基于太陽能LED燈具的工作原理分析及其市場應用研究

李 浩，鄧忠彬，王曉雷，孟凡貴，羅小昌

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津 300452)

0 引 言

有數據統計顯示，照明在全球能源消費中占了 20%,，我國戶外道路照明約占整個照明用電量的 30%,，節電新能源與節能減排不僅是全世界追求的目標，也是我國貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措，是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇，對于調整經濟結構、轉變增長方式、提高人民生活質量、維護中華民族長遠利益，具有極其重要而深遠的意義，也是我國對國際社會應該承擔的責任。

自 2003年我國啟動國家半導體照明工程以來，太陽能LED照明產業被列為國家優先發展的第一重點領域(能源)的第一優先主題。我國的太陽能 LED照明產業在政府的大力推動下，得到了跨越式的發展。[1]

本文針對太陽能 LED燈具的工作原理加以分析，通過具體數據對世界范圍內的太陽能 LED燈具市場進行研究，介紹了目前我國太陽能LED燈具的使用現狀及今后的發展前景。

1 太陽能LED燈具的工作原理及其使用優勢

1.1 工作原理

首先，太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變為電能的器件，這種光電轉換的過程通常叫做“光生伏打效應”，簡稱為光伏效應。白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產生一定幅度的直流電壓，把光能轉換為電能，再傳送給智能控制器，經過智能控制器的過充保護，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進行儲存；到了夜晚太陽能組件因接收不到光能，其輸出的直流電壓降到接近為零時，智能控制器自動開啟控制裝置，向 LED提供電能，促使 LED發光源發出足夠的亮度用于照明；到天亮時，太陽能組件又接收到光能產生電壓時，智能控制器又自動轉換到充電模式工作，其工作原理如圖1所示。[2]

圖1 太陽能LED燈具的工作原理圖Fig.1 Schematic diagram of solar energy LED luminaries

1.2 使用優勢

太陽能 LED燈具的問世，是對上百年傳統照明理論顛覆性的技術創新，此半導體照明技術將當之無愧地成為最具發展潛力的照明替代產品，其使用優勢主要有：①節能：以太陽能光電轉換提供電能，取之不盡，用之不竭。②環保：無污染、無噪音、無輻射。③安全：可避免觸電、火災等意外事故。④方便：安裝簡潔，不需要架線、挖地施工。⑤壽命長：產品科技含量高，質量可靠。⑥投資少：一次性投資，可長期使用。⑦適用廣：太陽能源于自然，所以凡是有日照的地方都可以使用，特別適用于綠地景觀燈光配備，高檔住宅及室外照明，旅游景點海岸景觀照明及點綴，工業開發區、工礦企業路燈，各大院校室外燈光照明等。

2 太陽能LED燈具的市場應用研究與應用實例分析

2.1 市場應用研究

隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求日益擴大，能源短缺問題已經成為影響我國經濟快速發展的一個重要問題，充分開發利用太陽能是世界各國政府可持續發展的能源戰略決策。同時在國際光電市場巨大潛力的推動下，各國的光電制造業都爭相投入巨資，擴大生產，以爭一席之地。我國也不例外。

據 2014年國際照明市場分析，太陽能 LED燈具增長將對通用照明市場帶來巨大變化。LED太陽能燈具顯示出誘人的市場前景是毫無疑問的，2014年以來，普通照明的全球市場為595億美元，其中，太陽能LED燈具占33%，這是一個了不起的功績，因為兩年前太陽能 LED燈具的市場滲透率還不到1%,，圖 2顯示了全球太陽能燈具市場的分布，北美、中國和西歐出貨量最多。可看到太陽能 LED照明在我國市場具有巨大的牽引力，究其原因是曾經純粹的傳統照明廠商或是由于需求增加、或是面臨不改變就整合或關停的危機，而被迫生產太陽能 LED照明。北美地區在全球太陽能 LED照明市場占據大份額通常是因為產品平均銷售價格較低和消費者較高的光質量要求。至于西歐，因其具有嚴格的節能減排目標，太陽能LED產品即使在高價位也有利于被采用。

圖2 全球太陽能LED燈具市場分布圖Fig.2 Distribution of global markets of solar energy LED luminaries

2.2 應用實例分析

2009年初，我國開始在城市功能照明中研究、試驗及應用太陽能LED光源，到2011年底，天津市區及濱海新區非主干道、部分主干道完成太陽能 LED照明改造，新建非主干道全部采用太陽能LED照明。2012年1月初，天津市濱海新區塘沽新港地區一批太陽能 LED節能路燈投入使用。據了解，這種節能環保的新型燈具，代替了傳統的250,W高壓鈉燈，其核心裝置是智能控制器，設置了光控、時控開關裝置，可根據一天24,h內的天空亮度和人們在各種環境中需要的亮度自動調節，無需專人送電和管理。這種燈具利用太陽能組件吸收太陽光并轉換為電能，通過控制器存儲到蓄電池中，當夜晚來臨或天空亮度不夠時，控制器再控制蓄電池給高效節能太陽能LED燈光源供電，實現環境照明，其應用使得節能減排效果明顯，[3]具體對比參數及節能減排效果如表1、2所示。

表1 LED路燈與傳統路燈的對比Tab.1 Comparison of LED street lamps and traditional street lamps

表2 節能減排效果Tab.2 Comparison of effects of energy saving and emission reduction

3 結 語

隨著人們對太陽能 LED燈具的認知度越來越高，太陽能LED燈具及太陽能產品的普及率也將逐漸提高，市場前景廣闊。太陽能 LED燈具以其優越的節能效果、人文的光源照明控制，倍受使用者青睞，其性價比與工頻交流電燈具基本持平，且擁有不破壞環境、不消耗不可再生能源、節能減排等特點，易于被使用者所接受，因此只要是在光源充足的地方，就存在太陽能LED燈具開發應用的市場。

同時，隨著太陽能 LED燈具成本的降低，太陽能產品將進入更廣闊的領域，成為城市照明的一道閃亮風景，也將為我國節能減排做出更大貢獻。■

［1］上海半導體照明工程技術研究中心.2007年度上海半導體照明產業發展報告[R].2007.

［2］田英.淺談太陽能 LED 路燈原理與設計[J].漢中科技，2011(5)：59-60.

［3］濱海新區塘沽新港太陽能 LED節能燈投入使用[EB/OL].http://news.jwb.com.cn/art/2012/1/12/art_181_ 448794.html，2012-1-12.