自制家用太阳能发电照明系统

自制家用太阳能发电照明系统太阳能发电系统由太阳能电池、太阳能充放电控制器、铅酸免维护蓄电池、逆变器和照明灯具组成。太阳能电池（ 30W）一般使用单晶硅 / 多晶硅太阳能电池，体积小，光电转换效率高。现在的价格平均为 30 元 /W，封装后的成品会略贵些。建议购买成品，质量和稳定性有保证。本人使用 30W单晶硅太阳能电池，设计寿命为 25年，使用不锈钢支架安装于阳台外（可在铝合金门窗加工店定制），横向摆放可使抗风性更好，如图 1。图 1 太阳能充放电控制器（ 12V/10A）太阳能充放电控制器是专为太阳能直流供电系统设计的，目的是为了提供过充、过放、电子短路、过载保护， 在 10W以上的太阳能系统中， 是必不可少的， 相当于整个系统的心脏。 控制器的空载损耗仅为 6mA，非常省电。太阳能充放电控制器有三对正负极接口，分别接太阳能电池、蓄电池和负载，如图 2。控制器的选购跟负载有关，如负载超过 120W，需要选用 12V/20A 的控制器。图 2 铅酸免维护蓄电池（ 12V/24AH）在有些国家的太阳能系统中，可以直接通过逆变器转为交流电后输到电网，由政府收购，然后晚上再从电网问政府买电，如果发电量大还可以赚钱，也节约了蓄电池的成本。但我国目前还没有收购绿电的计划，电表也是单向运转的，如果将电输到电网，还会增加每月电费开支，所以使用蓄电池来存储白天所发的电量以供夜间使用，如图 3。蓄电池建议选择铅酸免维护蓄电池，不用加水，使用方便。蓄电池的容量不能选太小，因为太小会浪费太阳能电池所发电量；也不能选太大，因为长时间处于未充满状态会影响电池寿命。一般情况下，以两天可以充满电池为宜。图 3 逆变器（ 70W）现在市面上有很多车载逆变器，转换效率高，价格便宜。因车载逆变器也是 12V输入，所以用来当太阳能发电系统的逆变器正好合适。经测试，如果负载达到 20以上，即可使逆变器达到 90以上的转换效率；如果负载在 20以下，会使转换效率变低。所以根据负载选择合适的逆变器，可以达到最高效率，如图 4。图 4 照明灯具（ 18W）照明灯具的选择着实令我费了番功夫。有 LED， 12V直流节能灯， 220V交流节能灯这三种选择。因为是卧室照明， LED虽然光效最高，但功率小，色谱缺失，散热和驱动电路麻烦等问题，首先被排除。 12V直流灯本来是最合适的光源，但是采购困难，而且光效不高。 220V 交流节能灯可以达到 60LM/W以上，虽然逆变器会损失 10的效率，但直流节能灯一般仅为 45LM/W，总体而言，还是普通的 220V 交流节能灯最合适。安装在室外安装好太阳能电池后，需要将室内的蓄电池，太阳能控制器等固定安装。考虑到散热问题，我想到用电脑机箱正合适，因为机箱是铁皮的，可以承受蓄电池的重量，散热也比较好。根据蓄电池的尺寸到网上找到一款小机箱，买回来装进去发现尺寸正好，见图 5，图 6。图 5 图 6 使用感受经测试，每天上午 8 点到下午 3 点是太阳光辐射最强的时候（上海）， 30W太阳能电池板在阳光下开路电压可以达到 19V，短路电流可以达到 1.6A ，基本达到额定功率。而到了下午 4 点后或在阴雨天，电流就只有 0.3A － 0.5A，所以太阳能发电系统的设计需要考虑到连续阴雨天的情况，阴雨天发电量为晴天的1/3 左右，一般以可以保证连续三个阴雨天能正常使用为佳。图 7 为节能灯夜间照明效果图。图 7 除了照明外，在逆变器插上电风扇（ 55W），笔记本电脑（ 60W），都可以正常工作。如果需要长时间使用笔记本电脑或电视机等用电器， 请将太阳能控制器更换成 12V/20A（ 240W） ， 逆变器可选 150W－ 300W。切不可使用空调，微波炉等高功率电器。虽然从成本来说，现在太阳能发电高于市电的价格，需要好几十年才可以收回投资成本，但环保是更为重要的。随着电力价格的上涨，和太阳能电池价格的下调，不久的将来，太阳能发电将接近或低于市电的价。到时，我们将充分利用太阳能这一绿色无污染的能源。