外應(yīng)用已有若干年。系統(tǒng)比較簡單，而且適應(yīng)性廣。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護困難而限制了使用范圍。

B）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，當用電負荷較大時，太陽能電力不足就向市電購電。而負荷較小時，或用不完電力時，就可將多余的電力賣給市電。在背靠電網(wǎng)的前提下，該系統(tǒng)省掉了蓄電池，從而擴張了使用的范圍和靈活性，并降低了造價。

C）A，B兩者混合系統(tǒng)，這是介于上述兩個方之間的系統(tǒng)。該方案有較強的適應(yīng)性，例如可以根據(jù)電網(wǎng)的峰谷電價來調(diào)整自身的發(fā)電策略。但是其造價和運行成本較上述兩種方案高。3.光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)的配置3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計原理太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計包括兩個方面：軟件設(shè)計和硬件設(shè)計。光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計，太陽能電池方陣安裝傾角的計算，系統(tǒng)運行情況的預(yù)測和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等。由于軟件設(shè)計牽扯到復(fù)雜的太陽輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計計算，一般是由計算機來完成。在要求不太嚴格的情況下，也可以采用估算的辦法。光伏系統(tǒng)硬件設(shè)計包括：負載的選型及必要的設(shè)計，太陽能電池和蓄電池的選型，太陽能電池支架的設(shè)計。逆變器的選型和設(shè)計，以及控制和測量系統(tǒng)的選型和設(shè)計。對于大型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，還要有光伏電池方陣場的設(shè)計、防雷接地的設(shè)計、配電系統(tǒng)的設(shè)計以及輔助或備用電源的選型和設(shè)計。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的總的原則是，在保證滿足負載供電需要的前提下，確定使用最少的太陽能電池組件功率和蓄電池容量，以減少初始投資。系統(tǒng)設(shè)計者應(yīng)該知道在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計過程中做出的每一個決定都會影響造價。由于不適當?shù)倪x擇，可輕易地使系統(tǒng)的投資成倍的增加，而且未必就能滿足使用要求。再決定建立一個獨立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，可按下述步驟進行設(shè)計：計算負載，確定蓄電池容量，確定太陽能電池方陣容量，選擇控制器。在設(shè)計計算中，需要的基本數(shù)據(jù)主要有：現(xiàn)場的地理位置，包括地點、經(jīng)度、緯度和海拔等；安裝地點的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射能量、直接輻射量及散射輻射量；年平均氣溫和最高最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。氣象資料一般無法做出長期預(yù)測，只能以過去10年到20年的平均值作為依據(jù)。但是很少有獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)是建立在太陽輻射數(shù)據(jù)資料齊全的城市的，而且偏遠地區(qū)的太陽輻射數(shù)據(jù)可能并不類似于附近的城市。因此只能采用臨近的某個城市的氣象資料或類似地區(qū)氣象觀測站所記錄的數(shù)據(jù)進行類推。在類推的時候要把握好可能導(dǎo)致的偏差因素，要知道，太陽能資源的估算會直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和造價。另外，從氣象部門得到的資料，一般只有水平面的太陽能輻射量，實際使用時必須設(shè)法換算到傾斜面上的輻射量。3.2負載計算對于負載的估算，是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和定價的關(guān)鍵因素之一。通常列出所有負載的名稱、功率要求、額定工作電壓和每天用電時間。對于交流和直流負載都要同樣列出。功率因數(shù)在交流功率計算中不要過濾。然后，按負載分類和按工作電壓分組，計算每一組的總功率。接著，選定系統(tǒng)工作電壓，計算系統(tǒng)在這一電壓下所要求的平均安培·小時（Ah）數(shù)，也就是算出所有負載的每天平均耗電量之和。關(guān)于系統(tǒng)工作電壓的選擇，經(jīng)常是選最大功率負載說要求的電壓。在以交流負載為主的系統(tǒng)中直流系統(tǒng)電壓應(yīng)當考慮與選用的逆變器輸入電壓相適應(yīng)。通常獨立運行的太陽能光伏打電系統(tǒng)，其交流負載工作在220V，直流負載工作在12V或12V的倍數(shù)。從理論上說，負載的確定是直截了當?shù)?，而實際上負載的要求卻往往并不確定。例如家用電器所要求的功率可以從制造商的資料得知，但是并不知道他們的工作時間，如果使用時間估算過高，其累計的效果會導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計容量和造價上升。實際上，某些較大功率的負載可安排在不同的時間內(nèi)使用。再嚴格的設(shè)計中，我們必須掌握獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性，即每天24小時中不同時間的負載功率。特別是對于集中的供電系統(tǒng)，了解用電規(guī)律后可適時地加以控制。

3.3蓄電池容量設(shè)計基本原理蓄電池容量設(shè)計思想是保證在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負載仍可以正常工作，為了避免連續(xù)陰雨天氣時蓄電池長期處于欠壓狀態(tài)，在蓄電池容量設(shè)計時需要引入一個不可缺少的參數(shù)--自給天數(shù)，即系統(tǒng)在沒有任何外來能源的情況下負載仍能正常工作的天數(shù)。這個參數(shù)讓系統(tǒng)設(shè)計者能夠選擇所需使用的蓄電池容量大小。一般來說自給參數(shù)的確定與兩個因素有關(guān)：一，負載對電源的要求；二，安裝地點的最大連續(xù)陰雨天數(shù)。一般情況下可以將安裝地點的最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計的自給天數(shù)。對于負載對電源要求不是很嚴格的光伏系統(tǒng)，我們在設(shè)計中常取自給天數(shù)為3—5天；對于負載對電源要求很嚴格的光伏系統(tǒng)，我們在設(shè)計中常取自給天數(shù)為7—14天。所謂負載不嚴格的光伏應(yīng)用系統(tǒng)通常指用戶可以稍微調(diào)節(jié)一下負載需求從而適應(yīng)惡劣天氣帶來的不便，而嚴格系統(tǒng)指負載用電比較重要，如通信、導(dǎo)航、醫(yī)院、診所等。此外還要考慮安裝地點，如果在很偏遠的地方必須設(shè)計較大的蓄電池容量，因為維護人員到達現(xiàn)場需要花費很長時間。3.3.1蓄電池容量計算1)基本公式將每天負載需要的用電量乘以根據(jù)實際情況確定的自給天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量，再除以蓄電池的允許最大放電深度即可得到所需的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中使用的蓄電池的性能參數(shù)，通常情況下，深循環(huán)型蓄電池推薦使用80%的放電深度（DOD）；淺循環(huán)型蓄電池推薦使用50%的放電深度（DOD）。基本公式如下：所需蓄電池總?cè)萘?每個蓄電池都有它的標稱電壓，為了達到負載工作的標稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個數(shù)等于負載的標稱電壓除以蓄電池的標稱電壓。當蓄電池總?cè)萘看笥趩蝹€蓄電池容量時，我們需要將單個蓄電池并聯(lián)起來組成總?cè)萘?。公式如下：串?lián)蓄電池數(shù)量=并聯(lián)蓄電池數(shù)量=2)修正對于鉛酸蓄電池，蓄電池的容量不是一成不變的與兩個重要因素有關(guān)：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度。放電率對蓄電池容量的影響蓄電池的容量隨放電率的降低（即蓄電池放電時間變長）而相應(yīng)增加。在蓄電池匹配計算中我們常用到平均放電率這一參數(shù)。公式如下：平均放電率（小時）=對于多個不同負載的光伏系統(tǒng)，負載的工作時間可以使用加權(quán)平均負載工作時間。公式如下：加權(quán)平均負載工作時間=根據(jù)上面兩式就可以算出光伏系統(tǒng)的實際平均放電率，根據(jù)蓄電池生產(chǎn)商提供的該型號電池在不同放電速率下的蓄電池容量，就可以對蓄電池的容量進行修正。b.溫度對蓄電池容量的影響蓄電池的容量隨溫度的下降而下降。通常，鉛酸蓄電池容量是在25℃時標定的，隨著溫度的降低，0℃時的容量大約下降到額定容量的90%,而在-20℃的時候大約下降到額定容量的80%，所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對其容量的影響。蓄電池生產(chǎn)商一般會提供相關(guān)的蓄電池溫度-容量修正曲線在該曲線上可以查到對應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)。蓄電池的最大放電深度受低溫的影響。在寒冷氣候條件下，如果蓄電池放電過多，電解液凝結(jié)點上升，電解液就可能凝結(jié)，以致?lián)p壞蓄電池。修正后公式如下：蓄電池容量=3.4太陽能電池組件配置計算1)基本公式計算太陽能電池組件數(shù)量的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量即組件日輸出（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，其中組件日輸出的計算為太陽能光伏組件最大工作點電流（安）乘以每日太陽輻照最小時數(shù)（小時），使用這些組件并聯(lián)可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電流。用系統(tǒng)的標稱電壓除以太陽能組件的標稱電壓，就可以得到需要串聯(lián)的太陽能組件數(shù)，使用這些太陽能電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電壓?；竟饺缦拢翰⒙?lián)的組件數(shù)量=組件日輸出（Ah）=組件最大工作點電流(A)日輻射最小時數(shù)(h)=2)修正太陽能電池的輸出，會受到一些外在因素的影響而降低，根據(jù)上述基本公式計算出的太陽能電池組件，在實際情況下通常不能滿足光伏系統(tǒng)的用電需求，為了得到更加正確的結(jié)果，有必要對上述基本公式進行修正：將太陽能電池組件輸出降低10%在實際工作情況下，太陽能電池組件的輸出會受到外在環(huán)境的影響而降低，如泥土、灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變等。通常的做法就是在計算的時候減少太陽能電池組件的輸出的10%來解決上述不可預(yù)知和不可量化的因素。將負載增加10%以應(yīng)付蓄電池的庫倫效應(yīng)在蓄電池的充放電過程中，蓄電池會電解水產(chǎn)生氣體逸出，太陽能電池組件產(chǎn)生的電流中將有5%—10%的部分不能轉(zhuǎn)化儲存起來而是耗散掉，我們用蓄電池的庫倫效率來評估這種電流損失。所以保守設(shè)計中有必要將太陽能電池組件的功率增加10%以抵消蓄電池的耗散損失。修正后公式如下：并聯(lián)組件數(shù)量=組件日輸出（Ah）=組件最大工作點電流(A)日輻射最小時數(shù)(h)串聯(lián)組件數(shù)量=光伏發(fā)電太陽能電池方陣對于蔭蔽十分敏感。在串聯(lián)回路中，單個組件或部分電池被遮光，就可能造成該組件或電池上產(chǎn)生反向電壓。因此受其它串聯(lián)組件的驅(qū)動，電流被迫通過遮光區(qū)域，產(chǎn)生不希望有的加熱，嚴重時可能對組件造成永久性的損壞。在選購太陽能電池組件時，如果是用來按一定方式串聯(lián)、并聯(lián)構(gòu)成方陣，設(shè)計者或使用者應(yīng)向廠房提出，所有組件的I-V特性曲線須有良好的一致性，以避免方陣的組合效率過低。一般應(yīng)要求光伏組件的組合效率大于95%。對于方陣設(shè)置的方位角和傾角，設(shè)計者和使用者也應(yīng)有個基本了解。位于北半球的我國，方陣的方位應(yīng)按正南向設(shè)置。但是，只要在正南+20°～－20°之內(nèi)，方陣的輸出功率將不會降低很多。如果出于某種考慮，方陣不是正南設(shè)置，那應(yīng)盡可能偏西南20°以內(nèi)，這意味著方陣輸出峰值將在中午過后的某時，這樣做可以有利于冬季使用。關(guān)于方陣的傾斜角問題，對于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，一般采用按當?shù)鼐暥鹊恼麛?shù)固定設(shè)置。3.5LED光源介紹及其驅(qū)動電路3.5.1電光源的介紹電光源是將電能轉(zhuǎn)換為光能的器件或裝置，廣泛用于日常普通照明、城市夜間照明、國民經(jīng)濟生產(chǎn)、國防和科研等方面。隨著電光源工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種新光源產(chǎn)品不僅在數(shù)量上，而且在質(zhì)量上都有很大的提高，各種發(fā)光效率高、顯色性好、使用壽命長的新型電光源不斷出現(xiàn)。本章主要介紹電氣照明領(lǐng)域中常用的電光源的種類、工作原理以及電光源的選擇和應(yīng)用，并重點闡述LED(LightingEmittingDiode，簡稱LED)光源特性。1879年，美國人愛迪生發(fā)明了具有實用價值的碳絲白熾燈，使人類從漫長的火光照明進入了電氣照明的時代。以后白熾燈的進一步完善，低壓鈉燈和高壓汞燈的發(fā)明，特別是熒光燈和鹵鎢燈的問世時電光源技術(shù)的一大突破。20世紀60年代開發(fā)了高壓鈉燈和金屬鹵化物燈，80年代出現(xiàn)了緊湊型節(jié)能熒光燈、小功率高壓鈉燈和小功率金屬鹵化物燈，照明用發(fā)光二極管的開發(fā)，使電光源進入了高性能化、節(jié)能化和電子化的新時期。1）光電源的發(fā)展史電光源一般可分為照明光源和輻射光源兩大類。照明光源是以照明為目的，輻射則主要為人眼視覺可見光譜（波長380～780nm）的光電源，其規(guī)格種類繁多，功率為0.01W～50kW，使用量占電光源總產(chǎn)量的95%以上。輻射光源是能輻射出大量的紫外光（1～380nm）和紅外光（780～1×106nm）的電光源，紫外光源用在部分裝飾照明和間接照明中，但大部分用在多類工業(yè)用輻射照明中。以上兩大類電光源均為非相干光源。此外，還有一類相干光源，它通過激發(fā)態(tài)粒子在受激輻射作用下發(fā)光輸出光波波長從短波紫外光直到遠紅外。這種光源稱為激光光源。2）照明光源的分類照明光源種類很多，室外照明光源一般采用CFL節(jié)能燈、汞燈、高壓或低壓鈉燈、金鹵燈，近年來有出現(xiàn)了無極燈和半導(dǎo)體發(fā)光器件LED。這些光源按其原理可以分為低氣壓放電燈、高氣壓放電燈、電磁感應(yīng)燈、場致發(fā)光燈等。①高壓鈉燈光效高，壽命也較長，但是顯色性不好。因此目前常被使用在顯色效果要求不高的城市主干道道路照明中；②金鹵燈的顯色性和相關(guān)色溫較高，因此目前主要應(yīng)用在高質(zhì)量的廣場照明或者商場照明中；③LED光源的壽命極長，而且隨著科技的進步，LED光源取得了越來越大的進步，光效越來越高，前景很廣闊，并已經(jīng)由傳統(tǒng)的作為指示燈用途而跨入現(xiàn)代照明體系中，以其諸多優(yōu)點在路燈照明系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色，LED是固態(tài)光源，體積小、抗摔、耐震、無紫外線、無紅外污染、壽命長，因此現(xiàn)在已經(jīng)逐步取代白熾燈、CFL節(jié)能燈等傳統(tǒng)電光源?？偟膩碚f，目前在大功率、高照明質(zhì)量要求的場合，一般選擇金鹵燈作為光源；對于大功率、質(zhì)量要求不高的場合，可以選擇汞燈、高壓鈉燈最為光源；而對于小功率的照明場合，尤其是像光伏發(fā)電照明系統(tǒng)，可以選擇高亮度大功率的LED作為光源。LED作為新型光源從特殊照明市場逐漸進入普通照明市場，市場前景極為廣闊。作為特殊照明光源的應(yīng)用，白光LED已經(jīng)顯示出巨大的性能優(yōu)勢、強勁的發(fā)展勢頭和迅速增長的市場需求。目前，國產(chǎn)商品化白光發(fā)光二極管的發(fā)光效率已經(jīng)達到50lm/W，遠遠超過了15lm/W的白熾燈，光效和60lm/W的熒光燈相近。日本企業(yè)近年計劃量產(chǎn)100lm/W以上的白光發(fā)光二極管，這一指標超過了80lm/W的稀土三基色熒光燈，逼近光效140lm/W的鈉燈，就發(fā)光二極管的技術(shù)潛力和發(fā)展趨勢來看，其發(fā)光效率將達到200lm/W以上，超過當前光效最高的高強度氣體放電燈，成為世界上最亮的光源。因此，業(yè)界認為，半導(dǎo)體照明將創(chuàng)造照明產(chǎn)業(yè)的第四次革命。3）應(yīng)用場合目前LED主要用于以下場合：A)景觀照明：包括建筑裝飾、室內(nèi)裝飾、旅游景點裝飾等；B)汽車市場：車用市場是LED運用發(fā)展最快的市場，主要用于車內(nèi)儀表盤、空調(diào)、音響等指示燈及內(nèi)部閱讀燈，車外的第三剎車燈、尾燈、轉(zhuǎn)向燈、側(cè)燈等；C)背光源市場：LED作為背光源已普遍運用于手機、電腦、手持掌上電子產(chǎn)品及汽車、飛機儀盤等眾多領(lǐng)域；D)特殊工作照明和軍事運用：由于LED光源有抗震性、耐候性、封閉性好、以及熱輻射低、體積小、便于攜帶等特點，可廣泛應(yīng)用于防爆、野外操作、礦山、軍事行動的特殊工作場所或惡劣工作環(huán)境之中。3.5.2LED光源特性近年來，全球性的能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出，人們迫切希望應(yīng)用節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)，半導(dǎo)體照明就是這種魅力的新技術(shù)。所謂半導(dǎo)體照明，是指用半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡稱LED）作為光源的固態(tài)照明。因白光LED最近接日光，更能較好地反映照射物體的真實顏色，所以白光LED照明最有魅力。應(yīng)用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光原理制成LED問世于20世紀60年代初，90年代以來，隨著氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體的興起，以及白色LED的研究成功，使實現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光LED照明成為可能。LED被認為是21世紀最有價值的新光源，LED照明取代傳統(tǒng)照明成為人類照明的主要方式，將是大勢所趨。3.5.3LED光源的發(fā)光原理LED光源其實是一個PN結(jié)的二極管。它由管芯即發(fā)光半導(dǎo)體和導(dǎo)線支架組成，管芯周圍是由環(huán)氧樹脂封裝，以保護管芯，見圖3-1。在熱平衡下，半導(dǎo)體PN結(jié)N區(qū)的電子擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴擴散到N區(qū)，這種互擴散運動的少數(shù)載流子聚集在PN結(jié)的兩側(cè)，形成勢壘，勢壘產(chǎn)生的電場將阻止互擴散運動的繼續(xù)進行。當PN結(jié)上施加正向電壓時，其勢壘降低，注入少數(shù)載流子，N區(qū)電子注入P區(qū)，而P區(qū)空穴注入N區(qū)。注入的少數(shù)載流子將和該區(qū)原有的少數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。復(fù)合發(fā)光根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)，帶間的復(fù)合可分為直接躍遷和間接躍遷兩種。發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入，復(fù)合輻射和光能傳輸。圖3-1發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)圖Figure3-1light-emittingdiodestructureLED的工作情況與標準的硅二極管相同，在正向電壓達到2V以前，正向電流很?。浑S著電壓繼續(xù)上升，電流增長速度很大，大量電子流入P結(jié)，使管芯半導(dǎo)體晶體發(fā)光，見圖3-2。圖3-2（a)PN結(jié)二極管示意圖(b)PN結(jié)二極管法度昂模型示意圖Figure3-2（a)PNjunctiondiode(b)Amodelforthep-njunctiondiodetestimonies1)單色LED光源的發(fā)光原理當電流從PN結(jié)的陽極流向陰極時，管芯半導(dǎo)體晶體就會發(fā)光，光的顏色取決于使用的晶體材料的種類，從LED發(fā)光過程看出，一是發(fā)光的光為單色光；二是不同的管芯半導(dǎo)體材料發(fā)出不同的單色光，LED能發(fā)出紫外到紅外不同顏色的光；三是發(fā)光的強弱和正向電流有關(guān)。2)白光LED光源的發(fā)光原理對于照明來說，人們更需要的是白色的光源，白光是多種顏色混合而成的光。目前實現(xiàn)白光LED的技術(shù)可分為三種：一是用InGaN藍色LED激發(fā)憶鋁石（YAG）熒光粉；二是利用三基色（RGB，即紅光、綠光、藍光）原理將紅、綠、藍三種高亮度LED混合成白光；三是用紫外光LED激發(fā)三基色熒光粉或其它熒光粉，產(chǎn)生多色光混合成白光。三種技術(shù)均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其結(jié)構(gòu)也從單芯片到多芯片不等。3.5.4LED光源的基本特性從照明角度看，要有效地利用LED光源，就必須對它的光、電和熱特性及一些基本參數(shù)有所了解。1)LED的光和顏色特性①LED的光特性最早的LED的光效很低，只有4～5lm/W，后來隨著芯片晶體的生長和熒光粉的改進，現(xiàn)在白光LED的光效可達35～40lm/W，預(yù)測到2010年可達60lm/W。其光效介于白熾燈（141lm/W）與緊湊型熒光燈（87lm/W）之間。②LED的光譜特性LED的發(fā)光原理決定了它發(fā)光的單色性，不同材料的LED對應(yīng)不同的主波長和不同的光譜曲線，各譜線的半寬度?λ有一定的差異。③LED的光強分布特性目前LED發(fā)出光束的角度用1/2半寬度角表示，即光強降到峰值光強1/2時的光束角，見圖3-3。由于目前的光源都是對稱的透鏡，所以它的擴散角為2。LED的光強分布曲線都可用示。因此，再利用多個LED集中起來制成“二次光源”時，在計算上比較方便的。圖3-3LED光源的光強分布特性Figure3-3LEDlightintensitydistributioncharacteristics2)LED光源的電特性①LED的伏安特性曲線發(fā)光二極管的伏安特性(又稱V-I特性)與普通二極管大致相同，只是在正向特性的上升速率上略有差異。當所施加的正向電壓未達到開啟電壓時，幾乎沒有電流通過發(fā)光二極管，但當電壓超過開啟電壓時，電流急劇上升，電流電壓幾乎成線性關(guān)系，即發(fā)光二極管呈歐姆導(dǎo)通特性。發(fā)光二極管正向開啟電壓通常稱作正向門限電壓，它取決于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，其取值因使用晶體材料的不同而有所差異。在25℃時，SF-50TUV13紫外發(fā)光二極管GaP紅色發(fā)光二極管的正向電壓分別是1.5V和2.2V,正向工作電流都為20mA，反向電壓分別為-5V和-7V。相同的管壓降是不同的，流過LED的電流i與其兩端電壓V的關(guān)系如下式：式中：T—溫度—LED的反向飽和電流；e—電子電荷；k—波爾茲曼常數(shù)；β—正向電流較大時近似為1。②LED的發(fā)光特性LED的發(fā)光亮度，基本上正比于其通過的電流強度。亮度正比于電流密度這種特性，對于采用脈沖驅(qū)動的方式來說是很有利得，它可以在平均電流與直流電流相等的情況下獲得較直流電流更高的亮度。3)LED光源的熱特性①LED的工作和環(huán)境溫度的關(guān)系LED的設(shè)計環(huán)境溫度是-20℃～+70℃，其寬溫范圍有利于設(shè)計和應(yīng)用，但需十分小心LED內(nèi)部的PN結(jié)工作溫度，它的變化會導(dǎo)致器件的顏色變化。典型數(shù)據(jù)如下：紅色是120℃，白色是100℃，應(yīng)保持溫度范圍小于105℃，在設(shè)計和裝配時應(yīng)考慮發(fā)熱造成效率的下降。超過這個溫度后，LED的發(fā)光和壽命就會減少，當環(huán)境溫度從20℃增加為60℃時，光輸出就減少一半。根據(jù)使用場合再設(shè)計外殼時必須注意熱量帶來的問題。②環(huán)境溫度對LED發(fā)光的影響LED的發(fā)光強度與使用的環(huán)境溫度有很大關(guān)系，一般的趨勢是溫度降低，發(fā)光越強，反之則越弱。除此之外，溫度變化對LED的主波長也有影響。實驗證明，一般情況下，LED在恒定電流下工作，電壓雖溫度變化到穩(wěn)定時，LED所消耗的電能是一定的。若不控制溫度，穩(wěn)定的電功率就會產(chǎn)生不同的工作條件。光輻射的相對光譜分布將受到兩方面的影響：一是光譜分布曲線的形狀；二是隨著溫度的升高，整個光譜分布曲線的主波長會發(fā)生偏移。3.5.5LED與傳統(tǒng)光源的性能比較1)LED的優(yōu)點雖然目前白光LED仍處于初級發(fā)展階段，但與現(xiàn)行照明光源比較，LED照明有很多優(yōu)點。也就是LED適合做照明燈具的原因。(1)光效高白熾燈、鹵鎢燈的光效為12～24lm/W，熒光燈的光效為50～70lm/W，鈉燈的光效為90～140lm/W，大部分的好店變成熱量損耗。LED的光效經(jīng)改良可達到50～200lm/W，而且光的單色性好、光譜窄、無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前，世界各國均加緊提高LED光效的研究，在不遠的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。(2)功率低LED單管功率為0.03～0.06W，采用直流驅(qū)動，單管驅(qū)動電壓1.5～3.5V，電流15～20mA，反映速度快，可在高頻操作。在同樣的照明效果下，LED的耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。據(jù)日本估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈，相當于每年可節(jié)約60億升原油。美國科學(xué)家語言，全球的白熾燈和日光燈都被白光LED取代的話，將節(jié)約38座核電站的發(fā)電量。(3)使用壽命長LED的使用壽命可以長達10萬小時，傳統(tǒng)的光源在這方面無法與之相比。一般來講，普通白熾燈的壽命約為一千小時，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命不超過一萬小時，高壓鈉燈壽命也不超過二萬小時。使用LED作為光源，可大大降低人工費用。(4)安全環(huán)保LED為全固態(tài)發(fā)光體、耐震、耐沖擊不易破碎、發(fā)熱量低、無熱輻射，屬冷光源，且不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)，廢棄物可回收，沒有污染。(5)響應(yīng)時間短氣體放電光源從啟動至光輻射穩(wěn)定輸出，需要幾十秒至幾十分的時間，這是由氣體放電光源本身的特性決定的，因為多數(shù)體放電燈的工作物質(zhì)在常溫下是液體或固體，啟動后需要一個加熱氣化的過程，才能達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。白熾燈是熱輻射光源，而LED得相應(yīng)時間只有幾十納秒，因此在一些需要快速相應(yīng)或高速運動的場合，應(yīng)用LED作為光源是很合適的。(6)發(fā)光體接近點光源LED的發(fā)光體芯片尺寸很小，在進行燈具設(shè)計時基本上可以把它看作點光源，這樣能給燈具設(shè)計帶來許多方便。白熾燈的發(fā)光體是燈絲，有一定的長度，熒光燈的尺寸更大，這些照明光源都不能看成點光源，在燈具設(shè)計時首先要建立一個光源輻射模型，處理起來有一定的厚度。而LED發(fā)光的方向性很強，很多情況下只需要透鏡將其發(fā)出的光線進行準直、偏折，而不需要使用反射器，這樣設(shè)計的燈具厚度較小，可以做成薄型美觀的燈具。除此之外，相比于傳統(tǒng)光源，LED光源還有色溫范圍廣（3600～11000K）、體積小、無紅外線和紫外線輻射、直流驅(qū)動和使用安全等優(yōu)點。2)LED改善之處近年來，LED的發(fā)光效率正在逐步提高，商品化的器件已達到白熾燈的水平，景觀燈采用的白色LED發(fā)光效率接近熒光燈的水平，并在穩(wěn)步增長中。但是，LED想要在照明中全面普及，還需要解決一些技術(shù)性的問題：(1)光提取效率低雖然LED的電光轉(zhuǎn)化效率較高，但傳統(tǒng)的正裝結(jié)構(gòu)LED的光提取效率只有百分之幾，嚴重影響LED的光輸出功率，采用LED作為照明光源，必須可以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。(2)散熱問題散熱不良將導(dǎo)致芯片溫度迅速上升和環(huán)氧樹脂碳化變黃，從而造成LED的加速光衰，降低LED的壽命，甚至失效。(3)光色不佳LED發(fā)出的光與自然光仍有一定的差距，譬如白熾燈具有非常強的黃色光的成分，給人一種溫暖的感覺，而白光LED發(fā)出的白光帶有藍色光的成分，在這種光的照明下，人們的視覺不很自然。(4)價格昂貴這是影響LED照明普及的主要原因，例如安裝到燈桿上25W的LED燈條至少需要1000元，比相同效果的鈉燈要貴得多。3.6LED的驅(qū)動電路3.6.1LED驅(qū)動技術(shù)原始電源有各種形式，但無論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED作為照明光源就要解決電源變換問題。LED實際上是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?，LED驅(qū)動應(yīng)具有直流控制、高效率、PWM調(diào)光、小型尺寸以及簡便易用等特點。給LED供電的電源必須注意以下事項：(1)LED是單向?qū)щ娖骷?，由于這個特點，就要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。(2)LED是一個具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體期間，具有勢壘電勢，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在LED上的電壓值超出這個門限電壓時LED才會充分導(dǎo)通。LED的門限電壓一般在2.5V以上，正常工作時的管壓降為3V到4V。(3)LED的電流—電壓特性是非線性的，流過LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動勢減去LED的勢壘電勢后再除以回路的總電阻(電源內(nèi)阻、引線電阻和LED體電阻之和)。因此，流過LED的電流和加載LED兩端的電壓不成正比。(4)LED的PN結(jié)的溫度系數(shù)為負，溫度升高時LED的勢壘電勢降低。由于這個特點，所以LED不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時溫度的升高，電流會越來越大，以至損壞LED。(5)流過LED的電流和LED的光通量的比值也是非線性的。LED的光通量隨著流過LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來光通量增加的越少。因此，應(yīng)該使LED在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。另外，LED也和其他光源一樣，所能承受的電功率是有限的。如果加在LED上的電功率超過一定數(shù)值，LED也可能損壞。由于生產(chǎn)工藝和材料特性方面的差異，同型號的LED的勢壘電勢以及LED的內(nèi)阻也不完全一樣，這就導(dǎo)致LED工作時的管壓降不一致，在加上LED勢壘電勢具有負的溫度系數(shù)，因此，LED不能直接并聯(lián)使用。3.6.2LED驅(qū)動電路理想的LED驅(qū)動方式是采用恒壓、恒流方式，但驅(qū)動器的成本會增加。其實每種驅(qū)動方式均有優(yōu)缺點，根據(jù)LED產(chǎn)品的要求、應(yīng)用場合，合理選用LED驅(qū)動方式，精確設(shè)計驅(qū)動電源稱為關(guān)鍵。對于LED驅(qū)動方面，由于蓄電池輸出是直流電，所以可以和LED相匹配。那么我們要考慮的就是如何使輸出電壓給LED光源提供穩(wěn)定的電流。而LED也是需要直流供電，則對于LED的驅(qū)動我們選用DC/DC變換器。4.太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的設(shè)計4.1太陽能LED照明系統(tǒng)概述一個完整的太陽能LED照明系統(tǒng)如下圖4.1所示，主要由太陽能電池、蓄電池、控制器、電壓電流檢測雙環(huán)路、LED燈及其驅(qū)動電路等部分組成。圖4.1光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PhotovoltaicpowergenerationLEDlightingsystemstructurediagraminfigure4.11)太陽能電池板太陽能光伏發(fā)電是依靠太陽能電池組件，利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當太陽光照射在半導(dǎo)體PN結(jié)上，由于P-N結(jié)勢壘區(qū)產(chǎn)生了較強的內(nèi)建靜電場，因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴散進勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場的作用下，各自向相反方向運動，離開勢壘區(qū)，結(jié)果使P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類：一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標準接口相連接，像一個小型的發(fā)電廠，另一類是獨立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過光伏數(shù)組將接來的太陽輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。而獨立式發(fā)電系統(tǒng)光伏數(shù)組首先會將接來的太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負載，并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲存在蓄電池中。2)蓄電池蓄電池的作用是把有陽光時太陽能電池發(fā)出的電存儲起來，供沒有陽光時使用。蓄電池的容量要根據(jù)太陽能電池板的功率和LED燈的功率以及照明時間來決定。3)太陽能充電控制電路這部分電路的功能是在陽光充足，光照時間長的時候控制充電程度，電池充滿即停止充電，不使蓄電池過充損壞，以保護蓄電池，延長其使用壽命。4)LED驅(qū)動電路這也是系統(tǒng)的核心控制電路的一部分，它要完成發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動控制，使流過發(fā)光管的電流不隨蓄電池的電壓變化。5)LED照明燈LED(1ightemittingdiode)即發(fā)光二極管，它是一種在P-N結(jié)上施加正向電流時能發(fā)出紫外光、可見光、紅外光的半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。LED的發(fā)光機理是：半導(dǎo)體材料的電子和空穴在P—N結(jié)處結(jié)合，發(fā)出與電子和正電荷空穴之間的能量差相對應(yīng)的光子而發(fā)光。不同的半導(dǎo)體材料可制成各種波長發(fā)光的LED。與現(xiàn)行照明光源相比，LED照明具有以下優(yōu)點：A)功耗低、節(jié)能在同樣的照明效果下，LED的耗電量是白熾燈泡的1/8，是熒光燈的1/2。在我國，照明所消耗的電能約占電力總消耗量的1/6，而只要目前1/3的白熾燈被LED代替，每年就可以為國家節(jié)省用電10—11度，相當于節(jié)省一個三峽工程的年發(fā)電量。B)發(fā)光效率高白熾燈、鹵鎢燈的光效為12～24lm/W，熒光燈的光效為50～70lm/W，鈉燈的光效為90～140lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。LED的光效經(jīng)改良后可達到50～200lm/W，而且光的單色性好、光譜窄、無須過濾可直接發(fā)出有色可見光。C)使用壽命長LED的平均壽命長達10萬小時，是普通燈的數(shù)十倍。使用LED可以大大減少了人工費用。D)安全環(huán)保LED為全固態(tài)發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎、發(fā)熱量低、無熱輻射，屬冷光源，且不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)，廢棄物可回收，沒有污染。4.2光伏發(fā)電的LED照明系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括兩部分的內(nèi)容：（1）太陽電池板對蓄電池的充電電路；（2）蓄電池對LED燈的放電電路。第一部分主要涉及到太陽電池充電電路的合理安排，包括充電的思路，蓄電池的保護電路以及蓄電池充電管理等內(nèi)容，第二部分主要側(cè)重于對于LED光源的驅(qū)動。4.2.1BUCK電路及其驅(qū)動電路的設(shè)計(1)BUCK電路的設(shè)計BUCK電路是一種降壓斬波器，其輸入電壓總是大于降壓變換器輸出電壓的平均值。在此電路中降壓變換器的開關(guān)頻率、電容C和濾波電感L的數(shù)值對輸出電流是否平滑起到關(guān)鍵作用。本課題的針對電路中各元器件參數(shù)對BUCK電路設(shè)定以下要求：輸入直流電壓：18V，輸出電壓:12V，輸出電流:10A，輸出電壓紋波峰-峰值50mA，鋸齒波幅值=1.5V，開關(guān)頻率:100KHZ，采樣網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)H(s)=0.3。主電路二極管的通態(tài)壓降=0.5V，電感中的電阻壓降:0.1，開關(guān)管導(dǎo)通壓降:0.5,濾波電容C與電解電容的乘積為。以上各參數(shù)的要求均以其最大值來計算。圖4.2BUCK電路及其驅(qū)動電路Figure4.2BUCKcircuitanddrivecircuit1)濾波電容的選擇因為輸出紋波電壓只與電容的容量以及ESR有關(guān)，電解電容生產(chǎn)廠商很少給出ESR，但C與的乘積趨于常數(shù)，約為5090F。在本課題中取為90F，由式(4-1)可得，C=3000F。2)濾波電感選擇開關(guān)管閉合與導(dǎo)通狀態(tài)的基爾霍夫電壓方程分別如式(4-2)、(4-3)所示：（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）假設(shè)二極管的通態(tài)壓降，電感中的電阻壓降，開關(guān)管導(dǎo)通壓降。利用，可得，將此值回代式(4.5)，可得。(2)BUCK電路驅(qū)動電路的設(shè)計如圖4.2所示，BUCK電路作為一種斬波電路，對其IGBT通斷的控制是核心部分。本課題選用infineon公司的IKA10NT60型號IGBT，其驅(qū)動芯片選用日本東芝公司生產(chǎn)的TLP250。TLP250的最大驅(qū)動能力可以達到1.5A，能夠驅(qū)動小功率IGBT和MOSFET，同時在驅(qū)動IGBT和MOSFET時保證了可靠的離。從TLP250的說明書和實際使用來看，其具備以下特征：輸入閾值電流電源電流；電源電壓；輸出電流；開關(guān)時間。由圖4.2可見，PWM控制信號由ATMEGA16的PD5PWM口輸出之后,經(jīng)過TLP250放大、整形之后驅(qū)動功率IGBT(IKA10NT60)。太陽能電池的輸出電壓經(jīng)過PWM斬波調(diào)壓之后，能夠滿足蓄電池當前充電狀態(tài)所需要的電壓。PWM波通過TL