引言

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)已經出現(xiàn)很多年了，但是由于其初期投入高，在建筑照明系統(tǒng)中還沒有得到廣泛應用。隨著發(fā)光二極管技術的高速發(fā)展，尤其是白光二極管的高效特性，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與LED燈結合的照明系統(tǒng)將成為建筑照明節(jié)能的新途徑。

　　1 光伏發(fā)電原理

　　作為世界第二大能源消費國，我國政府一直高度重視能源和節(jié)能工作，早在20世紀80年代初就提出了“能源開發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在優(yōu)先位置”的方針，將節(jié)能納入國家經濟和社會發(fā)展計劃。解決中國的能源問題，一方面要開源，加大國內能源勘探開發(fā)力度；另一方面要節(jié)流，必須堅持節(jié)約優(yōu)先，大幅度提高能源利用效率，加快建設節(jié)約型社會。

　　上個世紀50年代，在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發(fā)電技術。太陽電池工作原理的基礎是半導體PN 結的光生伏打效應，就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產生電動勢和電流的一種效應。即當太陽光或其他光照射半導體的PN 結時，就會在PN 結的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓，使PN結短路，就會產生電流。

　　太陽光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學發(fā)電、光感應發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽能及半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發(fā)電方式，是當今太陽光發(fā)電的主流。時下，人們通常所說太陽光發(fā)電就是太陽能光伏發(fā)電（PV），亦稱太陽能電池發(fā)電。

　　2 固體發(fā)光原理

　　近年來，固態(tài)照明得到了快速發(fā)展。固態(tài)照明是指用全固態(tài)發(fā)光器件作為光源的照明技術，目前主要包含半導體照明的發(fā)光二極管（LED）和有機物發(fā)光二極管（OLED）。LED 燈作為照明光源，其優(yōu)越性在于：光電轉換效率高，低壓供電，使用壽命長，既可以有選擇地發(fā)出單色光，也可以高效地發(fā)出白光，所以可以大大節(jié)約電能。半導體發(fā)光二極管（LED）利用注入PN結的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合，從而發(fā)出可見光，是一種直接把電能轉化為光能的發(fā)光器件。發(fā)光二極管的結構主要由PN結芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。當在電極上加上正向偏壓之后，使電子和空穴分別注入P區(qū)和N區(qū)，當非平衡少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉化為光能。其發(fā)光過程包括三個部分；正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。發(fā)光二極管有許多的優(yōu)點：工作電壓低，耗電量少；性能穩(wěn)定，壽命長（一般為10萬到1000 萬h）；抗沖擊，耐振動性強；重量輕，體積小，成本低。[!--empirenews.page--]

　　LED要替代傳統(tǒng)照明光源，必須要能發(fā)出白光，而目前LED不能直接發(fā)出白光。LED產生白光主要有兩種途徑：第一種是將紅、綠、藍三色LED組合產生白光；第二種是在LED 芯片上涂敷熒光粉，LED 芯片本身發(fā)出一定顏色的光，一部分用于激發(fā)涂敷在其上面的熒光粉，另一部分與熒光粉發(fā)出的光混合產生白光。

　　3 光伏照明系統(tǒng)設計

　　太陽能光伏發(fā)電是緩解能源短缺的新路子。事實上，我國自20世紀70年代已開始探索太陽能光伏發(fā)電技術，但真正要有效果必須在兩個方面有所突破：一方面要利用廣闊的荒漠發(fā)展大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；另一方面要向屋頂進軍即將那些閑置的空間和就近太陽能資源利用起來，推出一個中國的太陽能“屋頂計劃”。

　　目前，太陽能光伏發(fā)電照明應用系統(tǒng)中的典型部件包括光伏矩陣板、電池、電網(wǎng)、動力調節(jié)單元，交流負載中心、直流/交流變換器、交流/直流變換器、直流電流調節(jié)器、光源和泛光燈。系統(tǒng)結構可能只包括其中的幾個部分，這主要取決于光源和不同的應用需求。

　　光伏發(fā)電照明系統(tǒng)主要有三種結構類型，包括獨立系統(tǒng)，并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)，如圖1所示。

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　　獨立系統(tǒng)常見于居民區(qū)路燈、停車場標志燈和電網(wǎng)公共照明系統(tǒng)，它們通常需要電池，所以有很高的存儲修復損耗和維護費用。并網(wǎng)系統(tǒng)不需要電池，但是它們要連接到電網(wǎng)上，并且當從光伏矩陣板中采集的太陽能不能滿足于裝置需求時，系統(tǒng)就會從電網(wǎng)吸取電能。在并網(wǎng)系統(tǒng)中為了將光伏矩陣板中輸入能量和從公共網(wǎng)中輸入能量混合，我們需要直流負載還是交流負載，是需要動力單元還是交流負荷中心，這些都取決于負載的種類。

　　最好的情況是，當光伏矩陣板發(fā)出的能量超過需求時，一些并網(wǎng)系統(tǒng)能夠將能量反饋到電網(wǎng)?；旌舷到y(tǒng)將很多電力產品和儲能元件結合起來，以此來滿足能量需求，例如，將并網(wǎng)系統(tǒng)與備份電池相連。這樣系統(tǒng)雖然復雜昂貴，但是可靠性提高，尤其是連接到公共電網(wǎng)的時候。固態(tài)照明技術在過去的幾年中得到了高速發(fā)展。市場上一些白光LED已經能做到每瓦功效超過25lm，這包括驅動損耗，其功效是普通白熾燈的兩倍。再有，LED 直流低電壓工作的特點，使它成為太陽能利用的最佳組合。因此，對于研制和設計有效的光伏發(fā)電照明系統(tǒng)，白光二極管是一個最有潛力的選擇。圖2 是建筑物中光伏LED節(jié)能照明系統(tǒng)示意圖。

　　4 結語

　　在今后的十幾年中，太陽能電池的市場走向將發(fā)生很大的改變，到2010年以前中國太陽電池多數(shù)是用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，從2011年到2020年，中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨立發(fā)電系統(tǒng)轉向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏供電技術是解決21世紀能源和環(huán)境問題的有效途徑。常規(guī)能源面臨枯竭，可再生能源將成為能源消費的主流。

　　新材料及半導體技術的飛速發(fā)展，使得LED尤其是高亮度白光LED的發(fā)光效率不斷提升，當白光LED光效達到200lm/W，并且單燈成本小于28元時，LED光源完全可以取代傳統(tǒng)光源在各種照明領域中的應用。

　　隨著我國對可再生能源的重視和投入、國家半導體照明工程的開展，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和LED照明系統(tǒng)將會很快進入我們的建筑物。今后的照明系統(tǒng)將是新一代的能源（PV）和新一代光源（LED）的完美結合