太阳能LED照明系统构成

太阳能LED照明系统的规模和应用形式各异，系统规模跨度很大，小到0.3～2W的草坪灯，大到几百瓦的太阳能LED高杆灯。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管太阳能LED照明系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。太阳能LED照明系统由太阳能电池方阵;蓄电池;控制器(有的控制器集成有LED驱动器功能，也有将控制器和LED驱动器分立);LED光源构成。太阳能LED照明系统构成如图1所示。

(1)太阳能电池组件
太阳能电池主要划分为：晶体硅电池(包括单晶硅Monoc-Si、多晶硅Multi-Si、带状硅Ribbon/Sheetc-Si)、非晶硅电池(a-Si)、非硅电池(包括硒化铜铟CIS、碲化镉CdTe)。太阳能电池的类型及特性见表1。

在太阳能LED照明系统中最重要的是太阳能电池，因其是收集太阳光的核心组件。由于技术和材料的原因，单一太阳能电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的太阳能电池组件。近年来，作为太阳能电池主流技术的晶体硅电池的原材料价格不断上涨，从而致使晶体硅电池的成本大幅攀升，这使得非晶硅电池成本优势更加明显。另外，薄膜电池(大大节约原材料使用，从而大幅降低成本)已成为太阳能电池的发展方向，但是其技术要求非常高，而非晶硅薄膜电池作为目前技术最成熟的薄膜电池，是目前薄膜电池中最富增长潜力的品种。
(2)蓄电池
蓄电池组是太阳能LED照明系统中的贮能装置，由它将太阳能电池组件从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来，以供负载应用。由于太阳能电池组件输出的能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池才能使负载正常工作。太阳能电池产生的电能以化学能的形式储存蓄电池中，在负载需要供电时，蓄电池将化学能转换为电能供应给负载。蓄电池的特性直接影响太阳能LED照明系统的工作效率、可靠性和价格。蓄电池容量的选择一般要遵循的原则是：首先在能够满足负载用电的前提下，把白天太阳能电池组件产生的电能尽量多的存储下来，同时还要能够存储预定的连续阴雨天时负载需要的电能。
蓄电池容量受到末端负载需用电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量由预定的负载需用电量和连续无日照时间决定，因此蓄电池的性能直接影响着太阳能LED照明系统的工作特性。目前太阳能LED照明系统常用的是阀控密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池、太阳能专用胶体蓄电池等。
(3)控制器
控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效安全可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。控制器对蓄电池的充、放电进行控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载输出电能，是整个太阳能LED照明系统的核心部分。通过控制器对蓄电池充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。另外，还应具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。由于太阳能电池的输出能量极不稳定，对于太阳能发电系统的设计来说，控制器充放电控制电路的质量至关重要。
控制器应使太阳能LED照明系统中的太阳能电池组件始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，放电控制主要是指当蓄电池缺电、系统故障，如蓄电池开路或接反时切断开关。
集成有LED驱动器的控制器，应具有恒流驱动LED特性，使流过LED的电流不随蓄电池的电压变化。并具有光控功能，天亮时自动关灯，天黑时自动开灯。并能通过检测太阳能电池组件输出和蓄电池电量，从而确定系统工作状态，实现了整个系统的自动控制和智能管理。
(4)LED光源
LED具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能LED照明灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。
采用平头LED的柱式和炬式组合光源结构，通过合理控制平头LED安装倾斜角度，可使LED组合光源所发出光的均匀度及照度得到大幅提升。为太阳能LED照明系统专门研制的组合十字型和矩形组合发光源，充分发挥平头LED开光角度大、光均匀度好和圆头LED点面积亮度高的优点，使两者取长补短，发挥最大的光效，克服了平头LED点面积亮度不如圆头LED，而圆头LED光均匀度不如平头LED的缺点。通过对传统太阳能LED照明灯具结构、智能控制器、光源结构的更新和技术改进，进行最佳倾斜角设计，使平头和圆头LED的优势互补，从而使其发光更均匀、整体亮度更高、成本更低、更有利于应用推广。
对于独立太阳能LED照明系统，提高能量利用率，研究科学的系统能量控制策略，可以降低独立太阳能LED照明系统的投资费用。目前太阳能电池组件、控制器、蓄电池、LED光源是太阳能LED照明灯具产品的四个主要部件