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從太陽(yáng)能LED路燈技術(shù)構(gòu)造簡(jiǎn)說(shuō)綠色照明

 凌風(fēng)Geek 2013-07-15
我國(guó)的光電子產(chǎn)業(yè)近年來(lái)的發(fā)展速度很快,每年以30-40%的速度增長(zhǎng),但目前僅占全球市場(chǎng)的5%,估計(jì)到2010年將占全球市場(chǎng)的10%。另外,我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)也發(fā)展極其迅速。中國(guó)高亮度白光GaN類的LED產(chǎn)量年增長(zhǎng)率達(dá)到59%,2006年產(chǎn)量為72億個(gè)。市場(chǎng)規(guī)模為90億元。預(yù)計(jì)2010年產(chǎn)量將達(dá)到200億個(gè),超過(guò)日本,成為世界上第二大生產(chǎn)國(guó)。所以,這兩者相結(jié)合,將使我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域走在世界的前列。只是有點(diǎn)遺憾的是,我國(guó)的太陽(yáng)能電池板有95%都是出口,而只有5%是內(nèi)銷。而我國(guó)的發(fā)電70%以上都是由燃煤的火力發(fā)電廠產(chǎn)生的。看來(lái)關(guān)鍵還是從政府到老百姓都還缺乏環(huán)保的概念。

中國(guó)的太陽(yáng)能資源

  中國(guó)的太陽(yáng)能資源是十分豐富的(圖1)。


圖1. 我國(guó)的太陽(yáng)能資源

  由圖中可見(jiàn),我國(guó)的東南沿海地區(qū)是比較差的,但平均日輻射量也可以達(dá)到每平方米3.2-3.8KW,也已經(jīng)足夠一個(gè)家庭的供電了。而2/3以上國(guó)土年總?cè)照樟?gt;5GJ/M2,理論儲(chǔ)量相當(dāng)于1.7萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)包括:青藏高原、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北大部、云南、廣東、海南地區(qū),年平均日照時(shí)間2200小時(shí)。北京地區(qū)一年日照約2300小時(shí)。現(xiàn)在很多德國(guó)家庭都已經(jīng)開(kāi)始在屋頂上安裝太陽(yáng)能電池板以供應(yīng)整個(gè)家庭的用電,而德國(guó)一般城市年平均日照只有1600小時(shí),可見(jiàn)德國(guó)公民對(duì)環(huán)保意識(shí)的濃厚。

. LED路燈和高壓鈉燈的比較

  太陽(yáng)能最簡(jiǎn)單的應(yīng)用是產(chǎn)生熱水,其次是發(fā)電。而發(fā)電的一個(gè)很重要的應(yīng)用是照明,中國(guó)的照明用電占全部電能耗費(fèi)的12%。但大型的太陽(yáng)能發(fā)電廠的建廠成本很高,而且大功率太陽(yáng)能電池板要占用很大的無(wú)遮擋面積,所以太陽(yáng)能照明最好的實(shí)現(xiàn)方法是和發(fā)光器件結(jié)合在一起,構(gòu)成獨(dú)立的照明裝置。目前,最有前景的是太陽(yáng)能路燈,太陽(yáng)能庭院燈,太陽(yáng)能草坪燈,太陽(yáng)能信號(hào)燈,和太陽(yáng)能航標(biāo)燈等。其中尤以太陽(yáng)能LED路燈的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高。因?yàn)槠胀ǖ穆窡粜枰佋O(shè)很長(zhǎng)的輸電線路,而且隨著距離的增加,電壓會(huì)逐漸降低,過(guò)一定距離還要用變壓器升壓。其電源線路的鋪設(shè)要投入很高的費(fèi)用。而太陽(yáng)能路燈則不然。因?yàn)槊恳桓窡魲U都是獨(dú)立的,不需要鋪設(shè)輸電線路,這就大大降低了架設(shè)的費(fèi)用。而且LED的發(fā)光效率遠(yuǎn)高于白織燈,雖然從數(shù)字上比不過(guò)高壓鈉燈(高壓鈉燈的發(fā)光效率為132流明/瓦,而LED只有90流明/瓦),但是LED的發(fā)展?jié)摿艽?。?是各種燈具的發(fā)光效率的比較。

燈具光源種類

光源光效 (lm/W)

燈具效率
(X100%)

燈具有效光效
(lm/W)

LED光源

~90 – 130

90%

81 - 117

HPS高壓鈉燈

~100 – 130

55%

55 - 72

Halide金鹵燈

~80

55%

44

CFL型節(jié)能燈

~60 - 70

60%

36 - 42

無(wú)極燈

60 (大功率50)

60%

36 (30)

白熾燈

~15

-

-

普通熒光燈

~60 - 80

~70%

42 - 56

表1. 各種燈具的效率

  高壓鈉燈的光譜比較集中于黃色,它的色溫比較低只有2000-2500oK,而LED的色溫較高,可以達(dá)到3500-4500oK以上。另外高壓鈉燈的光線是向四處發(fā)射的,有很大一部分光無(wú)法到達(dá)路面。還有,高壓鈉燈的顯色指數(shù)差,只有20到40,感覺(jué)昏暗;而LED的顯色指數(shù)高,可以達(dá)到75-80。所以路面明亮,感覺(jué)舒適。所以從實(shí)際的發(fā)光效果來(lái)看,LED反而可以比高壓鈉燈高出很多。100W的LED可以取代250W的高壓鈉燈,或300W的水銀燈。100W的LED,其輸出光通量大約只有6250流明(經(jīng)過(guò)二次光學(xué)設(shè)計(jì),會(huì)有所損失),到達(dá)路面時(shí)的流明數(shù)仍為6000流明,而路面的平均照度可以達(dá)到16Lux(12m高桿)。250W高壓鈉燈的輸出光通量為20,000流明。但到達(dá)路面的流明數(shù)就只有7000流明。路面的照度大約為30-40Lux,由于顯色系數(shù)的差別,LED的照度修正系數(shù)為2.35倍,高壓鈉燈的修正系數(shù)為0.94倍。所以100W的LED經(jīng)過(guò)修正以后地面的照度為37.6Lux,而高壓鈉燈的修正后的照度為28.2-37.6。二者相當(dāng)。所以,100W的LED可以取代250W的高壓鈉燈,LED可以節(jié)能2.5倍。

  另外,LED的壽命長(zhǎng),不需要經(jīng)常更換。高壓鈉燈的壽命為4000小時(shí),假定每天工作10小時(shí),只能工作400天,一年多一點(diǎn)就要更換;而大功率LED的壽命為50,000小時(shí),假定每天工作10小時(shí),13.7年才需要更換。這就大大節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。

表2. LED燈具的高壓鈉燈的比較


序號(hào)

比較項(xiàng)目

HPS高壓鈉燈具

 LED光源照明燈具

1

功耗

低,約HPS的30% - 40%

 

 

400W

180W

 

 

350W

140W

 

 

250W

100W

 

 

150W

70W

2

色溫

2000 – 2500 K

3500 – 7000 K可選

3

顯色指數(shù)

20 – 30

80 – 93

4

電源效率

~ 75%

80% ~ 90%

5

光源利用效率

< 60%

~ 90%

6

燈具使用壽命

5 – 7 yrs

8 – 10 yrs

7

光源使用壽命

20 K hrs

50 K hrs光衰<30%

8

呼吸過(guò)濾系統(tǒng)

必需

不需要

9

防護(hù)等級(jí)

IP65

IP65

10

防觸電保護(hù)類別

I類

I類

11

啟動(dòng)時(shí)間

5 – 10 min

瞬間啟動(dòng),無(wú)延時(shí)

12

環(huán)保

不環(huán)保(含汞)

環(huán)保


圖2. 兩種燈具的實(shí)際效果圖

太陽(yáng)能燈具的構(gòu)成

  不管是那一種太陽(yáng)能燈具,它都是由5個(gè)部分組成,第一是太陽(yáng)能電池,第二是蓄電池第三是它的控制裝置,第四是LED的驅(qū)動(dòng)芯片,第五個(gè)是LED本身。通常太陽(yáng)能電池板掛在高桿上,充放電控制器和鉛蓄電池放在地面的控制箱內(nèi),驅(qū)動(dòng)芯片和LED都裝在燈頭里。其示意圖如圖3所示。其中充放電工控制器只能控制對(duì)蓄電池的充電和放電的過(guò)程和定時(shí)(或光控)向LED供電,而并不能穩(wěn)定其輸出電壓。



圖3.  太陽(yáng)能燈具的構(gòu)成

. LED燈頭

  4.1 LED的選擇

  因?yàn)槟壳癓ED的發(fā)光效率還是比較低,大約有85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能。所以發(fā)熱很高。為了能夠分散這些熱量,不宜采用功率過(guò)大的LED。以目前的工藝來(lái)看,以1W的LED比較成熟。對(duì)于100W的LED燈頭,需要采用100個(gè)1W的LED。這時(shí)大約有85W的熱能要散發(fā)掉。LED的性價(jià)比是每美元的流明數(shù)。一方面希望它的發(fā)光效率高,也就是每瓦的流明數(shù)要高,目前,最高可以達(dá)到85-100流明/瓦。另一方面,希望它的價(jià)錢要便宜。1W的LED,批量購(gòu)買時(shí)的最低價(jià)約為1美元一個(gè)。

  4.2 二次光學(xué)設(shè)計(jì)

  由于目前所有LED都帶有小型透鏡,而使其光束集中在80度左右的角度范圍內(nèi),為了使得路面的照度能夠?qū)掗熅鶆?,通常都要進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)可以有很多方法,但是其最終的目的是一樣的,就是要求能夠使得路面的照度均勻。最理想的是三角型的照度曲線,但是實(shí)際上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,因此,對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)的照度曲線通常稱為蝙蝠翼型(圖4)。

 
圖4. 采用光學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)蝙蝠翼型光度曲線

圖5. 采用不同類型的LED來(lái)實(shí)現(xiàn)蝙蝠翼照度曲線 
圖中A:近區(qū)域使用裸的LED器件; 
B:中間區(qū)域使用帶橢圓透鏡的LED器件 
C:最遠(yuǎn)的區(qū)域使用帶平行光透鏡的LED器件。 

  4.3 LED燈頭的散熱

  LED的效率還是比較低的,大約只有15%左右。也就是有85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能。而這些熱能如果散不出去,就會(huì)反過(guò)來(lái)影響了LED的性能。最嚴(yán)重的是影響到LED的壽命。它的具體表現(xiàn)就是結(jié)溫的上升。


圖6. 結(jié)溫對(duì)于壽命的影響

  在圖6中表明,當(dāng)結(jié)溫從115℃提高到135℃,就會(huì)使壽命從50,000小時(shí)降低到20,000小時(shí)。而短時(shí)間的溫升還會(huì)引起其光輸出的降低(圖7)。


圖7. 結(jié)溫和光輸出的關(guān)系

  雖然隨著LED的效率逐年提高,這個(gè)問(wèn)題會(huì)逐漸緩解,但是從目前的情況來(lái)說(shuō),還是需要盡可能做好散熱措施。可以這樣說(shuō),現(xiàn)在LED路燈表現(xiàn)出來(lái)的很多問(wèn)題都是由不完善的散熱所引起的。

  目前最普通的做法就是采用盡可能大的鋁制散熱器。這雖然可以解決一些問(wèn)題,但是這個(gè)方法會(huì)帶來(lái)散熱效果和重量之間的矛盾。為了散熱效果好,就必須采用非常重大的散熱器。而其效果還不盡人意?,F(xiàn)在最新的方法是采用“回路熱管”技術(shù)。這種方法可以在非常好的散熱效果的同時(shí)還能夠保持很輕的重量。


圖8. 回路熱管改造原理

  采用了回路熱管散熱技術(shù)可以把LED的結(jié)溫降低到65℃,這就大大地提高了LED燈具的使用壽命。經(jīng)過(guò)了3年實(shí)際測(cè)試表明,在每天工作12小時(shí),其光衰小于3%。預(yù)計(jì)在工作十年以后,其光衰只有20%。這就基本上解決了壽命的問(wèn)題。

. LED的恒流驅(qū)動(dòng)

  作為一種光源,LED的最大缺點(diǎn)就是它的發(fā)光不穩(wěn)定,很容易受到電壓溫度的影響。而且,它對(duì)電壓和溫度的靈敏度還很高。所以一定要采用恒流驅(qū)動(dòng),來(lái)克服它的發(fā)光不穩(wěn)定。

  5.1 電壓不穩(wěn)所引起的發(fā)光不穩(wěn)

  在太陽(yáng)能路燈中,主要采用鉛蓄電池來(lái)儲(chǔ)存太陽(yáng)能。但是,有不少設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中略去了恒流驅(qū)動(dòng),以為鉛蓄電池的輸出電壓足夠穩(wěn)定,而不需要再采用恒流驅(qū)動(dòng)就可以直接驅(qū)動(dòng)LED,這種想法是錯(cuò)誤的。

  不論哪一種蓄電池它的輸出電壓都會(huì)隨著放電而逐漸降低,在整個(gè)放電過(guò)程中,其輸出電壓的變化高達(dá)20%左右。如果將其直接對(duì)LED加電,會(huì)使LED的亮度產(chǎn)生很大的變化?,F(xiàn)以鉛蓄電池為例,它的放電曲線如圖9所示。


圖9. 鉛蓄電池的放電曲線。

  從圖中可以看出,在整個(gè)放電過(guò)程中,鉛蓄電池的輸出電壓將會(huì)下降2V之多。將近20%。

  而從LED伏安特性可以看出,10%的電壓變化,將會(huì)引起極大的正向電流的變化。圖10表明某一廠家所所生產(chǎn)的1W LED的伏安特性。


圖10. 某一廠家的1W LED的伏安特性

  假定初始的電壓為3.4V,這時(shí)的正向電流為350mA。假如電壓降低到3.1V(10%),這時(shí)的電流就不到100mA,降低了將近3.5倍。而LED的發(fā)光亮度是直接和其正向電流有關(guān)的。同一廠家的同一1瓦 LED,其相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度和正向電流的關(guān)系曲線如圖11所示。


圖11. 相對(duì)光強(qiáng)和正向電流的關(guān)系

  由圖中可以看到,如果正向電流從350mA降低一倍到100mA,其相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度將從1.00降低到0.35。降低將近3倍。這是不能允許的。所以一定要設(shè)法穩(wěn)定其正向電流。

  5.2 LED發(fā)光的溫度不穩(wěn)定

此外,LED的正向電流還和結(jié)溫有關(guān),圖12就表明LED在不同結(jié)溫時(shí)的伏安特性。


圖12. 在不同環(huán)境溫度時(shí)LED的伏安特性

  LED的溫度系數(shù)通常為負(fù)的,也就是當(dāng)溫度升高時(shí)(T1-)T2),伏安特性向左移動(dòng)。其值大約是-2mV/℃,那么當(dāng)其結(jié)溫增加50度時(shí)時(shí),其正向電壓就會(huì)降低0.1V。而正向電流大約會(huì)降低100mA(從350mA降低到250mA),而其發(fā)光強(qiáng)度將會(huì)降低到80%。由于散熱不理想,通常功率LED在接通電源以后,結(jié)溫很可能會(huì)上升50度,其發(fā)光強(qiáng)度就會(huì)降低20%。這就是“短時(shí)光衰”。而且,隨著冬季進(jìn)入夏季,環(huán)境溫度的變化,也會(huì)引起結(jié)溫的變化。這就是“長(zhǎng)期光衰”。而且當(dāng)溫度變化時(shí),由于正向電流的減少,LED的發(fā)光光譜也會(huì)發(fā)生變化。通常是向波長(zhǎng)長(zhǎng)的方向漂移。大約是每升高10oC時(shí)漂移1nm,升高50度會(huì)產(chǎn)生5nm的變化。所以一定要保持其正向電流恒定。

  5.3采用恒流驅(qū)動(dòng)IC來(lái)穩(wěn)定LED的正向電流

  從LED的電壓特性和溫度特性中,可以得出結(jié)論,一定要采用一個(gè)集成電路來(lái)控制LED的電流使其不論在電池電壓降低或是環(huán)境溫度升高時(shí)都能保持正向電流恒定。PAM2842就是這樣一種芯片。這顆芯片可以從低到5V高到28V的輸入電源電壓范圍內(nèi),驅(qū)動(dòng)10顆串聯(lián)的3W LED。它的最高輸出電壓可以達(dá)到40V,而最大輸出電流可以達(dá)到1.75A。但是總的輸出功率不能大于30W。而且輸入電壓可以任意從5V變到28V,都能保持LED的電流不變。

  其應(yīng)用電路如圖13所示。


圖13. PAM2842的實(shí)際應(yīng)用電路

  LED的電流由串聯(lián)的電流采樣電阻來(lái)決定,PAM2842只要求其反饋電壓為0.1V,串聯(lián)電阻的阻值就可以根據(jù)所要求的正向電流來(lái)設(shè)定。假如對(duì)3W的LED要求其正向電流為700mA,則其阻值就是0.142Ω。其損耗為0.07W,對(duì)效率的影響基本上可以忽略不計(jì)。另外二極管D1必須采用低壓降、大電流的肖特基二極管,以減小功耗。電感需要采用高飽和電流,低DCR的電感。此外,PAM2842的工作頻率可以有三種選擇:500kHz,1MHz,1.6MHz。為了降低其開(kāi)關(guān)損耗,建議選擇500kHz開(kāi)關(guān)頻率。此時(shí)可以把Fsel端接地。PAM2842具有很好的恒流特性。當(dāng)輸入電壓從12V降低到10V時(shí),LED中的電流只變化不到3%。這樣就可以保證LED的亮度基本上不變。芯片內(nèi)部具有過(guò)壓保護(hù)電路(OVP),所以假如有一個(gè)LED開(kāi)路,芯片的升壓會(huì)被限制住不至于過(guò)高,保護(hù)芯片本身不至于損壞。但是由于所有LED為串聯(lián),有一顆LED開(kāi)路,當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致所有LED不亮。但是,假如有一顆LED短路,這時(shí)候,由于有恒流環(huán)控制,所以芯片會(huì)自動(dòng)降低其輸出電壓,而保持流過(guò)LED的電流不變,因此不影響其他LED的工作。

  因?yàn)镻AM2842在這里是作為升壓芯片來(lái)應(yīng)用的,所以在要求的升壓比比較高時(shí),其效率就比較低。舉例來(lái)說(shuō),假如輸入電壓是24V,升壓至40V,其效率可達(dá)95%以上。而假如輸入電壓為12V,仍然要求升壓至40V,這時(shí)候其效率就只有91%左右。因?yàn)榇蠖鄶?shù)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)所采用的蓄電池是12V的,為了在12V時(shí)還能得到95%的效率,可以把10顆LED二極管分成兩串,每一串為5顆LED串聯(lián),這樣就只要求升壓至20V以下,可以提高效率至95%。而且如果一個(gè)LED開(kāi)路,頂多影響一串5個(gè)LED,而不至于影響另一串5個(gè)LED的工作。這時(shí)候,兩串LED共用一個(gè)LED電流采樣電阻,因?yàn)殡娏髟黾右槐?,變?.4A,所以電流采樣電阻阻值也應(yīng)當(dāng)減小一倍,變成0.07歐姆。或者,只將其中的一串LED的電流進(jìn)行采樣,而另一串的LED就直接接地,這樣就只能對(duì)其中一串的LED電流進(jìn)行恒流控制。這兩種做法各有優(yōu)缺點(diǎn)。兩串并聯(lián)時(shí),所控制的是兩串電流之和。所以,假如兩串的LED伏安特性有所區(qū)別時(shí),這兩串的LED的電流就會(huì)有所不同。除了電流采樣電阻以外,限壓電阻R3和R4的值也需要作相應(yīng)的調(diào)整。只要根據(jù)Vout=1.2*(1+R3/R4)的公式加以調(diào)整就可以。

  現(xiàn)在還有很多人采用1W的LED, 因?yàn)樗容^成熟,散熱也容易處理。我們也可以利用PAM2842來(lái)驅(qū)動(dòng)3串10個(gè)1W的LED??偟妮敵龉β蚀蠹s是30W。只是對(duì)于1W的LED,它的驅(qū)動(dòng)電流是350mA,所以三串并聯(lián)以后的總電流加大到1.05A,要比一串10個(gè)3W的LED大很多??梢杂袃蓚€(gè)辦法解決。一個(gè)是改成兩串10個(gè)1W,這樣其電流是0.7A,和1串10個(gè)3瓦的一樣。采樣電阻仍然是0.142歐姆。還有一個(gè)辦法,是把3串10個(gè)1瓦的總電流減少為0.9A。這樣每一串的電流仍然可以有300mA,對(duì)于其亮度影響不大,總功率也沒(méi)有超過(guò)30W。當(dāng)然,也可以連成四串,每串5個(gè)1W的LED,總數(shù)為20個(gè),甚至是連成5串,每串5個(gè)1W的LED。以減少由于某一串中的LED開(kāi)路,所引起不亮的LED個(gè)數(shù)。這時(shí)采樣電阻就要根據(jù)電流值來(lái)調(diào)整。但是不建議使用6串5個(gè)1W的LED架構(gòu),因?yàn)槠鋵?shí)際的輸出電流過(guò)大,已經(jīng)超過(guò)了芯片的允許值。各種不同架構(gòu)時(shí)所相應(yīng)的電流采樣電阻和輸出限壓電阻的值如表3所示。

表3  各種不同架構(gòu)時(shí)的電流采樣電阻和輸出限壓電阻的阻值


架構(gòu)

1串10個(gè)3W

2串5個(gè)3W

2串10個(gè)1W

4串5個(gè)1W

5串5個(gè)1W

輸出功率

23.1W

23.1W

23.1W

23.1W

28.8W

電流

0.7A

1.4A

0.7A

1.4A

1.75A

R1

0.142Ω

0.07Ω

0.142Ω

0.07Ω

0.06Ω

R3

360KΩ

180KΩ

360KΩ

180KΩ

180KΩ

R4

12KΩ

12KΩ

12KΩ

12KΩ

12KΩ

  PAM2842不只限于太陽(yáng)能路燈中。而且也可以用于任何直流電源(12-24V)供電的LED照明系統(tǒng),或是采用開(kāi)關(guān)電源將交流變成直流輸出的系統(tǒng)中。例如在很多應(yīng)用中,出于安全的考慮,通常都是采用低壓直流電源。例如水下照明,或是用戶有可能接觸到的地方。

  一般性的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,通常只能提供穩(wěn)壓輸出,而不能保證LED恒流。所以,當(dāng)溫度變化時(shí),LED的電流就有可能變化。所有這些,都還是需要有像PAM2842這樣的專為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)用的恒流驅(qū)動(dòng)芯片,才能保證LED燈具的性能。PAM2842是目前同類內(nèi)置大功率MOSFET恒流驅(qū)動(dòng)芯片中,輸出功率最大的。

太陽(yáng)能LED路燈的總體性能指標(biāo)

       現(xiàn)在就來(lái)看一下,臺(tái)灣光炬科技公司所生產(chǎn)的LED路燈的總體指標(biāo)。


規(guī)格

100瓦LED路燈SL-100-S2-W3

150瓦LED路燈 SL-150-R3-W3

燈具光通量 (流明)

6250

9000

路面光通量 (流明)

5000

8000

相當(dāng)于高壓鈉燈

250W

400W

輸入功率

103W

155W

燈源高度

路面照度

照射范圍

路面照度

照射范圍

7 m

38 Lux

23x18 m

57 Lux

24x19 m

8 m

29 Lux

26x19 m

43 Lux

27x21 m

9 m

23 Lux

28x21 m

34 Lux

30x23 m

10 m

18 Lux

31x22 m

28 Lux

32x24 m

11 m

15 Lux

33x22 m

23 Lux

35x25 m

12 m

13 Lux

35x23 m

19 Lux

37x26 m

散熱方法

回路熱管

回路熱管

壽命

> 50,000 小時(shí)

〉50,000 小時(shí)

重量

5.5 公斤

8.5 公斤

  這個(gè)LED路燈因?yàn)椴捎昧嘶芈窡峁埽院芎玫亟鉀Q了散熱問(wèn)題??梢员WC其工作壽命超過(guò)50,000小時(shí)。而且它的重量很輕,100瓦只有5.5公斤;150瓦只有8.5公斤,遠(yuǎn)比采用鋁質(zhì)散熱器為輕。這是一個(gè)可以實(shí)際使用的LED路燈,LED功率為100瓦時(shí),12米高桿覆蓋35米。這時(shí)候的效果如下面的照片所示:

 

圖14. 間隔為35米的100瓦LED路燈(白色)和250瓦高壓鈉燈(黃色)在六車道道路上的實(shí)際比較,很明顯LED路燈的照度要亮得多。

太陽(yáng)能LED路燈的經(jīng)濟(jì)核算

  太陽(yáng)能LED路燈的優(yōu)越性是不容置疑的,然而它的經(jīng)濟(jì)性卻一直受到質(zhì)疑。原因是它的初始投資太大。其中最貴的是太陽(yáng)能電池板,它的價(jià)錢大約為每瓦40元。而為了保證在連續(xù)3-5個(gè)陰雨天氣還能正常工作,通常太陽(yáng)能電池的功率要比LED消耗功率大2-3倍。所以,對(duì)于100瓦LED路燈,要求配備的太陽(yáng)能電池大約是250瓦,所以其價(jià)錢大約在10,000元人民幣左右。另一個(gè)價(jià)錢比較貴的就是LED燈頭,現(xiàn)在LED本身的價(jià)錢遠(yuǎn)比高壓鈉燈貴,但是它是在逐年降低的過(guò)程中。鉛蓄電池的單價(jià)大約只要幾百元。整個(gè)太陽(yáng)能路燈的造價(jià)大約在15,000元人民幣左右。

  對(duì)于野外的高速公路,地面的照度不一定要像在市區(qū)那么連續(xù),所以各燈桿之間的距離可以取為66米。那么對(duì)于3公里路程就要架設(shè)46盞路燈,5公里需要架設(shè)76盞,10公里需要架設(shè)152盞。假定普通高壓鈉燈路燈的燈頭燈桿費(fèi)用為每盞1500元,而每盞太陽(yáng)能路燈和燈桿費(fèi)用為15,000元。太陽(yáng)能路燈要貴10倍。但是普通路燈需要電纜埋設(shè),配電設(shè)備,檢查井等的費(fèi)用。而太陽(yáng)能路燈完全沒(méi)有這筆費(fèi)用;而且普通路燈還有電費(fèi)也是非??捎^的。現(xiàn)在就以15年的維護(hù)費(fèi)用來(lái)比較。在15年內(nèi)10公里耗電208.05萬(wàn)元。太陽(yáng)能路燈15年才要更換一次蓄電池,不到幾萬(wàn)元。而且太陽(yáng)能路燈的工作電壓低,絕對(duì)不會(huì)發(fā)生觸電事故。LED的壽命長(zhǎng),15年幾乎不需要更換,一方面減少了維護(hù)費(fèi)用,另一方面也降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。所以是一種最高性價(jià)比的路燈。其他太陽(yáng)能庭院燈和草坪燈雖然也有類似的優(yōu)點(diǎn),但是因?yàn)榫嚯x近,數(shù)量少,其優(yōu)點(diǎn)不那么顯著。


公里數(shù)

3 公里( 46 盞)

5 公里( 76 盞)

10 公里( 152 盞)

傳統(tǒng)路燈

太陽(yáng)能 
LED 路燈

傳統(tǒng)路燈

太陽(yáng)能 
LED 路燈

傳統(tǒng)路燈

太陽(yáng)能 
LED 路燈

燈頭燈桿費(fèi)用(元)

69,000

690,000

114,000

1,140,000

228,000

2,280,000

電纜鋪設(shè)費(fèi)用(元)

360,000

0

900,000

0

3,600,000

0

十五年的電費(fèi) (元)

629,625

0

1,040,250

0

2,080,500

0

變壓器費(fèi)用 (元)

 

無(wú)

 

無(wú)

 

無(wú)

十五年維護(hù)費(fèi)用 (元)

 

27,600

 

45,600

 

91,200

合計(jì) (元)

1,058,625

717,600

2,054,250

1,185,600

5,908,500

2,371,200

節(jié)省費(fèi)用 (元)

341,025

868,650

2,150,300

  所以,十五年下來(lái),采用太陽(yáng)能LED路燈,可以節(jié)省總開(kāi)支分別為34.1萬(wàn)、86.8萬(wàn)、和215萬(wàn)元。其節(jié)省是十分可觀的。距離越長(zhǎng),太陽(yáng)能路燈的節(jié)省就越大。

結(jié)束語(yǔ)

  全球LED路燈市場(chǎng)達(dá)到14億美元,美國(guó)在2008年將新增2000萬(wàn)盞LED路燈。中國(guó)在2006年具有1千五百萬(wàn)個(gè)路燈,并以每年20%的速度增長(zhǎng)。也就是每年新增的路燈數(shù)也有300萬(wàn)盞。中國(guó)的路燈市場(chǎng)達(dá)到每年50億人民幣,其中LED路燈市場(chǎng)約40億人民幣。在2008年將新增50萬(wàn)盞LED路燈。而中國(guó)全國(guó)每年花在路燈的電費(fèi)上就達(dá)到60億人民幣。假如全部改為太陽(yáng)能LED路燈,就可以全部節(jié)省下來(lái)。而且,采用太陽(yáng)能路燈還不能夠只是從經(jīng)濟(jì)上來(lái)比較,它更重要的意義是綠色和環(huán)保。一盞高壓鈉燈它所等效的二氧化碳排放量為每年1290公斤。假如把中國(guó)現(xiàn)有的1500萬(wàn)盞高壓鈉燈全部用太陽(yáng)能LED路燈來(lái)替換,那么每年它所減少的二氧化碳排放量為1935萬(wàn)噸。太陽(yáng)能路燈采用的是世界上最干凈的能源,是取之不盡用之不竭的綠色能源,這是我們必須為之奮斗的事業(yè)!

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