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高亮度低成本太阳能LED灯具的研究


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  术  I 与r ^  

高亮庭低成 
太 阳能L D灯  E
华北电力大学 石家庄经济学院  ■ 刘淑平 苑雅娟 冯艳红 

摘 要:在超高亮L D的

使用,平头 L D组合光源的设计以   E E 及控制器技术的改进等方  
面阐 了 述 商亮度低成本太阳能L D灯具的实现, E 同时 介绍了太阳能L D灯具 的 E  

组成、 特点及应用  
关键词: 太阳能 L D灯具 组合光源.控制 E 器 

前 言 
在能源 E益毓缺 、 I 环境捞染和环境保护越来越 
受关注的情 况 下,人们越 来越重视 对太阳能 的利  用,枉电能消耗中 , 照明用电r 发电总量的比例发    达闽家琏 l%,我圆足 l%。随蕾经济发展 ,我国 9 2   的照明用电将 有大比例 的提 高, 绿色节能照明的研 

1太阳能 L D灯具照明 系统组成  E
太阳能 L D灯葵照明 系统 l _ 电池耋 俐 控  E 土太 j  I : |


制器、蔷电池、L D灯具四部分组成 ( l 。它白 E 图 】   火通过太阳电池给 蓄电池充 电,供晚 I E 匕 - D)源负 L   载使f 。 H 

究应用越 米越 受到熏视 。 太阳能 L D' 具作为冷光  E  ̄ I
源产  铺,县何性价 比岛 . 色环保、安全 I靠 、质 绿 | J   量稳 定、使用寿命 长、安黻维护 简便等特点 . 用 适   『 _ 绿地照明 、公路照明、广 告灯 箱照明 、 r 造型  ‘ 城 f I 景观照明 硬家居照 明系统 。 文所述 _刚能L D ̄ 本 太 E ,  c T 具通过结构 更新和技 术改进 , 啶 数壤的I D 将   排  E

列组 合井进 行最佳倾斜角 波汁,使 其发光更均匀,  
档体兜度 型商 成本 受低 。    

图 I太阳能照明系统结构框 图  

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I D是直 接将 电能 转换 为光 能 的半导体 发 光器    E 件 , 有体积 小 、耐振动 、响应速 度快 、 具 寿命 长 、 可  低 压 驱动 、安 全稳 定等 优 良特性 ,奠定 了作为 新一  代光 源的基 础 , E L D将会 在 2 世 纪 发展 成为替 代 白  1
炽灯 、荧 光灯 的主 要 电光源 。  

均 匀度 及照 度得 到大 幅提升 。虽然 光效 加强 ,此种 

组 合光 源耗 能仅 4 左右 ,发 出光 的亮度 可达 2 W  W 0 节 能灯 或 4W 白炽 灯 的亮度 , 如此 低耗能 高 亮度  0 在 下 可 以更有 效利 用太 阳能 。只需 要 1W 太 阳能 电池  2
的容 量 ,l V/ 4   2 2 Ah的蓄 电池组 就 能够 保 证 此种 

L D发光 源在 5 阴雨天 持续 有 效丁作 , 2W 节  E 个 而 0

2太 阳能 LD 具关键技术 改进  E灯
通过 以下 技术 降低 了太 阳能 灯具 使用 成本 ,使  之 达到 或接近 于工频 交流 电照 明 系统 在工程 初 装上 
的成 本报价 体 系 , 且具 有保护 环 境 、 并 安装 简便 、 操 

能灯 在 同等条件 下正 常工 作 ,太ii 电池 容量 最少  ii
要达 到 7 W 以上 ,蓄 电池组 也要 到达 7 Al 以上 。 0 0 1  

本技 术使 用 的超高 亮 L D平均 使用 寿命 l 万 小时 , E 0  
使 用期最 少在 1 年 以上 , 0 而节 能灯 的使用 寿命 仅为 
8 0 ~1 0 0小时 。 00 00  

作安 全 、经济 节能 的优点 。   ()超 高亮 白光 L D 的使 用  1 E 发光 源使 用的是 超高 亮 L D, 耗 与普通 L D E 能 E  持平 ,但 亮度 可达到 20 0 d以上 ,是普通 L D 00 mc E 

()十字型 和矩 型组合 设 计  4 在 路灯领域 的组 合 发光 源使 用上研 制 出十 字 型 

和矩型组合发光源 ( ) 在超高亮白光L D使用 图2 , E  
上 我们 采取 平头 和 圆头 L D合 理 比例搭配 , E 克服 了  平 头 L D点面积 亮度 不如 圆头 L D而 回头 I D光  E E   E 均 匀 度不如 平头 L D的缺 点 , 分发挥 平头 L D开  E 充 E 光 角度大光 均匀 度好和 圆头L D点面 积亮 度高 的优  E 点 ,使 两者 取长 补短 ,发 挥最 大 的光效 ,同时合 理  的控 制 圆头 L D的安装 倾斜 角 度 ,使 L D点 源均  E E 匀分 布于 各个 照 明面 上 。在组 合 使用 中 ,我们 又找  到 了每个 L D之 间最佳 排列 间隙 , 组合 发光 源既  E 使 有 光 源 亮 度 ,也 保 证 了光 源 的 均 匀 度 ,并 提 高 了 
L D的使 用寿命 。 E  

的l 倍以上 ,并且体积小寿命长,正常使用寿命可  
达 l 万 小时 以上 。 0  

()平 头 L D设 计  2 E 由于 传统L D光 源开 光 角小 , E 点面积 的 亮度高 ,   光 的散 射具 有极强 的 方 向性 ,光源 易形 成光 点 ,光  均 匀 度不好 。 圆头 超高亮 白光 L D因没有 良好 的  而 E 开 光 角度 ,束缚 了其 在照 明领域 的应用 ,因此提 出   了将 圆头外型 改成 平头外 型 的新型L D E 结构 设计 方  案 。通 过相 关试 验发 现 ,超高 亮 白光 L D通 过外 型  E
的改 变 ,发 出光 的结构 得到 了全 面 改善 ,平头 L D E  的开 光角 度 由过 去 的 5 增加 到 了 1 0 。 8 以上 ,光源 

总亮度得到提升 ,光效得到加强 , 光源在单位面积 
的均 匀度也 得到 提高 , 消除 了圆头 L D组 合光 源有  E 光点 、点亮度 高而 总面 积 内亮度 低 的缺点 ,实现 了  超高 亮 白光 L D在 实际 照明领 域 的应用 。 E  
O  O  O O  O O O O  O O O O  ,,, 、 、、   u u u 

() 平头L D的柱式和炬式组合设计  3 E
在庭 院灯 与景观 灯 方面突 破 传统观 念研 发 出使  用平 头 超高 亮 白光 L ED的 柱 式和 炬式 组 合光 源 结  构, 并且 通过 合理 控制 平头 超高 亮 白光 L D安装 倾  E
斜 角度 , 以上两 种 L D组合 光 源所发 出照明 光的  使 E

O0量 薹薹 量量  量 O0O 0 量蚕量 童  O0O 0 量量量 藿 O0O 量羹量 0 OO O O O
O O O O  O O O O  O O O O  u u u u u 

图 2 十 字 型 、 矩 形 结 构 



 

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()控制器技术改进  5
在 控制器 方面 ,利 用太 阳能 光 电转换 技 术 ,实  现 电能 的最 大化 收集 ,在电能 的储 备 完成 后 ,蓄 电 
池向发光源提 供 1 V直流 电源 , 2 使发光 源产 生6 0 K  50

区, 太阳能 L D灯具更具有广泛的应用前景。 E 在西 
部光 明工 程 , 主干 道太 阳能 路灯 、 阳能庭 院灯 、 非 太   太 阳能草 坪灯 和太 阳能 景观 灯 等方面 的应 用巳经 逐 
渐形 成规 模 。其 中太 阳能草坪 灯 以其 功 率小 、电路 

的白光。此智能控制器采用了优化 的设计以提高性 
能。 如 , 例 最大 功率 点跟 踪在 充 电电路 中得 到 应用 ,   保 持太 阳能 电池输 出功 率 最大 。充 电电路 还根 据蓄 
电池状 态提供 适 当充 电策略 和精 确控 制 。放 电电路 

铺设 简单 、 防水 要 求小 等特点 比其 它产 品更具 优 势 ,  
尤其 是 国外 市场 对太 阳能 草坪 灯 需求 十分 巨大 。太  阳能 庭院 灯在 公 园 、生活小 区 以及 非主 要 交通 道路 

上也 得到 广泛 应 用 。 着太 阳能 L D灯 具 的大 力发  随 E 展 , 绿 色 照明 ” 必将 会 成为 一种 趋势 。 “  

主要包括一个高效率的DC D - C变换器 ,为照明负  
载提 供  配 电压 。 与光效 率 更高 的照明灯 具配 合 , 为  

变换器 采用 推挽 结构 的直 流升压 电路 以提 高输 出 电 
压 。此控 制器 采用 智能 比较技 术 ,使控 制器 的 自身  功耗 降 ̄ 4 U mA左 右 , 使之 更适 合我 们 开发 的太 阳能 

4 总结 
本 文 所述 的太 阳能L D灯具 通过 超 高 亮L D的  E E

使用 、 平头 L D和组合光源的设计以及控制器技术  E
的改进 实现 了高亮 度 、 低成本 , 与同类产 品相 比在性 
能上有 了很大提 高 , 用面会 越来越 大 , “ 色照  应 对 绿

控制 系统 , 且 合理 设置 蓄 电池组 的过 充 和过 放 电  并 压点 ,延长 了蓄 电池 的使 用寿命 ,同时 通过 精 简智  能控 制器 结构 ,使结 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 。而 且通过 检 测太 
阳能 电池输 出和 蓄 电池 电量 ,从 而确 定系统 工作 状 

明工程” 的推 广具 有很好 的参考和 应用价 值 。  

参考文献 :  
() 吴珲博 ,赵 争 鸣 ,刘建 政 .清华 大 学学 报(   1 自 然 科学 版 ) 0 3 3() 16 18 ,20 ,4 9 :l9 ~l9 

志 ,实现 了整个 系统 的 自动控 制 和智 能管 理 。  

() 项 红升 ,孛 明 ,干志华 等 . 2   可再 生能 源 ,20  04

3太 阳能 LD E 灯具 的特 点及 应用  
太 阳能 L D灯 具 包括 太 阳能路 灯 、太 阳能庭 院  E

( ) 2~5   5 :5 4

() 冯 昌 .徐进 明 . 汉科技 学 院学 报 ,20 ,1  3   武 03 6
() 9 1 6 :3 ~4 .  

灯 、太 阳能草 坪灯 、太 阳能 景观灯 、太 阳能 楼道 灯  及太 阳能广 告灯 等 。具 有 安全 可靠 、无噪 声 、无 污 

染 、 量随处 可 得 、不受地 域 限制 、无需 消 耗燃料 、 能  
无 机械 转动 部件 、故障 率 低和维护 简便 等特 点。同 

时 它高 亮度 低成本 的特 点也 得到 了社 会及 消 费者 的 
认可 。使用时 ,每 ? 太 阳能 L D灯 具都 相 当于 一  盏 E
具独 立 电源 ,可 以随意 放置 ,无需 电力设计 ,无 需 

电力增 容 ,无 需 人工 电源控 制 ,无 需 挖沟 埋 管 ,无  需敷 设 电缆 电线 。安装 方便 ,如遇 道 路改造 ,位 置 
移 动更 是方便 快 捷 。  

太 阳能作 为 一种 新兴 的绿 色能 源 ,以其无 可 比  拟 的优 势得 到迅 速 的推广 应用 。尤 其在 偏远 无 电地 



 

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