现代节能技术
专业班级 自动化0802 姓 名 魏广波 学 号 0120811360225
太阳能在照明方面应用问题
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近年来，太阳能照明灯具开始进入我们的生活，例如太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能景观灯、太阳能工艺灯??，在美化我们生活的同时还给人们带来了意外的惊喜：太阳能绿色环保照明的时代已经到来了吗？太阳能照明灯的生产厂家无一例外地标榜自己的产品是绿色环保照明产品，果真如此吗？
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有能源主要有3种，即火电、水电和核电。
火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。
水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。
核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。
这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是大阳能。
太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子，如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，就成为带负电的N型半导体；若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。
制作时，多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P-N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了
将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。
现在人们已在不少的领域使用太阳能作为能源，诸如人造卫星，人造飞船，太阳能动力的汽车等这些高端领域，普及更广的是太阳能热水器，太阳能节能灯具这种日常生活的应用领域。现在主要谈谈关于太阳能节能灯具方面的问题。
图1 太阳能红绿灯
不可否认，由太阳能电池提供电能的照明是真正意义上的绿色环保照明。首先，太阳能电池属于绿色能源，是一种半导体器件，其结构简单，寿命长达25年以上，原材料来源丰富，可靠性高，工作无噪声。太阳能作为取之不劲用之不竭的自然能源，是本世纪最有发展前途的能源。有人估计，到2050年，人类的能源将主要来自于太阳能电池，这种估计是有充分理论根据的。据推测到2013年，太阳能电池的转换效率平均可以达到20%以上，而且价格下降一半。这说明，人类在10年之内就会在太阳能电池技术上取得惊人的成就，今天不可能使用太阳能电池的许多场合，10年以后完全有可能使用太阳能电池，例如城市的太阳能并网供电户用系统，每千瓦时的价格也可能接近普通电网水平。另外，太阳能电动自行车、太阳能路灯、太阳能庭院灯、高速公路上的各种信号灯以及许多供电困难的场合，或者输送电力成本昂贵的场合，都将使用太阳能电池。而现在由于太阳能电池价格过高，或者效率低，单位面积的功率小，没有合适的位置安放等问题到那时都可能得到解决。可以乐观地展望，人类未来用于照明的能量将主要来自太阳能。但是，装上太阳能电池的照
明灯具并非都是绿色照明灯具。首先，这种太阳能照明灯具节省的能量要能够超过制造太阳能电池所消耗的能量；再者，在使用过程中不能造成环境污染。以上这两点是对太阳能灯具的基本要求。另外，由于有一些太阳能灯具电路和结构上设计得不合理，致使浪费了太阳能电池的能量，缩短了蓄电池的寿命，间接破坏了环境等，以上问题都是阻碍太阳能绿色照明广泛推广的“门槛”。下面我们就围绕这几个重要问题进行分析。 1 太阳能灯具使用寿命问题
目前，太阳能灯的使用寿命能不能超过“能量回收期”呢？要想太阳能灯的使用寿命超过“能量回收期”，首先太阳能电池组件的使用寿命必须超过“能量回收期”。太阳能电池组件的寿命取决于封装形式，严格用层压工艺制造的合格太阳能电池，使用寿命可以达到25~30年，其他制造工艺生产的太阳能电池组件寿命都比较短。
目前我国生产的太阳能草坪灯所用的太阳能电池绝大多数采用环氧树脂“滴胶”封装。由于环氧树脂中有苯环存在，苯环不抗紫外线，在太阳光紫外线的照射下，苯环很快就会断裂，环氧树脂就会发黄、龟裂、在水汽中泛白。由环氧树脂“滴胶”封装的太阳能电池的使用寿命仅有1~2年，改良型环氧树脂可以使太阳能电池寿命达到2年以上，但仍然不能满足使用的需求。太阳能电池的价格昂贵，大约占太阳能草坪灯成本的1/3以上，采用环氧树脂“滴胶”封装的太阳能电池制造的太阳能草坪灯只能使用1~2年，这就违背了太阳能草坪灯是绿色环保产品的初衷。
图2 太阳能草坪灯
太阳能路灯、太阳能庭院灯中使用的太阳能电池组件大多数采用层压工艺制造，这些太阳能灯具备“绿色照明”的特点了吗？回答是“不容乐观”。目前国内的太阳能路灯、太阳能庭院灯虽然大多数了采用层压工艺制造太阳能电池组件，但是这些电池组件绝大多数是由一些没有通过质量认证的小企业生产的，它们有些使用的是透光率低的普通玻璃，封装材料质量如EVA等比较差，再加上没有严格按照工艺要求进行封装，这些太阳能电池组
件很可能不到一年就泛白、发黄、剥离，使用寿命真正能够超过4~5年的并不多。
图3 太阳能路灯
2 环保问题
由于太阳能灯的“环保”作用，人们忽视了对其内部蓄电池进行评审。目前我们所看到的太阳能灯都是独立光伏发电系统。独立光伏发电系统需要蓄电池存储电能。蓄电池的品种有：铅酸蓄电池、镍镉(Ni－Cd)蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等。其中镍镉(Ni－Cd)蓄电池由于对环境破坏严重，国际上是严禁使用的，但是许多太阳能照明灯生产厂家为了降低成本却大量使用这种电池。另外，铅酸蓄电池、镍氢蓄电池或锂离子蓄电池等，也存在废弃物的回收问题，如果没有合理的回收渠道，同样会造成环境污染。 3 光源的选择
多数草坪灯选用 LED作为光源，LED寿命长，可以达到100000h以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术目前已有了关键性的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高。同时性能价格比也有比较大的提高。另外，LED采用低压直流供电，其光源控制成本低，调节明暗、频繁开关都是可能的，并且不会对LED的性能产生不良影响。LED还可以控制颜色，改变光的分布、产生动态幻景，所以它特别适合应用在太阳能