led路灯散热结构-led路灯散热器配件

太阳能路灯LED工作原理与设计2008年01月25日 星期五 22:28前言：随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。 太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源更伟大的改革。 太阳能LED照明集成了太阳能与LED的优点。 本文对一款太阳能LED大功率路灯做了深入探讨与详细介绍，如图1 1、系统介绍 1.1 系统基本组成简介 如图2，系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。 控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。 1.2 工作原理介绍 系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。 2、系统设计思想 太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。下面将以香港真明丽集团有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例，分几个方面做分析。 2.1 太阳能电池组件选型 设计要求：广州地区，负载输入电压24V功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7天。 ⑴ 广州地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算广州地区峰值日照时数约为3.424h； ⑵ 负载日耗电量 = = 12.2AH ⑶ 所需太阳能组件的总充电电流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A 在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。 ⑷ 太阳能组件的最少总功率数 = 17.2×5.9 = 102W 选用峰值输出功率110Wp、单块55Wp的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。 2.2 蓄电池选型 蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。 根据上面的计算知道，负载日耗电量12.2AH。在蓄电池充满情况下，可以连续工作7个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量： 12.2×（7+1） = 97.6 （AH），选用2台12V100AH的蓄电池就可以满足要求了。 2.3 太阳能电池组件支架 2.3.1 倾角设计 为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。 关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为广州地区，依据本次设计参考相关文献中的资料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。 2.3.2 抗风设计 在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。 ⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计 依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。 ⑵ 路灯灯杆的抗风设计 路灯的参数如下 电池板倾角A = 16o 灯杆高度 = 5m 设计选取灯杆底部焊缝宽度δ = 4mm 灯杆底部外径 = 168mm 如图3，焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。 根据27m/s的设计最大允许风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数，F = 1.3×730 = 949N。 所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。 根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。 上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。 破坏面抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3） =π×（3×842×4＋3×84×42＋43）= 88768mm3 =88.768×10－6 m3 风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W = 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 Mpa＜＜215Mpa 其中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。 所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题 2.4 控制器 太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。 蓄电池防过充、过放保护电压一般参数如表1，当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态。 在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客户群的需求特点选定相应的方案，在此不一一详述。 2.5 表面处理 该系列产品采用静电涂装新技术，以FP专业建材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求，同时产品自洁性高、抗蚀性强，耐老化，适用于任何气候环境。加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装，使产品性能大大提高，达到了最严格的AAMA2605.2005的要求，其它指标均已达到或超过GB的相关要求。 3、结束语 整体设计基本上考虑到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方法，设计思想比较科学；抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环节之间匹配性较好。 目前，太阳能LED照明的初投资问题仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。

参考资料：

LED路灯的散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低，热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点，所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。管脚散热，它与敷铜板焊接后敷铜板是其散热板，所以，敷铜要面积大，能保留的全部保留，多余的管脚不要剪。与铜线连接是以铜线为散热器，线径要大一些，不要只考虑电流够用，也要考虑散热问题。第二是在燃亮期间使它处于振荡状态，虽需要的电流值稍大，但与它停顿的时间相比，平均电流还是要低些。

太阳能路灯全套都包括哪些部件

由图中可以得出结论，要延长其寿命的关键是要降低其结温。而降低结温的关键就是要有好的散热器。能够及时地把LED产生的热散发出去。

在这里我们不准备讨论如何设计散热器的问题，而是要讨论哪一个散热器的散热效果相对比较好的问题。实际上，这是一个结温的测量问题，假如我们能够测量任何一种散热器所能达到的结温，那么不但可以比较各种散热器的散热效果，而且还能知道采用这种散热器以后所能实现的LED寿命。 结温看上去是一个温度测量问题，可是要测量的结温在LED的内部，总不能拿一个温度计或热电偶放进PN结来测量它的温度。当然它的外壳温度还是可以用热电偶测量的，然后根据给出的热阻Rjc（结到外壳），可以推算出它的结温。但是在安装好散热器以后，问题就又变得复杂起来了。因为通常LED是焊接到铝基板，而铝基板又安装到散热器上，假如只能测量散热器外壳的温度，那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包括Rjc（结到外壳），Rcm（外壳到铝基板，其实其中还应当包括薄膜印制版的热阻），Rms（铝基板到散热器），Rsa（散热器到空气），其中只要有一个数据不准确就会影响测试的准确度。图3给出了 LED到散热器各个热阻的示意图。其中合并了很多热阻，使得其精确度更加受到限制。也就是说，要从测得的散热器表面温度来推测结温的精确度就更差。

图3 LED到散热器各个热阻的示意图

幸好有一个间接测量温度的方法，那就是测量电压。那么结温和哪个电压有关呢？这个关系又是怎么样的呢？

我们首先要从LED的伏安特性讲起。 我们知道LED是一个半导体二极管，它和所有二极管一样具有一个伏安特性，也和所有的半导体二极管一样，这个伏安特性有一个温度特性。其特点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。图4中画出了LED的伏安特性的温度特性。

图4 LED伏安特性的温度特性

假定对LED以Io恒流供电，在结温为T1时，电压为V1，而当结温升高为T2时，整个伏安特性左移，电流Io不变，电压变为V2。这两个电压差被温度去除，就可以得到其温度系数，以mV/oC表示。对于普通硅二极管，这个温度系数大约为-2mV/oC。但是LED大多数不是用硅材料制成的，所以它的温度系数也要另外去测定。幸好各家LED厂家的数据表中大多给出了它的温度系数。例如对于Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED，其温度系数为-4mV/oC。要比普通硅二极管大2倍。至于美国普瑞的阵列LED（BXRA）就给出了更为详细的数据。

　但是，他们给出的数据，其范围也未免过于宽大，以至于失去了利用的价值。

不管怎样，只要知道LED的温度系数就很容易可以从测量LED的前向电压中推算出LED的结温了。 现在就以Cree公司的XLamp7090XR-E为例。来说明如何具体测算LED的结温。要求已经把LED安装到散热器里，并且是采用恒流驱动器作为电源。同时要把连接到LED去的两根线引出来。在通电以前就把电压表连接到输出端（LED的正极和负极），然后接通电源，趁LED还没有热起来之前，马上读出电压表的读数，也就是相当于V1的值，然后等至少1小时，等它已经达到热平衡，再测一次，LED两端的电压，相当于V2。把这两个值相减，得出其差值。再被4mV去除一下，就可以得出结温了。实际上，LED多半为很多个串联再并联，这也不要紧，这时的电压差值是由很多串联的LED所共同贡献，所以要把这个电压差值除以所串联的LED数目再去除以4mV，就可以得到其结温。例如，LED是10串2并，第一次测得的电压为33V，第二次热平衡后测得的电压为30V，电压差为3V。这个数字先要除以所串联的LED个数（10个），得到0.3V，再除以4mV，可以得到75度。假定开机前的环境温度是 20度，那么这时候的结温就应当是95度。

采用这种方法得出的结温，肯定要比用热电偶测量散热器的温度再来推算其结温要准确很多。

从结温来推测寿命好像应该很简单，只要查一下图1的曲线，就可以知道对应于95度结温时的寿命就可以得到LED的寿命为2万小时了。但是，这种方法用于室内的LED灯具还有一定的可信度，如果应用到室外的LED灯具，尤其是大功率LED路灯，那里还有很多不确定因素。最大的问题是LED路灯的散热器的散热效率的随时间而降低。这是由于尘土、鸟屎的积累而使得其散热效率降低。也还因为室外有很强烈的紫外线，也会使LED的寿命降低。紫外线主要是对封装的环氧树脂的老化起很大作用，假如采用硅胶，可以有所改善。紫外线对荧光粉的老化也有一些坏作用，但不是很严重。

不过，这种方法用来相对比较两种散热器的散热效果是比较有效的。很明显，伏安特性左移越小的散热器，其散热效果就越好。。

LED路灯外壳的成品是由哪些组成?

1、太阳能电池板 ?

太阳能电池板是太阳能路灯的中心组成部分,它将太阳的辐射能转化为电能然后转移至蓄电池贮存起来.比拟有用的太阳能电池板首要有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池以及非晶硅太阳能电池三种.在光线足够的区域选用多晶硅太阳能电池比拟好,在光线相对不是很足够的区域选用单晶硅太阳能电池比拟好,而在室外阳光缺乏的当地选用非晶硅太阳能电池比拟好。

2、蓄电池?

蓄电池的首要效果是贮存电能,以抵偿太阳能光伏发电体系的输入能量极不安稳的缺点。蓄电池首要有铅酸蓄电池、Ni_H蓄电池、Ni-Cd蓄电池。

3、太阳能路灯专用控制器?

在一个太阳能路灯中,必不可少的一个组成部分就是太阳能控制器。太阳能控制器的首要效果是为了维护蓄电池,经过约束蓄电池充放电条件来避免蓄电池深度充放电，在温差比拟大的当地,太阳能控制器还要具有温度抵偿功用。

4、发光体?

发光体是太阳能路灯能否正常运用的重要目标，通常太阳能路灯选用的发光体有LED、低压钠灯、低压节能灯等等.其间LED灯寿命长,作业电压比拟低.是当前太阳能路灯使用的最广泛的发光体。

5、灯杆及灯具外壳?

灯杆高度确实定要依据路途的宽度、路途的照度规范和两灯具的距离.灯具外壳需求不是很高,首要是节能,比拟有用。

led路灯安装所需材料

LED路灯外壳的成品通常由以下几个组成部分构成：

1. 外壳材料：LED路灯外壳通常采用铝合金、不锈钢或塑料等材料制成。铝合金具有良好的散热性能和耐腐蚀性，适合用于LED路灯外壳。不锈钢具有较高的强度和耐腐蚀性，适合用于一些特殊环境下的LED路灯外壳。塑料材料则具有较低的成本和较好的加工性能，适合用于一些低功率的LED路灯外壳。

2. 散热器：LED路灯外壳通常会设计散热器，用于散发LED灯珠产生的热量，保证LED灯珠的正常工作温度。散热器通常采用铝合金制成，具有较好的导热性能和散热效果。

3. LED灯珠：LED路灯外壳的核心部分是LED灯珠，LED灯珠是LED路灯的光源。LED灯珠通常由多个发光二极管组成，具有高亮度、高效率、长寿命等特点。

4. 透光罩：LED路灯外壳通常会设计透光罩，用于保护LED灯珠并调节光线的发射角度。透光罩通常采用透明或半透明的材料制成，如聚碳酸酯、玻璃等。

5. 电源和控制器：LED路灯外壳还需要安装电源和控制器，用于提供电能和控制LED灯珠的亮度和开关。电源和控制器通常会安装在LED路灯外壳的内部，以保护其免受外界环境的影响。

6. 连接件和固定件：LED路灯外壳还需要一些连接件和固定件，用于连接和固定各个组成部分。连接件和固定件通常采用不锈钢螺丝、铝合金支架等材料制成。

总之，LED路灯外壳的成品由外壳材料、散热器、LED灯珠、透光罩、电源和控制器、连接件和固定件等组成。这些组成部分共同构成了一个完整的LED路灯外壳，保证了LED路灯的正常工作和使用寿命。

LED路灯是一种高效节能的照明设备，其安装所需材料主要包括以下几个方面：

1. LED灯具：LED路灯的核心部件是LED灯具，它由LED光源、散热器、透镜、灯罩等组成。选择合适的LED灯具是确保路灯正常工作的关键。

2. 支架和固定件：安装LED路灯需要使用支架和固定件，以确保路灯能够稳固地安装在指定位置。支架和固定件的材料可以根据实际情况选择，常见的有钢材、铝材等。

3. 电缆和接线端子：LED路灯需要通过电缆与电源连接，因此需要购买合适的电缆和接线端子。电缆的选择要考虑到电流负载和线路长度等因素，确保电能传输的稳定性和安全性。

4. 控制器和传感器：为了实现LED路灯的智能控制和节能功能，可以选择安装控制器和传感器。控制器可以实现对路灯的开关、亮度调节、定时控制等功能，传感器可以根据环境光照、人流等情况自动调节路灯亮度。

5. 地基和固定螺栓：为了确保LED路灯的稳固安装，需要在地面上挖掘合适的地基，并使用固定螺栓将路灯固定在地基上。地基的深度和尺寸要根据实际情况进行设计，固定螺栓的选择要考虑到路灯的重量和风压等因素。

6. 防雷设施：为了保护LED路灯免受雷击的影响，可以安装防雷设施，如避雷针、接地装置等。防雷设施的选择和安装要符合相关的安全规范和标准。

除了上述主要材料外，LED路灯的安装还需要一些辅助工具和材料，如电钻、螺丝刀、绝缘胶带、绝缘套管等。在安装过程中，还需要注意安全措施，如佩戴安全帽、手套、护目镜等。

总之，安装LED路灯所需材料主要包括LED灯具、支架和固定件、电缆和接线端子、控制器和传感器、地基和固定螺栓、防雷设施等。根据实际情况选择合适的材料，并注意安全措施，可以确保LED路灯的正常安装和使用。