1 太陽(yáng)能照明概述

太陽(yáng)能是“取之不盡，用之不竭”的，無(wú)污染的可再生能源，每天送到地球表面的輻射能大約相當(dāng)于２．５億萬(wàn)桶石油。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)能都白白地從人們身邊“溜走”了。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽(yáng)能逐漸被開發(fā)利用，并已成為最有發(fā)展前景的環(huán)保能源之一。

目前，太陽(yáng)能的利用方式主要有兩種。

（1）通過(guò)太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能用于發(fā)電，即光伏發(fā)電，如太陽(yáng)能照明、太陽(yáng)能發(fā)電站等。

（2）通過(guò)集熱器把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能加以利用，例如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)灶等。

其中，太陽(yáng)能照明是利用太陽(yáng)能最重要的途徑之一，也是我們主要關(guān)注和研究的對(duì)象。在室外照明中，太陽(yáng)能照明的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。太陽(yáng)能路燈（非主干道）、太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能交通信號(hào)燈、太陽(yáng)能廣告燈等已不鮮見(jiàn)，均成為綠色照明中的亮點(diǎn)。我們所說(shuō)的太陽(yáng)能燈，既指燈具、光源，也包括太陽(yáng)能電池、蓄電池、控制器、逆變器、燈桿等配套器件。

太陽(yáng)能照明最顯著的特點(diǎn)是節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，無(wú)需由傳統(tǒng)的公共電力系統(tǒng)獲取電能，節(jié)省了變配電設(shè)備、纜線、開關(guān)等的投資，基本沒(méi)有運(yùn)行費(fèi)用。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，避免了煤、油、核等發(fā)電導(dǎo)致的大氣和環(huán)境污染。在當(dāng)今技術(shù)條件下，太陽(yáng)能照明尤其適合應(yīng)用于供電距離較遠(yuǎn)或不易供電的地方。

2 太陽(yáng)能照明原理

太陽(yáng)能電池板把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò)大功率二極管及控制系統(tǒng)給蓄電池充電。充電到一定程度時(shí)，控制器內(nèi)的自保系統(tǒng)動(dòng)作，切斷充電電源。晚間，太陽(yáng)能電池板充當(dāng)了光電控制器，啟動(dòng)控制器，蓄電池給照明燈供電，點(diǎn)燃照明燈；凌晨，太陽(yáng)能電池板又充當(dāng)了光電控制器，啟動(dòng)控制器，切斷照明燈電源，重新開始進(jìn)行轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能為電能的工作。在太陽(yáng)能燈燃亮?xí)r，還能夠根據(jù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)光。

3 太陽(yáng)能照明組成

太陽(yáng)能照明由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、太陽(yáng)能燈專用控制器、發(fā)光體及燈桿等組成。下文重點(diǎn)介紹太陽(yáng)電池、蓄電池、逆變器（交流照明燈泡用）、太陽(yáng)能燈專用控制器、發(fā)光體等。

3.1 太陽(yáng)能電池

3.1.1 太陽(yáng)能電池原理

太陽(yáng)能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽(yáng)的輻射光通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?，這種光電轉(zhuǎn)換過(guò)程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，太陽(yáng)能電池又稱為“光伏電池”。

當(dāng)太陽(yáng)光照射到由Ｐ、Ｎ型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的Ｐ－Ｎ結(jié)上時(shí)，在一定條件下，太陽(yáng)能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，形成內(nèi)建靜電場(chǎng)。如果從內(nèi)建靜電場(chǎng)的兩側(cè)引出電極并接上適當(dāng)負(fù)載，就會(huì)形成電壓和電流，這就是太陽(yáng)能電池的基本原理。

單片太陽(yáng)能電池就是一薄片半導(dǎo)體Ｐ-Ｎ結(jié)。標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，額定輸出電壓為０．４８Ｖ。為了獲得較高的輸出電壓和較大容量，往往把多片太陽(yáng)能電池連接在一起。

太陽(yáng)能電池的輸出功率是隨機(jī)的。不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同安裝方式下，同一塊太陽(yáng)能電池的輸出功率也是不同的。

目前，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換率一般在百分之十幾以上，個(gè)別發(fā)達(dá)國(guó)家的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換率已經(jīng)可以達(dá)到３０％左右。

3.1.2 太陽(yáng)能電池分類

（1）硅太陽(yáng)能電池；

（2）以無(wú)機(jī)鹽如：砷化鎵ＩＩＩ－Ｖ化合物、硫化鎘、銅、銦、硒等多元化合物為材料的電池；

（3）功能高分子材料制備的太陽(yáng)能電池；

（4）納米晶太陽(yáng)能電池等。

硅太陽(yáng)能電池技術(shù)相對(duì)較成熟，半導(dǎo)體材料的禁帶不是太寬，光電轉(zhuǎn)換率較高，材料本身不造成污染，所以硅是目前最理想的太陽(yáng)能電池材料。以其他材料為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池也正在研制和發(fā)展過(guò)程中。

3.1.3 硅太陽(yáng)能電池

（1）單晶硅電池：目前，單晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換率最高（２０％左右），技術(shù)最為成熟，但由于單晶硅材料價(jià)格過(guò)高，制造工藝繁瑣，造成單晶硅成本價(jià)格居高不下，成為發(fā)展單晶硅太陽(yáng)能電池的一大障礙，現(xiàn)在正在逐漸被多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池等取代。

目前，單晶硅太陽(yáng)能電池在道路照明、交通信號(hào)等室外照明中的應(yīng)用較為普遍，光電轉(zhuǎn)換率為１１％～２４％，使用年限較長(zhǎng)。

（2）多晶硅電池：多晶硅薄膜電池由于所使用的硅比單晶硅少很多，不存在效率衰退等問(wèn)題，而且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備。多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，光電轉(zhuǎn)換率近２０％，高于非晶硅薄膜電池。因此，多晶硅薄膜電池將有望成為太陽(yáng)能電池的主導(dǎo)產(chǎn)品。

多晶硅太陽(yáng)能電池在室外照明中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

（3）非晶硅電池：非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池制作簡(jiǎn)單，成本較低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得以迅速的發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換率在１４．５％以上，但穩(wěn)定性較差。提高轉(zhuǎn)換率和穩(wěn)定性是非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展方向。目前，非晶硅電池在低功率電力系統(tǒng)中應(yīng)用較多。

3.1.4 研制中的其他太陽(yáng)能電池

（1）納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池：納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池是新型太陽(yáng)能電池，目前仍在研制過(guò)程中，其中納米晶ＴｉＯ２太陽(yáng)能電池倍受關(guān)注。納米晶ＴｉＯ２太陽(yáng)能電池光電效率在１０％以上，制作成本為硅太陽(yáng)電池的１/５～１/１０，壽命可達(dá)到２0年以上。

（2）聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池：原材料為有機(jī)材料，柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本較低。性能和壽命遠(yuǎn)不如硅電池，但有可能提供廉價(jià)電能。此項(xiàng)研究剛剛起步。

（3）多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池：有些金屬化合物如硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率比非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)造成嚴(yán)重污染，因此，不能開發(fā)應(yīng)用。