1 太陽能照明概述

太陽能是“取之不盡，用之不竭”的，無污染的可再生能源，每天送到地球表面的輻射能大約相當于２．５億萬桶石油。在很長一段時間內，太陽能都白白地從人們身邊“溜走”了。隨著科學技術的飛速發展，太陽能逐漸被開發利用，并已成為最有發展前景的環保能源之一。

目前，太陽能的利用方式主要有兩種。

（1）通過太陽能電池將太陽能轉化為電能用于發電，即光伏發電，如太陽能照明、太陽能發電站等。

（2）通過集熱器把太陽能轉換為熱能加以利用，例如太陽能熱水器、太陽灶等。

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

太陽能照明最顯著的特點是節能、經濟、環保，無需由傳統的公共電力系統獲取電能，節省了變配電設備、纜線、開關等的投資，基本沒有運行費用。太陽能轉化為電能，避免了煤、油、核等發電導致的大氣和環境污染。在當今技術條件下，太陽能照明尤其適合應用于供電距離較遠或不易供電的地方。

2 太陽能照明原理

太陽能電池板把太陽能轉化為電能，經過大功率二極管及控制系統給蓄電池充電。充電到一定程度時，控制器內的自保系統動作，切斷充電電源。晚間，太陽能電池板充當了光電控制器，啟動控制器，蓄電池給照明燈供電，點燃照明燈；凌晨，太陽能電池板又充當了光電控制器，啟動控制器，切斷照明燈電源，重新開始進行轉化太陽能為電能的工作。在太陽能燈燃亮時，還能夠根據設置進行調光。

3 太陽能照明組成

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

3.1 太陽能電池

3.1.1 太陽能電池原理

太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變為電能的器件，這種光電轉換過程通常叫做“光生伏打效應”，太陽能電池又稱為“光伏電池”。

當太陽光照射到由Ｐ、Ｎ型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的Ｐ－Ｎ結上時，在一定條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，形成內建靜電場。如果從內建靜電場的兩側引出電極并接上適當負載，就會形成電壓和電流，這就是太陽能電池的基本原理。

單片太陽能電池就是一薄片半導體Ｐ-Ｎ結。標準光照條件下，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，往往把多片太陽能電池連接在一起。

太陽能電池的輸出功率是隨機的。不同時間、不同地點、不同安裝方式下，同一塊太陽能電池的輸出功率也是不同的。

目前，太陽能電池的光電轉換率一般在百分之十幾以上，個別發達國家的太陽能電池光電轉換率已經可以達到３０％左右。

3.1.2 太陽能電池分類

（1）硅太陽能電池；

（2）以無機鹽如：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能電池；

（4）納米晶太陽能電池等。

硅太陽能電池技術相對較成熟，半導體材料的禁帶不是太寬，光電轉換率較高，材料本身不造成污染，所以硅是目前最理想的太陽能電池材料。以其他材料為基礎的太陽能電池也正在研制和發展過程中。

3.1.3 硅太陽能電池

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

目前，單晶硅太陽能電池在道路照明、交通信號等室外照明中的應用較為普遍，光電轉換率為１１％～２４％，使用年限較長。

（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題，而且有可能在廉價襯底材料上制備。多晶硅薄膜太陽能電池的成本遠低于單晶硅電池，光電轉換率近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能電池的主導產品。

多晶硅太陽能電池在室外照明中的應用將越來越廣泛。

（3）非晶硅電池：非晶硅薄膜太陽能電池制作簡單，成本較低，便于大規模生產，普遍受到人們的重視并得以迅速的發展，光電轉換率在１４．５％以上，但穩定性較差。提高轉換率和穩定性是非晶硅薄膜太陽能電池的發展方向。目前，非晶硅電池在低功率電力系統中應用較多。

3.1.4 研制中的其他太陽能電池

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

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

（3）多元化合物薄膜太陽能電池：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能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產，但由于鎘有劇毒，會造成嚴重污染，因此，不能開發應用。