基于太陽能LED燈具的工作原理分析及其市場應(yīng)用研究

李 浩，鄧忠彬，王曉雷，孟凡貴，羅小昌

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津 300452)

0 引 言

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，照明在全球能源消費(fèi)中占了 20%,，我國戶外道路照明約占整個(gè)照明用電量的 30%,，節(jié)電新能源與節(jié)能減排不僅是全世界追求的目標(biāo)，也是我國貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重大舉措，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇，對(duì)于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L方式、提高人民生活質(zhì)量、維護(hù)中華民族長遠(yuǎn)利益，具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義，也是我國對(duì)國際社會(huì)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。

自 2003年我國啟動(dòng)國家半導(dǎo)體照明工程以來，太陽能LED照明產(chǎn)業(yè)被列為國家優(yōu)先發(fā)展的第一重點(diǎn)領(lǐng)域(能源)的第一優(yōu)先主題。我國的太陽能 LED照明產(chǎn)業(yè)在政府的大力推動(dòng)下，得到了跨越式的發(fā)展。[1]

本文針對(duì)太陽能 LED燈具的工作原理加以分析，通過具體數(shù)據(jù)對(duì)世界范圍內(nèi)的太陽能 LED燈具市場進(jìn)行研究，介紹了目前我國太陽能LED燈具的使用現(xiàn)狀及今后的發(fā)展前景。

1 太陽能LED燈具的工作原理及其使用優(yōu)勢

1.1 工作原理

首先，太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷@種光電轉(zhuǎn)換的過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，簡稱為光伏效應(yīng)。白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過智能控制器的過充保護(hù)，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)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(shí)，智能控制器自動(dòng)開啟控制裝置，向 LED提供電能，促使 LED發(fā)光源發(fā)出足夠的亮度用于照明；到天亮?xí)r，太陽能組件又接收到光能產(chǎn)生電壓時(shí)，智能控制器又自動(dòng)轉(zhuǎn)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(yōu)勢

太陽能 LED燈具的問世，是對(duì)上百年傳統(tǒng)照明理論顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，此半導(dǎo)體照明技術(shù)將當(dāng)之無愧地成為最具發(fā)展?jié)摿Φ恼彰魈娲a(chǎn)品，其使用優(yōu)勢主要有：①節(jié)能：以太陽能光電轉(zhuǎn)換提供電能，取之不盡，用之不竭。②環(huán)保：無污染、無噪音、無輻射。③安全：可避免觸電、火災(zāi)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(chǎn)品科技含量高，質(zhì)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(diǎn)海岸景觀照明及點(diǎn)綴，工業(yè)開發(fā)區(qū)、工礦企業(yè)路燈，各大院校室外燈光照明等。

2 太陽能LED燈具的市場應(yīng)用研究與應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 市場應(yīng)用研究

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益擴(kuò)大，能源短缺問題已經(jīng)成為影響我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的一個(gè)重要問題，充分開發(fā)利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。同時(shí)在國際光電市場巨大潛力的推動(dòng)下，各國的光電制造業(yè)都爭相投入巨資，擴(kuò)大生產(chǎn)，以爭一席之地。我國也不例外。

據(jù) 2014年國際照明市場分析，太陽能 LED燈具增長將對(duì)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(gè)了不起的功績，因?yàn)閮赡昵疤柲?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?？煽吹教柲?LED照明在我國市場具有巨大的牽引力，究其原因是曾經(jīng)純粹的傳統(tǒng)照明廠商或是由于需求增加、或是面臨不改變就整合或關(guān)停的危機(jī)，而被迫生產(chǎn)太陽能 LED照明。北美地區(qū)在全球太陽能 LED照明市場占據(jù)大份額通常是因?yàn)楫a(chǎn)品平均銷售價(jià)格較低和消費(fèi)者較高的光質(zhì)量要求。至于西歐，因其具有嚴(yán)格的節(jié)能減排目標(biāo)，太陽能LED產(chǎn)品即使在高價(jià)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(yīng)用實(shí)例分析

2009年初，我國開始在城市功能照明中研究、試驗(yàn)及應(yīng)用太陽能LED光源，到2011年底，天津市區(qū)及濱海新區(qū)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(qū)塘沽新港地區(qū)一批太陽能 LED節(jié)能路燈投入使用。據(jù)了解，這種節(jié)能環(huán)保的新型燈具，代替了傳統(tǒng)的250,W高壓鈉燈，其核心裝置是智能控制器，設(shè)置了光控、時(shí)控開關(guān)裝置，可根據(jù)一天24,h內(nèi)的天空亮度和人們?cè)诟鞣N環(huán)境中需要的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，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(zhuǎn)換為電能，通過控制器存儲(chǔ)到蓄電池中，當(dāng)夜晚來臨或天空亮度不夠時(shí)，控制器再控制蓄電池給高效節(jié)能太陽能LED燈光源供電，實(shí)現(xiàn)環(huán)境照明，其應(yīng)用使得節(jié)能減排效果明顯，[3]具體對(duì)比參數(shù)及節(jié)能減排效果如表1、2所示。

表1 LED路燈與傳統(tǒng)路燈的對(duì)比Tab.1 Comparison of LED street lamps and traditional street lamps

表2 節(jié)能減排效果Tab.2 Comparison of effects of energy saving and emission reduction

3 結(jié) 語

隨著人們對(duì)太陽能 LED燈具的認(rèn)知度越來越高，太陽能LED燈具及太陽能產(chǎn)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(yōu)越的節(jié)能效果、人文的光源照明控制，倍受使用者青睞，其性價(jià)比與工頻交流電燈具基本持平，且擁有不破壞環(huán)境、不消耗不可再生能源、節(jié)能減排等特點(diǎn)，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(fā)應(yīng)用的市場。

同時(shí)，隨著太陽能 LED燈具成本的降低，太陽能產(chǎn)品將進(jìn)入更廣闊的領(lǐng)域，成為城市照明的一道閃亮風(fēng)景，也將為我國節(jié)能減排做出更大貢獻(xiàn)?！?/p>

［1］上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心.2007年度上海半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告[R].2007.

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

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