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)??缍群艽螅〉?.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)動器功能,也有將控制器和LED驅(qū)動器分立);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,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
參考壽命 25年 10年 3-5年 150000小時
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,可以延長連續(xù)陰雨天使用天數(shù)。
2)LED壽命長、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太陽能照明控制器,具有光控、時控和發(fā)光亮度可調(diào)的功能。天黑時全功率開始工作,夜深時半功率工作,天亮后自動關(guān)閉。半功率工作時段可根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)定,每天設(shè)置時段可以不同。設(shè)定好后,以七天為周期自動循環(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、壓縮等多種動態(tài)效果,也可以根據(jù)應(yīng)用要求組合排列成一定動態(tài)圖形,廣泛應(yīng)用園林廣場、步行街、庭院、公園、道路、花園等場合。
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)動單只LED的電壓為安全電壓,所以它是一個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,在不同場合應(yīng)用LED光源,是提高效率、降低成本的一個重要途徑;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,每一個太陽能LED照明系統(tǒng)都是一個獨(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,即時安裝,即時應(yīng)用。
10)維護(hù)成本低:相對于傳統(tǒng)路燈,由于LED光源壽命長,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)村道路等場合,還不能完全代替市電道路照明,但是從長遠(yuǎn)看,隨著太陽能電池板價格的下降和節(jié)能光源的研究,太陽能LED照明燈具一定會發(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)動等優(yōu)點(diǎn),無論在航海、航空、還是公路交通信號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)受到各級政府和媒體關(guān)注,許多制造廠和開發(fā)商對這個項(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)自動啟動亮燈裝置,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,使整個城市的夜晚在一瞬間律動起來。
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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