摘  要：在超高亮LED的使用、平头LED组合光源的设计以及控制器技术的改进等方        面阐述了高亮度低成本太阳能LED灯具的实现，同时介绍了太阳能LED灯具的        组成、特点及应用。

关键词：太阳能LED灯具；组合光源；控制器

前 言

在能源日益短缺、环境污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，在电能消耗中，照明用电占发电总量的比例发达国家是１９％，我国是１２％。随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，绿色节能照明的研究应用越来越受到重视。太阳能LED灯具作为冷光源产品，具有性价比高、绿色环保、安全可靠、质量稳定、使用寿命长、安装维护简便等特点，适用于绿地照明、公路照明、广告灯箱照明、城市造型景观照明及家居照明系统。本文所述太阳能LED灯具通过结构更新和技术改进，将一定数量的LED排列组合并进行最佳倾斜角设计，使其发光更均匀、整体亮度更高、成本更低。

１ 太阳能LED灯具照明系统组成

太阳能LED灯具照明系统由太阳电池组件、控制器、蓄电池、LED灯具四部分组成（图１）。它白天通过太阳电池给蓄电池充电， 供晚上LED光源负载使用。

ＬＥＤ是直接将电能转换为光能的半导体发光器件，具有体积小、耐振动、响应速度快、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，ＬＥＤ将会在２１世纪发展成为替代白炽灯、荧光灯的主要电光源。

２ 太阳能ＬＥＤ灯具关键技术改进

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，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能的优点。（１）超高亮白光ＬＥＤ的使用

发光源使用的是超高亮ＬＥＤ，能耗与普通ＬＥＤ持平，但亮度可达到２００００ｍｃｄ以上，是普通ＬＥＤ的１倍以上，并且体积小寿命长，正常使用寿命可达１０万小时以上。（２）平头ＬＥＤ设计

由于传统ＬＥＤ光源开光角小，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。而圆头超高亮白光ＬＥＤ因没有良好的开光角度，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ＬＥＤ结构设计方案。通过相关试验发现，超高亮白光ＬＥＤ通过外型的改变，发出光的结构得到了全面改善，平头ＬＥＤ的开光角度由过去的５°增加到了１８０°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ＬＥＤ组合光源有光点、点亮度高而总面积内亮度低的缺点，实现了超高亮白光ＬＥＤ在实际照明领域的应用。（３） 平头ＬＥＤ的柱式和炬式组合设计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ＬＥＤ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ＬＥＤ安装倾斜角度，使以上两种ＬＥＤ组合光源所发出照明光的

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４Ｗ左右，发出光的亮度可达２０Ｗ节能灯或４０Ｗ白炽灯的亮度，在如此低耗能高亮度下可以更有效利用太阳能。只需要１２Ｗ太阳能电池的容量，１２Ｖ／２４Ａｈ的蓄电池组就能够保证此种ＬＥＤ发光源在５个阴雨天持续有效工作，而２０Ｗ节

能灯在同等条件下正常工作，太阳能电池容量最少要达到７０Ｗ以上，蓄电池组也要到达７０Ａｈ以上。本技术使用的超高亮ＬＥＤ平均使用寿命１０万小时，使用期最少在１０年以上，而节能灯的使用寿命仅为８０００～１００００小时。

（４） 十字型和矩型组合设计

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（图２），在超高亮白光ＬＥＤ使用上我们采取平头和圆头ＬＥＤ合理比例搭配，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，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，同时合理的控制圆头ＬＥＤ的安装倾斜角度，使ＬＥＤ点源均匀分布于各个照明面上。在组合使用中，我们又找到了每个ＬＥＤ之间最佳排列间隙，使组合发光源既有光源亮度，也保证了光源的均匀度，并提高了ＬＥＤ的使用寿命。

（５） 控制器技术改进

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１２Ｖ直流电源，使发光源产生６５００Ｋ的白光。此智能控制器采用了优化的设计以提高性能。例如，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。放电电路主要包括一个高效率的ＤＣ－ＤＣ变换器，为照明负载提供匹配电压。为与光效率更高的照明灯具配合，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到４ｍＡ左右，使之更适合我们开发的太阳能控制系统，并且合理设置蓄电池组的过充和过放电压点，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态，实现了整个系统的自动控制和智能管理。

３ 太阳能ＬＥＤ灯具的特点及应用

太阳能ＬＥＤ灯具包括太阳能路灯、太阳能庭院灯、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、能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、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，每一盏太阳能ＬＥＤ灯具都相当于一具独立电源，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。尤其在偏远无电地区，太阳能ＬＥＤ灯具更具有广泛的应用前景。在西部光明工程，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯和太阳能景观灯等方面的应用已经逐渐形成规模。其中太阳能草坪灯以其功率小、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。随着太阳能ＬＥＤ灯具的大力发展，“绿色照明” 必将会成为一种趋势。

４ 总结

本文所述的太阳能ＬＥＤ灯具通过超高亮ＬＥＤ的使用、平头ＬＥＤ和组合光源的设计以及控制器技术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，应用面会越来越大，对“绿色照明工程”的推广具有很好的参考和应用价值。