太阳光照射能量能够通过光伏电池转化为电能存储，在需要时为设备提供电能。

目前，光伏照明系统成为照明系统的热门研究对象，正在逐步取代传统照明系统。

光伏照明系统概述

光伏照明系统应安装在无遮挡的区域，同时对未来可能的遮挡物进行估计。确保无阴影的距离 =高度 ×空间因子；光伏照明系统应满足四季的使用需求，弱化季节影响，提升太阳能辐射能量接收量，为此，需要设置适当的倾斜角，选定最佳倾斜角。

光伏照明系统的部件

壹

光伏电池

01

种类与应用

光伏电池按照结晶状态可以分为结晶系电池和非结晶系电池两大类。其中，结晶系电池是当前市场上应用最广泛的光伏电池，其又可以细分为单晶硅电池和多晶硅电池。

结晶系电池

非结晶系电池

单晶硅和多晶硅光伏电池使用时间较长，技术较成熟，电能转换率较高，广泛应用于工业生产和大规模发电。但硅晶体制造成本较高，结晶系电池的生产工艺复杂，在生产中需要消耗大量能源，因此并没有推广到民营企业中。

价格低廉、性能优越的结晶系电池的替代品，如多晶硅薄膜和非晶硅薄膜得到了应用和发展，在光伏电池行业应用广泛。

其中，非晶硅薄膜电池转化率低，但造价更低，同时拥有重量优势，比较轻薄，适用于工业生产；在生产过程中安全等级较高，无毒害作用，更具有开发潜力。

非晶硅薄膜电池多用于小型照明或便携式供电设备，在未来发展中拥有广阔前景。

02

选择与注意事项

现阶段，市面上出现了很多种类的光伏电池，在电池选择上需要格外注意，只有转化率高、稳定性较强，并且输出功率峰值低于 0.05 的电池才符合标准。

在运行过程中，光伏电池输出会受连接线缆的影响，在应用光伏电池时，想要使光伏电池的发电效率最高，就要正确连接电缆。

贰

蓄电池

01

蓄电池的特点

1

充电率较低

2

放电电流较小

蓄电池会长时间维持在放电状态，造成这一现象的主要原因是其具有高频率的较长放电时间，但也会发生过度放电的现象。

3

一次充电时间短

在白天阳光充足的情况下，蓄电池的一次充电时间为 10 h 左右，光伏系统很难在短时间内完成快速充电，蓄电池会出现长时间的亏电情况。

4

受环境影响大

很多规模较大的光伏照明系统在运行时会设置专门的电池存储区域，为蓄电池提供良好的存储空间；在一些小型光伏系统，如太阳能路灯中，蓄电环境较差，季节温差和昼夜温差影响较大，蓄电池的寿命会明显缩短

02

蓄电池的应用要点

蓄电池是光伏照明系统的重要组成部分，是整个系统中不可缺少的能源部件。蓄电池可以在光照不足的情况下（如阴天和夜晚）持续供电，在白天阳光充足的情况下储存电能，通常使用循环工作方式充电。在交流停电过程中，蓄电池需要发挥主导作用。

一般情况下，当太阳能发电功率大幅度下降时，蓄电池可以起到缓冲作用，维持电压的稳定。常用的蓄电池包括锂离子电池和氢燃料电池，需要结合实际需求选择合适的蓄电池。

（1）想要使蓄电池与太阳能方阵同时进入工作状态，需要依据天气情况有针对性地设置基本负载。

在设计太阳能方阵时，不应全按照低于平均天气的时间段计算方阵数量，这会增加太阳能方阵的数量，导致超出需求，增加投入。

（2）太阳辐射强度是蓄电池工作的决定性因素，如果太阳辐射强度过低，蓄电池会自动识别并对负载供电。太阳能方阵的能量要高于太阳平均辐射强度，使蓄电池得到电能，从而实现自动充电。

（3）如果想要减少恶劣天气对蓄电池蓄电时间的影响，应该应用混合系统，在恶劣天气或冬季无法满足蓄电池蓄电要求时，可采用备用发电机为蓄电池提供充足电能；在夏季可以停用备用发电机。

（4）独立系统方阵大小的计算依据是一年中采光最差季节的采光，这样能满足蓄电池的蓄电要求，同时可以延长整个系统的使用寿命、减少维护成本、提升经济效益。

（5）蓄电池蓄积电能的多少需要根据自身容量计算。

采用并联蓄电池组对时，应控制蓄电池的数量，不应超过 4 个。

（6）在充电开始阶段，如果采用大电流为蓄电池充电，在短时间内会造成蓄电池电压急剧上升，增加蓄电池风险，充入的电量也无法完全储存。

在电池电阻的影响下，蓄电池温度会逐渐上升，增加使用风险。

因此，充电时应采用小电流充电，避免电池发热引发安全事故。在充电一段时间后，电压平稳，可以采用较大电流充电，实现快速充电。

当电量即将饱和，接近过充点时，过高的电流会造成蓄电池损伤，此时应降低电流，直至补充到额定变量，一般持续时间为10 min ～ 3 h。

控制系统处于检测阶段说明蓄电池已经完成充电，此时电压将复原为终止电压，蓄电池处于饱和状态。

（7）研究人员通过试验发现，如果 1 个充电脉冲结束之后马上出现另 1 个脉冲，电解液会有缓冲时间，电极中的气泡能被除去，并且使电池寿命得到延长。

简单来说，融合负电脉冲充电与脉冲充电，蓄电池能够在短时间内完成充电。研究人员还发现，传统的开关式充电法存在充电时间较长、电池在充电过程中温度过高等弊端，应用上述方法能解决这些问题。

弎

光源

根据光源使用场所不同，可以选择光效和寿命等符合国家标准的绿色光源，常见光源的主要特性如表 1 所示。

表1 常见光源的主要特性

光伏照明系统主要选择光效较高、寿命较长、无频闪的绿色光源。根据表 1，可以选择 LED光源，以及无极灯和荧光灯。站在可持续发展角度，LED 光源更具有开发潜力，在未来的发展中将成为主流光源。

肆

电缆

选择合适的电缆是光伏照明系统应用中的重要环节，应结合多种因素选择恰当的电缆。

可以通过计算选择线损不高于 0.05 的电缆，线损 = 电流 × 电路总线长 × 线缆电压因子。

伍

支架

光伏照明系统中应用的支架应具备高强度，能够抵御 200 ㎞ /h 的风力，安装的支架能够在恶劣环境下保持站立状态；

支架应重量轻，可以选择铝合金型材作为支撑，在地脚表面镀锌钢材；支架应具有灵活性，可以在一定范围内旋转；支架应具有抗腐蚀性，主梁和支撑梁面阳极化处理应符合建筑标准；支架安装时，应选择容易安装的位置。

陆

控制器

根据相关研究，光伏照明系统的充电效率主要受蓄电池的电流大小、脉冲周期和充电时间等因素的影响。想要提升整体技术水平，需要相关人员不断对技术进行改进与优化。

其中，控制器可以根据蓄电池存储电荷量控制电流大小，如果蓄电池的电量在 90% 左右，控制器会马上给出相应的反应。

充电的 4 个阶段是补充、预充、快速和维护充电，这 4 个充电阶段的平均速度是控制器的速度。

优化控制器的应用，需要实现不发热阶段式充电管理，确保全程可调设置；设计雷电保护、过载保护、反极性保护，满足密封标准，并通过 LED 或液晶屏显示工作状态。

如果将开关置于充电控制设置点，电流会马上被控制器切断。此时，蓄电池的电量将达 60%，同时电阻也增加了，蓄电池的电解质会因此分层，出现大量沉淀物，进而使其充电效率出现问题。

如果应用脉冲宽度调制控制器，将蓄电池与光伏方阵串联，可以根据需要调制信号脉冲宽度，能够控制电流，并将蓄电池电压控制在一定范围内。

脉冲宽度调制控制器可以使蓄电池电量达到 90% 以上，可以提升太阳能利用率和蓄电池的充电效率，延长电池使用寿命，减少更换成本；应用脉冲宽度调制控制器可以提升电压的穿透力，减少产气量或避免气泡形成，进一步优化光伏照明系统技术方案；应用控制器能够保证光伏照明系统的稳定性，提升蓄电池安全性，将过冲和过放控制在合理范围内。

2023

文章重点阐述了光伏照明系统的组成和应用，在该系统中，蓄电池起到稳压和削峰平谷的作用。

应用蓄电池时，需要设置不同放电倍率下的放电截止电压参数，在光照不足时实现市电无延迟能量补充，利用阳光提供充足的照明。光伏照明系统比传统照明系统更环保，能够最大程度减少照明污染，将光伏照明系统用于建筑，能提升建筑使用特性。