什么是一体化太阳能路灯

一体式太阳能路灯是一种户外 LED 灯具，将光引擎、太阳能电池板、可充电电池和电源管理系统集成到一个紧凑、防水且易于安装的组件中。太阳能路灯系统已经存在了几十年。它们提供了一种可行的解决方案，可以在公共电网无法承受的黑暗或难以到达的地方提供照明。然而，由于使用笨重的铅酸电池和耗能光源，传统的太阳能路灯体积庞大、性能低下。这些系统的续航时间短，需要频繁维护。运输和安装这些系统的成本可能是一笔不小的投资。此外，传统的太阳能路灯在纯功能性设计上无法融入它们所服务的许多户外环境的景观中。

一、多技术解决方案

一体式太阳能路灯是照明和电池技术革命性进步的产物。基于LED 技术的固态照明的出现使电池系统的负载大幅降低。光源的低功耗意味着电池系统的重量和体积减小。LED 是小型半导体器件，这意味着光引擎可以设计成极其紧凑的外形，并具有灵活性以适应任何布局。基于锂离子 (Li-ion) 化学的高能量密度电池技术的开发使缩小电池组的尺寸成为可能。此外，锂离子电池不需要像富液式铅酸电池那样定期维护（加水），并且循环寿命比 VRLA 电池长得多。

二、集成设计的优势

尺寸显著减小，灯具组件和电池系统无需维护，因此可以将组件集成到单个产品中。如今，太阳能路灯不再需要将子系统彼此分离。通过消除远程电池组和灯头的外部接线需求，几乎即插即用的一体化设计简化了安装和维护。一体式预包装系统易于携带和运输，从而可以降低物流成本。另一个主要优点是，一体化太阳能路灯可以设计成融合形式和功能。提供巨大美学价值的能力促进了太阳能路灯在城市应用中的使用，这些应用需要户外灯具在美学上与街景设计相匹配。集成式太阳能路灯不仅比传统应用更具成本效益和便利性，还可以在功能和视觉上融入所有城市环境，如住宅街道、步行区和城市公园。

三、构建块

一体式太阳能路灯由太阳能模块、电池组、充电控制器、电池管理系统 (BMS)、LED 组件和其他提供智能照明管理的组件组成。所有组件都集成在一个坚固的防水防风雨外壳中，该外壳通常为铝制结构，并配有钢化玻璃保护 LED 模块。铝制外壳还可用作 LED 模块的散热器。散热器的散热能力与流明封装成比例。一体式太阳能路灯通常具有矩形面板形状。但是，它们具有各种新颖的设计，可让灯光与周围环境无缝融合。这些吸引人的设计通常用于步行规模的应用中。它们的变形外观具有有机外观，可轻松融入最近的城市装饰趋势。

四、太阳能电池板

一体式太阳能路灯配备高性能、建筑自适应光伏系统。传统类型的刚性太阳能电池板由多晶硅或单晶硅太阳能电池制成。最近，由薄膜太阳能电池制成的柔性太阳能模块被用来创造引人注目的设计，将几何和艺术完美地融合在一起。单晶太阳能电池板是所有类型太阳能电池板中性能最好的产品。这种类型的面板效率高达 24%，而多晶太阳能电池板的效率通常为 14-16%。如果空间有限，那么单晶面板将是最佳选择。否则，太阳能电池板的成本应与其效率进行权衡。单晶面板的生产成本比多晶面板高 30%。目前用于离网产品的薄膜太阳能电池板是所有类型中效率最低的，但它们的生产成本最低，并且可以在超薄晶片上制造。

五、太阳能充电控制器

太阳能电池模块产生的电力通过太阳能充电控制器给电池充电。充电控制器用于控制电池的充电和放电。它们在太阳能发电系统中至关重要。充电控制器基本上是 DC-DC 转换器，使用脉冲宽度调制 (PWM) 或最大功率点跟踪 (MPPT) 来调节来自太阳能电池阵列的直流电。PWM 控制器最适合低功率（特别是低电流）充电应用，其中“升压”效益最小。MPPT 控制器价格更昂贵，但在高功率系统和寒冷气候下性能优于 PWM 控制器。太阳能充电控制器不断监测电池的状态，以最大限度地提高充电效率，同时保护电池免受过载、过充、过放电和意外短路等电气滥用事件的影响。

六、可充电电池

电池对太阳能路灯的成本、重量、体积、自主性和寿命影响最大。如前所述，锂离子化学因其相对于镍氢 (NiMh) 和铅酸等其他电池化学具有压倒性优势而受到青睐。在目前可用于离网应用的所有储能技术中，锂离子电池具有最高的充电效率、重量和体积能量密度，以及最长的循环寿命，即使它们深度循环至 80% 的放电深度 (DoD)。然而，由于锂离子电池的高能量密度特性和易燃有机电解质的存在，它们存在严重的安全隐患。当出现过度充电、过度放电、外部短路、低温和高速率充电条件时，这些电池容易发生热失控。机械应力和高温使用也会导致热失控。因此，电池组中使用的电化学电池应由电池管理系统单独监控和控制，以使其在特定的公差范围内运行。

七、光引擎

一体式太阳能路灯的光引擎可能由一个或多个 LED 模块组成。在所有类型的 LED 封装中，基于 PLCC 的中功率 LED 由于使用反射封装元件而具有最高的效率。这些 LED 的高效率和低成本促使它们在太阳能系统中得到广泛使用。然而，由于采用塑料结构，这种类型的 LED 容易发生热降解。它们的热性能不如高功率 LED和 COB LED 那样坚固。因此，从 LED 模块到灯具主体的热路径上的热阻应尽可能低。有效的 LED 系统热管理对于保持太阳能模块和电池系统的最佳性能也很重要。温度是影响太阳能电池板效率和电池寿命的负面因素。应注意防止 LED 产生的废热对这些组件造成压力。

八、驱动电流调节

LED 是电流驱动设备，而不是电压驱动设备。这种电气特性允许光源直接由电池系统放电的直流 (DC) 电驱动，而无需使用交流到直流驱动器。基于 LED 的太阳能照明系统中没有交流到直流的电源转换损耗，并且由于共置电池而导致的零电线损耗有助于提高 LED 太阳能灯的系统效率。为了提高电池的自主性，太阳能路灯通常设计有附加功能，例如调光控制、运动检测和黄昏到黎明感应。