太
阳
能
LED
路
灯
设
计
方
案
福建蓝蓝高科技发展有限公司
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一、太阳能的优点
1、太阳能是可再生的、清洁无污染、寿命长达30万个小时
二、太阳能LED路灯实施可行性
对于LED灯具，不应该只考虑其单个灯具的单价，而应该考虑其整条线路的工程投资；不应该只考虑其初始投资，而应该考虑其营运投资。
假如采用太阳能LED照明灯，那么其每年的节省远远超过其初始投资。下面举一个例子来说：假定普通高压钠灯灯具每个单价1500元，而太阳能66瓦LED灯具每个单价135000元。假定其照射范围可以达到66m。那么对于3km、5km和10km这三种不同的距离，我们来比较一下它们的初始投资（灯具）、架设成本（只考虑电缆，还没有考虑变压器）和营运成本（电费）。其结果如下表
公里数3km（46盏）5km（76盏）10km（152盏）
传统路灯太阳能LED
路灯传统路灯太阳能LED
路灯
传统路灯太阳能LED
路灯
灯头灯杆费
（元）
69000 621000 114000 1026000 228000 2052000
电缆铺设费
（元）
360000 0 900000 0 3600000 0
五年的电费
（元）
209875 0 346750 0 693500 0
变压器费用
（元）
无无无
五年维护费
用（元）
几乎为零几乎为零几乎为零合计（元）6380875 621000 1360750 1026000 4521500 2052000
节省费用
（元）
17875 334750 2469500
5年下来，采用太阳能路灯照明，可以节省开支分别为1.78万、33.4万和246万元。由此可见，大范围推广该节能产品从长远的角度来说，不仅节约了金钱，更节约了能源。目前，我国河北、山东等省市在大力推广太阳能LED照明，广西也已有广西南宁市高新区政府以及南宁市城市投资发展总公司等许多业主单位对太阳能LED照明非常重视，将在未来的5年内，大范围推广太阳能LED照明。
三、太阳能LED照明系统介绍
3.1系统基本组成
太阳能LED照明系统是由太阳能及蓄电池作为供电方式的照明系统，它由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头总成、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆4部分构成；
太阳能电池板光效达到127Wp/m2 。灯头总成部分以1W白光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。控制箱内放置免维护铅酸蓄电池（免维护电池）和控制器。系统维护费用低，控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，具有很高的性价比。
3.2工作原理
太阳能LED照明系统应用于公路照明领域，除节能降耗之外，还具有免维护的特性，其工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池，白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10Lux 左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右时，控制器侦测到这一电压值后，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电10h后，控制器运作，蓄电池放电结束，路灯关闭。
控制器自动控制太阳能电池的充、放电，光控、手控、时控开灯，计时关灯。为蓄电池充电，为用电器供电的控制装置，有对蓄电池过充、过放保护，对用电器实施时间控制等功能。
太阳能电池通过控制器向蓄电池充电，当蓄电池电压上升至14.5V时，控制器输出脉；中电压充电，当蓄电池电压上升至15.3V时，控制器停止向蓄电池充电。控制器控制可以防止过充电，当蓄电池电压下降至13V时，控制器恢复充电。晚上，太阳能电池电压低于4.7V时，控制器开启，控制器即自动计时，根据控制器拨动开关的位置，决定路灯关闭的时间，开启时间在3~10h之间可调整。当蓄电池电压到10.5V时，控制器会关断电源关闭用电器，欠压保护时，指示灯位绿灯亮，1h后指示灯保护蓄电池。
3.3系统设计思想
太阳能LED照明灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。下面以一款太阳能LED大功率路灯为例，分几个方面做分析。
3.3.1太阳能电池组件选型
设计要求：南宁地区，路灯输入电压24V功耗66w，每天工作时数10h，保证连续阴雨天数7d。
（1）南宁地区峰值日照时数取值为3.424h（参照广州）；
（2）负载日耗电量=66/24×10h=27.5AH；
（3）所需太阳能组件的总充电电流：1.05×27.5×【（20+7）/20】/（3.424×0.85）=13.5A。
在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20d，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。
（4）太阳能板组件的最少功率数=17.2V（太阳能板自身电压）×13.5A=232W，选用峰值输出功率240Wp/单块120W/p的标准电池组件，可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。
3.3.2蓄电池选型
根据上面的计算，负载日耗电量27.5AH。在蓄电池充满情况下，可以连续工作7
个阴雨天，27.5×7=192.5（AH），选用2台12V、100AH的蓄电池就可以满足要求。
为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，结合南宁的纬度以及施工的具体情况，太阳能电池组件倾角定为28°。
四、灯具技术特点
4.1使用PFM转换器，更加节能、高效
白光LED的发光效益已经超过100lm/w，接近国际先进水平，低电压供电只为传统灯耗的1/10，采用高效的恒流模式AC/DC转化器，利用HystereticPFM技术，提升使用恒流的LED在照明应用上的效率。在大电流的重负载下，开关切换频率快，而在小电流轻负载下，切换频率慢。因此可达到轻载和重载的条件下转换效率可分别达到85%和90%。比常用AC/DC恒压模式PWM转换器更加高效，更加节能。因为PFM对不同的负载采用可变的频率进行相应的切换，而PWM转换器使用固定的转化频率，所以在轻负载时PWM的转换效率比较低，只有50%~60%，而采用传统的AC阻容转换方式。由于电容和电阻上损耗一定的能量，转换效率更低，一般只能达到50%左右，而且可靠性不高。而采用PFM 转换效率在清负载时，可达到85%，是三种转换中最高效、最节能的。
4.2采用SMT贴片封装技术，灯具寿命更长
传统灯泡由于采用高压供电，所以寿命只有几百个小时，而LED晶片采用低压供电，寿命可达十万个小时以上，而LED白灯只要封装工艺得到保证，散热好，寿命完全可以达到8万个小时，而传统的直插封装工艺，由于LED基座的原因，散热只能通过两个直插引脚向外导热，散热性差，对LED的性能和寿命有一定的影响，特别对大功率LED的性能和寿命有一定的影响，特别对大功率LED就不能采用直插封装，必须采用贴片封装，直接将LED晶片贴在封装基板上，考基板导热，散热面积大、效果好，使得LED的寿命更长。
4.3产品一致性、散热性好
采用全自动的点晶、固晶和焊线机。保证白色LED的各种性能参数的一致性。采用贴片封装，将LED直接绑定在基板上，比传统的直插LED单靠两个脚散热更好、寿命更长、一致性更好。
五、灯具功能特点
（1）采用先进的配光技术，使光斑呈矩形，即保证了道路被照射面的亮度及均匀度；又充分利用LED本身发光的特性，最大限度的避免漫射、散射等现象发生，提高了LED光效能利用率。
（2）阵列式的灯罩设计，光线分布合理，方向性好，较好的处理了眩光；显色性好，显色指数高。对物体颜色的呈现更真实。
（3）多种色温可选，消除了钠灯色温过低引起的催眠、压抑情绪及汞灯色温过高引起的亢奋、急躁的情绪，使观察者倍感舒适。
（4）散热翅片即灯壳的独特设计，很好地处理了灯具本身产生的热量，从而最大限度的保证、延长灯具的寿命。
（5）智能电源控制器，确保无论电网如何波动，都能精准恒流，确保LED在安全电流下工作，并随着温度的变化进行自动微调。采用直流供电，避免了采用交流供电的光源产生的闪烁、刺眼眩光灯现象的发生，使得光线更加柔和，视觉舒适，不易疲劳。
（6）低压恒流工作环境，避免了普通灯泡因高温烘烤灯罩使其老化发黄引起的亮度降低和寿命缩短的现象。传统光源如高压钠灯工作电压波动超过±7%，寿命及亮度急剧下降，而LED灯采用交流转换直流模块供电，采用恒流驱动，工作电压即使波动±20%，寿命及亮度依然不变。
（7）启动无延时。通电即达正常亮度，无须等待，消除了传统灯泡长时间的启动过程；耐冲击，抗震力强，无紫外线（UV)和红外线（IR）辐射；无灯丝和玻璃外壳，
没有传统灯管碎裂的问题，对人体无伤害、无辐射。
（8）节能显著。采用超高亮大功率LED光源配合高效率光源，比传统钠灯、汞灯节点50%~80%。
（9）超长寿命50000h以上。是传统钠灯、汞灯的5倍以上。
光斑呈矩形（长方形），照度均匀性佳，光斑中心与边缘亮度差异很小，完全符合道路的连续延伸性，是理想的道路照明灯具。
项目高压钠灯LED照明灯
配光性能差优秀
散热性能差优秀
电气性能易触电（高压）安全（低压）
使用寿命短（8000h）极长（50000h）
工作电压范围窄（±7%）宽（±20%）
功耗极高极低
启动速度很慢（10min）很快（2s）
频闪有（交流驱动）无（直流驱动）
出光效率低（＜60%）高（＞90%）
显色性/辨识性差（Ra＜50，被照物体
颜色不真实，使人感到
沉闷）
高（Ra＞75，被照物体
颜色鲜艳、真实，使人
倍感舒适）
色温色温太低（显黄色或橙
色）
色温合适（舒适）
不良眩光眩光很强（刺眼）无不良眩光
光污染强无
发热严重（＞３００℃）冷光源（＜６０℃）灯罩发黑容易（吸尘）不会（防静电）灯罩老化发黄很快不会
耐震性能差（易碎）好（无灯丝与玻璃）环境污染含铅等污染元素无
维护成本高极低
产品体积很大小（外观超薄）产品重量笨重轻便
性价比差高
综合性能差优