LED照明原理为固态照明，根据固态照明物理原理，LED的光谱几乎全部集中在可见光波段，因此发光效率高达90%以上，因此LED被誉为21世纪新光源，即将成为继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯之后的第四代光源，被公认为十大前沿技术之一，LED光源这一新型照明光源将取代传统照明光源，推动一场新的产业革命、照明革命。为应对全球金融风暴，中央发改委已拨款4万亿元加上地方财政支持，预计在国家交通、扶持企业、改善基础设施等方面将投入10万亿元以上。近日，国家科技部在全国启动“十城万里”LED路灯半导体照明应用项目。在这股强劲东风之下，对于一直受到政府支持的半导体照明产业将迎来大发展的机遇。

1 系统简介

完整的 LED 太阳能路灯 系统包括：LED光源、控制器、蓄电池、太阳能电池组件和灯体。白天，太阳能电池组件将光能转换为电能，通过控制器存入蓄电池。晚上，蓄电池通过控制器给光源供电，转换为光能，照亮道路。灯体主要起系统保护和白天装饰作用，保证此循环的正常工作。其中，LED光源、控制器和蓄电池是决定路灯系统性能的关键，在设计时必须进行优化和合理配置。

1、系统匹配问题现在太阳能灯具生产厂家往往追求过度的造型设计，而忽略了最重要的系统匹配设计，没有经过深思熟虑，就简单的计算，最后导致灯具出现很多问题；为了打造自己产品的价格优势而牺牲系统的稳定性，这是不可取的。

匹配设计是关系到系统可靠性、稳定性的重要因素，在设计时应注意以下几个方面：

（1）太阳能电池发电量与负载用电量配比合理。
（2）电能消耗与蓄电池容量的配比应满足连续阴雨天数的要求，放电深度合理。
（3）太阳能电池充电电流与蓄电池容量配比合理。
（4）负载放电电流与蓄电池容量的配比合理。

2 LED路灯 技术特点道路照明的目的是为夜视驾驶员提供视觉安全可靠的条件，高亮度 LED路灯，其亮度必须满足现有道路条件下保证交通安全所必须达到的亮度要求。其发光效率和发光强度均能满足现有道路照明所需的亮度要求。道路照明自2007年7月1日起实施。建设部行业标准CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》，道路照明照度要求如表1所示。为了使设计更加完善，应认真考虑以下几点：

（1）光源的选择与常规照明相比，LED具有明显的优势。LED是低压电源，绝缘要求不高，不需要变压器、镇流器、启动器等附件，节省投资。结构简单，是固体光源，不需要充气，不需要玻璃外壳，没有气封。还耐冲击、振动、不易破碎；LED是冷光源，可控性好，响应时间快，重复频繁闪烁，不会疲劳；超低能耗，寿命长。

LED路灯智能化的核心在于开关电源的设计，目前广泛使用的LED路灯开关电源一般有整流滤波电路、调整电路、采样电路、过流保护电路、直流恒流输出电路等。

在大功率LED应用中，散热是另一大考虑因素，目前LED耗能约80%都转化成热量，而半导体器件不耐高温，若散热不好就会造成很严重的光衰，严重的半年可能就降到原来的一半，路灯上的大功率LED多为多颗并联应用，需要采用铝合金多鳍片风管来制作散热器。

（2）蓄电池的选择阀控式密封铅酸蓄电池在我国已推广应用十余年，因其具有体积小、重量轻、自放电小、寿命长、节省投资、安装简便、安全可靠、使用方便、维护量少、不产生酸雾、对环境无腐蚀、无污染，并可实现无人值守和微机监控等现代化管理方式；因此，在光路灯及光伏工程中得到广泛的应用。但要正确理解“免维护”的含义，确保系统安全可靠。

在使用过程中，阀控铅酸蓄电池的维护需要建立准确的充放电制度并严格执行，才能使电池发挥出最佳的性能和最长的使用寿命。国内外大量研究结果表明，充放电方式决定了电池的寿命。有些电池并不是用得不好，就是因为充电方式不当而损坏。

太阳能灯具是从经济性和可靠性角度综合考虑的，一般根据年平均日照时数来设计计算灯具配置，实际工作中常利用控制器时控功能设定一个工作时间，比如6小时，8小时，10小时等，这样会造成一年中每天的工作时间都一样，也就是每天的用电量都一样，但是太阳能灯具是靠太阳来工作的，而季节不同太阳辐射量差别很大，也就是每个灯具（太阳能电池组件必须有）的日平均发电量会随着季节的不同而有很大的差别。

德州年平均峰值日照时数约为4.44小时，春季：4.43小时，夏季：6.17小日，秋季：4.47小时，冬季：2.65小日。由于日均发电量与日均峰值日照数成正比，可以实现春秋季节发电用电平衡，夏季电力充沛；

这样在夏季造成了一定的浪费，而冬季却严重不足，容易造成蓄电池过放电，影响蓄电池寿命。从自放电、系统匹配、成本等因素考虑，都是极其不经济和不切实际的。因此，控制负载时间是一个解决办法。根据德州的峰值日照时数，夏季平均峰值日照时数高于冬季平均峰值日照时数，冬季平均峰值日照时数=6.17：4.44：2.65=7：5：3，按照年峰值日照时数，设计每天工作10小时的太阳能灯具。按照7：5：3的比例，可以说夏季最大允许工作14小时，冬季最大允许工作6小时。（注：不考虑季节不同气温的影响）。鉴于此，为防止冬季蓄电池过放电，可将负载工作时间调整为小于或等于6小时。

（3）控制器设计由于太阳能电池组件的发电量随天气状况、日照时间的变化而变化，具有很大的不稳定性，因此，太阳能光伏独立发电系统中蓄电池的充放电控制比普通应用中蓄电池的充放电控制更为复杂，控制器设计完善与否直接决定了整个太阳能路灯系统能否顺利运行。

控制器最重要的模块就是PWM调光控制器和恒流模块。过去很多的投入都放在了太阳能电池和LED上，很少有人关心这两个部分，以至于现在市面上的控制器大多不具备PWM调光的能力，而目前的恒流模块也大多采用国外进口的芯片。在太阳能路灯中，通常采用铅蓄电池作为储能单元，而铅蓄电池的输出电压从完全充电到完全放电，电压变化接近20%，因此，由此引起的LED电流变化可能超过4倍，显然这是完全不可接受的。所以一定要保持电流恒定。

另外，通过在LED路灯上加装智能控制器，使LED路灯具有光控、时控、温控功能，可以根据环境亮度自动开启、关闭路灯，防止白天照明造成的浪费；可以使路灯在半夜至黎明时间段内，当道路车流量、行人流量减少时，自动降低电源电流，将照度控制在安全范围内，从而增加了节能效果，延长了灯具的使用寿命；当LED的工作温度接近其极限临界温度时，自动降低工作电流，既保护了光源不受损坏，又保证了道路的安全照明。

(4)其他方面，由于路灯为悬臂结构，在自然环境中，承受风的剪切力，悬空在高空，结构安全是第一位的。因此，应尽量简化结构，设计成流线型，以减少风阻，增加雨水的流速，并注意减轻重量。一是节省有色金属，二是减少自重引起的应力，增加道路照明的安全性。目前，已知的太阳能电池组件采用的封装结构为：玻璃-EVA-单块太阳能电池-EVA-TPT膜层压封装、再组装导线、接线盒、封边胶带和铝框。本体电池的连接通过互连条直接连接。太阳能电池组件仅将太阳能转化为电能来发电，装饰作用极小，长期在户外使用时需注意防风、防尘等天气影响。

2 结论

全国路灯总数超过1亿盏，只要6000万盏改成太阳能路灯，每年节省的电量就超过一座三峡水电站的发电量，如果未来新增的2000万盏路灯全部改成太阳能路灯，三年就是一座三峡水电站的发电量，节能效果十分可观，而且不需要动员​​全国的力量去建设，各级地方政府的力量、所有相关企业的力量就可以完成。