太陽能LED燈具在城市照明中的應(yīng)用

摘 要：通過對太陽能LED燈具的市場分析及工作原理的介紹，闡述了太陽能led燈具的應(yīng)用。而且從LED發(fā)光源和控制器等方面實現(xiàn)了太陽能LED燈具的主要技術(shù)改進。

前言

　　城市照明是一門科學、一種文化、一項藝術(shù)。城市照明體現(xiàn)了一個城市的形象，反映了一個城市的科學管理，是一項社會系統(tǒng)工程[1]。太陽能LED燈具以其優(yōu)越的節(jié)能效果、人文的光源照明控制，倍受客戶青睞，其性價比與工頻交流電燈具基本持平，且具有不破壞環(huán)境、不消耗不可再生能源的特點，易于客戶接受，所以只要光源充足的地方就有太陽能LED燈具開發(fā)應(yīng)用的市場。

1、太陽能LED燈具的市場分析

　　隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的需求日益擴大，能源短缺問題已經(jīng)成為影響中國經(jīng)濟快速發(fā)展的一個重要問題，充分開發(fā)利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。同時在國際光電市場巨大潛力的推動下，各國的光電制造業(yè)都爭相投入巨資，擴大生產(chǎn)，以爭一席之地。中國作為世界能源消耗第二大國家也不例外。

　　與國際上蓬勃發(fā)展的光電發(fā)電相比，我國落后于發(fā)達國家10-15年，甚至明顯落后于印度。我國光電產(chǎn)業(yè)正以每年30%速度增長，2008奧運會在北京舉辦，以及國家建設(shè)社會主義新農(nóng)村的號召，還有未來5年能源下降20%的硬指標，這三條給太陽能產(chǎn)業(yè)提供了空前的商機，市場容量十分龐大，再加上國家對可再生資源開發(fā)利用的優(yōu)惠政策已經(jīng)施行，在這種情況下，我們有這么好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，整個社會和國家只要投入一小部分就可以有大的產(chǎn)出。太陽能作為一種可再生能源替代傳統(tǒng)的不可再生能源將成為一種必然[2]。

太陽能LED燈具的特性：

(1)低成本：高亮度、低功耗，所需太陽能電池及蓄電池組配置較低、成本下降。

(2)壽命長: 單晶硅或多晶硅太陽能組件的質(zhì)量保證期為20年，20年后電池組件可繼續(xù)使用，但發(fā)電量略有下降。超高亮白光LED使用壽命可達10萬小時，智能控制器靜態(tài)功耗低、使用壽命長。

(3)可靠穩(wěn)定: 單晶硅或多晶硅太陽能組件具有抗臺風、抗潮濕、抗紫外線輻射等特點。

(4)無人值守: 運行中無需管理人員，完美的智能控制系統(tǒng)給用戶足夠的放心。

(5)10小時以上供電: 系統(tǒng)設(shè)計時考慮到當?shù)仃幱晏鞖?，將平均多余的電能儲存到蓄電池?nèi)，確保用戶連續(xù)陰雨天有足夠的電能使用。

　　再加上使用太陽能LED燈具一不用架設(shè)或埋設(shè)電力線路；二不用電網(wǎng)的電能；三不用保養(yǎng)維護，真可謂一次投資，終身受益。

　　所以太陽能LED燈具可以方便安裝在廣場、校園、公園、街道等，需求量也越來越大。目前太陽能燈具在戶外照明領(lǐng)域市場占有量不到20%，預(yù)計在2008年以后，太陽能燈具在戶外照明領(lǐng)域市場占有量可達10%以上，五年以后有望達到20%左右。太陽能燈具是目前最環(huán)保、最節(jié)能、最易推廣的新燈具，市場前景不言而喻。

2、太陽能LED燈具的工作原理

　　如圖所示：白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過智能控制器的過充保護，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進行儲存；到了夜晚太陽能組件因接收不到光能，其輸出的直流電壓降到接近為零時，智能控制器自動開啟控制裝置，向LED提供電能，促使LED發(fā)光源發(fā)出足夠的亮度用于照明；到天亮時，太陽能組件又接收到光能產(chǎn)生電壓時，智能控制器又自動轉(zhuǎn)換到充電模式工作。

3、太陽能LED 燈具在城市照明中的應(yīng)用

3.1、主要技術(shù)改進

　　由于傳統(tǒng)LED光源發(fā)光角小，點面積亮度高，光的散射具有極強的方向性[3]。從而使光源形成光點，而光均勻度不好，正是因為圓頭超高亮白光LED沒有良好的發(fā)光角度，而束縛了其在照明燈具領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　因此提出了將圓頭外型改成平頭外型的新型LED結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，通過相關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)，超高亮白光LED通過外型的改變，發(fā)出光的結(jié)構(gòu)得到了全面改善，首先平頭LED的發(fā)光角度由過去的5°提升到了180°以上，光源總亮度得到了提升，光效得到加強，光源在單位面積的均勻度得到提高，消除了圓頭LED組合光源有光點，點亮度高而總面積內(nèi)亮度低的難點，完成了超高亮白光LED在實際照明課題領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　在實際LED組合光源應(yīng)用中，又大膽突破傳統(tǒng)觀念，在庭院燈與景觀燈方面使用平頭超高亮白光LED的柱式和炬式組合光源結(jié)構(gòu)，并且合理控制平頭超高亮白光LED的安裝傾斜角度，使以上兩種LED組合光源所發(fā)出照明光的均勻度及照度得到了大幅提升，同時由于光效加強，此種組合光源耗能僅3.5W左右，但所發(fā)出光的亮度已達到了20W節(jié)能燈或40W白熾燈的亮度。但成本卻比較低，通過實際測算使用本技術(shù)生產(chǎn)出的太陽能庭院燈和太陽能景觀燈，已可與同等規(guī)格的工頻交流電燈具在初裝工程上進行比較，并且如此組合發(fā)光源的結(jié)構(gòu)更加美觀大方，更加適用于庭院燈和景觀燈的景觀效果。

　　在路燈領(lǐng)域的組合發(fā)光源使用上研制了十字型和矩型組合發(fā)光源，在超高亮白光LED使用上采取平頭和圓頭LED合理比例搭配。克服了平頭LED點面積亮度不如圓頭LED，而圓頭LED光均勻度不如平頭LED的缺點，充分發(fā)揮平頭LED發(fā)光角度大光均勻度好，圓頭LED點面積亮度高的優(yōu)點，使兩者互相取長補短，發(fā)揮最大的光效，同時合理控制圓頭LED的安裝傾斜角度，使LED光源均勻分布于各個照明面上，在組合使用中，通過找到每個LED之間的最佳排列間隙，使組合發(fā)光源既有光源亮度，也保證了光源的均勻度，并提高了LED的使用壽命。

　　在控制器[4]方面，采用智能比較技術(shù)，使控制器的自身功耗降到4mA左右，使之更適合于太陽能控制系統(tǒng)，并且合理地設(shè)置蓄電池組的過充和過放電壓點，延長了蓄電池的使用壽命，同時通過精簡智能控制器的結(jié)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)更加簡單，故障率更低，為進一步降低成本做好了技術(shù)準備。

3.2安裝調(diào)試方法

　　安裝燈具固定地腳前，應(yīng)首先確定無遮擋到太陽能電池組件采光的障礙物，如有采光障礙物時，此燈具必須避開安裝。然后按照相關(guān)技術(shù)要求預(yù)埋燈具地腳，并等預(yù)埋件達到規(guī)定的安裝強度要求后，才能安裝燈具。將地腳螺絲必須上緊，不得松馳或漏上螺母，再按照接線方法將線接好，并將燈具正確安裝，保證燈桿垂直，不得傾斜。調(diào)節(jié)太陽能電池組件面板使其面向正南方，方向差≤5度，燈具安裝完成后，可將控制器的黃線與黑線組接線短路一下，試驗LED發(fā)光源是否正常發(fā)光。如發(fā)光則接線及控制器正常；如不發(fā)光則檢查接線是否正確。

3.2應(yīng)用實例

　　現(xiàn)太陽能LED燈具的應(yīng)用已成熟，開發(fā)出的太陽能照明產(chǎn)品有：公路燈系列，草坪燈系列，庭院燈系列，廣告燈箱燈系列，霓虹燈系列、造型景觀燈系列，信號燈系列，水下燈、地埋燈系列及家居照明燈系列等，它高亮度、低成本的特點得到了社會及消費者的認可。通過開展“節(jié)能工程”，會繼續(xù)增加人們對太陽能LED燈具的認知度，太陽能產(chǎn)品將會推向社會的每個角落。

4 結(jié)論

　　隨著人們對太陽能LED燈具的認知度越來越高，太陽能LED燈具及太陽能產(chǎn)品的普及率也會越來越高，市場越來越廣闊。同時也隨著太陽能LED燈具成本的降低，太陽能產(chǎn)品會進入更廣闊的領(lǐng)域走進千家萬戶，實現(xiàn)“太陽能的綠色照明工程”[6]，成為城市照明的一道閃亮風景。太陽能LED燈具是人們能直接感受到的低成本高節(jié)能的燈具，在太陽能的引用與推廣上定會走在前頭。