光伏照明三大技術(shù)瓶頸

光伏照明三大技術(shù)瓶頸控制器、鎮(zhèn)流器、儲(chǔ)能裝置無錫尚德太陽能電力孟昭淵摘要太陽能光伏照明的技術(shù)瓶頸在哪里？目前尚沒有統(tǒng)一的看法。經(jīng)過我們的研究，應(yīng)該是控制器、電子鎮(zhèn)流器和蓄電池，而不是通常大家認(rèn)為的是太陽電池和光源，太陽電池和光源從來都不是影響太陽能光伏照明的技術(shù)瓶頸。本文就是對(duì)以上的觀點(diǎn)進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞太陽電池控制器鎮(zhèn)流器磷酸鐵鋰蓄電池飛輪電池太陽能光伏照明技術(shù)最近幾年在道路照明領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用，受到了廣泛的關(guān)注，光伏照明裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用在“村村通電”、“鄉(xiāng)鄉(xiāng)通電”、“城市亮化”、“社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)”等工程建設(shè)中，為缺電、少電地區(qū)的群眾送去光明，為城鄉(xiāng)節(jié)約能源、美化環(huán)境做出貢獻(xiàn)。但是由于關(guān)鍵技術(shù)問題存在缺陷，盲目上馬，頻頻出現(xiàn)的質(zhì)量事故，又給產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成很大的阻力。究竟是什么是造成太陽能照明裝置可靠性不高的主要原因？它的技術(shù)瓶頸究竟在哪里？至今尚沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，有人認(rèn)為太陽能照明裝置的可靠不高的主要原因是由于光源的可靠性造成的，其理由是在太陽能照明裝置中，光源特別容易是損壞；也有人認(rèn)為太陽能照明裝置的可靠不高的主要原因是由于蓄電池的質(zhì)量不好的原因，理由是再好的蓄電池，3-5年就報(bào)廢了，而蓄電池的價(jià)格又特別昂貴。而我們認(rèn)為主要是因?yàn)榭刂啤㈦娮渔?zhèn)流器和通常大家選擇的鉛酸蓄電池的技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到道路照明——這個(gè)特殊工作環(huán)境中的特殊要求所致。與光源幾乎沒有關(guān)系。下面將對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行分析，并且提出解決問題的方法。1：控制器1.1控制器對(duì)光源的影響光源的損壞往往也產(chǎn)生于控制器，大家知道，舊的蓄電池或者放電快要結(jié)束的蓄電池的負(fù)載能力都比較差，電光源的啟動(dòng)電流往往是工作電流的10-20倍，過大峰值的電流會(huì)讓蓄電池的端電壓迅速下降到放電截止電壓以下，控制器保護(hù)功能開始起作用，蓄電池開始恢復(fù)性升壓，如果控制器的回差設(shè)計(jì)的不合理，電光源將又開始啟動(dòng)，這樣反復(fù)啟動(dòng)、閃爍，如果光源不是LED，其它光源都會(huì)加速損壞。胃合理控制蓄史電池放電保西護(hù)的回差電至壓值是一個(gè)瓦比較復(fù)雜的腎問題，這是堂因?yàn)樾铍姵匕值膮?shù)在整擇個(gè)使用壽命肯期間是一個(gè)壞變量，無論辮是充放電效咱率還是蓄電朽池的內(nèi)阻、池新舊之間相春差甚遠(yuǎn)，紐如果要兼顧額新蓄電池和腥舊蓄電池的交一個(gè)回差，督并不是容易妨的事情。識(shí)1.2控議制器對(duì)蓄電自池的影響姜目前吳太陽能光明惜裝置所使用撲的蓄電池基啦本上是?！跋涿饩S護(hù)蓄電饞池殊”擇和尸“敘密閉蓄電池漸”顆免維護(hù)蓄推電池并不是畫不需要維護(hù)怨，只不過是月維護(hù)周期延汗長了，并不叉是真正的免無維護(hù)。為了執(zhí)“皇免維護(hù)予”吵和然“湯密閉薪”血在技術(shù)上這竊兩種蓄電池輔必須防止電臘池失水、以掩及把蓄電池舍充放電過程廈中產(chǎn)生的氣脖體重新組合師成水；這兩奶種蓄電池的偽的電極和隔砌板和普通蓄餃電池的電極每和隔板是不濃一樣的稅——刃不能夠出現(xiàn)隙過充電，過蝶充電是這類咸蓄電池的羞“久第一殺手戚”慢。厭同時(shí)條，蓄電池還陵不能夠過充強(qiáng)電過放電，遷一次嚴(yán)重的殲過電放電就哄有可能造成限蓄電池的永椒久性損壞。來控制器就承慮擔(dān)著保護(hù)蓄體電池既不能紋夠過充電也妄不能夠過放動(dòng)電的任務(wù)，奇并且是在整個(gè)個(gè)太陽能路杰燈的使用期鞋間內(nèi)，不能使夠有一次誤銳動(dòng)作；要知壯道，一次失席誤就有可能礙造成整個(gè)太僅陽能路燈的喂損壞。另外眠，不同的溫圣度條件下，畝過充電、過復(fù)放電的電壓楊控制點(diǎn)是不怪一樣的，這縱一點(diǎn)也需要蹤控制器來補(bǔ)曬償。毯1.3控制鏟器對(duì)太陽電原池的影響艷一般輕來說，控制原器的好壞是齊影響不了太女陽電池的使尺用壽命的。辟但是在一種租特殊的情況烘下，控制器久可能造成太重陽電池的損明壞。仔為了控制太漫陽電池不對(duì)孔蓄電池過充凱電，通常是犁在蓄電池充總滿電以后將朝太陽電池?cái)嗤婚_或者是將液太陽電池的插正負(fù)極直接具短路。對(duì)于驚小型光伏控岔制器，為了專電路簡(jiǎn)單，扮經(jīng)常采用正切負(fù)極直接短忍路的辦法，呈這樣做在正妖常情況下是泰可以的。但灘是，如果太顫陽電池本身堡有瑕疵（一勾些沒有資質(zhì)瓶的小型太陽誠電池組件加么工廠經(jīng)常會(huì)貌這樣），過案大的短路電盆流長時(shí)間工馳作就會(huì)讓太碑陽電池?fù)p壞諸，所以太陽嗚能路燈控制吊器最好是采悔用在蓄電池奸充滿電以后播將太陽電池鴉斷開的控制夏方法。則1.4通常翠控制器存在倉的問題及解刺決方法偷轟完全由硬件蹈控制仙這幾年在北羅京社會(huì)主義哀新農(nóng)村建設(shè)給中的太陽能粱道路照明工蜂程中，有一翻家生產(chǎn)廠的序控制器大家堂反應(yīng)比較好哪，故障率低因；我們研究寺以后發(fā)現(xiàn)這續(xù)種控制器完奏全是由硬件獄制造的，結(jié)摘構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)糕行可靠。缺圾點(diǎn)是功能比撓較簡(jiǎn)單，控舟制精度低。唐雖然控制器報(bào)完全是由硬燦件制造在技霸術(shù)上是一種耕倒退，但是桌在實(shí)際使用岸中，它的可膛靠性明顯高潑于由計(jì)算機(jī)卸控制的系統(tǒng)曉。保掠外部硬件強(qiáng)押制復(fù)位堅(jiān)用單片機(jī)制垂造控制器是貞太陽能道路秤照明技術(shù)的廳必由之路。老單片機(jī)的強(qiáng)損大功能以及好低廉的價(jià)格盛非常適合制翠造控制器。咽但是軟件設(shè)拍計(jì)上的缺陷頁或者單片機(jī)嗽內(nèi)核的缺陷哈在太陽能道土路照明系統(tǒng)夢(mèng)的惡劣環(huán)境哈中，出現(xiàn)薄“再死機(jī)惠”對(duì)的現(xiàn)象比較捎普遍。其中花包括各種電劫磁干擾，以笛及連續(xù)陰雨練天氣蓄電池匠電壓過低，鳴單片機(jī)潛“順失電腿”斜等等情況。卸我們用硬件縣在每天天亮辜時(shí)給單片機(jī)雕進(jìn)行一次強(qiáng)嗎制復(fù)位，可沿以基本上解脅決單片機(jī)程喪序跑飛，進(jìn)朝入死循環(huán)的刷問題。主勇全部灌膠密扯封故由于太陽能穩(wěn)路燈的工作房環(huán)境太惡劣戒，控制器應(yīng)攀該全部灌膠雞密封，使防管護(hù)等級(jí)達(dá)到柱IP65。瓜實(shí)際上，通偵常路燈的電敲子鎮(zhèn)流器等命電子部件的她防護(hù)措施就瘦是這樣做的金。2：鎮(zhèn)流器炒2.1蓄電旺池電壓波動(dòng)拍對(duì)鎮(zhèn)流器性譯能的致命影鏡響似通常電子鎮(zhèn)休流器的電源主電壓波動(dòng)范懸圍不會(huì)超過販10%，而巡太陽能光伏備照明系統(tǒng)中己的蓄電池夫在正常情況芬下緒電壓波動(dòng)范燥圍將超過主25喘%以上績(jī)。市如果是使用齡時(shí)間過長，捐即將報(bào)廢的埋蓄電池，在照鎮(zhèn)流器啟動(dòng)紅的叼瞬間蓄電池稱電壓波動(dòng)范著圍可能超過純50%以上給，這一點(diǎn)是延通常電子鎮(zhèn)妥流器所不能姨夠接受的。沸其結(jié)果是：片鎮(zhèn)流器的技襪術(shù)參數(shù)裝將嚴(yán)重超標(biāo)勒，舌造成熒光燈幕或者高壓氣酸體放電燈的古損毀。教電子鎮(zhèn)流器躬本身的損壞懲。織2.2如何盤設(shè)計(jì)光伏照侄明專用電子思鎮(zhèn)流器腔祖電源需要衰增加穩(wěn)壓電錄路跨目恰前各種DC脅/DC穩(wěn)壓多集成電路中烈，有許多可茂供選擇的陣芯片，這里名就不重復(fù)了營?？蕻惐M量和光霉源分開四太雄陽能光伏照溝明都是低電遲壓直流辨系統(tǒng)，通過返功率驅(qū)動(dòng)晶逗體管的電流睬要比常規(guī)電臂子鎮(zhèn)流器的砍電流大10凍倍左右，功伐率驅(qū)動(dòng)晶體獵管的功率損棍耗將大幅度靠增加窮，通常鎮(zhèn)流煩器，特別是情緊湊型熒光東燈鎮(zhèn)流器的知散熱方式已序經(jīng)不能夠滿緒足需要了；用電子元器件島的使用壽命充與工作環(huán)境視溫度有關(guān)，銅所以鎮(zhèn)流器影應(yīng)該和光源而分開，避免磁光源發(fā)出的枯熱量的影響逗。句鄉(xiāng)防護(hù)等級(jí)徒IP65凝太陽能光伏妻照明鎮(zhèn)流器漲的工作環(huán)境陶溫度變化范附圍大瞧，罩-3持0擠℃知——傭+貌50鞭℃紋安裝在戶括外，工作環(huán)殘境惡劣眾，由于鎮(zhèn)流模器呀安裝在燈桿粗內(nèi)部，即使陜?cè)谡５氖沽劣脳l件下，躺潮濕、灰塵模、蚊蟲尸體怕都可能造成黨鎮(zhèn)流器內(nèi)部既高阻抗部分?jǐn)《搪?，因此攻?zhèn)流器累失效。趴所以鎮(zhèn)流器栗的防護(hù)等級(jí)故應(yīng)該為IP無65。晨那關(guān)于LED欲的恒流電源織現(xiàn)宮在LED應(yīng)祖用技術(shù)水平盛已經(jīng)提高了津許多，大家債都認(rèn)識(shí)到L何ED必須由粘恒流電源驅(qū)證動(dòng)，這樣，絞如果LED哪的散熱問題惹也得到解決住，太陽能L記ED燈的使坡用壽命應(yīng)該姜是比較長的牙。這并不是棍LED本身熱的貢獻(xiàn)，而休是由于恒流歌電源比電子暖鎮(zhèn)流器的結(jié)仇構(gòu)要簡(jiǎn)單，驕同娃恒流電源對(duì)情蓄電池的性艙能要求也比踏較低恐，恒流電源酬在啟動(dòng)時(shí)沒脖有大的脈沖暑電流，對(duì)蓄饒電池的沖擊滅小所造成的咬。醋3：儲(chǔ)能裝令置共3.1什么橋是太陽能光煩伏蓄電池？貢冶瓦時(shí)巴效率似要高跪上蓄電池的效礦率分電壓效疏率、頸安時(shí)效率和繳瓦時(shí)槐效率，我們傾最關(guān)心的是自瓦時(shí)腹效率。普通泰蓄電池的知瓦時(shí)無效率是隨使負(fù)用時(shí)間而變謹(jǐn)化的，新的婦蓄電池的魄瓦時(shí)紀(jì)效率可以達(dá)禽到90%，政舊的蓄電池俗瓦時(shí)尸效率只有6填0-70%撫；再者，蓄乞電池的副瓦時(shí)憤效率是指鹽25偽℃駁條件下的效竟率，當(dāng)環(huán)境稅溫度在零下偵或者依40諒℃夢(mèng)以上時(shí)實(shí)際迅效率要下降揭許多，侮蓄電池的效逮率往往不被練大家注意，縮其實(shí)它抽對(duì)于簽小型太陽能副光伏照明電獸器阻是非常重要些的。嬌詳充電曲線盡杰量平坦悅為了得到太到陽電池能量蔥的最大輸出翅，通常需要贏通過改變太宣陽電池輸出爸電壓，即：林DC/DC成變化來跟蹤隔太陽電池的碗最大功率輸價(jià)出點(diǎn)，就是漂MPPT技填術(shù)。但是對(duì)躍于目前絕大襖多數(shù)功率只曲有幾十瓦至屢一兩百瓦的郵LED照明口系統(tǒng)來說，尚由于小功率竿的DC/D裂C變換效率顫比較低，通窗過這種變換證多得到的太膏陽電池能量糟往往還彌補(bǔ)挑不了DC/妙DC變換中切的能量損失鐘，最多得失痕相當(dāng)，所以錢沒實(shí)際意義蝕。暖圖1負(fù)相對(duì)平坦的墓充電曲線使藍(lán)得太陽電池舊的工作點(diǎn)皺保持在Um宗附近狗鉗如果有一司種能夠相對(duì)全穩(wěn)定的蓄電州池充電平臺(tái)俱，這個(gè)電壓埋可以始終保調(diào)持在Um附宴近，從而隔不用DC暗/DC變換農(nóng)完成MPP季T功能，岡圖勾1稀說明了這個(gè)舍問題，攻可以使太陽轉(zhuǎn)電池對(duì)蓄電與池的充電牽效率達(dá)到烏最高?？鍓窝h(huán)次數(shù)多別，使用壽命阻長漂游價(jià)格合適眾3.2磷酸版鐵鋰蓄電池膠1）瘋磷酸鐵鋰傳蓄電池的是瓦時(shí)喘效率在使用渴壽命期內(nèi)平供均可以達(dá)到汽95%以上瞧。暖2）扁超長壽命，聯(lián)長壽命鉛酸在電池的循環(huán)寄壽命在30價(jià)0次左右，害最高也就5余00次，而刊磷酸鐵鋰動(dòng)菜力電池，循陵環(huán)壽命達(dá)到柏2000次予以上，磷酸深鐵鋰電池在籍同樣條件下侵使用，將達(dá)塞到７－８年郊。綜合考慮倘，性能價(jià)格敘比將為鉛酸苦電池的5倍聞以上屠。姻3）務(wù)體積小、重宗量輕，同等陣規(guī)格容量的墓磷酸鐵鋰電廣池的體積是俊鉛酸電池體群積的2/3乳重量是鉛酸感電池的1/球3。浙4）燒磷酸鐵鋰材壞料無任何有鼓毒有害物質(zhì)脹不會(huì)對(duì)環(huán)境炕構(gòu)成任何污縱染被世界公塵認(rèn)為綠色環(huán)匪保電池，該驅(qū)電池?zé)o論在轎生產(chǎn)及使用奉中，均無污嶄染，因此該紋電池又列入講了“十五”慌期間的“漆863”紛國家高科技擺發(fā)展計(jì)劃，掠成為國家重簡(jiǎn)點(diǎn)支持和鼓凍勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)索目泳。嚼5）暗單體3V電喝壓，適合與盛白顏色LE仍D直接高效川率匹配狐，截小型太陽能濟(jì)光伏照明電五器所用的光逆源大部分是嶺LED，不恢同顏色的L由ED的工作襯電壓是不同瓶的，如果不皺考慮到這個(gè)朗因素，隨便錄使用蓄電池介，難免就需壽要DC/D充C變換電路血，DC/D貼C變換電路悶是有能量損熟失的，尤其律是小功率的己小型太陽能珠光伏照明電敘器中使用的滑DC/DC乖變換電路，挨效率比較低曾70%左右紐。如果認(rèn)識(shí)盡到不同的蓄腎電池的標(biāo)稱被電壓是不同離的，只要巧戚用蓄電池的按標(biāo)稱電壓，碧不同的LE帖D采用不巷同標(biāo)稱電壓圍的蓄電池，航就可以達(dá)到漂予想不到的陰效果。例如盛，對(duì)于用工鏟作電壓3V丸左右白顏色簡(jiǎn)LED設(shè)計(jì)第的1W太陽指能應(yīng)急照明迅燈，無論用縱鋰離子蓄電本池、鎳氫蓄丟電池，鉛酸知蓄電池都組堆合不出3V啄的標(biāo)稱電壓愉，通常要用艇DC/DC煌變換電路或畏者比較大的摟限流電阻，糟系統(tǒng)效率比趴較低。如果辛采用磷酸鐵絲鋰蓄電池（昂?jiǎn)误w電壓3羞V），就可晝以不用DC邪/DC變換拜電路，只要鄭比較小的限選流電阻，效更率提高和成離本下降。薪6）械有授相對(duì)平坦的吊充電逃電壓烏平臺(tái)斬，可以自動(dòng)碰鉗位MPP羅，如圖2距止鏡言炒常充圖2弟充電嬸電壓相對(duì)平棗坦克3.3飛輪惹電池教飛輪儲(chǔ)能技桐術(shù)大約有1蠅00年的發(fā)段展歷史，是艦今天的磁懸海浮和現(xiàn)代電慰力電子技術(shù)智的進(jìn)步讓這富個(gè)古老的技扯術(shù)煥發(fā)了青災(zāi)春。時(shí)現(xiàn)代的飛輪膽儲(chǔ)能技術(shù)是浩將飛輪懸浮節(jié)在一個(gè)真空趁的腔體里面外，幾乎沒有乎損失的存儲(chǔ)袍能量，這是撲飛輪儲(chǔ)能技湊術(shù)劃時(shí)代的繁進(jìn)步。它的戒儲(chǔ)能效率可旺以達(dá)到90粘%以上提，能量存儲(chǔ)夫成本可以接蠶近膠體鉛酸脅蓄電池癢，修使用壽命2共0年租，可以和太布陽電池：慶“裙門當(dāng)戶對(duì)并”懷。爆平這是隆一個(gè)太陽能月路燈階系統(tǒng)辦的秋飛輪儲(chǔ)能洲的方案SteelFlywheelSteelFlywheelMilStd.21549.5”dia.x18”Motor-GeneratorRotorMagnetsMotor-GeneratorAirCoreArmatureVacuumSealElectronicDrive4Quadrant,TrapezoidalVacuumGetterZrVFePelletsDCPowerIn-OutAxialPermanentMagnetLiftBearingTouchdownShaftRadialBallBearingQuillShaftInternalVacuum目標(biāo)參數(shù)幟可用能量歡:報(bào)蓬1.0k嚼Wh窩額定功率斤:違障40W挑電壓笑:甘左許12-48領(lǐng)Vdc礎(chǔ)飛輪轉(zhuǎn)速榜:塘綠32kr席pm素使