LED太阳能灯具的技术经济分析

摘 要：本文对LED太阳能应用于室外照明的设计原理和注意事项进行了逐项分析，并采用实际工程案例对LED太阳能灯具和普通节能灯具在技术性、经济性方面进行了分析比较，达到了发展新能源、推广新技术的目标。

关键词：LED；太阳能电池；热岛效应；分压控制；柱头灯

太阳能是清洁和可再生的能源，而LED发光效率高，使用寿命长，绿色环保，LED太阳能灯具在众多发达国家已经广泛应用于景观照明、广场和街道亮化、室外装饰照明等领域。

由于LED技术和太阳能电池技术的飞速发展，以及系统组合中较为复杂的技术原理，造成目前国内相关产品的推广和应用存在一定的滞后，为此，文章将从LED太阳能灯具产品的设计要素、系统组合、实际应用比较、发展前景等方面作出分析，以便于设计人员参考和LED太阳能灯具在国内的推广。

1 影响LED太阳能灯具产品系统设计的重要因素

1.1 太阳能电池功率的选择

我们所说的太阳能电池输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。

1.2 蓄电池容量的选择

由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。

1.3 太阳能电池安装倾斜角度的选择

为了美观，许多的太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少15%～20%。

1.4 热岛效应

太阳电池组件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被遮挡，在强烈阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。

1.5 太阳能灯具中蓄电池的充放电控制

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。

1.6 太阳能灯具光源的选择

目前多数室外装饰照明选用LED作为光源，LED寿命长，可以达到100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在室外装饰照明上。特别是LED技术已经实现了其关键性突破，其特性也有了很大地提高，同时，性价比也有了大幅的提升。另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，使颜色控制，光谱分布，动态幻景都成为可能。

2 系统组合中需要注意的几个问题。

2.1 光敏传感器加晶体管耦合放大，解决LED太阳能灯具电压下降，造成光控开关失灵的情况。

2.2 连续阴雨天蓄电池电压降低时减少LED或者减少太阳灯接入个数，或者减少太阳能灯每天的发光时间，这就降低了系统成本。

2.3 闪烁变光，渐亮渐暗是节能的好办法，它一方面可以增加太阳能灯照射效果，另一方面可以通过改变闪烁比控制蓄电池平均输出电流，延长系统工作时间，降低成本。

2.4 太阳能灯作为一种新型节能灯具，较高的价格是推广应用的瓶颈，分时，分压控制太阳能灯技术就是解决这个问题的好办法。分时、分压控制太阳能灯技术的核心就是根据夜晚不同时间段，人们对照度不同要求，控制太阳能灯的输入功率，以及根据太阳能电池白天吸收能量的大小，控制太阳能灯的输入功率，达到人们对太阳能灯的最基本要求。

3 实际应用案例分析及比较

某项目以花园洋房和别墅建筑为主，项目围墙长约1900米，高1.8～2.7米，共需安装217盏柱头灯，柱头灯作用为围墙装饰照明，拟采用LED太阳能灯具。

为实现项目高品质、节能、环保的要求，地产商根据项目建筑及围墙整体效果，以提高品质，节省造价为目标，对LED太阳能灯和普通节能灯的技术经济指标进行了比较，在节能、安全、环保、使用寿命、工程造价等方面进行了分析。

3.1 发光效率、耗电量比较

1）同等照明效率情况下：1W LED=3W节能灯；3W LED=8W节能灯；4W LED=11W节能灯；8W LED=15W节能灯。

LED太阳能灯具可采用光控和时控方式智能控制开关。阴雨天可持续3-5天正常照明。

2）每天10小时夜间照明时间内：4W LED太阳能灯具耗电量为零；11W节能灯耗电量为0.11度，结合本项目共217盏柱头灯，每天10小时耗电量为23.87度，每年耗电量8712.55度。

3.2 安全、环保比较

1）普通节能灯需要布线，墙体内需要预埋管，采用220V电源供电，存在漏电风险；LED太阳能灯具不需布线，无预埋管，采用自带蓄电池，6V安全电压供电，无漏电风险。

2）普通节能灯管中含有汞等有害物质，电子镇流器会产生电磁干扰；LED太阳能灯具不含铅、汞等有害物质，也不会产生电磁干扰，废弃物可回收。

3.3 使用寿命比较

普通节能灯最长使用寿命5000小时；LED灯具一般使用寿命50000小时。

3.4 工程造价比较

以本工程为例，项目围墙长约1900米，共需安装217盏柱头灯，根据询价结果，相同规格灯具，采用普通节能灯价格为100元/盏；采用LED太阳能灯具价格为180元/盏。比较如下：

根据数据比较，不计财务费用，一次性投资采用LED太阳能灯比采用普通节能灯节省造价3.72万元；3年采用LED太阳能灯比采用普通节能灯节省造价5.18万元。

3.5 经过分析，LED太阳能灯技术在提升小区品质和节省造价方面均比普通节能灯占有优势。

4 发展方向比较

根据科学家的保守估计，2016年太阳能电池的平均转换效率要达到20%以上，而价格要下降一半，这就是说，我们用于照明电力的一半可能来源于太阳能，达到从PN结到PN结真正的绿色照明。

在电力资源紧缺的今天，具有节能、环保等诸多优点的LED太阳能灯具拥有很大的发展潜力，且LED灯具、太阳能电池板、太阳能蓄电池的价格也在不断降低。相反，由于普通节能灯在环保和使用寿命上的限制，将逐步趋于淘汰。

5 结 语

LED和太阳能电池技术正在以出乎人们预料的惊人速度发展，能量转换技术的融合也在不断加速，在不久的将来，真正意义上的绿色照明时代定将到来。