基于太阳能LED灯具的工作原理分析及其市场应用研究

李 浩，邓忠彬，王晓雷，孟凡贵，罗小昌

(中海油能源发展装备技术有限公司 天津 300452)

0 引 言

有数据统计显示，照明在全球能源消费中占了 20%,，我国户外道路照明约占整个照明用电量的 30%,，节电新能源与节能减排不仅是全世界追求的目标，也是我国贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义，也是我国对国际社会应该承担的责任。

自 2003年我国启动国家半导体照明工程以来，太阳能LED照明产业被列为国家优先发展的第一重点领域(能源)的第一优先主题。我国的太阳能 LED照明产业在政府的大力推动下，得到了跨越式的发展。[1]

本文针对太阳能 LED灯具的工作原理加以分析，通过具体数据对世界范围内的太阳能 LED灯具市场进行研究，介绍了目前我国太阳能LED灯具的使用现状及今后的发展前景。

1 太阳能LED灯具的工作原理及其使用优势

1.1 工作原理

首先，太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的器件，这种光电转换的过程通常叫做“光生伏打效应”，简称为光伏效应。白天太阳光照射到太阳能组件上，使太阳能电池组件产生一定幅度的直流电压，把光能转换为电能，再传送给智能控制器，经过智能控制器的过充保护，将太阳能组件传来的电能输送给蓄电池进行储存；到了夜晚太阳能组件因接收不到光能，其输出的直流电压降到接近为零时，智能控制器自动开启控制装置，向 LED提供电能，促使 LED发光源发出足够的亮度用于照明；到天亮时，太阳能组件又接收到光能产生电压时，智能控制器又自动转换到充电模式工作，其工作原理如图1所示。[2]

图1 太阳能LED灯具的工作原理图Fig.1 Schematic diagram of solar energy LED luminaries

1.2 使用优势

太阳能 LED灯具的问世，是对上百年传统照明理论颠覆性的技术创新，此半导体照明技术将当之无愧地成为最具发展潜力的照明替代产品，其使用优势主要有：①节能：以太阳能光电转换提供电能，取之不尽，用之不竭。②环保：无污染、无噪音、无辐射。③安全：可避免触电、火灾等意外事故。④方便：安装简洁，不需要架线、挖地施工。⑤寿命长：产品科技含量高，质量可靠。⑥投资少：一次性投资，可长期使用。⑦适用广：太阳能源于自然，所以凡是有日照的地方都可以使用，特别适用于绿地景观灯光配备，高档住宅及室外照明，旅游景点海岸景观照明及点缀，工业开发区、工矿企业路灯，各大院校室外灯光照明等。

2 太阳能LED灯具的市场应用研究与应用实例分析

2.1 市场应用研究

随着我国经济的快速发展，对能源的需求日益扩大，能源短缺问题已经成为影响我国经济快速发展的一个重要问题，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。同时在国际光电市场巨大潜力的推动下，各国的光电制造业都争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。我国也不例外。

据 2014年国际照明市场分析，太阳能 LED灯具增长将对通用照明市场带来巨大变化。LED太阳能灯具显示出诱人的市场前景是毫无疑问的，2014年以来，普通照明的全球市场为595亿美元，其中，太阳能LED灯具占33%，这是一个了不起的功绩，因为两年前太阳能 LED灯具的市场渗透率还不到1%,，图 2显示了全球太阳能灯具市场的分布，北美、中国和西欧出货量最多。可看到太阳能 LED照明在我国市场具有巨大的牵引力，究其原因是曾经纯粹的传统照明厂商或是由于需求增加、或是面临不改变就整合或关停的危机，而被迫生产太阳能 LED照明。北美地区在全球太阳能 LED照明市场占据大份额通常是因为产品平均销售价格较低和消费者较高的光质量要求。至于西欧，因其具有严格的节能减排目标，太阳能LED产品即使在高价位也有利于被采用。

图2 全球太阳能LED灯具市场分布图Fig.2 Distribution of global markets of solar energy LED luminaries

2.2 应用实例分析

2009年初，我国开始在城市功能照明中研究、试验及应用太阳能LED光源，到2011年底，天津市区及滨海新区非主干道、部分主干道完成太阳能 LED照明改造，新建非主干道全部采用太阳能LED照明。2012年1月初，天津市滨海新区塘沽新港地区一批太阳能 LED节能路灯投入使用。据了解，这种节能环保的新型灯具，代替了传统的250,W高压钠灯，其核心装置是智能控制器，设置了光控、时控开关装置，可根据一天24,h内的天空亮度和人们在各种环境中需要的亮度自动调节，无需专人送电和管理。这种灯具利用太阳能组件吸收太阳光并转换为电能，通过控制器存储到蓄电池中，当夜晚来临或天空亮度不够时，控制器再控制蓄电池给高效节能太阳能LED灯光源供电，实现环境照明，其应用使得节能减排效果明显，[3]具体对比参数及节能减排效果如表1、2所示。

表1 LED路灯与传统路灯的对比Tab.1 Comparison of LED street lamps and traditional street lamps

表2 节能减排效果Tab.2 Comparison of effects of energy saving and emission reduction

3 结 语

随着人们对太阳能 LED灯具的认知度越来越高，太阳能LED灯具及太阳能产品的普及率也将逐渐提高，市场前景广阔。太阳能 LED灯具以其优越的节能效果、人文的光源照明控制，倍受使用者青睐，其性价比与工频交流电灯具基本持平，且拥有不破坏环境、不消耗不可再生能源、节能减排等特点，易于被使用者所接受，因此只要是在光源充足的地方，就存在太阳能LED灯具开发应用的市场。

同时，随着太阳能 LED灯具成本的降低，太阳能产品将进入更广阔的领域，成为城市照明的一道闪亮风景，也将为我国节能减排做出更大贡献。■

［1］上海半导体照明工程技术研究中心.2007年度上海半导体照明产业发展报告[R].2007.

［2］田英.浅谈太阳能 LED 路灯原理与设计[J].汉中科技，2011(5)：59-60.

［3］滨海新区塘沽新港太阳能 LED节能灯投入使用[EB/OL].http://news.jwb.com.cn/art/2012/1/12/art_181_ 448794.html，2012-1-12.