太阳能LED户外照明：设计应用之考虑因素简析及应用实例

在过去十年中，我们看到可再生能源技术和实践正逐渐进入我们的日常生活。它融入了我们的社会，为汽车、恒温器、甚至照明和控制等日常生活提供了细微的差别。在更大的规模上，我们看到地热用于大型建筑、雨水收集和再循环，甚至与电网没连接的太阳能LED照明。事实上，LED提供的效率为太阳能带来了新的生命。在这里，我们将介绍实施的好处和挑战。

太阳能户外照明已经从其他技术中脱颖而出，不仅为我们的日常生活提供必要的照明，还提醒设施使用者和旁其他人在设施设计中考虑可持续性。太阳能户外照明灯在照亮时能够“通讯”，传递有关环境管理的信息给相关的公司和组织、建筑商、开发商和照明设计人员，这些都有益处。

由于太阳能电池板、电池和LED技术的进步，商用太阳能户外照明现在比并网系统更可靠，并且以更低的成本提供更高质量的照明。事实上，太阳能户外照明的成本受益于三个关键领域的技术创新的协同效应：

太阳能电池板成本下降：美国太阳能工业协会（SEIA）指出，近年来，光伏电池板的成本急剧下降，自2011年初以来已经下降了60％。

电池技术的改进：混合动力车和电动车市场的增长改善了电池技术，产生了紧凑、高效、更持久的可充电电池。

LED效率的提高：LED照明效率也在提高，这意味着用更少的电源就能产生更多的光、或更高的功效（每瓦更高的流明），这相当于相同的照明输出成本降低。

由于这些趋势的出现，现在，商业太阳能户外照明在许多情况下比并网更经济。其中包括现有的电力基础设施偏远或根本不存在的情况，比如周边有安全和绿地建设，或者不愿改变现有的道路或景观（如停车场、道路、室外存储区、公园游乐场和校园）。在这些情况下，安装太阳能LED照明系统就可以立即实现，可以避免安装新的并网照明系统相关的挖沟、布线和其他费用。此外，使用太阳能LED灯，在超过25年的使用寿命期内，不会有任何电费账单，可以在未来数十年内节约成本。 

但是，对于选择太阳能LED照明的许多公司和组织而言，节约成本往往是排在第二位，用绿色能源更有优势。由于商业太阳能户外灯不使用化石燃料，不产生二氧化碳排放，因此它们实现了对保护环境和国家能源安全的承诺。

许多公司和组织采用商业太阳能户外照明来达到“可持续发展基础设施研究所”（ISI）评估系统所确定的可持续性目标。太阳能LED灯还可用于满足特定建筑的可持续发展目标，满足“企业社会责任”（CSR）目标，或获得美国绿色建筑委员会LEED计划的积分。通过太阳能LED照明，每一盏灯都成为环保责任的小型广告，这是传统的营销工具无法实现的，因为它在用行动而不是言语来表达承诺。

设计一个可持续的系统

虽然在考虑商业太阳能户外照明系统时需要解决技术问题，但系统的设计归结为三个方面：

需要多少光？

可以收集多少太阳能？

什么时候需要照明？

关于第一个问题，许多公司、组织和政府对于高通量LED在太阳能户外照明应用所提供的清晰、高质量的光感到惊讶。此外，新的LED技术可以增强控制，大大减少溢出和眩光，并提供更有效的照明分布。例如，传统的高压钠（HPS）灯或金属卤化物灯（MH）等直接在灯具的正下方形成光的图案，而LED可以以更宽、更均匀的图案投射光，可以沿着道路产生不间断的光流，以及允许最大极距，这降低了成本。

关于“多少太阳能”的问题，太阳能的量以“等效日照时数”来衡量。太阳能电池板一小时接收的最大（或100％）阳光等于一个完整的日照时。尽管太阳在一个特定位置可能一天超过地平线14小时，但由于太阳光的角度和在大气中的损失，全日照的数量可能会少至每天六小时。为了使系统达到预期性能，设计需要根据可用的最少日照时间。出于这个原因，太阳能LED灯通常是为每个特定的项目而设计的。但是，由于商业太阳能室外照明通常具有足够的电池电力来供应至少五夜的光，所以太阳能照明系统能够在所有的日光环境中有效地操作。

最后的一个问题是定义如何控制照明系统。与传统的商业户外照明不同，LED在控制方面提供了更多的灵活性。除了设定开/关时间之外，LED还允许调光，以及当没人在场时，使用运动传感器关闭灯（或者将灯光从亮调到暗）。

这些因素会影响太阳能电池板、电池、灯具的尺寸，以及所需的极数，从而影响成本。投入时间了解当地的具体需求以及任何可能适用的地方法令，这些都可以大大节省设计成本。为确保您设计出符合预期的系统，最好寻求照明顾问或经验丰富的太阳能照明制造商的意见。

为确保您设计出符合预期的系统，寻求照明顾问或经验丰富的太阳能照明制造商的意见是明智之举。

在公共空间使用户外太阳能LED照明

公园、小路和游乐场是居民乐意去的地方，因为它们的设计是功能性的、美观的、安全的。太阳能户外照明以一种吸引人的、易于安装的系统形式提供了更高的安全性，同时还展示了削减成本和环境影响的创新技术。接下来，将介绍一些符合这些标准的项目。

Sol，Inc与加州愉景湾（Discovery Bay）镇合作，为康奈尔公园（Cornell Park）设计和部署太阳能LED照明。居民选择太阳能而不是传统的并网照明，因为环境效益和前期成本低。太阳能LED灯产生零温室气体排放，成本低于并网灯所需成本的一半，特别是基础设施成本。仅照明装置就为前期安装成本节省了8万多美元。此外，在这个系统25年的使用寿命期间，该镇将不必付电费。

运行和维护成本也很低，因为LED灯具可以持续长达10-20年，节省了传统商业户外照明所需的更换灯泡的成本，以及更换灯泡的人员。由于在康奈尔公园的积极效应，愉景湾正在探索新的社区中心也使用商业太阳能户外照明。

在校园中开创可持续发展

一些高校也变得更加环保，采用低碳产品和可持续的做法。以身作则，这些机构正在选择削减碳足迹的策略，提高学生和校友对环境保护需求的认识，并为可持续性课程提供材料。

具体而言，大学越来越多地使用商业太阳能户外照明作为校园照明需求的一种低成本、可持续的解决方案。通过实施太阳能照明，大学管理人员可以降低能源消耗、碳排放。

位于美国佛罗里达州皮尔斯堡的印第安河州立学院（Indian River State College）占地87英亩，拥有17,000多名学生，在2012年时建了一座新的布朗创新与创业中心。学院要求其设计要反映该建筑的两个使命：为学生们在新兴技术，尤其是能源相关领域的职业做准备：以及容纳在这些行业中努力创造就业机会的创业公司。

图1. 印第安河州立学院布朗中心的入口处提供了一突出的可持续性信息。

根据LEED标准建造的布朗中心，其设计具有许多绿色特征，其中包括一个太阳能电站，为建筑产生三分之一的电力。但是，建筑入门口处需要一个具有成本效益的绿色照明解决方案。为了满足这一需求，学院使用了索尔公司的20/20太阳能LED照明系统，使得该中心能够保持内外的绿色信息，学生们能体验他们正在学习的能源技术的真实应用（图1）。

尽管索尔捐赠了布朗中心的太阳能LED照明系统，但是大多数大学都将购买太阳能灯作为一种经济高效、开拓性和绿色的产品，以此替代传统户外照明。

敖德萨学院和新泽西城市大学

德克萨斯州的敖德萨学院（Odessa College）选择安装太阳能LED照明，而非传统的并网灯，是为了确保学生和工作人员在校园漫步的安全（图2）。由于没有与安装传统并网灯相关的布线和挖沟成本，敖德萨学院能够节省20％的前期成本，以及每年8000美元的电力成本。

图2. 由于使用太阳能，敖德萨学院能够节省前期安装成本20％。

新泽西城市大学在其新学生会的露台上使用商业太阳能户外照明，以帮助实现校园的可持续发展目标（图3）。另外一个吸引人的地方是太阳能LED灯在飓风等恶劣天气情况下可以继续运作。例如，飓风曾经造成了该大学的大面积停电事故。在暴风雪或电网故障导致的停电或限电的情况下，继续发光的能力是一个很大的优势。

图3. 新泽西城市大学在学生会大楼的阳台上安装了太阳能LED照明，并期望该照明在诸如飓风等事件中能运作。

在未来几年，在许多应用中，商业化太阳能户外照明在经济上可替代并网照明的技术趋势将继续加速，使太阳能越来越经济。我们预计，太阳能户外照明成为常态会很快到来，用高品质、清洁的可再生能源照亮夜晚。