太陽能庭院燈的設計
摘要太陽能路燈作為新型高科技節能產品替代傳統路燈，可以實現路燈白天自身發電，晚上照明，路燈不耗能。具有環保節能，解決城市公共照明耗能大的問題，節省電費開支，經濟效益和社會效益明顯。
本文首先綜述了太陽能電池和蓄電池及其充放電的發展動態、原理、效能、特點及其相關知識。然後以當今使用的庭院燈鉛酸蓄電池的充放電為模型，設計了一套蓄電池充放電管理系統。本文對太陽能led庭院燈系統的應用做了較深入**與介紹。
關鍵詞： 太陽能電池，led，鉛酸蓄電池，充放電控制器
5結論1 緒論
1.1 課題背景
當代已被人類廣泛利用，在生產和生活中起著重要作用的能源，主要有五類，即煤炭、石油、天然氣、水和核裂變能等。目前世界能源消耗幾乎全靠這五大能源來**，電力只是上述這些能源轉化生出來的「二次能源」。
世界能源的消耗結構在近20年中發生了很大變化。雖然，目前各種新型能源在不斷開發利用，但在五大能源中，主要依靠石油、天然氣和煤三大能源，其他能源消耗比重還很低，不足以根本改變原有的以石油、天然氣消耗為主體的結構型別。
太陽能行業是２１世紀的朝陽行業，發展前景十分廣闊，在可再生能源行業中，太陽能沒有汙染、市場空間非常大，太陽能現已經在民用領域內廣泛應用於照明、發電等方面，太陽能應用的研究與開發越來越受到世界各國的廣泛重視。
太陽能燈作為一種新型節能燈具，它與傳統燈具相比有節能、環保、安全、方便、壽命長等許多優點。發展可持續能源和綠色能源從照明這種小方面入手，可節約更多的電能，技術條件和市場環境成熟後可在該領域和其他領域進行廣泛推廣。
1.2 太陽能的利用可行性分析
太陽是乙個熾熱的氣體球，內部不停地進行著由氫聚變成氦的熱核反應，不停地向宇宙空間釋放出巨大的能量，這就是太陽能。地球上除了地熱能和核能以外，所有能源都**於太陽能，因此可以說太陽能是人類的「能源之母」。沒有太陽能，就不會有人類的一切。
太陽能，因為它是一種輻射能，不帶任何化學物質，是最潔淨，最可靠的巨大能源寶庫。經測算表明，太陽能釋放出相當於10萬億千瓦的能量，而輻射到地球表面的能量，雖然只有它22億分之一，但也相當於全世界目前發電總量的八萬倍。
1.3 太陽能能源的現狀及前景
太陽能作為一種巨量的可再生能源，已被廣泛應用在各個領域，是當前能源利用的補充能源，並被認為是未來人類生活的可替代能源。每天到達地球表面的輻射能量相當於數億萬桶石油燃燒的能量，開發和利用豐富、廣闊的太陽能，可以對環境不產生或產生很少汙染，太陽能既是近期急需的能源補充，又是未來能源結構的基礎。不論是從經濟社會走可持續發展之路，還是保護人類賴以生存的地球生態環境的高度來審視，還是從特殊用途解決現實能源**問題出發，開發利用太陽能都具有重大的戰略意義。
這之中太陽能以其獨有的優勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無汙染、廉價、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，若人把地球表面0.
1%的太陽能轉為電能，轉變率為5%，每年發電量可達5.6×1012千瓦小時，相當於目前世界上能耗的40倍。
我國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17000億噸標準煤。太陽能資源開發利用的潛力非常廣闊。在我國廣闊的土地上，有著豐富的太陽能資源。
在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的光伏製造業爭相投入巨資，擴大生產，以爭一席之地。中國作為世界能源消耗第二大的國家也不例外。與國際上蓬勃發展的光伏發電相比，我國落後於發達國家10－15年。
我國光伏產業正以每年30%的速度增長，國內光伏電池生產能力已達100mw。在國家各部委大力支援下，目前我國實驗室光伏電池的效率已達21%，可商業化光伏元件效率達14－15%，一般商業化電池效率10－13%。目前我國太陽能光伏電池生產成本已大幅下降，太陽能電池的**逐漸從2023年的40元 / 瓦降到2023年的33元/瓦，現在已經降到27元/瓦。
這對國內太陽能市場走向壯大與成熟起到了決定作用，對實現與國際光伏市場接軌具有重要意義。
2 太陽能庭院燈系統結構
2.1 太陽能庭院燈的構造
太陽能led庭院燈的基本構造，如圖1和圖2所示。
圖1 太陽能庭院燈實物圖圖2 太陽能庭院燈基本構造
系統由太陽能電池組件部分（包括支架）、led燈頭、控制箱 （內有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構成；太陽能電池板光效達到127wp/m2，效率較高，對系統的抗風設計非常有利；燈頭部分以1w白光led整合於印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發光源。
控制箱箱體以不鏽鋼為材質，美觀耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由於其維護很少，故又被稱為「免維護電池」，有利於系統維護費用的降低；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）。
2.2 太陽能庭院燈的工作原理
系統工作原理簡單，利用光生伏特效應原理製成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能並轉化為電能輸出，經過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低到一定程度時，充放電控制器偵測到低於設定電壓值後動作，蓄電池對燈頭放電，開始照明。蓄電池放電到設定時間後，充放電控制器動作，切斷路燈供電電路，使路燈熄滅蓄電池放電結束。圖3即為太陽能庭院燈系統的基本原理框圖。
圖3 太陽能庭院燈系統基本原理圖
2.3 太陽能庭院燈的優點
2.3.1 太陽能庭院燈優點
（1）節能：以太陽能光電轉換提供電能，取之不盡、用之不竭；
（2）環保：無汙染、無噪音、無輻射；
（3）安全：絕無觸電、火災等意外事故；
（4）方便：安裝簡潔，不需要架線或「開膛破肚」挖地施工、也沒有停電限電顧慮；
（5）壽命長：產品科技含量高，控制系統、智慧型化設計，質量可靠；
（6）投資少：一次性投資與交流電等價（交流電投資從變電、進電、控制箱、電纜、工程起），一次投資、長期受用；
（7）適用廣：太陽能源來於自然，所以凡是有日照的地方都可以使用，特別適合於綠地景觀燈光配備，高檔次住宅及室外照明，旅遊景點海岸景觀照明及點綴，工業開發區、工礦企業路燈，各大院校室外燈光照明。
2.3.2 與傳統路燈的比較
整體設計基本上考慮到了各個環節；光伏元件的峰瓦數選型設計與蓄電池容量選型設計採用了目前最通用的設計方法，設計思想比較科學；抗風設計從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；表面處理採用了目前最先進的技術工藝；路燈整體結構簡約而美觀；經過實際執行證明各環節之間匹配性較好。
3 太陽能庭院燈零部件選用
太陽能是一種輻射能，它必須借助於能量轉換器才能轉換成為電能。這個把太陽能（或其他光能）變換成電能的能量轉換器，就叫做太陽能電池。
3.1.1 太陽能電池的構造
太陽能電池是利用矽等半導體的光伏效應通過p-n結構直接把太陽光轉化為電能。由於太陽電池本身易破碎、易被腐蝕，若直接暴露在大氣中，光電轉化效率會由於潮濕、灰塵、酸雨等影響而使效能下降，以至損壞失效。因此，太陽電池一般都必須通過膠封、層壓等方式封裝成平板式構造再投入使用。
其中以層壓封裝的方法最為普遍，即將太陽電池片的正面和背面各用一層透明、耐老化、粘結性好的熱熔性eva膠膜包封，採用透明率高、耐衝擊的低鐵鋼化玻璃做上蓋板，用耐濕抗酸的tedlar復合薄膜（聚氟乙烯複合膜）或玻璃等其他材料做背板，通過真空層壓工藝使eva膠膜將電池片、正面蓋板和背板黏合為乙個整體，從而構成乙個實用的太陽電池發電器件，一般稱為太陽電池元件或元件，俗稱太陽電池或電池板。
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