[科普中国]-太阳能草坪灯

系统组成

一套完整的太阳能草坪灯系统包括：光源、控制器、蓄电池、太阳能电池组件及灯体。2

当白天太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池将光能转变为电能并通过控制电路将电能存储在蓄电池中。天黑后，蓄电池中的电能通过控制电路为草坪灯的LED光源供电。第二天早晨天亮时，蓄电池停止为光源供电，草坪灯熄灭，太阳能电池继续为蓄电池充电，周而复始、循环工作。3控制器由单片机、传感器组成，通过对光信号的采集和判断控制光源部分的开、关。灯体主要起到系统防护及白天的装饰作用，保障这一系统正常运行。其中光源、控制器、蓄电池是决定草坪灯系统性能的关键。系统枢图如右图所示。4

太阳能电池1、类型

太能能电池是将太阳能转化为电能，较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池。

（1）单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合在阴雨天比较多、阳光不是很充足的南方地区使用。

（2）多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用。

（3）非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外太阳光不足的地方使用。

2、工作电压

太阳能电池的工作电压为配套电池电压的1.5倍，才能保证给蓄电池正常充电。如给3.6V蓄电池充电需要用4.0~5.4V太阳能电池；给6V蓄电池充电需要用8~9V太阳能电池；给12V蓄电池充电需要用15~18V太阳能电池。

3、输出功率

太阳能电池的单位面积输出功率约为 127 Wp/m2。太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照光源、线路传输部件所消耗的总功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜超过光源功率的 3~5 倍，光照丰富、开灯时短地区为（3~4）倍以上；反之为（4~5）倍以上。5

蓄电池蓄电池在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到夜晚需要照明的时候再释放出来。

1、类型

（1）铅酸（CS）蓄电池：使用于低温高倍率放电、能力偏低，目前大部分太阳能路灯采用。密封免维护、价格低。但要注意防止铅酸污染，应逐步淘汰。

（2）镍镉（Ni-Cd）蓄电池：放电倍率高、低温性能好、循环寿命长，小型系统采用，但应注意防止镉污染。

（3）镍氢（Ni-H）蓄电池：高倍率放电、低温性能好、价格便宜、无污染，为绿色环保电池。可为小型系统采用，这种产品宜大力提倡。目前，广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。

2、蓄电池连接

并联连接时，要考虑各单体电池间的不平衡影响，并联组数不宜超过四组。安装时要注意，蓄电池的防盗问题。5

工作原理电路结构以光敏电池为光敏器件的太阳能草坪灯电路如图1所示。所谓以光敏电池为光敏器件是指利用太阳能电池本身的光感特性，即有光太阳能电池输出电压，输出端呈现高电平；当无光时，太阳能电池没有电压输出，输出端出现低电平。

该电路主要由蓄电池充电电路、开关电路、驱动电路组成。充电电路由太阳能嗲吃哪行V1、二极管D1、蓄电池V2构成；开关电路由三极管Q1和电阻R2构成；驱动电路由三极管Q2组成。1

电路工作原理在图1中，当有光照射时，相等于开关S1闭合，连接6点。此时三极管Q1基极出现高电位，Q1三极管导通（集电极与发射极导通），Q1三极管处于饱和区，通过R2电阻的电流将全部通过Q1三极管的集电极向发射极接地，而流向Q2三极管基极电流几乎为零，所以Q2三极管截止，即Q2的集电极和发射极无电流，负载LED1无电流，停止工作。

同时太阳能电池产生的电能通过D1二极管一部向蓄电池V2充电，另外一部分通过R2电阻、Q1集电极、Q1发射极接地。由于蓄电池内阻远小于R2电阻，所以太阳能电池产生的电能几乎流向蓄电池V2。

当无光照射时，相等于开关S1断开。此时三极管Q1基极出现低点位，Q1三极管截止（集电极与发射极截止），Q1三极管处于截止区，通过R2电阻的电流将全部通过Q2三极管的基极向发射极接地，所以Q1三极管处于放大区，即Q1的基极电流和集电极电流成β倍关系，负载LED1正常工作。1

发展概况市场发展现状太阳能草坪灯是我国太阳能光伏应用领域每年消耗太阳电池最多的项目，是世界上唯一采用专用集成电路控制的太阳电池应用产品，是完全由半导体材料提供电能、并且同时用半导体材料发光的、真正的半导体照明产品。预计未来伴随着全球经济的复苏，国际市场需求总量会有所增加，同时国内市场需求也会逐步显现，别墅、公园、高尔夫球场等场所可能是市场需求最多的地方。

随着太阳能产业的快速发展，我国太阳能草坪灯生产企业数量及规模不断增加，目前产量已占全世界产量的90%以上，年销售3亿只以上，太阳电池的消耗量50～60MW。根据国内行业统计数据，我国太阳能草坪灯产量近年平均增长速度超过20%，2013年产量已经达到3.6亿只。表1为 2007～2013年太阳能草坪灯产量及同比增长统计表；2013年太阳能草坪灯生产区域分布见图1。6

市场需求分析（1）国外市场需求规模

美国、日本、欧盟等发达国家，近年对太阳能草坪灯的需求呈现快速增长趋势。太阳能草坪灯样式简单，没有长长的电缆，内部有个蓄电池，白天吸收日光储备起来，每当黄昏点灯之时便会点亮，发出柔和的灯光，一般能持续8h。

欧洲绿化非常好，草坪覆盖率高。欧洲的一些城市及乡村草坪遍布，不少城市公园都以草坪为主角，成为人们休闲、娱乐的最佳场所；另外，别墅建筑草坪面积也非常庞大。在太阳能光伏产业迅速发展的今天，欧洲太阳能草坪灯的使用率位居世界前列，太阳能草坪灯已经成为欧洲绿化景观的一部分。

在美国销售的太阳能草坪灯中，超过90%均采用镍镉电池作储能电池。太阳能草坪灯只能用容量介于600～900m Ah的镍镉电池。由于镍镉电池（1.2V）有记忆效应，会导致电池在无完全放电时容量大幅降低，而且镍镉电池含有有毒物质，美国逐渐开始禁用镍镉电池，由此将使美国太阳能草坪灯产品市场需求结构有所改变，同时替换需求也加大了市场对太阳能草坪灯需求的增长。

在日本和韩国，城市街巷规划设计、改善工程和长效管理中体现的是以人为本的设计理念、精益求精的质量意识、精致和谐的街巷景观、功能完善的服务设施、高度文明的公众素质，在道路绿化、公园绿化等草坪上已广泛使用太阳能草坪灯。

目前国外每年从中国进口的太阳能草坪灯已经超过1亿只，并且今后几年这一市场仍将保持较快的增长趋势。

（2）国内市场需求规模

太阳能草坪灯主要用于城市草坪，包括广场、公园、小区、道路等绿地。城市化进程的加快和城市绿地水平的提高，刺激了草坪生产及科研的发展。目前全国已有上千家从事草坪供应的企业，其中千亩左右的骨干企业有数十家。国内草坪年产量已经超过2亿平方米。表4为2007～2013年我国草坪产量及同比增长统计表；2013年我国太阳能草坪灯的需求统计见表5 。

（3）太阳能草坪灯产品需求增长情况

我国太阳能产业发展迅速，国内市场对太阳能产品的潜在需求规模也十分巨大。近年太阳能草坪灯由于其节能、环保、安装方便等特点，在国内外应用广泛，虽然我国产品的应用还未完全普及，但其需求潜力巨大。随着城市绿化面积的进一步增加，国内市场将进一步加大对太阳能草坪灯的供应需求。表6为2007～2013年太阳能草坪灯产品需求及同比增长统计表；图2为2013年太阳能草坪灯需求地区分布统计。6

目前存在的问题1．产品良莠不齐、质量问题突出

目前，虽然太阳能草坪灯的产量巨大，产品质量却令人担忧。许多产品第一年质量比较好，以后就一年比一年差，互相仿造、偷工减料、打价格仗，一些产品出口以后成了垃圾货，败坏了我国制造业的声誉。

2．没有产品的国家标准

上叙问题产生的主要原因是：到目前为止，在我国还没有一个可以指导太阳能草坪灯生产和判断其质量好坏的产品标准，虽然许多企业也制定了自己的企业标准，由于大多数的厂家对于光伏照明技术理解上的偏差，这些标准基本上都比较片面，不能够涵盖太阳能草坪灯的全部技术要求。比如太阳能草坪灯的最关键的部分—微型太阳电池组件，它通常是由环氧树脂封装或者PCB板层压封装，目前在整个光伏行业里就没有相应的标准，没有这个标准，其它的太阳能草坪灯的标准就失去了技术基础，难怪整个太阳能草坪灯市场呈现出一片混乱的现象。7