CN104048257A - 一种综合利用各种能源的新型led路灯 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种综合利用各种能源的新型LED路灯。它是在路灯的灯杆上设置风力发电机组、太阳能电池组及LED路灯灯具，在路面上设置振动能收集装置，另外还设置蓄电池组及市电系统。各种能源发出的电能为LED路灯灯具提供能量，如有节余，则进入市电系统，如有不足，则由市电系统进行补充。LED芯片上均设置自由曲面透镜，使其发出的光都能均匀照射到路面上特定的矩形区域。本发明能充分利用各种能源，蓄电池组仅提供应急电能，充放电频率比较低，使用寿命比较长。一旦其中部分LED芯片损坏，不会在道路中形成照明盲区，还可以启动LED路灯灯具上相应数量的备用芯片，不会影响正常道路照明，而且可以减少维修次数。

Description

一种综合利用各种能源的新型LED路灯

技术领域

本发明涉及一种LED路灯装置，具体是涉及一种综合利用风能、太阳能、振动能等各种能源的新型LED路灯。

背景技术

城市公共照明在照明市场上占有庞大的份额，据统计，城市公共照明在我国照明耗电中占30％的比例。目前，广泛应用于城市公共照明的是高压钠灯，特别是在主干道上，因为高压钠灯可以提供100lm/W以上的发光效率，但是其存在显色指数极低、寿命短、功率调节困难等缺点。随着20世纪90年代固体物理学的高速发展及新型半导体材料的突破性发现，近10年来LED技术取得了突飞猛进的发展。特别是白光LED的出现，以其特有的低电压驱动、体积小、重量轻、显色性好、光效高、能耗低、瞬时启动、调光性能好、寿命长、耐振动、不易损坏、符合环保要求、潜在的总体成本低等优势，使半导体光源成为城市道路照明理想的节能光源。道路照明是一种公共照明，主要由政府掌控，因此LED在普通照明领域有望率先在道路照明中应用，目前LED道路照明示范正在全球展开。LED路灯以其突出的示范效应成为各类半导体照明技术中的一大亮点，其显著的优点为：光效高、寿命长。目前商业化的白光LED光效已达90-100lm/W左右，预计2年内能达到150lm/W以上，而这并非LED光效的上限，各国专家都把光效目标定在200lm/W左右。LED寿命的理想目标是10万小时，而目前商业化的白光LED寿命可达5万小时，是传统光源寿命的10到20倍，作为城市道路照明光源，可以10年不换光源，大大节省日常维护费用。而且LED路灯可以附加二次光学系统，能最大限度地利用LED的光能，满足各种应用场合特定的照度与光强分布。由于LED的这些显著优点及白光LED技术的日臻成熟，开发高效、长寿命、绿色环保的半导体光源城市道路照明系统，具有十分重要的意义。

人类未来五十年面临的十大问题之首是能源问题。目前人类使用的全部能源中，化石能源占90％以上，近年来，常规化石能源日趋紧张，石油、煤炭等常规能源价格不断攀升，特别是国际油价更达到历史高位，能源供应的形势愈加严峻。到2050年左右，由于人类对能源的需求量大幅增加以及化石能源数量的急剧减少，化石能源在人类消耗总能源中所占的比例很可能降低到50％，并且已经达到极大值，也就是说达到了化石能源的最大承受能力。因此节约能源，提高能源利用效率，尽可能多地利用洁净能源替代高含碳量的矿物燃料，已经成为各国能源建设普遍遵循的原则。而且随着环保意识的增强，人们对绿色能源的需求越来越强烈，太阳能、风能及振动能等各种环保新能源应运而生。风力发电在减轻环境污染、调整电网中的能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面具有突出作用。在众多备选的可再生能源中，太阳能是其他所有可再生能源总量的上千倍，因此太阳能发展潜力很大，太阳能发电对今后世界能源发展具有重要意义，目前太阳能发电主要指光伏发电。经过几十年的发展，目前太阳能发电技术已经广泛用于解决偏远地区的用电问题，在一些发达国家甚至已经初步实现了光伏产业化。最近几年，随着新型高效压电材料的快速发展，人们的研究视野转向振动能的开发与利用。周围环境处处蕴藏着振源，如大气中的气流、海洋中的洋流、人类活动中交通工具引起的桥梁及路面振动，压电陶瓷具有独特的机电耦合特性，利用压电陶瓷的压电效应将环境中的振动能转化为电能的压电式振动发电技术为此提供了一条有效的解决途径，它具有结构简单、不发热、无电磁干扰、寿命几乎无限等优点，应用前景广阔。

目前的LED路灯系统，主要是由市电系统提供能源，也有利用风能或者太阳能等新能源的，主要存在以下不足：

其一，新能源(风能或太阳能)提供的电能，经转化后以化学能方式储存在蓄电池中，需要时再转换为电能，为LED路灯供电，气候条件好时，风能或太阳能发电量超过蓄电池的容量，多余部分就无法利用，造成浪费；气候条件不好时，风能或太阳能发电量不足，则路灯不能正常工作。而且使用过程中，蓄电池要反复充放电，使用寿命比较短。

其二，LED路灯的二次光学系统，一般采用的方法是一颗LED芯片照亮道路中某一特定区域，一旦其中部分LED芯片损坏，则可造成道路中某些区域的照明盲区，影响道路交通。

其三，路灯比较高，维修比较困难，而且维修时容易影响交通，特别是在繁忙路段更明显。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提出一种综合利用各种能源的新型LED路灯，该装置白天将各种能源(风能、太阳能及振动能)提供的电能转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统，实现并网发电，晚上由风能及振动能提供的电能为LED路灯提供能量，节余部分并网进入市电系统，不足部分由市电系统进行补充。蓄电池组只在其他能源发生故障的情况下为LED路灯提供电能，作为应急之用，充放电频率比较低，可延长使用寿命。在每一个LED芯片上均设置经二次光学设计制成的自由曲面透镜，使其发出的光都能均匀照射到路面上特定的矩形区域，一旦其中部分LED芯片损坏，不会造成道路中某些区域的照明盲区。而且LED路灯上设置部分备用芯片，一旦其中部分LED芯片损坏，可以通过控制系统启动相应数量的备用芯片，不会影响正常照明，而且可以减少维修次数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在路灯的灯杆上方一侧设置风力发电机组，利用风能进行发电，由风力发电机组控制器进行控制，并与主控制器相连；另一侧设置太阳能电池组，利用太阳能进行发电，由太阳能电池组控制器进行控制，并与主控制器相连。在路面上设置由压电材料制成的振动能收集装置，利用路面上行驶车辆所产生的振动能进行发电，由振动能收集装置控制器进行控制，并与主控制器相连。另外，设置蓄电池组，进行能量存储，由蓄电池组控制器进行控制，并与主控制器相连；设置市电系统，进行能量调节，由市电系统控制器进行控制，并与主控制器相连。在路灯的灯杆上设置由许多LED芯片组成的LED路灯灯具，由LED路灯灯具控制器进行控制，并与主控制器相连。白天不需要路灯照明时，风力发电机组、太阳能电池组及振动能收集装置发出的电能经主控制器转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统，实现并网发电；晚上需要路灯照明时，风力发电机组及振动能收集装置发出的电能经主控制器转换，为LED路灯灯具提供电能，如有节余，则经主控制器作用转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统，如有不足，则在主控制器作用下由市电系统进行补充。平时，蓄电池组在主控制器作用下由风力发电机组、太阳能电池组及振动能收集装置发出的电能充满电，只有在其他能源发生故障，无法正常为LED路灯灯具提供电能时，才由蓄电池组在主控制器作用下为LED路灯提供电能，作为应急之用。另外，在每一个LED芯片上均设置经二次光学设计制成的自由曲面透镜，使其发出的光都能均匀照射到路面上特定的矩形区域，一旦其中部分LED芯片损坏，不会造成道路中某些区域的照明盲区。而且LED路灯灯具上设置部分备用芯片，一旦其中部分LED芯片损坏，则可以通过控制系统启动相应数量的备用芯片，不会影响正常照明，而且可以减少维修次数。

本发明的有益效果是，该装置利用市电系统进行调节，能充分利用各种新能源。蓄电池组仅提供应急电能，充放电频率比较低，使用寿命比较长。每一个LED芯片发出的光经自由曲面透镜后都能均匀照射到路面上特定的矩形区域，一旦其中部分LED芯片损坏，不会在道路中形成照明盲区。LED路灯上设置部分备用芯片，部分LED芯片损坏时，可以启动相应数量的备用芯片，不会影响正常照明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图一。

图2是本发明的结构示意图二。

图中1.风力发电机组，2.太阳能电池组，3.风力发电机组控制器，4.太阳能电池组控制器，5.蓄电池组，6.蓄电池组控制器，7.振动能收集装置控制器，8.振动能收集装置，9.道路，10.市电系统，11.市电系统控制器，12.主控制器，13.LED路灯灯具，14.LED路灯灯具控制器，15.灯杆，16.LED芯片，17.自由曲面透镜。

具体实施方式

附图中，在LED路灯的灯杆15上方一侧设置风力发电机组1，利用风能进行发电，由风力发电机组控制器3进行控制，并与主控制器12相连；另一侧设置太阳能电池组2，利用太阳能进行发电，由太阳能电池组控制器4进行控制，并与主控制器12相连。在道路9的路面上设置由压电材料制成的振动能收集装置8，利用路面上行驶车辆所产生的振动能进行发电，由振动能收集装置控制器7进行控制，并与主控制器12相连。另外，设置蓄电池组5，进行能量存储，由蓄电池组控制器6进行控制，并与主控制器12相连；设置市电系统10，进行能量调节，由市电系统控制器11进行控制，并与主控制器12相连。在路灯的灯杆上设置LED路灯灯具13，由LED路灯灯具控制器14进行控制，并与主控制器12相连。在每一个LED芯片16上均设置经二次光学设计制成的自由曲面透镜17，使其发出的光都能均匀照射到道路9路面上特定的矩形区域ABCD，一旦其中部分LED芯片损坏，不会造成道路9中某些区域的照明盲区。

白天不需要路灯照明时，风力发电机组1、太阳能电池组2及振动能收集装置8发出的电能经主控制器12转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统10，实现并网发电；晚上需要路灯照明时，风力发电机组1及振动能收集装置8发出的电能经主控制器12转换，为LED路灯灯具13提供电能，如有节余，则经主控制器12作用转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统10，如有不足，则在主控制器12作用下由市电系统10进行补充。平时，蓄电池组5在主控制器12作用下由风力发电机组1、太阳能电池组2及振动能收集装置8发出的电能充满电，只有在其他能源发生故障，无法正常为LED路灯灯具13提供电能时，才由蓄电池组5在主控制器12作用下为LED路灯灯具13提供电能，作为应急之用。每一个LED芯片16发出的光经自由曲面透镜17后都能均匀照射到路面上特定的矩形区域，一旦其中部分LED芯片损坏，不会在道路中形成照明盲区。LED路灯灯具13上设置部分备用芯片，部分LED芯片损坏时可以通过主控制器12启动相应数量的备用芯片，不会影响正常照明，而且可以减少维修次数。

以上对本发明的结构进行了阐述，但是本发明所介绍的实施例并没有限制的意图，在不背离本发明主旨的范围内，本发明可有多种变化和修改。

Claims (3)

1.一种综合利用各种能源的新型LED路灯，具体是在路灯的灯杆上方一侧设置风力发电机组，利用风能进行发电，另一侧设置太阳能电池组，利用太阳能进行发电，在路面上设置由压电材料制成的振动能收集装置，利用路面上行驶车辆所产生的振动能进行发电，设置蓄电池组，进行能量存储，设置市电系统，进行能量调节，在路灯的灯杆上设置由许多LED芯片组成的LED路灯灯具，其特征是：白天不需要路灯照明时，风力发电机组、太阳能电池组及振动能收集装置发出的电能经主控制器转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统，实现并网发电，晚上需要路灯照明时，风力发电机组及振动能收集装置发出的电能经主控制器转换，为LED路灯灯具提供电能，如有节余，则经主控制器作用转换成与市电频率相同的交流电进入市电系统，如有不足，则在主控制器作用下由市电系统进行补充。

2.根据权利要求1所述的一种综合利用各种能源的新型LED路灯，其特征是：平时，蓄电池组在主控制器作用下由风力发电机组、太阳能电池组及振动能收集装置发出的电能充满电，只有在其他能源发生故障，无法正常为LED路灯灯具提供电能时，才由蓄电池组在主控制器作用下为LED路灯灯具提供电能，作为应急之用。

3.根据权利要求1所述的一种综合利用各种能源的新型LED路灯，其特征是：在每一个LED芯片上均设置经二次光学设计制成的自由曲面透镜，使其发出的光都能均匀照射到路面上特定的矩形区域，一旦其中部分LED芯片损坏，不会造成道路中某些区域的照明盲区，LED路灯灯具上设置部分备用LED芯片，一旦其中部分芯片损坏，可以通过控制系统启动相应数量的备用芯片，不会影响正常道路照明，而且可以减少维修次数。