第1章 绪论1.1 课题背景现今，太阳能LED路灯在我国的市场还未得到普及 ，其因素有很多方面，主要为芯片的价格较高，基本依靠国外进口造成整体路灯成本较高，还有壳体材料技术等方面成为影响消费的阻碍，国内的太阳能LED路灯起步晚，我国照明用电量已占总用量的12%。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，照明节电已成为节能的重要方面。目前的照明节能潜力很大，一般节能方案均能达到节约20%35%，按保守的数量采取20%的计算，全国节约的电能价值非常巨大。而太阳能LED照明的推广应用，让“绿色照明”实现了新的跨越。太阳能路灯以太阳光为能源，白天充电、晚上使用，无需铺设复杂、昂贵的管线，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，充电及开/关过程采用光控自动控制，无需人工操作，工作稳定可靠，节省电费，免维护。太阳能路灯的实用性已充分得到人们的认可。所以尽快开发适合中国市场的，提高太阳能LED路灯的质量和外形设计是必要的，全面推动我国的太阳能LED路灯的发展。1.2 课题研究来源人类与环境是相互作用影响的。人类在一定的自然环境条件下通过利用自然环境、改造自然环境得以生存并不断的向前发展，同时，人类也在不断地影响自然环境。人类与环境之间相互作用。传统的路灯设计的耗电量十分巨大，尤其传统的纳灯泡的耗电量更是如此，所以如果解决这个问题将会给环境和社会带来十分巨大的影响，所以针对这个问题进行了研究。中国的整个路灯市场的规模极大，仅2007年就安装了1700万盏。当然，其中大部分为普通交流电高压钠灯,而不是太阳能LED路灯。假如2009年的全部路灯安装数目可以达到2000万盏，而且全部改用太阳能LED路灯，那么所需的太阳能电池板的总功率将达到800万千瓦。而发改委提出的到2020年才180万千瓦的任务，明年2009年就可以超额4.4倍完成。而且三年下来，它的总功率将超过2400万千瓦，远远超过花费18年造成的三峡水电站的总装机容量（2250万千瓦）。这些年来为普遍安装的主要原因是芯片的核心设计有国外掌握，国内的路灯生产企业没有自己的芯片厂，造成整体的成本较高。随着科技的发展，我国太阳能资源的陆续开发，技术的趋于成熟，太阳能路灯的发展指日可待。绿色环保的新能源的开发成为现今的主流，在这样的背景下，完成太阳能LED路灯的外观设计的任务。1.3 文献综述1.3.1 中国路灯的发展概述17世纪中期之前，世界上没有路灯。人们夜间出行只能随身携带照明器具。以达到夜间照明道路的功用。从出土的历史文物和文字记载看来，早在殷商时期，人类就学会使用松脂火来夜行照明。礼仪燕礼云“宵则庶子执烛于东阶上，司宫执烛于西阶上，甸人执大烛于庭，人为大烛于门外”礼仪少礼又云“烛不见跋”，“但在地曰燎，执之曰烛，于地广设之曰大烛，其燎亦名大烛”，贾公彦疏：“烛，樵也，古者无麻烛而用荆樵” 1。可见，烛是一种类似于火把的照明器具，由于手持方便，可见在西周时期“烛”被广泛应用在夜行照明。到了两汉末期，针对夜间出行的功能出现了一种名为“行灯”的专用灯具。“行灯”的造型大多没有底座和立柱，灯的下盘设有三个矮足，可以在行动中持之照明。西汉时期灯笼的出现，为人们夜间照明带来了众多的便利。灯笼的结构多采用木质或者竹制框架，周围以布或者纱等材料覆盖包裹住，由于其独特的半封闭式结构可以遮风避雨，光源不易被熄灭，所以常常被人们用作夜行照明。古代中国的火焰灯具时期也有固定的路灯装置，这类灯具高在2米左右，一般用石质材料制作而成，以防风雨。都是建筑房屋式造型，中间掏空，一边光线投射进来，见图1-1。图1-1 火焰灯具清朝光绪年间，由于煤油的价格低廉被广泛应用。所以一些地方用上了煤油路灯。煤油路灯的样式并不统一，内用灯芯，外用罩。1882年7月26日，上海首次使用电灯，此后中国开始了电灯时代。最初的光源是采用白炽灯，后来发展到高压汞灯，高压钠灯等，见图1-2。图1-2 早期路灯1.3.2 国外路灯发展概述西方早期的路灯也有用灯笼制作的路灯，1417年，伦敦的市长亨利巴顿命令市民在室外悬挂灯具照明。不久。法国也效仿了这一做法。到了16世纪，法国居民也被要求在临街的窗户上挂照明灯具。1667年路易十四时期就有了专门用于道路照明的灯笼被悬挂在跨街道的绳索上。并且路易十四还正式办不了城市道路照明法令，这部法令路易十四的统治才被称为法国历史上的“光明时代”。1669年荷兰人Jvander海登发明了道路照明的油灯，并在他的家乡阿姆斯特丹（Amsterdam）使用。1680年前后，柏林出现了把灯笼悬挂在专用的支柱上的现象，后来又将灯笼改为悬挂在街灯立柱上在伦敦，直至18世纪还是采用过去古老的形式，把自备照明的灯具挂在自家的住房上。1792年的时候，苏格兰工程师威廉默多克发明了煤气灯，这时候，煤气也因此取代了油脂这一类灯具燃料。1799年，威廉默多克雇用了包顿瓦特公司最资深的工程师来生产了煤气灯装置。仅仅四年之后，伦敦的街道等地方就用上了煤气灯来照明。随后其他国家也先后使用了煤气灯照明。1810年由于煤气灯的众多的优点，使得其在城镇道路中占据了优势。1816年，美国的巴尔的摩市用上了煤气灯照明，巴黎也尾随其后。1850年至1870年的20年期间，是煤气灯使用的黄金时期，欧洲各个国家和美国基本上都用上了煤气灯照明，人们在煤气灯下工作，所以煤气灯市表示西欧和美国工业发展的象征。19世纪的时候，电力照明拉开了历史的序幕。1844年法国巴黎协和广场首次使用了实验性的碳弧灯照明。到了1879年，一种实用型的碳弧路灯被美国人C.F布拉什研制成功，并且该灯被美国的克利夫兰市正式采用。不久这种灯很快在其他城市得到推广，从而使道路照明完成了彻底的变革，见图1-4。图1-4 1881年布拉什的碳弧路灯在纽约被使用1879年爱迪生发明了白炽灯，并很快得到了推广，因此，热闹的店街和闹市街，百货店和商店都营业到深夜，繁荣的巴黎市因此盛行彻夜亮灯的盛况，“把夜晚成白天”的说法也成为了时尚的象征。在接下来的100年的时间里，各种电光源相应研制成功，人类从此摆脱了黑夜的事实4。在我国，太阳能路灯的研究方向主要是针对以地理形势、气候特征以及环境特点为基础的提高光电转换、优化控制系统、人性化的光控系统等。如今，太阳能路灯的应用已取得了显著的成效，在我国的很多地区都得到了应用。1.3.3 现代路灯的发展趋势随着夜间活动时间的延长，路灯在人们夜生活中所占的比重越来越大。人们对路灯的功能要求也越来越高，除了照明，路灯还肩负起其他功能，比如美化城市、突出文化底蕴、方向指示等功能。路灯在不断改善人们的生活，在提高人们的生活质量。但同时，环境、能源的问题也在不断挑战人们的生活水准，未来路灯的发展趋势就在这一矛盾中孕育而生，主要表现在以下几个方面。 (1)道路照明智能化城市网路普及及建设使得道路监控系统得到了很好的发挥，路灯的远程智能控制成为当前城市道路照明系统建设中需要解决的问题之一。也是未来路灯发展的方向。(2)造型风格的多元化在今天，路灯的造型设计已经不再走单一的风格路线，由于路灯功能的细分，不同场合的路灯不可能拘泥于某一种形式，在路灯设计中，不仅仅需要强调照明，更加强调装饰性和美学效果，需要与周围环境相一致，现代灯具的造型风格除了突出现代照明技术的作用，还应强调个性和与背景环境协调，注重表面灯具材料的质感。第2章 产品资料收集和分析2.1 路灯调查2.1.1 路灯的分类路灯的种类非常的多，外形千变万化，功能更加多种多样，所以分类没有一个统一的标准，人们可以根据实际的需要对灯具进行分类，常见的分类主要有：1. 低位置路灯灯高0.3-1.2m，主要用于照射植物，营造氛围或狭窄的人行道，起照明引导作用，见图2-1。图2-1 低位置路灯2步行和散步路灯灯柱的高度在4-12m之间，此类灯具造型多样，设计注重细节部分处理，一般设置于道路的一侧，也可自由布置灯具的位置，见图2-2。图2-2 步行灯3 普通干道和停车场路灯：灯体高度在4-12，造型一般比较简洁，光源较强，灯距在20-50左右，见图2-3。图2-3 停车场路灯4 高杆路灯：高杆路灯高度在20-40之间，照射范围比较宽广，此类路灯一般用于站前广场、大型停车场、露天体育场、大型展览场等5，见图2-4。图2-4 高杆路灯2.1.2 路灯在道路环境中的功能作为道路环境中设施，谈到路灯的功效，人们很容易联想到路灯最基本的两大功能，既实用功能和装饰功能，事实上，路灯作为道路环境设施中的一部分，应该把它看作一个综合体，用灵活和全面的态度来审视它的功能，所以可以基本划分为四个功能。1. 基本的实用功能路灯的照明是最易为人类所感知的功能特性。由于人类夜生活时间的不断延长，人类暴露在路灯下的时间也越来越长，所以，本着对人类健康负责的态度，和以人为本的精神，路灯的照明一般需要满足一下的一些要求，首先满足物体的可见度的需要，确保安全性和对方向的辨认，然后还要满足人的识别，使使用者感到舒适和健康，以及防止眩光，所讲光的颜色与环境相适合。2. 环境性功能将环境的功能予以强化。一些城市的夜景灯的功能除了照明外，本身作为一种环境塑造了城市的夜间文化。3. 装饰性功能具有将环境美化或者装点的功能，见图2-5。图2-5 装饰性路灯4. 复合功能城市中的一些设施可以同时把几项使用功能集于一身，例如，很多路灯的灯架上常常悬挂上路标和信号灯等，或者本身就具有引导和隔离的功能6。2.1.3 路灯的造型风格近年来，随着科技的进步，物质生活的越来越丰富，是的路灯的功能叶越来越明确，其风格划分也开始明细化，不同的道路采用不同的风格的路灯，不仅对交通安全、社会治安起着重要作用，还能美化市容。装点环境。在小区、庭院、公园等非机动车的道路区域中，由于很少有机动车出没，所以道路宽度要求没有特别要求，路灯的设计造型风格多种多样，主要可分为：（1） 仿古灯：模仿古代风格的路灯，例如宝塔灯、宫廷灯，见图2-6。图-6 宫廷灯（2） 欧洲风格路灯：以曲线线条的铸铁灯为主，崇尚自然的流畅。见图2-7。图2-7 欧式风格路灯（3） 现代风格路灯：几何化设计，线条简单，流畅，见图2-8。图-现代风格路灯（4） 其他风格：以某一主题为理念的路灯，例如以中国元素为主题的中国结路灯，给人们带来了浓厚的文化气息，见图2-9。图2-9 中国元素街灯2.2 太阳能路灯调查2.2.1 太阳能路灯的概念太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品。太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明。1. 太阳能路灯功能是以太阳能作为电能供给,用来提供夜间道路照明,采用高光效照明光源设计,具有亮度高、安装简便、工作稳定可靠,不消耗常规能源,使用寿命长等优点,属于当今社会大力提倡利用的绿色能源产品。2. 太阳能路灯的特点及优点(1)特点：太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能，用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大