太阳能LED照明系统的构成及特点

一、太阳能LED照明系统构成

太阳能LED照明系统的规模和应用形式各异，系统规模跨度很大，小到0.3～2W的草坪灯，大到几百瓦的太阳能LED高杆灯。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管太阳能LED照明系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。太阳能LED照明系统由太阳能电池方阵;蓄电池;控制器(有的控制器集成有LED驱动器功能，也有将控制器和LED驱动器分立);LED光源构成。太阳能LED照明系统构成如图1所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

二、LED光源

LED具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能LED照明灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。

采用平头LED的柱式和炬式组合光源结构，通过合理控制平头LED安装倾斜角度，可使LED组合光源所发出光的均匀度及照度得到大幅提升。为太阳能LED照明系统专门研制的组合十字型和矩形组合发光源，充分发挥平头LED开光角度大、光均匀度好和圆头LED点面积亮度高的优点，使两者取长补短，发挥最大的光效，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。通过对传统太阳能LED照明灯具结构、智能控制器、光源结构的更新和技术改进，进行最佳倾斜角设计，使平头和圆头LED的优势互补，从而使其发光更均匀、整体亮度更高、成本更低、更有利于应用推广。

对于独立太阳能LED照明系统，提高能量利用率，研究科学的系统能量控制策略，可以降低独立太阳能LED照明系统的投资费用。目前太阳能电池组件、控制器、蓄电池、LED光源是太阳能LED照明灯具产品的四个主要部件，它们各自的使用寿命参考值见表2。

 

三、太阳能LED照明系统特点

1)LED发光效率高、亮度大。LED的光源效率目前已达100lm/W，而且还有很大的发展空间，理论值达250lm/W。采用LED光源可相应减小太阳能电池板面积和蓄电池容量，或在同样太阳能电池板面积和蓄电池容量情况下，可以延长连续阴雨天使用天数。

2)LED寿命长、产品质量可靠。LED使用寿命在50000h以上，基本上与太阳能电池板使用寿命同步，使太阳能照明系统的总体性能大大提高。而一般太阳能照明灯具通常使用电子节能灯作为光源，电子节能灯寿命在3000～5000h，并且，光衰明显，基本上每年要更换一次。LED光源的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右已经下降30%以上，因此，LED光源在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。

3)太阳能LED路灯、LED庭院灯采用新型全自动太阳能照明控制器，具有光控、时控和发光亮度可调的功能。天黑时全功率开始工作，夜深时半功率工作，天亮后自动关闭。半功率工作时段可根据用户要求进行设定，每天设置时段可以不同。设定好后，以七天为周期自动循环工作。使用传统照明灯具控制光亮，只能是让部分灯具熄灭，致使道路照度出现肋条暗区，造成安全隐患，已为世界部分国家所禁止。太阳能LED灯具独特的二次光学设计，将LED光源发出的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的。

4)太阳能LED草坪灯、LED地灯配合LED专用控制器，可实现七彩跳变、渐变、追逐、流水、扩张、压缩等多种动态效果，也可以根据应用要求组合排列成一定动态图形，广泛应用园林广场、步行街、庭院、公园、道路、花园等场合。

5)LED是低电压工作产品，不需将太阳能电池产生的直流电压逆变成AC220V就能直接使用。既提高了太阳能LED照明系统的工作效率(逆变器会产生20%的用电损耗)，又不存在用电安全隐患。LED是低压器件，驱动单只LED的电压为安全电压，所以它是一个比使用高电压照明灯具更安全的照明灯具，特别适用于公共场所(例如：路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等)。

6)LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮”现象而减少光浪费。

7)色温可选，在不同场合应用LED光源，是提高效率、降低成本的一个重要途径;技术进步空间依然很大。太阳能LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多，高压钠灯显色指数只有23左右，而LED显色指数达到75以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED的光照度平均值可以比高压钠灯降低20%以上，(参照英国道理照明标准)。

8)LED发光具有单向性，没有光的漫射，保证光照效率;每个单元LED只有很小体积，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。传统的高压钠灯必须依靠灯杆的高度才能达到足够的照射面积，而LED路灯自身发光角度可达到140度，可扩大道路照射面积。同时降低灯杆的高度，一般高压钠灯10m的灯杆，用LED光源只需8m就可达到同样照射面积。

9)施工快捷、方便，每一个太阳能LED照明系统都是一个独立的照明单元，充电、放电、控制都是独立完成，无需挖沟、布线、回填，即时安装，即时应用。

10)维护成本低：相对于传统路灯，由于LED光源寿命长，可降低维护成本。

四、太阳能LED照明灯具应用领域

目前的太阳能LED照明灯具主要是应用在城市次干道和乡村道路等场合，还不能完全代替市电道路照明，但是从长远看，随着太阳能电池板价格的下降和节能光源的研究，太阳能LED照明灯具一定会发挥越来越重要的作用。

太阳能LED照明灯具主要应用于以下领域：

1)太阳能LED交通信号灯。在我国，早在20世纪70年代初太阳能电池就被使用在航标灯上，由于太阳能光伏照明装置具有可以不需要电网、不需要敷设电线、灵活机动等优点，无论在航海、航空、还是公路交通信号灯上都得到了非常广泛的应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。

2)太阳能LED草坪灯。这是我国目前最大的太阳能电池应用项目，也是我国产量最大的太阳能光伏LED照明装置，它的产量远远超过其他太阳能光伏照明装置的总和，2006年出口近2亿只，世界范围内90%以上的太阳能LED草坪灯都是我国制造的。

3)太阳能LED手电筒。这是最近几年刚刚兴起的一种太阳能产品，产量每年在递增。

4)太阳能LED标示灯。用于在夜晚指示需要标示的物体。

5)太阳能LED道路照明灯具。这就是目前人们所指的太阳能LED路灯，近年来在国内受到各级政府和媒体关注，许多制造厂和开发商对这个项目的投资热情非常高，尽管太阳能LED道路照明灯具在整个道路照明灯具中所占的比例很小，但是人们似乎感觉到它将成为太阳能光伏照明装置的主流，甚至将来可以取代传统的道路照明灯具。

6)太阳能LED景观灯。太阳能LED景观灯外观设计大多采用金属与工程塑料相结合压铸成型，灯体可呈现出圆形、方形、几何图案等多种形状，仪态万千、风格迥异，或豪华典雅、或简洁明快。灯体颜色有白、红、绿、兰、紫、黄等，依次渐变或闪烁。天黑后景观照明控制系统自动启动亮灯装置，太阳能LED景观灯可发出均匀柔和的光线，几种颜色跳跃渐变，使整个城市的夜晚在一瞬间律动起来。

7)太阳能LED高杆灯。太阳能高杆灯一般杆高8～13m，照明功率50W～130W，有效照明面积可达几百平方米。