课程设计报告
题目太阳能节能灯的设计与分析
系别物理与电子工程学院
年级 2011级专业光伏技术与产业
班级光伏111 学生姓名宋梦丹
学号050411139
指导教师薛春荣
设计时间2013-12
产品简介
【使用优点】
无需电线，按一下底部的开关，白天晒太阳，晚上自动亮光，环保，不用交电费！灯体造型美观大方，轻巧灵活多样，动感十足，太阳能充满电能亮8小时以上。

【安装及使用方法】
把灯罩向左旋开，拨动开关，把灯具插地，放置在阳光下
【技术参数】
∙品牌: MODAS
∙型号: MD9548
∙颜色分类: 白色（MD9548W）
∙灯具是否带光源: 带光源
∙光源类型: LED
∙太阳能板：0.08W（2V 40MA）
∙电源：600MAH 1.2V NI-MH
∙光源：1*LED(15000MCD)
∙产品尺寸：6.7*6.7*36.7CM
∙一盒重量：260g
【工作原理】
通过顶部的太阳能板转换成电能，白天光通过太阳能板转换成电能储存在充电电池中，等到晚上天黑时，太阳能板不再对电池充电，灯就自动亮起来。

原理分析
太阳能光伏发电LED照明系统组成高效节能的太阳能光伏发电LED照明系统包括太阳能电池组、DC-DC变换器、最大功率跟踪控制、储存电能的蓄电池组和LED照明控制、LED光源等部分。

太阳能LED自动照明系统的基本原理，是在有光照的情况下，太阳能电池板把光能转变成电能对蓄电池充电，并将电能储存在蓄电池中。

夜晚，蓄电池中的电能为半导体发光二极管LED充电发光起到照明的效果。

系统采用全自动工作方式，无须人工介入，可以采用声、光或延时控制方式，做到“人在灯亮，人走灯灭”（指楼道、走廊等）或“天黑即亮，延时关灯”（指道路、庭院、景点等）或每日24小时“常明不灭”（指地下停车场、隧道等）。

对连续阴雨天，系统可根据
设定的天数（5-7天）正常工作。

该照明系统装置是21世纪新一代能源与新一代光源的最直接、最经济的完美结合。

太阳能光伏电池的发电原理是光生伏特效应，对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5－0.6V，通过光照在界面层产生的电子一空穴对越多，形成的电流越大。

界面层吸收的光能越多，同样形成的电流也越大。

目前应用和研究的太阳能电池主要有硅太阳能电池、化合物半导体电池和染料敏化太阳能电池。

硅太阳能电池是目前太阳能光伏电池的主流，在硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池的光电转换效率最高，实验室转换效率达24%以上，工业规模生产的单晶硅太阳能电池效率达到18%以上。

薄膜太阳能电池近年来得到了很大的发展，多晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池等新型太阳能电池也已规模产业化，最高转换效率达到了16%以上。

近年来，对CIS、CIGS薄膜太阳能电池、GaAs太阳能电池等化合物半导体太阳能电池的研究也取得了实用化的进展。

染料敏化太阳能电池的研究也取得了引人注目的成果。

太阳能光伏发电技术能与LED照明完美结合的关键在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。

因此两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电，因此大大提高了整个照明系统的效率。

同时，借助于并网技术或利用蓄电池充放能量，使其优势更加明显。

随着相关技术的深入研究，LED的发光效率正在不断提高，超高亮度的LED将要问世，势必会取代普通照明电光源，并大量节约能源且无污染。

图1 原理图与框图
应用过程实际问题处理
1、如何选择太阳能灯的光源？
太阳能灯一般选用高效、节能的光源。

目前应用在太阳能灯上的光源（灯泡）主要有：高效直流节能灯、超高亮半导体 LED灯、无极电磁感应灯 (LVD) 、低压钠灯（ LPS ）和高压钠灯（ HPS ）等。

不管选用那种光源，其亮度与光源的功率有直接关系。

同一种光源，其功率越大，亮度越高；功率越小，亮度越低。

2、太阳能灯晴朗天气下能照明多长时间？
太阳能灯的照明时间长短可以根据用户要求进行设定。

对于同一地点来说，其与太阳能电池组件和蓄电池的选择配比有直接关系。

在光源功率确定的前提下，选择太阳能电池组件功率和蓄电池容量越大，可以保证的照明时间越长，反之则缩短。

标准的系统配置一般应保证每天5 ～ 10 小时的照明时间。

3、太阳能灯在阴雨天气下能使用多长时间？
太阳能灯在连续阴雨天的保证时间可以根据具体使用环境和客户要求进行设计的。

通常，在遇到连续阴雨天气时，应满足不低于 2 天（每天 5～ 10 小时）的照明时间。

4、如何比较光伏产品的性价比？
影响太阳能灯价格的主要因素是太阳能电池组件的功率和蓄电池的容量。

高功率，大容量的配置，势必要支付较高的费用；反之，则可降低。

太阳能电池组件和蓄电池可根据不同的使用要求组成不同的系统配置。

因此，客户应根据实际情况需要，选择科学合理的配置方案，以获得较高的产品性价比。

太阳能灯的器件选择与组成
一个太阳能灯由太阳能电池组件及支架、蓄电池、充放电控制器、光源、灯杆灯具、线缆和连接紧固辅件等六大基本部分组成。

一、太阳能电池
太阳能电池的利用光伏效应把太阳的光能转换成电能。

对于硅电池来说，在标准条件下（光谱照度：100W/m 2 ,光谱： AM1.5 ，温度： 25 ℃），它的开路电压为 0.48 ～ 0.6V。

将多个单体太阳能电池连接，并进行封装，可以构成不同面积、不同功率的太阳能电池组件，也可统称为太阳能电池板。

单体太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。

单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池是目前较常见、较实用的三种太阳能电池。

多晶硅太阳能电池的生产工艺相对简单，价格比单晶硅低。

近年来，由于多晶硅太阳能电池技术的不断进步，其转换效率得到不断提高。

单晶硅太阳能电池的效率比较高，但价格高于多晶硅太阳能电池。

非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，可在室内阳光很弱的情况下使用。

目前太阳能电池的封装形式主要层压工艺和滴胶工艺有两种。

采用层压工艺封装的太阳能电池可以保证 25年以上的工作寿命，其工艺特性和使用寿命优于滴胶封装形式。

二、控制器
对任何一个太阳能照明系统来说，充放电控制电路的优劣将直接影响到系统应用的成败。

由于太阳能光伏发电系统输入的能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通对蓄电池充电的控制要复杂。

一个性能良好的光伏控制器应具有控制蓄电池充放电、温度调节、最大功率跟踪和过充保护、过放保护、短路保护、反接保护等多种保护功能以及自动开关和时间调整功能。

从而保证系统可靠运行，同时使太阳能电池组件可以在不
同温度和辐照情况下智能输出最大功率，使照明系统具有很高的效率。

三、蓄电池
由于太阳能照明系统蓄电池的充电直接由太阳能电池提供，得到的能量极不稳定 ,所以要配置容量合理、性能可靠的蓄电池，以保证光伏发电系统的正常工作。

在太阳能光伏照明系统中，通常选用的是免维护铅酸蓄电池。

免维护铅酸电池是一种新型的蓄电池，它采用全密封方式，放电率高，特性稳定；无需加水；安装时简单，占地面积小，可水平和垂直安装；期望寿命一般为5 ～ 7 年。

选择蓄电池容量的一般原则是：首先够满足夜晚照明要求 ,并能把白天太阳能电池组件产生的能量尽量存储下来，同时还能满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。

蓄电池容量过小不能满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，蓄电池长期处在亏电状态，缩短蓄电池寿命，同时也浪费不必要的投资。

四、光源负载
太阳能灯以节能环保为优势，负载应该节能、低耗、寿命长。

半导体 LED 灯、12V直流节能灯、低压钠灯、高压钠灯、无极电磁感应灯等都可以作为太阳能灯的光源。

目前太阳能草坪灯多选用 LED 作为光源。

LED 寿命可达 100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。

不管选用那种光源，其亮度与光源的功率有直接关系，也直接影响系统配置和投资费用。

在相同照明时间条件下，光源功率越大，亮度越高，系统配置越大，费用越高；功率越小，亮度越低，系统配置降低，费用减少。

五、灯具和灯杆
灯具一般是指用于安装照明光源的部分，也就是通常所说的灯头；灯杆分为变径杆、锥形杆、组合杆等多种形式，并通过挑臂与灯具连接。

六、线缆和连接紧固辅件
线缆用于连接太阳能电池组件、蓄电池、充放电控制器、光源等器件。

线缆的线径标准随系统配置需要确定，线缆的长度随灯杆高度和器件安装位置确定。

连接紧固辅件用于固定各器件连线的输入、输出端子；固定灯杆及灯具。

小结
通过此次光伏产品设计，我对于课堂上的内容有了深入的理解和对实际应用方面有了一定了解，感受到了太阳能技术开发利用的益处，受益良多。