太陽能草坪燈

一套完整的太陽能草坪燈系統包括：光源、控制器、蓄電池、太陽能電池組件及燈體。

當白天太陽光照射在太陽能電池上時，太陽能電池將光能轉變為電能並通過控制電路將電能存儲在蓄電池中。天黑后，蓄電池中的電能通過控制電路為草坪燈的LED光源供電。第二天早晨天亮時，蓄電池停止為光源供電，草坪燈熄滅，太陽能電池繼續為蓄電池充電，周而復始、循環工作。控制器由單片機、感測器組成，通過對光信號的採集和判斷控制光源部分的開、關。燈體主要起到系統防護及白天的裝飾作用，保障這一系統正常運行。其中光源、控制器、蓄電池是決定草坪燈系統性能的關鍵。系統樞圖如右圖所示。

1、類型

太能能電池是將太陽能轉化為電能，較實用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅三種太陽能電池。

（1）單晶硅太陽能電池性能參數比較穩定，適合在陰雨天比較多、陽光不是很充足的南方地區使用。

（2）多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶硅低，適合在太陽光充足、日照好的東西部地區使用。

（3）非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低，適合在室外太陽光不足的地方使用。

2、工作電壓

太陽能電池的工作電壓為配套電池電壓的1.5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如給3.6V蓄電池充電需要用4.0~5.4V太陽能電池；給6V蓄電池充電需要用8~9V太陽能電池；給12V蓄電池充電需要用15~18V太陽能電池。

3、輸出功率

太陽能電池的單位面積輸出功率約為 127 Wp/m2。太陽能電池一般由多個太陽能單元電池串聯組成，其容量取決於照光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當地太陽能輻射能量。太陽能電池組輸出功率宜超過光源功率的 3~5 倍，光照豐富、開燈時短地區為（3~4）倍以上；反之為（4~5）倍以上。

蓄電池在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到夜晚需要照明的時候再釋放出來。

1、類型

（1）鉛酸（CS）蓄電池：使用於低溫高倍率放電、能力偏低，目前大部分太陽能路燈採用。密封免維護、價格低。但要注意防止鉛酸污染，應逐步淘汰。

（2）鎳鎘（Ni-Cd）蓄電池：放電倍率高、低溫性能好、循環壽命長，小型系統採用，但應注意防止鎘污染。

（3）鎳氫（Ni-H）蓄電池：高倍率放電、低溫性能好、價格便宜、無污染，為綠色環保電池。可為小型系統採用，這種產品宜大力提倡。目前，廣泛採用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和鹼性鎳鎘蓄電池三種。

2、蓄電池連接

並聯連接時，要考慮各單體電池間的不平衡影響，並聯組數不宜超過四組。安裝時要注意，蓄電池的防盜問題。

以光敏電池為光敏器件的太陽能草坪燈電路如圖1所示。所謂以光敏電池為光敏器件是指利用太陽能電池本身的光感特性，即有光太陽能電池輸出電壓，輸出端呈現高電平；當無光時，太陽能電池沒有電壓輸出，輸出端出現低電平。

該電路主要由蓄電池充電電路、開關電路、驅動電路組成。充電電路由太陽能嗲吃哪行V1、二極體D1、蓄電池V2構成；開關電路由三極體Q1和電阻R2構成；驅動電路由三極體Q2組成。

在圖1中，當有光照射時，相等於開關S1閉合，連接6點。此時三極體Q1基極出現高電位，Q1三極體導通（集電極與發射極導通），Q1三極體處於飽和區，通過R2電阻的電流將全部通過Q1三極體的集電極向發射極接地，而流向Q2三極體基極電流幾乎為零，所以Q2三極體截止，即Q2的集電極和發射極無電流，負載LED1無電流，停止工作。

同時太陽能電池產生的電能通過D1二極體一部向蓄電池V2充電，另外一部分通過R2電阻、Q1集電極、Q1發射極接地。由於蓄電池內阻遠小於R2電阻，所以太陽能電池產生的電能幾乎流向蓄電池V2。

當無光照射時，相等於開關S1斷開。此時三極體Q1基極出現低點位，Q1三極體截止（集電極與發射極截止），Q1三極體處於截止區，通過R2電阻的電流將全部通過Q2三極體的基極向發射極接地，所以Q1三極體處於放大區，即Q1的基極電流和集電極電流成β倍關係，負載LED1正常工作。

太陽能草坪燈是我國太陽能光伏應用領域每年消耗太陽電池最多的項目，是世界上唯一採用專用集成電路控制的太陽電池應用產品，是完全由半導體材料提供電能、並且同時用半導體材料發光的、真正的半導體照明產品。預計未來伴隨著全球經濟的復甦，國際市場需求總量會有所增加，同時國內市場需求也會逐步顯現，別墅、公園、高爾夫球場等場所可能是市場需求最多的地方。

隨著太陽能產業的快速發展，我國太陽能草坪燈生產企業數量及規模不斷增加，目前產量已佔全世界產量的90%以上，年銷售3億隻以上，太陽電池的消耗量50～60MW。根據國內行業統計數據，我國太陽能草坪燈產量近年平均增長速度超過20%，2013年產量已經達到3.6億隻。表1為 2007～2013年太陽能草坪燈產量及同比增長統計表；2013年太陽能草坪燈生產區域分佈見圖1。

（1）國外市場需求規模

美國、日本、歐盟等發達國家，近年對太陽能草坪燈的需求呈現快速增長趨勢。太陽能草坪燈樣式簡單，沒有長長的電纜，內部有個蓄電池，白天吸收日光儲備起來，每當黃昏點燈之時便會點亮，發出柔和的燈光，一般能持續8h。

歐洲綠化非常好，草坪覆蓋率高。歐洲的一些城市及鄉村草坪遍布，不少城市公園都以草坪為主角，成為人們休閑、娛樂的最佳場所；另外，別墅建築草坪面積也非常龐大。在太陽能光伏產業迅速發展的今天，歐洲太陽能草坪燈的使用率位居世界前列，太陽能草坪燈已經成為歐洲綠化景觀的一部分。

在美國銷售的太陽能草坪燈中，超過90%均採用鎳鎘電池作儲能電池。太陽能草坪燈只能用容量介於600～900m Ah的鎳鎘電池。由於鎳鎘電池（1.2V）有記憶效應，會導致電池在無完全放電時容量大幅降低，而且鎳鎘電池含有有毒物質，美國逐漸開始禁用鎳鎘電池，由此將使美國太陽能草坪燈產品市場需求結構有所改變，同時替換需求也加大了市場對太陽能草坪燈需求的增長。

在日本和韓國，城市街巷規劃設計、改善工程和長效管理中體現的是以人為本的設計理念、精益求精的質量意識、精緻和諧的街巷景觀、功能完善的服務設施、高度文明的公眾素質，在道路綠化、公園綠化等草坪上已廣泛使用太陽能草坪燈。

目前國外每年從中國進口的太陽能草坪燈已經超過1億隻，並且今後幾年這一市場仍將保持較快的增長趨勢。

（2）國內市場需求規模

太陽能草坪燈主要用於城市草坪，包括廣場、公園、小區、道路等綠地。城市化進程的加快和城市綠地水平的提高，刺激了草坪生產及科研的發展。目前全國已有上千家從事草坪供應的企業，其中千畝左右的骨幹企業有數十家。國內草坪年產量已經超過2億平方米。表4為2007～2013年我國草坪產量及同比增長統計表；2013年我國太陽能草坪燈的需求統計見表5 。

（3）太陽能草坪燈產品需求增長情況

我國太陽能產業發展迅速，國內市場對太陽能產品的潛在需求規模也十分巨大。近年太陽能草坪燈由於其節能、環保、安裝方便等特點，在國內外應用廣泛，雖然我國產品的應用還未完全普及，但其需求潛力巨大。隨著城市綠化面積的進一步增加，國內市場將進一步加大對太陽能草坪燈的供應需求。表6為2007～2013年太陽能草坪燈產品需求及同比增長統計表；圖2為2013年太陽能草坪燈需求地區分佈統計。

1．產品良莠不齊、質量問題突出

目前，雖然太陽能草坪燈的產量巨大，產品質量卻令人擔憂。許多產品第一年質量比較好，以後就一年比一年差，互相仿造、偷工減料、打價格仗，一些產品出口以後成了垃圾貨，敗壞了我國製造業的聲譽。

2．沒有產品的國家標準

上敘問題產生的主要原因是：到目前為止，在我國還沒有一個可以指導太陽能草坪燈生產和判斷其質量好壞的產品標準，雖然許多企業也制定了自己的企業標準，由於大多數的廠家對於光伏照明技術理解上的偏差，這些標準基本上都比較片面，不能夠涵蓋太陽能草坪燈的全部技術要求。比如太陽能草坪燈的最關鍵的部分—微型太陽電池組件，它通常是由環氧樹脂封裝或者PCB板層壓封裝，目前在整個光伏行業里就沒有相應的標準，沒有這個標準，其它的太陽能草坪燈的標準就失去了技術基礎，難怪整個太陽能草坪燈市場呈現出一片混亂的現象。