CN102353010A - 声光应急控制太阳能热电互补led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，包括太阳能电池板、LED光源、热电转换器、散热器、灯罩、恒流源、蓄电池、市电电源、声光应急控制系统；LED光源背部设置热电转换器，所述热电转换器的热端与金属吸热片相连，冷端连接散热器的金属散热片；所述灯罩分为上、下两部分；太阳能电池板与热电转换器的输出端通过声光应急控制系统的控制电路分别与蓄电池和恒流源相连，所述恒流源提供恒定的电流给LED光源，所述蓄电池在需要的时候放电给LED光源，所述声光应急控制系统还包括声信号输入或光信号输入以及应急信号输入。本发明结构简单、成本较低适用于偏远山区道路路灯以及庭院照明。

Description

声光应急控制太阳能热电互补LED灯具

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，特别是，本发明涉及一种利用LED散热进行热电转换并包括声光应急控制系统的灯具。

背景技术

近年来，随着我国社会经济发展，工业用电量大大增加，民用电经常出现停电的情况，而在偏远山区，这种情况尤为严重。山区街道铺设的常规路灯一般用埋地电缆供电，但由于电量缺口较大，路灯以及庭院灯经常处于无法使用的状况。太阳能路灯以及太阳能庭院灯的出现解决了上述问题。

但是，在实际应用当中，却出现了两个问题，第一，由于灯具使用的LED灯很少设置散热装置，当其发光时仅有20％～30％的能量转换成光，其余70％～80％的能量则转换成热。并且由于设在自然环境下，为了防止大风以及雷雨天气对路灯的破坏，一般在LED灯外部均设置坚固的外罩，这就更使得LED的热量难以散发出去，这些热量由于不能及时散发出去，因此导致LED灯的寿命大幅减少，损坏程度增加。第二，由于太阳能光伏电池板转换效率较低，因而灯具照明时间较短，路灯以及庭院灯作用大大降低。

如何解决LED灯的散热问题，并进一步提高路灯的照明时间，这成为了行业内迫切需要解决的问题。

申请号为200810011737.0的中国专利申请，公开了一种LED照明装置的能量回收装置，包括散热装置、LED光源和热电转化装置，其中通过在LED光源背部设置内基板，然后在内基板四周设置外基板，并在外基板外部设置散热翅片，内、外基板之间设置片式热电转换器，并且外周还设置散热风扇，片式热电转换器为半导体温差发电元件，散热器为热管散热器。

申请号为200810117915.5的中国专利申请，公开了一种兼具散热与储能的LED照明装置，其包含LED灯；金属基座结合该LED灯且接受该LED灯所散出的热能；热传导装置具有第一部及第二部，该第一部结合该金属基座，且热能可以由第一部传到第二部；热电能源产生器结合该热传导装置的第二部用以接受热能及进行热电能源转换；一快速充/放电储能装置系电性连接该热电能源产生器，其用以储存热电能源产生器所产生的电能以及可以释放出电能。

上述公开的利用LED光源发出的热量通过热电转换器产生电能是利用了塞贝克效应。1821年，赛贝克发现，把两种不同的金属导体接成闭合电路时，如果把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生。这一现象称为塞贝克(Seebeck)效应，这种情况下产生电流的电动势叫做温差电动势。半导体的温差电势最明显，可用作热电转换器件。若将P型半导体和N型半导体在热端连接，则在冷端可得到一个电压，将很多个这样的PN串联结合起来并使其一端处于高温状态，另一端处于低温状态时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差。

但是上述装置也存在以下缺点：首先，申请号为200810011737.0的中国专利申请结构复杂，占用空间大，对场地和空间的要求较高，无法与风光互补系统结合，不适合应用在路灯装置中。其次，申请号为200810117915.5的中国专利申请是利用热传导装置将热量传出后再进行回收利用，这样做热量损失较大，在超大功率LED装置中还可以应用，但用于LED路灯照明装置，热量回收率较低，也没有足够的空间进行回收。

而对于如何延长灯具的照明时间，现有技术一般采用声光控制延长照明时间的办法，然而这种控制方法无法在停电时使用。

发明内容

本发明针对现有技术中灯具LED散热效果差、照明时间短、热量回收利用率低等缺点，提供一种声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，不仅可以实现高效散热，而且能够充分利用部分余热转换为电能，并能与太阳能以及控制系统共同作用，大幅延长了灯具的照明时间。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，包括太阳能电池板、LED光源、热电转换器、散热器、灯罩、恒流源、蓄电池、市电电源、声光应急控制系统；其特征在于，LED光源背部设置热电转换器，所述热电转换器的热端与金属吸热片相连，金属吸热片与LED光源背部直接接触，金属吸热片周边设置环形陶瓷纤维隔热棉，所述热电转换器冷端连接散热器的金属散热片，所述散热器还包括与金属散热片相连的长度不同的散热翼片；所述灯罩分为上、下两部分，上部分为散热灯罩体，用金属材料制成，并与所述散热翼片相连，下部分为透射灯罩体，为透明热塑材料制成，以透射所述LED光源发出的光，散热灯罩体与透射灯罩体铆接固定；太阳能电池板与热电转换器的输出端通过声光应急控制系统的控制电路分别与蓄电池和恒流源相连，所述恒流源提供恒定的电流给LED光源，所述蓄电池在需要的时候放电给LED光源；所述声光应急控制系统还包括声信号输入或光信号输入以及应急信号输入，其中声信号输入是通过驻极体传感器感应，光信号输入是通过光敏二极管感应，应急信号通过监测市电电源断电之后输入。

本发明进一步改进在于，所述热电转换器为半导体温差发电组件，由数个N型热电材料以及数个P型热电材料制成热电晶片，并通过热电晶片输出电能。

本发明进一步改进在于，所述蓄电池收集的热电转换器转换的电能继续提供给LED光源，以增加LED光源的照明时间。

本发明进一步改进在于，所述金属吸热片与所述金属散热片的材料为铜，所述散热灯罩体的材料为铝，散热翼片的材料为铝，散热灯罩体与散热翼片一体制成。

所述声光应急控制系统采用以下控制方法：

a，由太阳能电池板发出的电能通过控制电路输出给蓄电池；

b，当声或光感应元件发出感应信号给控制系统，需要LED光源照明时，太阳能电池板发出的电能通过恒流源提供给LED路灯稳定的电能；

c，当LED光源开始工作时，其散出的热量通过热电转换器部分的得到转换，其余的热量通过散热器散出，热电转换器转换输出的电能输入蓄电池，由蓄电池直接向LED光源供电；

d，当市电电源断电时，声光感应元件失效，应急控制信号通过控制系统控制蓄电池持续向LED光源供电。

本发明的有益效果是，第一，提供了适用于路灯装置和家庭庭院照明用的小型热电转换系统，充分利用LED散发的热量，不仅能够改善LED灯的散热性能，而且能够提升使用寿命，并实现了能量的再利用；第二，本发明通过使用散热翼片附连到散热灯罩，长度不同的散热翼片本身散热效果较好，而且通过与散热灯罩相连，更增加了散热效果，使得热电转换器两端温差加大，提高了热电转换效率；第三，本发明的热电转换系统以及LED光源均集成在灯罩内，在大风以及暴雨等恶劣天气下，能够起到很大程度的自我保护作用；第四，本发明的控制系统能够在停电时启动，利用蓄电池的电量对LED光源供电，延长了照明时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)体积小，适用于偏远山区道路路灯以及家庭庭院照明；(2)结构简单，成本较低，且能较现有技术提升LED的使用寿命，增加夜晚的照明时间；(3)通过对散热的充分利用，起到了节约能源的目的。

附图说明

图1为本发明的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具应用于路灯的示意图；

图2为本发明的LED灯具应用于庭院灯的示意图；

图3为本发明的LED灯具的热电转换系统示意图；

图4为本发明的LED灯具的控制系统的总体控制示意图。

其中，10-太阳能电池板20-LED光源30-热电转换器301-金属吸热片302-陶瓷纤维隔热棉40-灯罩401-散热灯罩体402-透射灯罩体50-散热器501-金属散热片502-散热翼片60-光敏二极管60’-驻极体传感器70-控制系统80-恒流源90-蓄电池100-市电电源

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例对本发明作出进一步的详述。

实施例1

首先参照图1，图1为本发明的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具应用于路灯的示意图。该路灯装置固定在水平地基上，包括太阳能电池板10，LED光源20，热电转换器30，灯罩40，散热器50，声或光感应元件，在本实施例中采用的是光感应元件，具体为光敏二极管60，声光应急控制系统70，恒流源80，蓄电池90，市电电源100。

本发明的太阳能电池板10采用太阳能光伏电池板，光电转换效率较高。本实施例采用的控制方式是光控制信号与应急控制信号相结合的方式。太阳能转换的电能经蓄电池储存，当夜晚来临时，设置在LED光源附近的光敏二极管感应到周围光线变暗到一定得程度，即输出信号给控制系统，以打开LED光源。而对于应急控制，则发生在当市电电源断电时，此时光敏二极管不起作用，应急信号发出，控制系统控制蓄电池持续向LED光源供电。

而对于本发明的采用的LED光源，在其发光时仅有20％～30％的能量转换成光，其余70％～80％的能量则转换成热。并且由于路灯设在自然环境下，为了防止大风以及雷雨天气对路灯的破坏，一般在LED灯外部均设置坚固的外罩，这就更使得LED的热量难以散发出去，这些热量由于不能及时散发出去，因此导致LED灯的寿命大幅减少，损坏程度增加。在此，本发明采用了热点转换器转换LED光源发出的热量。当LED光源通电后发光，同时产生热量，为了进一步的改善散热效果，并充分利用LED光源产生的热量，本发明采用热电转换器30对上述热量进行转换，热电转换器的工作原理为塞贝克效应。

结合图3，进一步说明本发明的热电转换器的结构及工作过程，本发明的热电转换器30安装在LED光源20的背部，热端连接与LED光源20背部紧靠的金属吸热片301，金属吸热片301周边设置有陶瓷纤维隔热棉302，以达到更好保温的目的，热电转换器冷端连接金属散热片501以及散热翼片502，散热翼片的长度各不相同，能够增加散热效果，通过良好的散热装置使得冷热端温差加大，增加了热电转换的效率，热电转换器的核心元件为数个P型热电材料和数个N型热电材料制成的热电晶片，热电晶片为多个串并联组合，可以为片状，也可以块状，这种热电转换器在市场上均有销售，在节约成本的前提下，热电晶片的材料可以选择常规的市售半导体材料。

同样结合图3，本发明的另一个发明点在于采用上下结构的灯罩40，其中灯罩的上半部分为散热灯罩体401，其与支撑件相连，采用的是良好散热效果的金属材料，例如铝。灯罩的下半部分为透射灯罩体402，采用的是透明热塑材料，灯罩的上下部分铆接结合。同时，为了增强散热效果，散热灯罩体902与散热翼片相连，当大范围推广时，为了安装方便还可以将其一体加工，进一步增强散热效果。

实施例2

现在参考图2，图2为本发明的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具应用于庭院照明的示意图。太阳能电池板10设置在房屋的屋顶，以更好的接收太阳能能量。灯具设置在屋檐下，对庭院进行照明。在图2的实施例中，大部分构件均与实施例1相同，不同的是本实施例采用的声或光感应元件采用的是声感应元件，具体为驻极体传感器。而控制系统及恒流源和蓄电池是设置在房屋内。因此，控制方式采用的是声音控制信号与应急控制信号相结合的控制方式。具体采用的结构是在LED光源上设置驻极体传感器60’，当有击掌声、走路声或者说话声时，驻极体传感器将声信号转换成电信号，并输出给控制系统，以打开LED光源。而对于应急控制，则同样发生于当市电电源断电时，此时驻极体传感器不起作用，应急信号发出，控制系统控制蓄电池持续向LED光源供电。

下面参考图4，进一步说明控制系统的组成及工作原理。

声光应急控制系统包括对声信号、光信号以及应急信号的控制，其中声信号的判断采用的装置为驻极体传感器，当驻极体传感器感受到声音信号使将声音信号转化为电信号输出给控制系统，并通过控制系统打开LED光源；光信号的判断是采用光敏二极管，根据启辉照度确定，当光照度低于启辉照度时光敏二极管输出电信号给控制系统，并通过控制系统打开LED光源。应急信号是由外接电源的启闭决定，当出现自然灾害或其他原因导致停电时，外接电源断电，此时声光信号均处于无效状态，此时则输入应急信号给控制系统，控制系统打开LED光源，此时控制系统不受光信号或声信号控制，LED光源常开，直至蓄电池电量耗光或外接电源通电。

结合本发明的图1至图3，进一步说明整个装置的工作过程。本发明的LED灯具的控制方式为，通过太阳能电池板发出的电量通过控制系统输出给蓄电池，当需要LED光源照明时，太阳能电池板发出的电能通过恒流源提供给LED灯具稳定的电能。而当LED光源开始工作时，其散出的热量通过热电转换器部分的得到转换，其余的热量通过散热器散出，转换出的电能通过控制系统进一步输出给蓄电池，在停电等应急情况下，由蓄电池直接向LED光源供电。在蓄电池供电过程中，LED光源持续工作其产生的热量能够循环转化成电能，以尽可能多的转换成电能，并进一步延长灯具的照明时间。

本发明与现有技术相比，通过简单的结构改进了LED灯具的散热性能，提升了LED灯具的使用寿命，同时通过封闭的灯罩结构能够在雷雨大风等恶劣天气条件下对LED灯具起到必要的保护作用，而且还进一步利用了LED散热进行转换成电能，延长了灯具的照明时间。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本发明作出了详尽的说明，但在本发明基础上，可以作出一些修改或改进。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，包括太阳能电池板、LED光源、热电转换器、散热器、灯罩、恒流源、蓄电池、市电电源、声光应急控制系统；其特征在于，LED光源背部设置热电转换器，所述热电转换器的热端与金属吸热片相连，金属吸热片与LED光源背部直接接触，金属吸热片周边设置环形陶瓷纤维隔热棉，所述热电转换器冷端连接散热器的金属散热片，所述散热器还包括与金属散热片相连的长度不同的散热翼片；所述灯罩分为上、下两部分，上部分为散热灯罩体，用金属材料制成，并与所述散热翼片相连，下部分为透射灯罩体，为透明热塑材料制成，以透射所述LED光源发出的光，散热灯罩体与透射灯罩体铆接固定；太阳能电池板与热电转换器的输出端通过声光应急控制系统的控制电路分别与蓄电池和恒流源相连，所述恒流源提供恒定的电流给LED光源，所述蓄电池在需要的时候放电给LED光源；所述声光应急控制系统还包括声信号输入或光信号输入以及应急信号输入，其中声信号输入是通过驻极体传感器感应，光信号输入是通过光敏二极管感应，应急信号通过监测市电电源断电之后输入。

2.根据权利要求1所述的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，其特征在于，所述热电转换器为半导体温差发电组件，由数个N型热电材料以及数个P型热电材料制成热电晶片，并通过热电晶片输出电能。

3.根据权利要求1或2所述的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，其特征在于，所述蓄电池收集的热电转换器转换的电能继续提供给LED光源，以增加LED光源的照明时间。

4.根据权利要求1或2所述的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，其特征在于，所述金属吸热片与所述金属散热片的材料为铜，所述散热灯罩体的材料为铝，散热翼片的材料为铝，散热灯罩体与散热翼片一体制成。

5.根据权利要求1-4任其一所述的声光应急控制太阳能热电互补LED灯具，其特征在于，

所述声光应急控制系统采用以下控制方法：

a，由太阳能电池板发出的电能通过控制电路输出给蓄电池；

b，当声或光感应元件发出感应信号给控制系统，需要LED光源照明时，太阳能电池板发出的电能通过恒流源提供给LED路灯稳定的电能；

c，当LED光源开始工作时，其散出的热量通过热电转换器部分的得到转换，其余的热量通过散热器散出，热电转换器转换输出的电能输入蓄电池，由蓄电池直接向LED光源供电；

d，当市电电源断电时，声光感应元件失效，应急控制信号通过控制系统控制蓄电池持续向LED光源供电。

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