摘 要：在超高亮LED的使用、平頭LED組合光源的設計以及控制器技術的改進等方 面闡述了高亮度低成本太陽能LED燈具的實現，同時介紹了太陽能LED燈具的 組成、特點及應用。
關鍵詞：太陽能LED燈具；組合光源；控制器
前 言
在能源日益短缺、環境污染和環境保護越來越受關注的情況下，人們越來越重視對太陽能的利用，在電能消耗中，照明用電占發電總量的比例發達國家是１９％，我國是１２％。隨著經濟發展，我國的照明用電將有大比例的提高，綠色節能照明的研究應用越來越受到重視。太陽能LED燈具作為冷光源產品，具有性價比高、綠色環保、安全可靠、質量穩定、使用壽命長、安裝維護簡便等特點，適用于綠地照明、公路照明、廣告燈箱照明、城市造型景觀照明及家居照明系統。本文所述太陽能LED燈具通過結構更新和技術改進，將一定數量的LED排列組合并進行最佳傾斜角設計，使其發光更均勻、整體亮度更高、成本更低。
１ 太陽能LED燈具照明系統組成
太陽能LED燈具照明系統由太陽電池組件、控制器、蓄電池、LED燈具四部分組成（圖１）。它白天通過太陽電池給蓄電池充電， 供晚上LED光源負載使用。
ＬＥＤ是直接將電能轉換為光能的半導體發光器件，具有體積小、耐振動、響應速度快、壽命長、可低壓驅動、安全穩定等優良特性，奠定了作為新一代光源的基礎，ＬＥＤ將會在２１世紀發展成為替代白熾燈、熒光燈的主要電光源。
２ 太陽能ＬＥＤ燈具關鍵技術改進
通過以下技術降低了太陽能燈具使用成本，使之達到或接近于工頻交流電照明系統在工程初裝上的成本報價體系，并且具有保護環境、安裝簡便、操作安全、經濟節能的優點。（１）超高亮白光ＬＥＤ的使用
發光源使用的是超高亮ＬＥＤ，能耗與普通ＬＥＤ持平，但亮度可達到２００００ｍｃｄ以上，是普通ＬＥＤ的１倍以上，并且體積小壽命長，正常使用壽命可達１０萬小時以上。（２）平頭ＬＥＤ設計
由于傳統ＬＥＤ光源開光角小，點面積的亮度高，光的散射具有極強的方向性，光源易形成光點，光均勻度不好。而圓頭超高亮白光ＬＥＤ因沒有良好的開光角度，束縛了其在照明領域的應用，因此提出了將圓頭外型改成平頭外型的新型ＬＥＤ結構設計方案。通過相關試驗發現，超高亮白光ＬＥＤ通過外型的改變，發出光的結構得到了全面改善，平頭ＬＥＤ的開光角度由過去的５°增加到了１８０°以上，光源總亮度得到提升，光效得到加強，光源在單位面積的均勻度也得到提高，消除了圓頭ＬＥＤ組合光源有光點、點亮度高而總面積內亮度低的缺點，實現了超高亮白光ＬＥＤ在實際照明領域的應用。（３） 平頭ＬＥＤ的柱式和炬式組合設計在庭院燈與景觀燈方面突破傳統觀念研發出使用平頭超高亮白光ＬＥＤ的柱式和炬式組合光源結構，并且通過合理控制平頭超高亮白光ＬＥＤ安裝傾斜角度，使以上兩種ＬＥＤ組合光源所發出照明光的
均勻度及照度得到大幅提升。雖然光效加強，此種組合光源耗能僅４Ｗ左右，發出光的亮度可達２０Ｗ節能燈或４０Ｗ白熾燈的亮度，在如此低耗能高亮度下可以更有效利用太陽能。只需要１２Ｗ太陽能電池的容量，１２Ｖ／２４Ａｈ的蓄電池組就能夠保證此種ＬＥＤ發光源在５個陰雨天持續有效工作，而２０Ｗ節
能燈在同等條件下正常工作，太陽能電池容量最少要達到７０Ｗ以上，蓄電池組也要到達７０Ａｈ以上。本技術使用的超高亮ＬＥＤ平均使用壽命１０萬小時，使用期最少在１０年以上，而節能燈的使用壽命僅為８０００～１００００小時。
（４） 十字型和矩型組合設計
在路燈領域的組合發光源使用上研制出十字型和矩型組合發光源（圖２），在超高亮白光ＬＥＤ使用上我們采取平頭和圓頭ＬＥＤ合理比例搭配，克服了平頭ＬＥＤ點面積亮度不如圓頭ＬＥＤ而圓頭ＬＥＤ光均勻度不如平頭ＬＥＤ的缺點，充分發揮平頭ＬＥＤ開光角度大光均勻度好和圓頭ＬＥＤ點面積亮度高的優點，使兩者取長補短，發揮最大的光效，同時合理的控制圓頭ＬＥＤ的安裝傾斜角度，使ＬＥＤ點源均勻分布于各個照明面上。在組合使用中，我們又找到了每個ＬＥＤ之間最佳排列間隙，使組合發光源既有光源亮度，也保證了光源的均勻度，并提高了ＬＥＤ的使用壽命。
（５） 控制器技術改進
在控制器方面，利用太陽能光電轉換技術，實現電能的最大化收集，在電能的儲備完成后，蓄電池向發光源提供１２Ｖ直流電源，使發光源產生６５００Ｋ的白光。此智能控制器采用了優化的設計以提高性能。例如，最大功率點跟蹤在充電電路中得到應用，保持太陽能電池輸出功率最大。充電電路還根據蓄電池狀態提供適當充電策略和精確控制。放電電路主要包括一個高效率的ＤＣ－ＤＣ變換器，為照明負載提供匹配電壓。為與光效率更高的照明燈具配合，變換器采用推挽結構的直流升壓電路以提高輸出電壓。此控制器采用智能比較技術，使控制器的自身功耗降到４ｍＡ左右，使之更適合我們開發的太陽能控制系統，并且合理設置蓄電池組的過充和過放電壓點，延長了蓄電池的使用壽命，同時通過精簡智能控制器結構，使結構更加簡單，故障率更低，為進一步降低成本做好了技術準備。而且通過檢測太陽能電池輸出和蓄電池電量，從而確定系統工作狀態，實現了整個系統的自動控制和智能管理。
３ 太陽能ＬＥＤ燈具的特點及應用
太陽能ＬＥＤ燈具包括太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能景觀燈、太陽能樓道燈及太陽能廣告燈等。具有安全可靠、無噪聲、無污染、能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、無機械轉動部件、故障率低和維護簡便等特點。同時它高亮度低成本的特點也得到了社會及消費者的認可。使用時，每一盞太陽能ＬＥＤ燈具都相當于一具獨立電源，可以隨意放置，無需電力設計，無需電力增容，無需人工電源控制，無需挖溝埋管，無需敷設電纜電線。安裝方便，如遇道路改造，位置移動更是方便快捷。
太陽能作為一種新興的綠色能源，以其無可比擬的優勢得到迅速的推廣應用。尤其在偏遠無電地區，太陽能ＬＥＤ燈具更具有廣泛的應用前景。在西部光明工程，非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈和太陽能景觀燈等方面的應用已經逐漸形成規模。其中太陽能草坪燈以其功率小、電路鋪設簡單、防水要求小等特點比其它產品更具優勢，尤其是國外市場對太陽能草坪燈需求十分巨大。太陽能庭院燈在公園、生活小區以及非主要交通道路上也得到廣泛應用。隨著太陽能ＬＥＤ燈具的大力發展，“綠色照明” 必將會成為一種趨勢。
４ 總結
本文所述的太陽能ＬＥＤ燈具通過超高亮ＬＥＤ的使用、平頭ＬＥＤ和組合光源的設計以及控制器技術的改進實現了高亮度、低成本，與同類產品相比在性能上有了很大提高，應用面會越來越大，對“綠色照明工程”的推廣具有很好的參考和應用價值。