1 绪论

1.1 课题背景

当代已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源，主要有五类，即煤炭、石油、天然气、水和核裂变能等。目前世界能源消耗几乎全靠这五大能源来供应，电力只是上述这些能源转化生出来的“二次能源”。

世界能源的消耗结构在近20年中发生了很大变化。虽然，目前各种新型能源在不断开发利用，但在五大能源中，主要依靠石油、天然气和煤三大能源，其他能源消耗比重还很低，不足以根本改变原有的以石油、天然气消耗为主体的结构类型。

太阳能行业是２１世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔，在可再生能源行业中，太阳能没有污染、市场空间非常大，太阳能现已经在民用领域内广泛应用于照明、发电等方面，太阳能应用的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。

太阳能灯作为一种新型节能灯具，它与传统灯具相比有节能、环保、安全、方便、寿命长等许多优点。发展可持续能源和绿色能源从照明这种小方面入手，可节约更多的电能，技术条件和市场环境成熟后可在该领域和其他领域进行广泛推广。

1.2 太阳能的利用可行性分析

太阳是一个炽热的气体球，内部不停地进行着由氢聚变成氦的热核反应，不停地向宇宙空间释放出巨大的能量，这就是太阳能。地球上除了地热能和核能以外，所有能源都来源于太阳能，因此可以说太阳能是人类的“能源之母”。没有太阳能，就不会有人类的一切。

太阳能，因为它是一种辐射能，不带任何化学物质，是最洁净，最可靠的巨大能源宝库。经测算表明，太阳能释放出相当于10万亿千瓦的能量，而辐射到地球表面的能量，虽然只有它22亿分之一，但也相当于全世界目前发电总量的八万倍。

1.3 太阳能能源的现状及前景

太阳能作为一种巨量的可再生能源，已被广泛应用在各个领域，是当前能源利用的补充能源，并被认为是未来人类生活的可替代能源。每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，开发和利用丰富、广阔的太阳能，可以对环境不产生或产生很少污染，太阳能既是近期急需的能源补充，又是未来能源结构的基础。不论是从经济社会走可持续发展之路，还是保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，还是从特殊用途解决现实能源供应问题出发，开发

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利用太阳能都具有重大的战略意义。

这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若人把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率为5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。

我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。在我国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的光伏制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。中国作为世界能源消耗第二大的国家也不例外。与国际上蓬勃发展的光伏发电相比，我国落后于发达国家10－15年。我国光伏产业正以每年30%的速度增长，国内光伏电池生产能力已达100MW。在国家各部委大力支持下，目前我国实验室光伏电池的效率已达21%，可商业化光伏组件效率达14－15%，一般商业化电池效率10－13%。目前我国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，太阳能电池的价格逐渐从2000年的40元 / 瓦降到2003年的33元/瓦，现在已经降到27元/瓦。这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用，对实现与国际光伏市场接轨具有重要意义。

2 太阳能庭院灯系统结构

2.1 太阳能庭院灯的构造

太阳能LED庭院灯的基本构造，如图1和图2所示。

图1 太阳能庭院灯实物图 图2 太阳能庭院灯基本构造

系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，

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对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。

控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放臵免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）。 2.2 太阳能庭院灯的工作原理

系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低到一定程度时，充放电控制器侦测到低于设定电压值后动作，蓄电池对灯头放电，开始照明。蓄电池放电到设定时间后，充放电控制器动作，切断路灯供电电路，使路灯熄灭蓄电池放电结束。图3即为太阳能庭院灯系统的基本原理框图。 太阳电池板 充放电控制和 LED灯 保护电路 蓄电池 图3 太阳能庭院灯系统基本原理图

2.3 太阳能庭院灯的优点

2.3.1 太阳能庭院灯优点

（1）节能：以太阳能光电转换提供电能，取之不尽、用之不竭； （2）环保：无污染、无噪音、无辐射； （3）安全：绝无触电、火灾等意外事故；

（4）方便：安装简洁，不需要架线或“开膛破肚”挖地施工、也没有停电限电顾虑；

（5）寿命长：产品科技含量高，控制系统、智能化设计，质量可靠； （6）投资少：一次性投资与交流电等价（交流电投资从变电、进电、控制箱、电缆、工程起），一次投资、长期受用；

（7）适用广：太阳能源来于自然，所以凡是有日照的地方都可以使用，特别适合于绿地景观灯光配备，高档次住宅及室外照明，旅游景点海岸景观照明及点缀，工业开发区、工矿企业路灯，各大院校室外灯光照明。

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2.3.2 与传统路灯的比较

整体设计基本上考虑到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方法，设计思想比较科学；抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环节之间匹配性较好。

3 太阳能庭院灯零部件选用

3.1 太阳能电池

太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这个把太阳能（或其他光能）变换成电能的能量转换器，就叫做太阳能电池。 3.1.1 太阳能电池的构造

太阳能电池是利用硅等半导体的光伏效应通过p-n结构直接把太阳光转化为电能。由于太阳电池本身易破碎、易被腐蚀，若直接暴露在大气中，光电转化效率会由于潮湿、灰尘、酸雨等影响而使性能下降，以至损坏失效。因此，太阳电池一般都必须通过胶封、层压等方式封装成平板式构造再投入使用。其中以层压封装的方法最为普遍，即将太阳电池片的正面和背面各用一层透明、耐老化、粘结性好的热熔性EVA胶膜包封，采用透明率高、耐冲击的低铁钢化玻璃做上盖板，用耐湿抗酸的Tedlar复合薄膜（聚氟乙烯复合膜）或玻璃等其他材料做背板，通过真空层压工艺使EVA胶膜将电池片、正面盖板和背板黏合为一个整体，从而构成一个实用的太阳电池发电器件，一般称为太阳电池组件或组件，俗称太阳电池或电池板。

3.1.2 太阳能电池的原理与特性

（1）太阳能电池的结构

图4 太阳能电池构形图

常规硅太阳能电池（如图4），是一个p型硅材料制成的n+/p型结构常规太阳能电池的示意图。①p层为基体，厚度为0.2-0.5mm。基体材料称为基区层，

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