太阳能LED灯具在城市照明中的应用

太阳能LED灯具在城市照明中的应用

摘 要：通过对太阳能LED灯具的市场分析及工作原理的介绍，阐述了太阳能LED灯具的应用。而且从LED发光源和控制器等方面实现了太阳能LED灯具的主要技术改进。

前言

　　城市照明是一门科学、一种文化、一项艺术。城市照明体现了一个城市的形象，反映了一个城市的科学管理，是一项社会系统工程[1]。太阳能LED灯具以其优越的节能效果、人文的光源照明控制，倍受客户青睐，其性价比与工频交流电灯具基本持平，且具有不破坏环境、不消耗不可再生能源的特点，易于客户接受，所以只要光源充足的地方就有太阳能LED灯具开发应用的市场。

1、太阳能LED灯具的市场分析

　　随着中国经济的快速发展，对能源的需求日益扩大，能源短缺问题已经成为影响中国经济快速发展的一个重要问题，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。同时在国际光电市场巨大潜力的推动下，各国的光电制造业都争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。中国作为世界能源消耗第二大国家也不例外。

　　与国际上蓬勃发展的光电发电相比，我国落后于发达国家10-15年，甚至明显落后于印度。我国光电产业正以每年30%速度增长，2008奥运会在北京举办，以及国家建设社会主义新农村的号召，还有未来5年能源下降20%的硬指标，这三条给太阳能产业提供了空前的商机，市场容量十分庞大，再加上国家对可再生资源开发利用的优惠政策已经施行，在这种情况下，我们有这么好的产业基础，整个社会和国家只要投入一小部分就可以有大的产出。太阳能作为一种可再生能源替代传统的不可再生能源将成为一种必然[2]。

太阳能LED灯具的特性：

(1)低成本：高亮度、低功耗，所需太阳能电池及蓄电池组配置较低、成本下降。

(2)寿命长: 单晶硅或多晶硅太阳能组件的质量保证期为20年，20年后电池组件可继续使用，但发电量略有下降。超高亮白光LED使用寿命可达10万小时，智能控制器静态功耗低、使用寿命长。

(3)可靠稳定: 单晶硅或多晶硅太阳能组件具有抗台风、抗潮湿、抗紫外线辐射等特点。

(4)无人值守: 运行中无需管理人员，完美的智能控制系统给用户足够的放心。

(5)10小时以上供电: 系统设计时考虑到当地阴雨天气，将平均多余的电能储存到蓄电池内，确保用户连续阴雨天有足够的电能使用。

　　再加上使用太阳能LED灯具一不用架设或埋设电力线路；二不用电网的电能；三不用保养维护，真可谓一次投资，终身受益。

　　所以太阳能LED灯具可以方便安装在广场、校园、公园、街道等，需求量也越来越大。目前太阳能灯具在户外照明领域市场占有量不到20%，预计在2008年以后，太阳能灯具在户外照明领域市场占有量可达10%以上，五年以后有望达到20%左右。太阳能灯具是目前最环保、最节能、最易推广的新灯具，市场前景不言而喻。

2、太阳能LED灯具的工作原理

　　如图所示：白天太阳光照射到太阳能组件上，使太阳能电池组件产生一定幅度的直流电压，把光能转换为电能，再传送给智能控制器，经过智能控制器的过充保护，将太阳能组件传来的电能输送给蓄电池进行储存；到了夜晚太阳能组件因接收不到光能，其输出的直流电压降到接近为零时，智能控制器自动开启控制装置，向LED提供电能，促使LED发光源发出足够的亮度用于照明；到天亮时，太阳能组件又接收到光能产生电压时，智能控制器又自动转换到充电模式工作。

3、太阳能LED 灯具在城市照明中的应用

3.1、主要技术改进

　　由于传统LED光源发光角小，点面积亮度高，光的散射具有极强的方向性[3]。从而使光源形成光点，而光均匀度不好，正是因为圆头超高亮白光LED没有良好的发光角度，而束缚了其在照明灯具领域的应用。

　　因此提出了将圆头外型改成平头外型的新型LED结构设计方案，通过相关实验发现，超高亮白光LED通过外型的改变，发出光的结构得到了全面改善，首先平头LED的发光角度由过去的5°提升到了180°以上，光源总亮度得到了提升，光效得到加强，光源在单位面积的均匀度得到提高，消除了圆头LED组合光源有光点，点亮度高而总面积内亮度低的难点，完成了超高亮白光LED在实际照明课题领域的应用。

　　在实际LED组合光源应用中，又大胆突破传统观念，在庭院灯与景观灯方面使用平头超高亮白光LED的柱式和炬式组合光源结构，并且合理控制平头超高亮白光LED的安装倾斜角度，使以上两种LED组合光源所发出照明光的均匀度及照度得到了大幅提升，同时由于光效加强，此种组合光源耗能仅3.5W左右，但所发出光的亮度已达到了20W节能灯或40W白炽灯的亮度。但成本却比较低，通过实际测算使用本技术生产出的太阳能庭院灯和太阳能景观灯，已可与同等规格的工频交流电灯具在初装工程上进行比较，并且如此组合发光源的结构更加美观大方，更加适用于庭院灯和景观灯的景观效果。

　　在路灯领域的组合发光源使用上研制了十字型和矩型组合发光源，在超高亮白光LED使用上采取平头和圆头LED合理比例搭配。克服了平头LED点面积亮度不如圆头LED，而圆头LED光均匀度不如平头LED的缺点，充分发挥平头LED发光角度大光均匀度好，圆头LED点面积亮度高的优点，使两者互相取长补短，发挥最大的光效，同时合理控制圆头LED的安装倾斜角度，使LED光源均匀分布于各个照明面上，在组合使用中，通过找到每个LED之间的最佳排列间隙，使组合发光源既有光源亮度，也保证了光源的均匀度，并提高了LED的使用寿命。

　　在控制器[4]方面，采用智能比较技术，使控制器的自身功耗降到4mA左右，使之更适合于太阳能控制系统，并且合理地设置蓄电池组的过充和过放电压点，延长了蓄电池的使用寿命，同时通过精简智能控制器的结构，使之结构更加简单，故障率更低，为进一步降低成本做好了技术准备。

3.2安装调试方法

　　安装灯具固定地脚前，应首先确定无遮挡到太阳能电池组件采光的障碍物，如有采光障碍物时，此灯具必须避开安装。然后按照相关技术要求预埋灯具地脚，并等预埋件达到规定的安装强度要求后，才能安装灯具。将地脚螺丝必须上紧，不得松驰或漏上螺母，再按照接线方法将线接好，并将灯具正确安装，保证灯杆垂直，不得倾斜。调节太阳能电池组件面板使其面向正南方，方向差≤5度，灯具安装完成后，可将控制器的黄线与黑线组接线短路一下，试验LED发光源是否正常发光。如发光则接线及控制器正常；如不发光则检查接线是否正确。

3.2应用实例

　　现太阳能LED灯具的应用已成熟，开发出的太阳能照明产品有：公路灯系列，草坪灯系列，庭院灯系列，广告灯箱灯系列，霓虹灯系列、造型景观灯系列，信号灯系列，水下灯、地埋灯系列及家居照明灯系列等，它高亮度、低成本的特点得到了社会及消费者的认可。通过开展“节能工程”，会继续增加人们对太阳能LED灯具的认知度，太阳能产品将会推向社会的每个角落。

4 结论

　　随着人们对太阳能LED灯具的认知度越来越高，太阳能LED灯具及太阳能产品的普及率也会越来越高，市场越来越广阔。同时也随着太阳能LED灯具成本的降低，太阳能产品会进入更广阔的领域走进千家万户，实现“太阳能的绿色照明工程”[6]，成为城市照明的一道闪亮风景。太阳能LED灯具是人们能直接感受到的低成本高节能的灯具，在太阳能的引用与推广上定会走在前头。

参考文献：
〔1〕刘海元，周广郁，浅谈LED光源及其在我市景观照明中的应用，灯与照明，2005.6,30(2),16-18
〔2〕马恩兵，用战略眼光谋求国内光伏产业市场化，西南科技开发2005.12,10-12
〔3〕王尔镇，新世纪照明用白色LED光源，真空电子技术，2002.2,20-24
〔4〕陈维，沈辉，王东海，邓幼俊，太阳能半导体照明驱动技术研究，照明工程学报，2005.9,16(30)7-10
〔5〕冯昌，徐进明，超高亮度LED在太阳能城市灯光系统中的应用，武汉科技学院学报，2003,16(6),39-41
〔6〕王尔镇，新世纪照明用白色LED光源，真空电子技术，2002.2,20-2