均匀超高亮太阳能LED灯具的应用
均匀超高亮太阳能LED 灯具的应用
收稿日期:200724219
作者简介:刘淑平(19602),女,副教授,硕导,主要从事:能源技术、仪器仪表研究。
刘淑平,徐铁军,庞灵,谢学佳
(华北电力大学,河北保定071003)
摘 要:作为21世纪最有潜力的能源,太阳能产业的发展潜力巨大。该文介绍了太阳能LE D 照明系统的工作原理、主要技术与特性,给出了均匀超高亮太阳能LE D 灯具在LE D 的组合排列与应用和控制
器等方面实现的主要技术改进,并阐述了太阳能LE D 灯具的应用及发展前景。关键词:太阳能LE D 灯具;控制器;应用
The Application of U niformity Super -light LE D Solar Light
Liu Shuping ,Xu T iejun ,Pang Ling ,X ie Xuejia
(North China Electric Power Univer sity Baoding Hebei 071003,China )
Abstract :As the m ost potential energy of the 21century ,the market of S olar Light has very bright future.The paper expatiate the operating principle ,major technique and characteristic of LE D S olar Light and the technique of LE D S olar Light including the C ombination arrangement of LE D and the function of controller which is im proved.The application and development of LE D S olar Light is als o inv olved.K eyw ords :the LE D S olar Light ;controller ;application
0 前言
太阳能产业是新兴的朝阳行业,再加上良好的政策环境、行业本身的特性,使得太阳能产业具有较高的投资价值和发展潜力。太阳能作为一种取之不尽的新能源已经成为人们的共识,人们对太阳能的研究、开发、运用的成果也不断推出。在太阳能灯具领域,均匀超高亮太阳能LE D 系列灯具产品目前在国内从照明效果和LE D 排列造型、智能控制器、成本控制等方面走在了本行业的前列,企业的研发力量、成果转换在行业中优势明显。
1 课题来源
在世界能源短缺,环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。而目前照明消耗约占整个电力消耗的20%,大幅降低照明用电是节约能源的重要途径。开发和应用更高效、可靠、安全、使用寿命长的
新型太阳能节能光源势在必行[1]
,而现在国内外各个公司所开发的太阳能灯具,主要采用逆变型发光原理的发光源作为照明的光源,逆变型的太阳能灯具在发光过程中,需将直流电源通过逆变器(或镇流器)逆变为高频高压的电源供给发光源产生可见光。但这种发光源也存在以下几种缺点:一、节能效果相对较差,即相对增加了系统的整体功率消耗;二、相对光效较差,增加了太阳能系统的整体功率匹配;三、太阳能灯具整体功率匹配偏高;四、发光源的使用寿命相对较短,节能灯的使用寿命一般为8000h 左右,而无极灯的使用寿命也就3万小时左
右。由此我们可以看出,此类太阳能灯具在实际生
产中的成本价格不可能大幅降低,整体价格偏高,性能价格比较低,从而制约了逆变型太阳能灯具的大面积推广与应用。
因此研究和开发光效更高、更节能、更能适合太阳能灯具发展的LE D 新型发光源就显得势在必行。
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2 均匀超高亮太阳能LED 系列灯
具的特性
(1)低成本:高亮度、低功耗,所需太阳能电池及蓄电池组配置较低、成本下降。
(2)寿命长:单晶硅或多晶硅太阳能组件的质量保证期为20年,20年后电池组件可继续使用,但发电量略有下降。超高亮白光LE D 使用寿命可达10万小时,智能控制器静态功耗低、使用寿命长。
(3)可靠稳定:单晶硅或多晶硅太阳能电池组件具有抗台风、抗潮湿、抗紫外线辐射等特点。
(4)无人值守:运行中无需管理人员,完美的智能控制系统给用户足够的放心。
(5)每天10h 以上供电:系统设计时考虑到当地阴雨天气,
将平时多余的电能储存到蓄电池内,确保用户连续阴雨天有足够的电能使用
[2]
。
再加上使用太阳能LE D 灯具一不用架设或埋覆电力线路;二不用电网的电能;三不用保养维护,真可谓一次投资,终身受益。
3 太阳能LED 灯具的工作原理
太阳能LE D 灯具在白天通过太阳能电池组件采集太阳光的能量,并将其转化为电能存储起来,在晚上点亮LE D 用于照明,是现代化绿色环保节能产品。具有智能控制系统,全天候供电无需管理人员。在系统设计时考虑阴雨天气,把平时多余的电能储存到蓄电池内,确保用于阴雨天有足够的电能使用
[3]
。
如图1所示:详细原理是用太阳能电池光伏板将太阳光转换的电能,通过智能太阳能控制器转存在蓄电池组中,当自然光照度降到需要照明时,经过智能控制器比较电路再将蓄电池中的电能输出给LE D 发光源发出可见光。当自然光照度升高到不再
需要照明时,再经过智能控制器比较电路关断输出给LE D 发光源的电源,使LE D 发光源不再发光耗能。
图1 太阳能灯具结构框图
3.1 技术改进
无论太阳能灯具大小,一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充放电条件加以限制,防止蓄电池过充电及深度放电,另外,由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的设计来说,成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。没有一个性能良好的充放电控制电路,就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。
智能太阳能控制器,体积小、功耗低、可靠性高、寿命长、维护费用低,这种电路的关键是针对蓄电池的充放电特性设计一个比较好的电压比较点,同时器件的选择可靠,再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路,构成具有实用功能的智能控制器,具有防蓄电池过放电、过充电功能。本系统采用直接耦合方式的充放电控制器电路,根据LE D 与蓄电池的匹配特性,能够做到功率自适应,在太阳辐照不足的几个月,由于蓄电池的充电状态通常较低,使蓄电池放电时端电压也较低,这样负载工作电流较小、功率小,系统也能够工作更长的时间。反之在太阳辐照比较充足时,负载工作电流较大、功率大、也会更亮[4]
。
超高亮平光型和束光型LE D 的组合排列与应用,本系统依据光电及数学推导建立数学模型最优设计,用一定数量不同型号的LE D 排列组合并使之最佳优化设计,使组合发光源的发光更均匀、整体亮度更高、且保证低成本。发光源使用的是超高亮LE D ,其本身能耗与普通LE D 持平,但亮度达到20000mcd 以上,是普通的LE D 的1倍以上,并且体积小,寿命长,正常使用寿命可达到10万小时以上。光源结构有柱式LE D 发光源、炬式LE D 发光源、平板式十字型LE D 发光源、平板式矩型LE D 发光源等,不仅外型美观,而且光效很好、成本很低,并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能的优点。上述产品获得多项国家专利并通过新产品鉴定。
均匀超高亮太阳能LE D 系列灯具的报价体系已降低到可与工频交流电灯具在初装工程上进行比较的程度,因此具有了良好的性能价格比,为进一步推广太阳能灯具的广泛应用奠定了基础,在节约能源,维持社会的可持续发展方面具有重大的现实意义。
(下转第13页)
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式灯具,如果使用LE D作为光源,就要使用U L8750来评估LE D光源本身,除此之外,还要使用U L1598来评估整个灯具的安全性能。同样地,对于使用LE D作为光源的可移式灯具,也要使用U L8750和U L153进行产品安全性的评估。
5 标准技术专家组(STP)
2007年第一季度,U L将形成由生产者、测试认证机构、建筑监理员、政府官员、消费者、商业和工业用户等等组成的标准技术专门小组(就是我们熟悉的STP-Standard T echnical Panel),该小组以上述草案为基础,将起草并发布一个合适的LE D美国国家标准(ANSI标准),用来评定销往北美的LE D灯具产品。
(上接第5页)
3.2 主要技术指标
太阳能电池:12WΠ12V;
LE D发光源:平均功耗4W;
电源控制器:工作电流5A,使用工作温度-40℃～+80℃;
过充保护电压:14.4V(25℃);
过放保护电压:11V;
蓄电池:12Ah,12V;
静态工作电流:≤8mA;
照明时间:天黑后,光控自动启动电光转换功能;天亮后光控自动恢复到光电转换模式;
阴雨天保证时间:保证连续5～7个阴雨天正常工作。
3.3 应用
太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其无可比拟的优势正得到迅速的推广应用。尤其在偏远无电地区,太阳能LE D灯具则具有更广泛的应用前景[4]。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,由于太阳能LE D灯具其独特的优点,近年来更得到迅速发展。在寒冷地区,除用作受灾时的照明外,还可用于布线困难的山区。由于其电力系统集中于上部,即使电线杆被水浸没了也能正常工作,故也可置于江河中。随着太阳能LE D灯具的大力发展,“绿色照明”必将会成为一种趋势。4 结论
新型LE D太阳能灯具均匀超高亮,设计创新、节能环保、高效安全、性价比高、外形美观大方、使用寿命长,已具有了良好的推广基础,必将得到社会各界的广泛认同,并创造出巨大的经济效益和社会效益。
可以预见,随着科学技术的发展,太阳能电池成本价格的进一步降低,照明光源进一步节能高效[5],新型LE D太阳能灯具必将取得更大的市场份额,实现“太阳能的绿色照明工程”,均匀超高亮太阳能LE D系列灯具具有广泛的应用前景。
参考文献:
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[2] 郝培华,马小军,詹俊.太阳能PV技术与LE D光源———
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