光伏照明三大技术瓶颈

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.光伏照明三大技术瓶颈 控制器、镇流器、储能装置无锡尚德太太阳能电电力有限限公司 孟昭昭渊摘要太阳能光伏伏照明的的技术瓶瓶颈在哪哪里？目目前尚没没有统一一的看法法。经过过我们的的研究，应应该是控控制器、电电子镇流流器和蓄蓄电池，而而不是通通常大家家认为的的是太阳阳电池和和光源，太太阳电池池和光源源从来都都不是影影响太阳阳能光伏伏照明的的技术瓶瓶颈。 本文就是是对以上上的观点点进行论论述。关键词 太阳电池 控制制器 镇流流器 磷酸铁铁锂蓄电电池 飞轮电电池太阳能

2、光伏伏照明技技术最近近几年在在道路照照明领域域得到了了推广和和应用，受受到了广广泛的关关注，光光伏照明明装置已已经广泛泛应用在在“村村通通电”、“乡乡通通电”、“城市亮亮化”、“社会主主义新农农村建设设”等工程程建设中中，为缺缺电、少少电地区区的群众众送去光光明，为为城乡节节约能源源、美化化环境做做出贡献献。但是是由于关关键技术术问题存存在缺陷陷，盲目目上马，频频频出现现的质量量事故，又又给产业业的发展展造成很很大的阻阻力。究竟是什么么是造成成太阳能能照明装装置可靠靠性不高高的主要要原因？它的技技术瓶颈颈究竟在在哪里？至今尚尚没有一一个统一一的认识识，有人人认为太太阳能照照明装置置的可靠靠不高

3、的的主要原原因是由由于光源源的可靠靠性造成成的，其其理由是是在太阳阳能照明明装置中中，光源源特别容容易是损损坏；也也有人认认为太阳阳能照明明装置的的可靠不不高的主主要原因因是由于于蓄电池池的质量量不好的的原因，理理由是再再好的蓄蓄电池，33-5年年就报废废了，而而蓄电池池的价格格又特别别昂贵。而我们认为主要是因为控制、电子镇流器和通常大家选择的铅酸蓄电池的技术指标达不到道路照明这个特殊工作环境中的特殊要求所致。与光源几乎没有关系。下面将对这这个问题题进行分分析，并并且提出出解决问问题的方方法。 1：控制器器1.1控制制器对光光源的影影响光源的损坏坏往往也也产生于于控制器器，大家家知道，旧旧的蓄

4、电电池或者者放电快快要结束束的蓄电电池的负负载能力力都比较较差，电电光源的的启动电电流往往往是工作作电流的的10-20倍倍，过大大峰值的的电流会会让蓄电电池的端端电压迅迅速下降降到放电电截止电电压以下下，控制制器保护护功能开开始起作作用，蓄蓄电池开开始恢复复性升压压，如果果控制器器的回差差设计的的不合理理，电光光源将又又开始启启动，这这样反复复启动、闪闪烁，如如果光源源不是LLED，其其它光源源都会加加速损坏坏。合理控制蓄蓄电池放放电保护护的回差差电压值值是一个个比较复复杂的问问题，这这是因为为蓄电池池的参数数在整个个使用寿寿命期间间是一个个变量，无无论是充充放电效效率还是是蓄电池池的内阻阻、

5、新旧旧之间相相差甚远远，如果要兼顾顾新蓄电电池和旧旧蓄电池池的一个个回差，并并不是容容易的事事情。1.2 控控制器对对蓄电池池的影响响目前太阳能能光明装装置所使使用的蓄蓄电池基基本上是是“免维护护蓄电池池”和“密闭蓄蓄电池” 免维维护蓄电电池并不不是不需需要维护护，只不不过是维维护周期期延长了了，并不不是真正正的免维维护。为为了“免维护护”和“密闭”在技术术上这两两种蓄电电池必须须防止电电池失水水、以及及把蓄电电池充放放电过程程中产生生的气体体重新组组合成水水；这两两种蓄电电池的的的电极和和隔板和和普通蓄蓄电池的的电极和和隔板是是不一样样的不能够够出现过过充电，过过充电是是这类蓄蓄电池的的“第

6、一杀杀手”。同时，蓄电电池还不不能够过过充电过过放电，一一次严重重的过电电放电就就有可能能造成蓄蓄电池的的永久性性损坏。控制器就承承担着保保护蓄电电池既不不能够过过充电也也不能够够过放电电的任务务，并且且是在整整个太阳阳能路灯灯的使用用期间内内，不能能够有一一次误动动作；要要知道，一一次失误误就有可可能造成成整个太太阳能路路灯的损损坏。另另外，不不同的温温度条件件下，过过充电、过过放电的的电压控控制点是是不一样样的，这这一点也也需要控控制器来来补偿。1.3控制制器对太太阳电池池的影响响一般来说，控控制器的的好坏是是影响不不了太阳阳电池的的使用寿寿命的。但但是在一一种特殊殊的情况况下，控控制器可

7、可能造成成太阳电电池的损损坏。为了控制太太阳电池池不对蓄蓄电池过过充电，通通常是在在蓄电池池充满电电以后将将太阳电电池断开开或者是是将太阳阳电池的的正负极极直接短短路。对对于小型型光伏控控制器，为为了电路路简单，经经常采用用正负极极直接短短路的办办法，这这样做在在正常情情况下是是可以的的。但是是，如果果太阳电电池本身身有瑕疵疵（一些些没有资资质的小小型太阳阳电池组组件加工工厂经常常会这样样），过过大的短短路电流流长时间间工作就就会让太太阳电池池损坏，所所以太阳阳能路灯灯控制器器最好是是采用在在蓄电池池充满电电以后将将太阳电电池断开开的控制制方法。1.4通常常控制器器存在的的问题及及解决方方法1

8、.4.11完全由由硬件控控制这几年在北北京社会会主义新新农村建建设中的的太阳能能道路照照明工程程中，有有一家生生产厂的的控制器器大家反反应比较较好，故故障率低低；我们们研究以以后发现现这种控控制器完完全是由由硬件制制造的，结结构简单单，运行行可靠。缺缺点是功功能比较较简单，控控制精度度低。虽虽然控制制器完全全是由硬硬件制造造在技术术上是一一种倒退退，但是是在实际际使用中中，它的的可靠性性明显高高于由计计算机控控制的系系统。1.4.22外部硬硬件强制制复位用单片机制制造控制制器是太太阳能道道路照明明技术的的必由之之路。单单片机的的强大功功能以及及低廉的的价格非非常适合合制造控控制器。但但是软件件

9、设计上上的缺陷陷或者单单片机内内核的缺缺陷在太太阳能道道路照明明系统的的恶劣环环境中，出出现“死机”的现象象比较普普遍。其其中包括括各种电电磁干扰扰，以及及连续阴阴雨天气气蓄电池池电压过过低，单单片机“失电”等等情情况。我我们用硬硬件在每每天天亮亮时给单单片机进进行一次次强制复复位，可可以基本本上解决决单片机机程序跑跑飞，进进入死循循环的问问题。1.4.33全部灌灌胶密封封由于太阳能能路灯的的工作环环境太恶恶劣，控控制器应应该全部部灌胶密密封，使使防护等等级达到到IP665。实实际上，通通常路灯灯的电子子镇流器器等电子子部件的的防护措措施就是是这样做做的。2：镇流器器2.1蓄电电池电压压波动对

10、对镇流器器性能的的致命影影响通常电子镇镇流器的的电源电电压波动动范围不不会超过过10%，而太太阳能光光伏照明明系统中中的蓄电电池在正正常情况况下电压压波动范范围将超超过255%以上上。如果是是使用时时间过长长，即将将报废的的蓄电池池，在镇镇流器启启动的瞬瞬间蓄电电池电压压波动范范围可能能超过550%以以上，这这一点是是通常电电子镇流流器所不不能够接接受的。其其结果是是：镇流器的技技术参数数将严重重超标，造成荧光灯或者高压气体放电灯的损毁。电子镇流器器本身的的损坏。2.2如何何设计光光伏照明明专用电电子镇流流器2.2.11 电源源需要增增加稳压压电路 目目前各种种DC/DC稳稳压集成成电路中中，

11、有许许多可供供选择的的芯片，这这里就不不重复了了。2.2.22 尽量量和光源源分开 太太阳能光光伏照明明都是低低电压直直流系统统，通过过功率驱驱动晶体体管的电电流要比比常规电电子镇流流器的电电流大110倍左左右，功功率驱动动晶体管管的功率率损耗将将大幅度度增加，通通常镇流流器，特特别是紧紧湊型荧荧光灯镇镇流器的的散热方方式已经经不能够够满足需需要了；电子元元器件的的使用寿寿命与工工作环境境温度有有关，所所以镇流流器应该该和光源源分开，避避免光源源发出的的热量的的影响。2.2.33 防护护等级IIP655太阳能光伏伏照明镇镇流器的的工作环环境温度度变化范范围大，-30+50安装 在户外外，工作作

12、环境恶恶劣，由由于镇流流器安装装在灯杆杆内部，即即使在正正常的使使用条件件下，潮潮湿、灰灰尘、蚊蚊虫尸体体都可能能造成镇镇流器内内部高阻阻抗部分分短路，因因此镇流流器失效效。所以以镇流器器的防护护等级应应该为IIP655。2.2.44关于LLED的的恒流电电源 现现在LEED应用用技术水水平已经经提高了了许多，大大家都认认识到LLED必必须由恒恒流电源源驱动，这这样，如如果LEED的散散热问题题也得到到解决，太太阳能LLED灯灯的使用用寿命应应该是比比较长的的。这并并不是LLED本本身的贡贡献，而而是由于于恒流电电源比电电子镇流流器的结结构要简简单，同同恒流电电源对蓄蓄电池的的性能要要求也比比

13、较低，恒恒流电源源在启动动时没有有大的脉脉冲电流流，对蓄蓄电池的的冲击小小所造成成的。3：储能装装置3.1什么么是太阳阳能光伏伏蓄电池池？3.1.11瓦时效率率要高 蓄电池池的效率率分电压压效率、安时效率和瓦时效率，我们最关心的是瓦时效率。普通蓄电池的瓦时效率是随使用时间而变化的，新的蓄电池的瓦时效率可以达到90%，旧的蓄电池瓦时效率只有60-70%；再者，蓄电池的瓦时效率是指25条件下的效率，当环境温度在零下或者40以上时实际效率要下降许多，蓄电池的效率往往不被大家注意，其实它对于小型太阳能光伏照明电器是非常重要的。3.1.22充电曲曲线尽量量平坦为了得到太太阳电池池能量的的最大输输出，通通

14、常需要要通过改改变太阳阳电池输输出电压压，即：DC/DC变变化来跟跟踪太阳阳电池的的最大功功率输出出点，就就是MPPPT技技术。但但是对于于目前绝绝大多数数功率只只有几十十瓦至一一两百瓦瓦的LEED照明明系统来来说，由由于小功功率的DDC/DDC变换换效率比比较低，通通过这种种变换多多得到的的太阳电电池能量量往往还还弥补不不了DCC/DCC变换中中的能量量损失，最最多得失失相当，所所以没实实际意义义。图1相对平平坦的充充电曲线线使得太太阳电池池的工作作点保持持在Umm附近 如果有有一种能能够相对对稳定的的蓄电池池充电平平台，这这个电压压可以始始终保持持在Umm附近 ，从而而不用 DC/DC变变

15、换完成成MPPPT功能能，图1说明了了这个问问题，可可以使太太阳电池池对蓄电电池的充充电效率率达到最最高。3.1.33循环次次数多，使使用寿命命长3.1.44价格合合适3.2磷酸酸铁锂蓄蓄电池1）磷酸铁铁锂蓄电电池的瓦瓦时效率率在使用用寿命期期内平均均可以达达到955%以上上。2）超长寿寿命，长长寿命铅铅酸电池池的循环环寿命在在3000次左右右，最高高也就5500次次，而磷磷酸铁锂锂动力电电池，循循环寿命命达到220000次以上上，磷酸酸铁锂电电池在同同样条件件下使用用，将达达到年。综综合考虑虑，性能能价格比比将为铅铅酸电池池的5倍倍以上。3）体积小小、重量量轻，同同等规格格容量的的磷酸铁铁锂

16、电池池的体积积是铅酸酸电池体体积的22/3重重量是铅铅酸电池池的1/3。4）磷酸铁铁锂材料料无任何何有毒有有害物质质不会对对环境构构成任何何污染被被世界公公认为绿绿色环保保电池，该该电池无无论在生生产及使使用中，均均无污染染，因此此该电池池又列入入了“十十五”期期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。5）单体33V电压压，适合合与白颜颜色LEED直接接高效率率匹配，小型太太阳能光光伏照明明电器所所用的光光源大部部分是LLED，不不同颜色色的LEED的工工作电压压是不同同的，如如果不考考虑到这这个因素素，随便便使用蓄蓄电池，难难免就需需要DCC/DCC变换电电路，D

17、DC/DDC变换换电路是是有能量量损失的的，尤其其是小功功率的小小型太阳阳能光伏伏照明电电器中使使用的DDC/DDC变换换电路，效效率比较较低700%左右右。如果果认识到到不同的的蓄电池池的标称称电压是是不同的的，只要要巧用蓄蓄电池的的标称电电压，不不同的LLED采采用 不不同标称称电压的的蓄电池池，就可可以达到到予想不不到的效效果。例例如，对对于用工工作电压压3V左左右白颜颜色LEED设计计的1WW太阳能能应急照照明灯，无无论用锂锂离子蓄蓄电池、镍镍氢蓄电电池，铅铅酸蓄电电池都组组合不出出3V的的标称电电压，通通常要用用DC/DC变变换电路路或者比比较大的的限流电电阻，系系统效率率比较低低。

18、如果果采用磷磷酸铁锂锂蓄电池池（单体体电压33V），就就可以不不用DCC/DCC变换电电路，只只要比较较小的限限流电阻阻，效率率提高和和成本下下降。 6）有有相对平平坦的充充电电压压平台，可可以自动动钳位MMPP，如如图2 图2 充电电压压相对平平坦3.3飞轮轮电池飞轮储能技技术大约约有1000年的的发展历历史，是是今天的的磁悬浮浮和现代代电力电电子技术术的进步步让这个个古老的的技术焕焕发了青青春。现代的飞轮轮储能技技术是将将飞轮悬悬浮在一一个真空空的腔体体里面，几几乎没有有损失的的存储能能量，这这是飞轮轮储能技技术划时时代的进进步。它它的储能能效率可可以达到到90%以上，能能量存储储成本可可以接近近胶体铅铅酸蓄电电池，使用寿寿命200年，可可以和太太阳电池池：“门当户户对”。 这这是一个个太阳能能路灯系系统的飞轮储储能的方方案Steel FlywheelSteel F