太陽能LED照明系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，系統(tǒng)規(guī)模跨度很大，小到0.3～2W的草坪燈，大到幾百瓦的太陽能LED高桿燈。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管太陽能LED照明系統(tǒng)規(guī)模大小不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。太陽能LED照明系統(tǒng)由太陽能電池方陣;蓄電池;控制器(有的控制器集成有LED驅(qū)動(dòng)器功能，也有將控制器和LED驅(qū)動(dòng)器分立);LED光源構(gòu)成。太陽能LED照明系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
二、LED光源
LED具有光線質(zhì)量高，基本上無輻射，可靠耐用，維護(hù)費(fèi)用極為低廉等優(yōu)勢(shì)，屬于典型的綠色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太陽能LED照明燈具使用成本，使之達(dá)到或接近工頻交流電照明系統(tǒng)初裝的成本，并且具有保護(hù)環(huán)境、安裝簡(jiǎn)便、操作安全、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
采用平頭LED的柱式和炬式組合光源結(jié)構(gòu)，通過合理控制平頭LED安裝傾斜角度，可使LED組合光源所發(fā)出光的均勻度及照度得到大幅提升。為太陽能LED照明系統(tǒng)專門研制的組合十字型和矩形組合發(fā)光源，充分發(fā)揮平頭LED開光角度大、光均勻度好和圓頭LED點(diǎn)面積亮度高的優(yōu)點(diǎn)，使兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮最大的光效，克服了平頭LED點(diǎn)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(diǎn)。通過對(duì)傳統(tǒng)太陽能LED照明燈具結(jié)構(gòu)、智能控制器、光源結(jié)構(gòu)的更新和技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)行最佳傾斜角設(shè)計(jì)，使平頭和圓頭LED的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而使其發(fā)光更均勻、整體亮度更高、成本更低、更有利于應(yīng)用推廣。
對(duì)于獨(dú)立太陽能LED照明系統(tǒng)，提高能量利用率，研究科學(xué)的系統(tǒng)能量控制策略，可以降低獨(dú)立太陽能LED照明系統(tǒng)的投資費(fèi)用。目前太陽能電池組件、控制器、蓄電池、LED光源是太陽能LED照明燈具產(chǎn)品的四個(gè)主要部件，它們各自的使用壽命參考值見表2。
主要部件 太陽能電池組件 控制器 蓄電池 照明光源
參考?jí)勖?span style="white-space:pre"> 25年 10年 3-5年 150000小時(shí)
三、太陽能LED照明系統(tǒng)特點(diǎn)
1)LED發(fā)光效率高、亮度大。LED的光源效率目前已達(dá)100lm/W，而且還有很大的發(fā)展空間，理論值達(dá)250lm/W。采用LED光源可相應(yīng)減小太陽能電池板面積和蓄電池容量，或在同樣太陽能電池板面積和蓄電池容量情況下，可以延長(zhǎng)連續(xù)陰雨天使用天數(shù)。
2)LED壽命長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量可靠。LED使用壽命在50000h以上，基本上與太陽能電池板使用壽命同步，使太陽能照明系統(tǒng)的總體性能大大提高。而一般太陽能照明燈具通常使用電子節(jié)能燈作為光源，電子節(jié)能燈壽命在3000～5000h，并且，光衰明顯，基本上每年要更換一次。LED光源的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍達(dá)到道路使用照度要求，而高壓鈉燈光衰大，一年左右已經(jīng)下降30%以上，因此，LED光源在使用功率的設(shè)計(jì)上可以比高壓鈉燈低。
3)太陽能LED路燈、LED庭院燈采用新型全自動(dòng)太陽能照明控制器，具有光控、時(shí)控和發(fā)光亮度可調(diào)的功能。天黑時(shí)全功率開始工作，夜深時(shí)半功率工作，天亮后自動(dòng)關(guān)閉。半功率工作時(shí)段可根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)定，每天設(shè)置時(shí)段可以不同。設(shè)定好后，以七天為周期自動(dòng)循環(huán)工作。使用傳統(tǒng)照明燈具控制光亮，只能是讓部分燈具熄滅，致使道路照度出現(xiàn)肋條暗區(qū)，造成安全隱患，已為世界部分國家所禁止。太陽能LED燈具獨(dú)特的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，將LED光源發(fā)出的光照射到所需照明的區(qū)域，進(jìn)一步提高了光照效率，以達(dá)到節(jié)能目的。
4)太陽能LED草坪燈、LED地?zé)襞浜螸ED專用控制器，可實(shí)現(xiàn)七彩跳變、漸變、追逐、流水、擴(kuò)張、壓縮等多種動(dòng)態(tài)效果，也可以根據(jù)應(yīng)用要求組合排列成一定動(dòng)態(tài)圖形，廣泛應(yīng)用園林廣場(chǎng)、步行街、庭院、公園、道路、花園等場(chǎng)合。
5)LED是低電壓工作產(chǎn)品，不需將太陽能電池產(chǎn)生的直流電壓逆變成AC220V就能直接使用。既提高了太陽能LED照明系統(tǒng)的工作效率(逆變器會(huì)產(chǎn)生20%的用電損耗)，又不存在用電安全隱患。LED是低壓器件，驅(qū)動(dòng)單只LED的電壓為安全電壓，所以它是一個(gè)比使用高電壓照明燈具更安全的照明燈具，特別適用于公共場(chǎng)所(例如：路燈照明、廠礦照明、汽車照明、民用照明等)。
6)LED作為點(diǎn)光源，如果設(shè)計(jì)合理，很大程度上可以直接解決傳統(tǒng)球狀光源必須依靠光發(fā)射來解決的二次取光及光損耗問題。對(duì)光照射面的均勻度可控，理論上可以做到在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)完全均勻，這也能避免傳統(tǒng)光源“燈下亮”現(xiàn)象而減少光浪費(fèi)。
7)色溫可選，在不同場(chǎng)合應(yīng)用LED光源，是提高效率、降低成本的一個(gè)重要途徑;技術(shù)進(jìn)步空間依然很大。太陽能LED路燈的光顯色性比高壓鈉燈高許多，高壓鈉燈顯色指數(shù)只有23左右，而LED顯色指數(shù)達(dá)到75以上，從視覺心理角度考慮，達(dá)到同等亮度，LED的光照度平均值可以比高壓鈉燈降低20%以上，(參照英國道理照明標(biāo)準(zhǔn))。
8)LED發(fā)光具有單向性，沒有光的漫射，保證光照效率;每個(gè)單元LED只有很小體積，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。傳統(tǒng)的高壓鈉燈必須依靠燈桿的高度才能達(dá)到足夠的照射面積，而LED路燈自身發(fā)光角度可達(dá)到140度，可擴(kuò)大道路照射面積。同時(shí)降低燈桿的高度，一般高壓鈉燈10m的燈桿，用LED光源只需8m就可達(dá)到同樣照射面積。
9)施工快捷、方便，每一個(gè)太陽能LED照明系統(tǒng)都是一個(gè)獨(dú)立的照明單元，充電、放電、控制都是獨(dú)立完成，無需挖溝、布線、回填，即時(shí)安裝，即時(shí)應(yīng)用。
10)維護(hù)成本低：相對(duì)于傳統(tǒng)路燈，由于LED光源壽命長(zhǎng)，可降低維護(hù)成本。
四、太陽能LED照明燈具應(yīng)用領(lǐng)域
目前的太陽能LED照明燈具主要是應(yīng)用在城市次干道和鄉(xiāng)村道路等場(chǎng)合，還不能完全代替市電道路照明，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，隨著太陽能電池板價(jià)格的下降和節(jié)能光源的研究，太陽能LED照明燈具一定會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。
太陽能LED照明燈具主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
1)太陽能LED交通信號(hào)燈。在我國，早在20世紀(jì)70年代初太陽能電池就被使用在航標(biāo)燈上，由于太陽能光伏照明裝置具有可以不需要電網(wǎng)、不需要敷設(shè)電線、靈活機(jī)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，無論在航海、航空、還是公路交通信號(hào)燈上都得到了非常廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2)太陽能LED草坪燈。這是我國目前最大的太陽能電池應(yīng)用項(xiàng)目，也是我國產(chǎn)量最大的太陽能光伏LED照明裝置，它的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他太陽能光伏照明裝置的總和，2006年出口近2億只，世界范圍內(nèi)90%以上的太陽能LED草坪燈都是我國制造的。
3)太陽能LED手電筒。這是最近幾年剛剛興起的一種太陽能產(chǎn)品，產(chǎn)量每年在遞增。
4)太陽能LED標(biāo)示燈。用于在夜晚指示需要標(biāo)示的物體。
5)太陽能LED道路照明燈具。這就是目前人們所指的太陽能LED路燈，近年來在國內(nèi)受到各級(jí)政府和媒體關(guān)注，許多制造廠和開發(fā)商對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的投資熱情非常高，盡管太陽能LED道路照明燈具在整個(gè)道路照明燈具中所占的比例很小，但是人們似乎感覺到它將成為太陽能光伏照明裝置的主流，甚至將來可以取代傳統(tǒng)的道路照明燈具。
6)太陽能LED景觀燈。太陽能LED景觀燈外觀設(shè)計(jì)大多采用金屬與工程塑料相結(jié)合壓鑄成型，燈體可呈現(xiàn)出圓形、方形、幾何圖案等多種形狀，儀態(tài)萬千、風(fēng)格迥異，或豪華典雅、或簡(jiǎn)潔明快。燈體顏色有白、紅、綠、蘭、紫、黃等，依次漸變或閃爍。天黑后景觀照明控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)亮燈裝置，太陽能LED景觀燈可發(fā)出均勻柔和的光線，幾種顏色跳躍漸變，使整個(gè)城市的夜晚在一瞬間律動(dòng)起來。
7)太陽能LED高桿燈。太陽能高桿燈一般桿高8～13m，照明功率50W～130W，有效照明面積可達(dá)幾百平方米。
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