LED亮化工程報(bào)價(jià)及安裝和電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用

LED亮化工程報(bào)價(jià)及安裝1目前有全國各地眾多做廣告的朋友和個(gè)人加入LED亮化工程行列，但手頭缺少需此行業(yè)相關(guān)的資料和經(jīng)驗(yàn)，造成業(yè)務(wù)無法開展。沒有足夠的資料和客戶溝通，使辛苦得來的機(jī)會(huì)付之東流；在此，我向各位介紹相關(guān)的知識(shí)，如何開展相關(guān)業(yè)務(wù)。

第一部分

產(chǎn)品知識(shí)準(zhǔn)備

對(duì)相應(yīng)的LED產(chǎn)品要有所了解；LED產(chǎn)品種類甚多，做亮化工程大至要用到以下產(chǎn)品1．LED數(shù)碼管，又名LED護(hù)欄管，LED護(hù)欄燈，LED輪廓燈；

此產(chǎn)品常用來做樓體輪廓安裝，KTV門頭或廣告招牌，以及公路和橋梁護(hù)欄亮化項(xiàng)目；可以達(dá)到七彩流水，追逐，掃描等效果；若做成LED數(shù)碼管屏（LED數(shù)碼招牌）則可以出各種炫麗的動(dòng)畫和花型，還可以播放視頻；出文字及圖案。LED數(shù)碼管大至分類：按效果可分為：單色常亮的紅，黃，藍(lán)，綠，白；七彩的分為：單段七彩漸變跳變；真六段，真八段，16段，16段，32段，48段等；按控制方法分為：內(nèi)控和外控；內(nèi)控LED護(hù)欄管是將所需的程序直接寫入LED護(hù)欄管的工作IC芯片內(nèi)，接通電源后能直接跑出花型；外控的簡而言之就需要外置控制器；控制器又分為脫機(jī)系統(tǒng)和聯(lián)機(jī)系統(tǒng)；聯(lián)機(jī)系統(tǒng)是指依附于電腦而工作的控制系統(tǒng)（多用于LED數(shù)碼管屏）；脫機(jī)系統(tǒng)是則不需要依附于電腦，接電后就能輸入控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED護(hù)欄管。

2．LED彩虹管又名LED燈帶，LED美耐燈；是亮化工程中最常用的產(chǎn)品之一，且價(jià)格相對(duì)便宜，是眾多客戶所喜愛的LED燈具產(chǎn)品。主要適用于造價(jià)不高，所需效果不需要太炫麗的場所；可以做樓體或招牌輪廓；鐵皮字或造型圍邊；天花或KTV暗槽裝飾等。LED彩虹管分類：圓二線，圓三線，扁二線，方二線，扁三線，扁四線，扁五線，扁七線等；有紅，黃，藍(lán)，綠，白，紅+藍(lán)，紅綠藍(lán)，紅黃藍(lán)，紅黃藍(lán)綠等；一般為排跳方式通過控制器可以達(dá)到閃動(dòng)效果。3．LED裝飾燈系列有LED星星燈（LED燈串），LED網(wǎng)燈，LED瀑布燈，LED滿天星。這些一般用于花木或小型景觀裝飾。比如：一顆樹要做個(gè)亮化效果，可以使用多串LED星星燈，將樹枝繞上，再通過控制器閃動(dòng)，就變成了一些七彩閃動(dòng)的LED圣誕樹燈了。

其它裝飾產(chǎn)品象LED點(diǎn)光源，LED霓虹燈，LED電子顯示屏，LED投光燈，LED大功率洗墻燈，LED埋地?zé)簦琇ED水底燈，LED景觀樹，LED吸塑字等也用得比較多。這些都需要自已慢慢了解，才能真正認(rèn)識(shí)到這些產(chǎn)品，在工程中選擇所對(duì)應(yīng)的亮化燈具。這些都需要自已慢慢了解，才能真正認(rèn)識(shí)到這些產(chǎn)品，在工程中選擇所對(duì)應(yīng)的亮化燈大家可以到我們的產(chǎn)品中心和下載中心了解更多的產(chǎn)品及控制系統(tǒng)方面的知識(shí)LED亮化工程報(bào)價(jià)及安裝2第三部分如何選LED產(chǎn)品產(chǎn)品檔次的選擇主要根據(jù)客戶的具體項(xiàng)目來定.記?。汉民R配好鞍你的產(chǎn)品一定要能和客戶的具體工程想匹配，象星級(jí)酒店項(xiàng)目你不能用一般產(chǎn)品給他，這樣會(huì)顯得你不夠?qū)I(yè)大部分的情況是價(jià)格找適中的廠家生產(chǎn),價(jià)格太高的產(chǎn)品,甲方不一定能夠接受；價(jià)格太低的產(chǎn)品質(zhì)量不一定過關(guān)，造成后期維護(hù)成本增高，甚至無法收到貨款。一定記?。涸谧约簩?duì)產(chǎn)品質(zhì)量不是很了解的情況下，寧可選價(jià)稍高的產(chǎn)品，不能貪便宜，到后面吃大虧。寧可做少一個(gè)工程，不可做壞一個(gè)工程。因?yàn)槊總€(gè)工程都是你的形象。好事不出門，壞事傳千里做壞一個(gè)工程對(duì)你的損失不只是這一個(gè)工程，而是關(guān)系你以后的生計(jì)啊LED護(hù)欄管選購選購產(chǎn)品時(shí)，問清楚產(chǎn)品的參數(shù)，包括燈珠數(shù)量，線路板材料，燈珠是哪產(chǎn)的，亮度如何，防水效果如何等；是否有備品，質(zhì)量好壞直接決定工程款的回收。另外在選用護(hù)欄管PC外殼的可以選用半透明外管，亮度比較高，流水效果也比較明顯，解決了透明管沒有混色效果，乳白管亮度不夠高的問題。LED燈帶選購使用LED燈帶做工程時(shí)，盡量使用全銅線的，全銅線的比銅包鋁線、鋁線的耐用，燈珠使用高亮的，有部分廠家專做低端產(chǎn)品，產(chǎn)品比較劣質(zhì)，經(jīng)常容易壞，燈珠亮度很低，有甚者更用圓片燈珠生產(chǎn)，燈帶裝上去三二個(gè)月就暗下去了；工程使用后得不償失。當(dāng)然LED有很多產(chǎn)品，在此不一一說明總之，不管你選擇什么產(chǎn)品，你要了解產(chǎn)品的參數(shù)要求大家可以參考下我們網(wǎng)站產(chǎn)品中心的關(guān)于產(chǎn)品的描述總的原則是：便宜沒有好貨，好貨不便宜。如何選產(chǎn)品就講到這里，下期接著如何安裝第四部分

如何安裝以外控護(hù)欄管為例說明安裝步驟

第一步：安裝護(hù)欄管

先將LED護(hù)欄管安裝到墻體上：在墻體上打孔，裝膨脹螺釘，再裝LED護(hù)欄管，用自攻螺絲鎖??；護(hù)欄之間的距離根據(jù)客戶的要求而定；一般是1CM到3CM之間。將LED護(hù)欄管的信號(hào)線、電源線對(duì)接起來，信號(hào)線一般是四芯或五芯也有兩芯的公母插頭；電源線是兩芯的公母插；

第二步：安裝電源

根據(jù)變壓器的功率以及護(hù)欄管的功率來計(jì)算每臺(tái)變壓器可以帶多少條護(hù)欄管；比如108燈的LED七彩護(hù)欄管是10W/M；144燈的LED護(hù)欄管是12W/M；若用400W的防水變壓器，則可以帶108燈36M管；144燈的則帶32M管。若變壓器可以帶36M管；變壓器則放在第18和19條中間，接兩條線出來，每邊各帶18條。注：1.變壓器一般只用到80%到90%的功率；

2.不管變壓器的功率再大，每邊接的管最好不要超過25M；因?yàn)殡?/p>

源導(dǎo)線有功率損耗；越到后面的LED護(hù)欄管亮度越低；

第三步：安裝控制器

先裝分控器，直接將分控器接在LED護(hù)欄管上；分控器兩端一般有三個(gè)出線頭,一端一條的一般是電源線接24V或12V,注意這個(gè)電源線只是分控器的供電,護(hù)欄管的供電要另外聯(lián)接,另外一端兩條接線頭一條是從主控器輸入的信號(hào)線,一條是接護(hù)欄管的輸出的信號(hào)線,分控器上會(huì)標(biāo)出哪條接主控哪條接分控!信號(hào)接信號(hào)（五芯公母插），電源接電源（兩芯公母插）；

再將分控器與主控器的信號(hào)對(duì)接，如果分控與主控的距離將遠(yuǎn)時(shí)可以用超五類網(wǎng)線連接起來，這樣信號(hào)比較好；每個(gè)分控只能帶固定數(shù)量的LED護(hù)欄管，一般可以帶到100M；做樓體輪廓時(shí)，每一個(gè)分控帶一路；具體的情況根據(jù)LED效果圖安裝（生產(chǎn)廠家會(huì)幫您算好要多少分控，每個(gè)分控帶哪一路，一般會(huì)有安裝圖紙）。分控與主控之間亦采用超五線網(wǎng)線連接；網(wǎng)線都是八條線的，采用公母信號(hào)插與網(wǎng)線對(duì)接起來，現(xiàn)接到分控上；不同回路的護(hù)欄管之間的信號(hào)線需要斷開。

第四步：導(dǎo)通測試

將變壓器全部接到一條220V主電源上，然后采用一個(gè)空氣開關(guān)和時(shí)間開關(guān)控制LED護(hù)欄管（LED護(hù)欄管）統(tǒng)一通電；然后將主控器上的插頭插在220V的電源上。

常見問題:

1.若LED護(hù)欄管不能正常走程序，確認(rèn)此管是否信號(hào)線有問題，請把不能運(yùn)作的管換下，還有一個(gè)問題,這條管的可能信號(hào)線只有輸入沒有輸出,導(dǎo)致后面的管變化效果不能同步,這種情況下可以把裝在最后一條護(hù)欄管裝在這里,把這條護(hù)欄管裝在最后面那邊,可以恢復(fù)正常!若恢復(fù)正常，就確認(rèn)是此管問題，若不行可以換個(gè)分控試試，若無法解決安裝中出現(xiàn)的問題請與廠家聯(lián)系。

2．因?yàn)長ED護(hù)欄管為電子產(chǎn)品，總會(huì)有一些不良品，會(huì)出現(xiàn)虛焊漏焊現(xiàn)像；另外防水處理很個(gè)很關(guān)鍵的因素，建議選購產(chǎn)品時(shí)把握好質(zhì)量；若有不良品時(shí)情退回廠家維修。

3．LED護(hù)欄管一般安裝在樓體上，安裝成本比較高，具有一定的危險(xiǎn)性；如果有壞管了，需要吊人或架手腳架上去拆換；所以建議選購優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品的，減少的維護(hù)成本。國內(nèi)LED行業(yè)燈具網(wǎng)網(wǎng)站地址名稱備注

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香港理工大學(xué)

蔣金波杜雪李榮彬張志輝

行業(yè)分類:燈具1.

技術(shù)背景LED固態(tài)半導(dǎo)體照明技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)的戰(zhàn)略節(jié)能技術(shù)。中國、歐洲和北美的許多國家和城市都已經(jīng)進(jìn)行了LED道路照明技術(shù)的開發(fā)和大力推廣，相比于金屬鹵素?zé)簦∕H）和高壓鈉燈（HPS），LED路燈擁有更長的壽命（大于5倍）；除此之外，LED路燈還具有更好的可控性和光效，可以節(jié)能50%之多。LED路燈的另一個(gè)綠色能源的特征是光源本身不含有害物質(zhì)汞。光學(xué)方面，LED芯片的小光源特性可以比較容易實(shí)現(xiàn)精確的配光和二次光學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確控制光線的方向，把光充分的分配到所需要照明的馬路上，防止光污染和眩光。二次光學(xué)設(shè)計(jì)是決定LED路燈的配光曲線、輸出光效、均勻度、以及眩光指數(shù)的一項(xiàng)重要技術(shù)?，F(xiàn)有市場上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圓形的，峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角的全寬度約為120°。LED路燈如果沒有經(jīng)過二次光學(xué)的配光設(shè)計(jì)，那么照在馬路上的光斑會(huì)是一個(gè)“圓餅”，如圖

1（a）所示，大約1半左右的光斑會(huì)散落到馬路之外而浪費(fèi)掉，并且光斑的中間會(huì)比較亮，到周圍會(huì)逐漸變暗。這種燈裝在馬路上之后，路燈之間會(huì)形成很明顯的明暗相間的光斑分布，對(duì)司機(jī)造成視覺疲勞，引發(fā)事故。這種情況下的LED路燈就不能叫做“節(jié)能”和“綠色照明”了。國家城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求LED路燈的光斑如圖

1（b）所示，光斑為長方形，正好可以覆蓋馬路，并且有很好的均勻性。LED的二次光學(xué)技術(shù)，不同于其他的學(xué)科，是一門涵蓋非成像光學(xué)和3維曲面建模的交叉學(xué)科，二次光學(xué)的設(shè)計(jì)可以有效解決LED路燈的出光效率、均勻性、配光角度、眩光和安全性等問題，提供符合于國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的配光，真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保和綠色的照明。另外LED路燈有較好的顯色指數(shù)（CRI），根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)不同的色溫使其可以滿足白天、晚上、晴天和雨天等不同的環(huán)境。

圖

1(a)沒有經(jīng)過二次光學(xué)設(shè)計(jì)的LED路燈的光斑，(b)經(jīng)過二次光學(xué)配光設(shè)計(jì)的LED路燈的光斑

Fig.

1

(a)

Light

pattern

without

optical

design,

(b)

Light

pattern

with

fine

optical

design全反射式二次光學(xué)透鏡可以收集從LED芯片發(fā)出的全部180°的光，并重新分配到指定的區(qū)域，是個(gè)很好的解決方案。自由曲面的配光可以使LED路燈光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布呈蝙蝠翼分布，使光斑成長方形，并且光斑的中間和邊緣比較均勻，利用邊緣光線原理，透鏡還可以實(shí)現(xiàn)截光設(shè)計(jì)，消除眩光。以下為一種全反射式二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)方法。2.全反射式二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)

圖2全反射式二次光學(xué)透鏡的3D模型

Fig.2Lens3Dmodeling圖2為一種全反射式二次光學(xué)透鏡的3維模型。透鏡由4部分組成，中間內(nèi)凹的非球面柱面鏡部分、側(cè)面的全反射棱鏡部分、兩端的全反射棱鏡部分、以及上表面“W”型的自由曲面組成。透鏡將郎伯型LED的光配成沿X方向120°（沿著道路方向）以及Y方向60°（垂直于道路的方向）的光度分布。透鏡的設(shè)計(jì)遵循“邊緣光線原理”[1]，即在X方向，輸出光線的邊緣光線的與光軸的夾角為±60°，其他所有的輸出光線都分布在這一角度之內(nèi)，在Y方向，輸出光線的邊緣光線的角度為±30°。透鏡的設(shè)計(jì)原理如圖3所示。其中Y方向的配光原理如左圖，從LED發(fā)出的中間部分的光，由內(nèi)凹的柱面鏡進(jìn)行會(huì)聚，會(huì)聚后所有輸出光線的反向延長線交于一虛焦點(diǎn)“F”，“F”與柱面鏡邊緣組成的這部分光線，再經(jīng)過上表面之后，分布在角度±30°之內(nèi)。剩下從LED發(fā)出的往側(cè)面部分的光，則由側(cè)面的全反射棱鏡進(jìn)行配光。經(jīng)入射面入射到外側(cè)全反射面的光線，從下到上，其反射角是漸變的，再經(jīng)過上面的輸出面折射之后，這部分光也分布均勻在±30°之內(nèi)。沿X方向的配光原理如圖3的右圖，內(nèi)凹的柱面鏡覆蓋了從LED發(fā)出的中間部分的±76°之內(nèi)的光線，上表面“W”形狀的曲面將這部分的光線均勻分配在發(fā)散角為±60°之內(nèi)，并形成一個(gè)蝙蝠翼的配光曲線分布。透鏡兩端各有一全反射棱鏡，用來起截光的作用，收集剩下從LED發(fā)出的±76°~90°的光（這部分光如果不經(jīng)過配光，直接射出后會(huì)造成眩光），經(jīng)過透鏡兩端外側(cè)的全反射面反射和上表面“W”曲面的折射之后，重新分布在光束角±30°之內(nèi)。兩部分的光疊加一起后形成一光束角為±60°的光度分布，其光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布（配光曲線）為蝙蝠翼形。

圖3Y和X剖面的設(shè)計(jì)原理

Fig.3DesignprinciplesonYandXsections在透鏡的Y方向，內(nèi)凹的非球面柱面鏡的設(shè)計(jì)和外側(cè)全反射面輪廓線的設(shè)計(jì)如圖4的(a)和(b)所示。圖4(a)為Zemax中的光路圖，從LED射出的±40°以內(nèi)這部分光線，經(jīng)過柱面鏡折射之后，所有光線的反向延長線交于虛焦點(diǎn)“F”，經(jīng)過點(diǎn)“F”和柱面鏡的邊緣所形成的邊緣光線，其與光軸的夾角為±19.6°，經(jīng)過上表面折射后，形成±30°的出射光線。圖4(b)為用來計(jì)算外側(cè)全反射輪廓線上各點(diǎn)坐標(biāo)值的數(shù)學(xué)模型。其中q為LED出射光線OP與光軸OO￠的夾角；Q(x,y)為外側(cè)全反射輪廓線上一點(diǎn)Q的坐標(biāo)值，其反射線QR與光軸的夾角為d；a為全反射棱鏡入射面的拔摸角，以利于中間柱面鏡模芯的拔出，這里設(shè)置為2°。

(a)

(b)

圖4(a)內(nèi)凹柱面鏡Y方向剖面在Zemax中的光路圖，(b)全反射棱鏡部分Y方向剖面的數(shù)學(xué)建模

Fig.4(a)OpticalpathoftherecessedasphericcylinderinZemaxsoftware,(b)MathematicmodelingoftheoutsideTIRsurface當(dāng)q角從90°變化到40°時(shí)，反射角d（即反射光線QR和豎直線QT之間的夾角）從0°變化到19.6°。從點(diǎn)Q(x,y)的角度關(guān)系，可以得出以下的式子：

(1)以及:

(2)從公式(1)及(2)，可得出以下的式子：

(3)其中，b為曲線BD在點(diǎn)Q(x,y)處的切線角，g為切線QZ與豎線QT的夾角，PQ為P點(diǎn)位置的折射光線，q￠為PQ與水平線之間的夾角。曲線BD的導(dǎo)數(shù)和切線角b的正切函數(shù)之間有如下的關(guān)系：

(4)其中，dy和dx為曲線BD在Y和X方向的微元。根據(jù)在P點(diǎn)位置的斯涅爾定律[3][4]，有如下關(guān)系：

因此:(5)當(dāng)q角從90°變化到40°時(shí)，d從0°漸變到19.6°，假設(shè)AB的初始值為1mm，聯(lián)合公式(1)、(3)、(4)、和(5)，Q(x,y)點(diǎn)的坐標(biāo)值可以通過數(shù)學(xué)模型的積分迭代法依次算出。

圖5X剖面，上表面配光設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

Fig.5Mathematicmodelingalongthelongitudecrosssection針對(duì)上表面在X方向上的配光，其數(shù)學(xué)模型如圖5所示。根據(jù)柱面鏡底部AB輪廓線上P點(diǎn)位置的斯涅爾定律，有

(6)再根據(jù)Q(x,y)點(diǎn)位置的斯涅爾定律，有如下關(guān)系式：

(7)式中，a為豎直線QV與出射光線QR的夾角，b為法線QN與豎直線QV之間的夾角，q為LED的出射角，q￠為P點(diǎn)位置的折射角，n為透鏡材料的折射率。為了配成蝙蝠翼狀的光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布，當(dāng)LED的出射角q從0°變化到76°時(shí)，輸出光線滿足以下的關(guān)系：

,ifq￡60°(8)以及,if60<Q&POUND;76(9)p="p">再根據(jù)以下曲線CF的微分和切線QS的正切角函數(shù)之間的關(guān)系：

(10)聯(lián)合公式（6）至（10），上表面的馬鞍形曲線CF的數(shù)值坐標(biāo)可以用積分迭代法一一計(jì)算出來。在X方向剩余從LED射出的角度q為76°至90°的這部分光線，如果不經(jīng)過配光直接射出，則會(huì)對(duì)遠(yuǎn)處的車輛產(chǎn)生眩光，這部分的光需要進(jìn)行截光設(shè)計(jì)，所謂截光設(shè)計(jì)，并不是把這部分的光遮擋，而是將這部分的光重新分配到所需要的地方。這里采用透鏡兩端的全反射面EF將這部分光進(jìn)行收集并重新分配，計(jì)算方法同上述圖4的算法一樣，重新分布后的光束角為±30°。3.全反射式二次光學(xué)透鏡的計(jì)算機(jī)模擬透鏡所有的透射面和反射面的輪廓線計(jì)算完成之后，數(shù)據(jù)點(diǎn)可以輸入到3D建模軟件（如CATIA或者Unigraphics）中進(jìn)行3維實(shí)體模型的建立。將二次光學(xué)透鏡實(shí)體連同LED的實(shí)體模型輸入到LightTools[5]中進(jìn)行光線追跡，如圖6所示。LED芯片的發(fā)光面賦予1′1mm的郎伯型的發(fā)光特性，輸出光通量設(shè)置為80流明/瓦，單顆為1瓦，透鏡的短邊方向?yàn)榇怪庇隈R路的方向（Y方向），透鏡的長邊的方向?yàn)檠刂R路的方向（X方向）。

圖6全反射式二次光學(xué)透鏡的光線追跡

Fig.6RaytracingoftheLEDmodulewithfreeformTIRlens,sideview(left)andtopview(right)圖7為單顆透鏡在12米遠(yuǎn)處的照度分布，光斑最大照度值為0.167勒克斯，在36米′14米范圍之內(nèi)的其均勻度超過了50%。屏幕總共收集到的光通量為78.715l流明，換算成透鏡的出光效率，為98.39375%，考慮到透鏡材料本身的透過率，假設(shè)透鏡材料本身的透過率為92%，實(shí)際注塑出來的透鏡產(chǎn)品的效率將超過90%。單顆透鏡光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布（配光曲線）如圖8所示，圖中實(shí)線為Y方向的遠(yuǎn)場角度分布，其峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角寬度約為±30°；虛線為X方向的遠(yuǎn)場角度分布，其峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角寬度約為±60°。透鏡在X方向的配光曲線為很好的蝙蝠翼分布。

圖7單顆透鏡在12米遠(yuǎn)處的照度分布

Fig.7IlluminancedistributionofthesingleLEDmoduleat12meterdistance

圖8單顆透鏡光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布

Fig.8BatwinglightintensityfarfieldangledistributionofthesingleLEDmodule4.LED路燈的整燈的計(jì)算機(jī)模擬由于一般的道路照明要求路面照度的平均值超過20勒克斯，采用單顆的高功率LED來實(shí)現(xiàn)道路的照明，其照度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。一盞LED路燈往往需要由很多顆LED組成，才能達(dá)到所需的照度。根據(jù)不同路面、燈桿高低、以及燈距的要求，可以分別采用不同數(shù)量的高功率LED，LED路燈往往有30瓦、60瓦、90瓦、120瓦、160瓦等不同的規(guī)格。由于單顆二次光學(xué)透鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長方形光斑的配光設(shè)計(jì)，整個(gè)路燈只需要將這些LED透鏡按照相同的方向排列起來裝配在一個(gè)平的散熱板上即可，透鏡排列的間距和排列形狀對(duì)配光沒有影響。圖9為LED路燈整燈的建模及在LightTools中的光線追跡。這里總共排列了160顆、單顆1W、每瓦80流明的LED。

圖9整燈的建模及光線追跡

Fig.93DModelingoftheLEDstreetlightandraytracing假設(shè)接收屏放置于12米遠(yuǎn)，由于所有的透鏡都是按照一個(gè)方向排列的，整燈的光斑形狀和光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布與單顆透鏡的完全相同，唯一不同的是照度值和配光曲線的發(fā)光強(qiáng)度值按照LED的數(shù)量乘了一個(gè)倍數(shù)，如圖10和圖11所示。在36米長′14米寬的范圍，平均照度超過20勒克斯，照度均勻度超過了50%，光斑最強(qiáng)的照度值為26.7勒克斯。整燈的光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布為蝙蝠翼分布，圖中實(shí)線為Y方向的遠(yuǎn)場角度分布，其峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角寬度約為±30°；虛線為X方向的遠(yuǎn)場角度分布，其峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角寬度約為±60°。在X方向，配光曲線中心的發(fā)光強(qiáng)度值約為4,000Cd(坎德拉)，±60°的位置約為8,000Cd。光斑寬度超過14米，大約可以覆蓋4車道。

圖10整燈在12米遠(yuǎn)處的照度分布

Fig.10LEDstreetlightilluminancedistributionat12meterdistance

圖11整燈光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布

Fig.11LEDstreetlightlightintensityfarfieldangledistribution5.結(jié)論:由于大部分出廠的高功率白光LED為郎伯型的光度分布，利用XY方向非軸對(duì)稱的自由曲面二次光學(xué)的配光設(shè)計(jì)可以有效解決路燈的光型、出光效率、均勻性、配光角度、眩光和安全性等問題，提供符合于國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的配光，真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保和綠色的照明。全反射二次光學(xué)透鏡的采用可以實(shí)現(xiàn)很高的配光效率，得到超過90%的輸出效率。全反射透鏡上表面的“W”型自由曲面，可以將道路方向的配光曲線設(shè)計(jì)成蝙蝠翼形，實(shí)現(xiàn)很好的均勻度。透鏡底部用來聚光的非球面柱面鏡由Zemax完成設(shè)計(jì)，外側(cè)的全反射面和上表面的自由曲面則通過數(shù)學(xué)模型精確計(jì)算而成。本設(shè)計(jì)結(jié)合了光學(xué)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、以及3維曲面造型，以及邊緣光線理論。是LED非成像二次光學(xué)的一個(gè)典型的設(shè)計(jì)方法。關(guān)于亮度和節(jié)能比較：1WLED=3WCFL(節(jié)能燈）=15W白熾燈3WLED=8WCFL(節(jié)能燈）=25W白熾燈4WLED=11WCFL(節(jié)能燈）=40W白熾燈8WLED=15WCFL(節(jié)能燈）=75W白熾燈12WLED=20WCFL(節(jié)能燈）=100W白熾燈

各種燈光的色溫表（K值）

色溫是衡量光線色彩的定值，表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)。3300K時(shí)為暖色光（偏黃橙），<5500K為正白偏黃，5500K到6500為正白光，相當(dāng)正午的太陽光。>6500K為正白偏藍(lán)，>8000K為冷色光。以下是各種燈光色溫值，方便制作不同的光源的效果。以K為單位的光色度對(duì)照表光源

K燭焰

1500

家用白熾燈

2500-3000

60瓦的充氣鎢絲燈

2800

500瓦的投影燈

2865

100瓦的鎢絲燈

2950

1000瓦的鎢絲燈

3000

500瓦鎢絲燈

3175

琥珀閃光信號(hào)燈

3200

R32反射鏡泛光燈

3200

鋯制的濃弧光燈

3200

反射鏡泛光燈

3400

暖色的白熒光燈

3500

清晰閃光燈信號(hào)

3800

冷色的白熒光燈

4500

白晝的泛光燈

4800

白焰碳弧燈

5000

M2B閃光信號(hào)燈

5100

正午的日光

5400

高強(qiáng)度的太陽弧光燈

5550

夏季的直射太陽光

5800

10:00到15:00的直射陽光

6000

藍(lán)閃光信號(hào)燈

6000

白晝的熒光燈

6500

正午晴空的太陽光

6500

陰天的光線

6800-7000

高速電子閃光管

7000簡易色溫表

蠟燭及火光1900K以下

朝陽及夕陽

2000K

家用鎢絲燈2900K

日出后一小時(shí)陽光3500K

攝影用鎢絲燈3200K

早晨及午后陽光4300K

攝影用石英燈3200K

平常白晝

5000~6000K

220Ｖ日光燈

3500~4000K

晴天中午太陽

5400K

普通日光燈4500~6000K

陰天

6000K以上

HMI燈5600K

晴天時(shí)的陰影下

6000~7000K

水銀燈5800K

雪地

7000~8500K

電視螢光幕5500~8000K

藍(lán)天無云的天空

10000K以上一般超市的燈光照度為700～900Lux，而百貨一般是800～1500Lux，不過也要根據(jù)不同的商品和特殊陳列要求而有所變化。色溫色溫：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。

因?yàn)樵诓糠止庠此l(fā)出的光通稱為白光，故光源的色表溫度或相關(guān)色溫度即用以指稱其光色相對(duì)白的程度，以量化光源的光色表現(xiàn)。根據(jù)MaxPlanck的理論，將一具完全吸收與放射能力的標(biāo)準(zhǔn)黑體加熱，溫度逐漸升高光度亦隨之改變；CIE色座標(biāo)上的黑體曲線顯示黑體由紅棗橙紅棗黃棗黃白棗白棗藍(lán)白的過程。黑體加溫到出現(xiàn)與光源相同或接近光色時(shí)的溫度，定義為該光源的相關(guān)色溫度，稱色溫，以絕對(duì)溫度K（Kelvin，或稱開氏溫度）為單位（K=℃+273.15）。因此，黑體加熱至呈現(xiàn)紅色時(shí)溫度約為527℃即800K，其他溫度影響光色變化。

光色愈偏藍(lán)，色溫愈高；偏紅則色溫愈低。一天當(dāng)中光的光色亦隨時(shí)間變化；日出后40分鐘光色較黃，色溫3000K；下午陽光雪白，上升至4800-5800K；陰天正午時(shí)分則約6500K；日落前光色偏紅，色溫又降至2200K。

因相關(guān)色溫度事實(shí)上是以黑體輻射接近光源光色時(shí)，對(duì)該光源光色表現(xiàn)的評(píng)價(jià)值，并非一種精確的顏色對(duì)比，故具相同色溫值的二光源，可能在光色外觀上仍有些許差異。僅憑色溫?zé)o法了解光源對(duì)物體的顯色能力，或在該光源下特體顏色的再現(xiàn)如何。

光源色溫不同，光色也不同，色溫在3300K以下有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺；色溫在3000-5000K為中間色溫，有爽快的感覺；色溫在5000K以上有冷的感覺，不同光源的不同光色組成最佳環(huán)境，如表：色溫與高度

高色溫光源照射下，如亮度不高則給人們有一種陰冷的氣氛；低色溫光源照射下，亮度過高會(huì)給人們有一種悶熱感覺。光色的對(duì)比

在同一空間使用兩種光色差很大的光源，其對(duì)比將會(huì)出現(xiàn)層次效果，光色對(duì)比大時(shí)，在獲得亮度層次的同時(shí)，又可獲得光色的層次。通常，大部分賣場都在希望能為顧客提供一個(gè)相對(duì)比較“暖”的環(huán)境，相對(duì)溫馨的環(huán)境，所以，一般賣場的色溫應(yīng)該控制在3000～5000左右。

一般客廳的照明需要多樣化，既有基本的照明，又要有重點(diǎn)的照明和比較有情趣的照明，這樣的照明效果才能營造一種氛圍；餐廳的照明應(yīng)將人們的注意力集中到餐桌，一般用顯色性好的暖色調(diào)吊線燈為宜，以真實(shí)再現(xiàn)食物色澤，引起食欲；臥室燈具的光源光色宜采用中性的且令人放松的色調(diào)，輔以實(shí)際的照明需要：如梳妝臺(tái)和衣柜需更明亮的光，以及床周圍的閱讀照明等。廚房、衛(wèi)生間應(yīng)以功能性為主，燈具光源顯色性要好。

然后，再以色溫調(diào)節(jié)室內(nèi)氛圍。低色溫的光會(huì)給人一種親切、溫馨的感覺，而高色溫的白光卻給人一種清爽、輕快的感覺，新婚浪漫時(shí)刻就適合低色溫的光源，來營造一種浪漫溫馨的感覺。專業(yè)資料顯示，人眼所見的光線，由七種色光光譜組成，色溫就是專門量度光線的顏色成分的。大多數(shù)新居主廳中選用的是白色節(jié)能燈，只需換上低色溫的光源，也就是使用含紅色光譜線成分較多的暖色調(diào)的燈光（3000K左右，低色溫），就能在室內(nèi)形成朦朧、輕松、溫馨的氣氛。在臥室換上暖色調(diào)輔助燈，會(huì)變得柔和、溫暖。

另外，還需要考慮色溫與所處環(huán)境的基本色調(diào)之間的相互融合問題。暖色調(diào)（紅、橙、黃）為主的空間中，適合采用3000K左右的低色溫的光源，可使空間內(nèi)的溫暖基調(diào)加強(qiáng)；冷色調(diào)（青、藍(lán)、紫）為主的空間內(nèi)，適合使用5000K以上的高色溫光源，采用局部低色溫的射壁燈來實(shí)現(xiàn)朦朧浪漫的感覺。公司簡介一、公司基本概況武漢愛尚桑萊光電科技有限公司一直致力于LED照明領(lǐng)域的探索與推廣，LED因其節(jié)能、環(huán)保、長壽命等特點(diǎn)，已讓全球越來越多的國家和地區(qū)廣泛推廣和使用于照明產(chǎn)品上。公司憑借自身3年的LED照明產(chǎn)品制造經(jīng)驗(yàn)及擁有強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)能力、獨(dú)特外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力、對(duì)品質(zhì)持續(xù)改善的能力及快速響應(yīng)市場需要的能力，已經(jīng)成長為LED照明市場的主流供應(yīng)商。為客戶提供全方位LED照明解決方案，與客戶建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，不斷提升公司的品牌形象是公司每位員工恪守的準(zhǔn)則。我們強(qiáng)調(diào)在為客戶提供最好產(chǎn)品的同時(shí)，不斷培訓(xùn)及提升我們員工自身的技能與服務(wù)意識(shí)，以高效的工作和高品位的產(chǎn)品，滿足客戶的不同愿景。我司產(chǎn)品可應(yīng)用于建筑外墻泛光、投光、輪廓、水景照明、橋梁、娛樂場所等各種照明環(huán)境。自行研制的實(shí)時(shí)播放系統(tǒng)、DMX燈光演示系統(tǒng)、可滿足不同客戶不同場景對(duì)光、色的選擇。公司致力于1W、3W、5W……大功率LED照明產(chǎn)品的研發(fā)與推廣，不斷推出高效節(jié)能的LED照明產(chǎn)品。二、產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)我司產(chǎn)品采用DMX512LED光電科技控制系統(tǒng)。DMX512的簡單性、可靠性、高效性、靈活性使其迅速成為深受市場歡迎和選擇的協(xié)議。DMX512LED光電科技控制系統(tǒng)由演示效果設(shè)計(jì)軟件（在PC機(jī)上使用）、主控器和LED燈具陳列組成，每個(gè)DMX512控制器最多驅(qū)動(dòng)512路對(duì)象，對(duì)于多于512路控制對(duì)象的系統(tǒng)，可以采用多個(gè)控制器并聯(lián)工作，控制器之間通過同步信息進(jìn)行同步工作。三、技術(shù)創(chuàng)新性1、LED光源：我司小功率產(chǎn)品采用美國AXT進(jìn)口芯片，大功率產(chǎn)品采用美國CREE芯片，光源長期使用穩(wěn)定性能好。2、防水處理：我司輪廓燈采用完全I(xiàn)P65防水處理工藝，光源特殊固封防水、防潮處理，燈管內(nèi)部可自由排水處理，端蓋不需要注膠防水。四、與同行業(yè)比較1、品質(zhì)：“追求卓越品質(zhì)、締造強(qiáng)勢品牌”是我司孜孜以求的奮斗目標(biāo)。在LED光電科技產(chǎn)品同質(zhì)化的市場，我司“愛尚桑萊”“LOVESUNLIGHT”品牌以其獨(dú)特的專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)、優(yōu)秀的品質(zhì)和穩(wěn)定的性能在同行業(yè)中脫穎而出，成為深受市場歡迎和首選的產(chǎn)品。2、價(jià)格性能比：我司大功率產(chǎn)品運(yùn)用進(jìn)口美國CREE芯片,在規(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,充分考慮客戶需求及承受能力，以中檔市場為主，讓客戶以較為合理的價(jià)格享受高檔產(chǎn)品的品質(zhì)。3、售后：我司作為專業(yè)LED光電科技制造商已有3年歷史，已經(jīng)建立起完善的售后服務(wù)體系，能為客戶提供全方位LED照明解決方案，讓客戶在購買我司產(chǎn)品之時(shí)解除后顧之憂。五、未來發(fā)展景觀照明與城市照明已進(jìn)入“光文化”發(fā)展階段，追求不但照亮、可欣賞，而且還有內(nèi)涵、有韻味，探求照明如何營造景觀的詩情畫意，照明在表達(dá)現(xiàn)代建筑個(gè)性方面是景觀照明與城市照明的發(fā)展方向。DMX512LED控制系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)動(dòng)畫全彩智能LED控制系統(tǒng)采用最新高科技精彩演繹光與色彩的個(gè)性、特殊效果，使光、色彩、建筑、環(huán)境水乳交融，展示照明與環(huán)境、建筑的博大精深文化及藝術(shù)內(nèi)涵，讓人們不由自主地融入其中，感悟光文化。每個(gè)人都有愿望，城市就有了夢想，我們用科技成就夢想！

電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不停地進(jìn)行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來看,能源問題已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的重要標(biāo)志,能源問題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規(guī)能源和新能源兩大類.常規(guī)能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì)能,核能,風(fēng)能,地?zé)崮?海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質(zhì)能,風(fēng)能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲(chǔ)量不多.據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲(chǔ)量和使用量統(tǒng)計(jì),世界上煤,石油和天然氣的儲(chǔ)采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴(yán)峻,據(jù)2002年統(tǒng)計(jì),中國煤,石油和天然氣的儲(chǔ)采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時(shí)間能使用化石能源.隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長,對(duì)能源的需求也持續(xù)攀升.我國一次能源消費(fèi)總量從1978年的5.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,上升到2002年的14.3億噸.據(jù)估計(jì),我國在2004,2020和2050年的石油消費(fèi)量達(dá)3,4.5和6億噸,其中進(jìn)口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進(jìn)口量相當(dāng)于目前美國的石油進(jìn)口量,這不但會(huì)制約我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,而且對(duì)國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴(yán)重環(huán)境污染和氣候異?；剂显斐蓢?yán)重環(huán)境污染和氣候異?；剂系氖褂靡鸬沫h(huán)境污染,排放的CO2會(huì)造成溫室效應(yīng),使全球氣候變暖.有關(guān)機(jī)構(gòu)已向聯(lián)合國發(fā)出警告,如再不對(duì)CO2的排放采取嚴(yán)厲措施,在10年內(nèi),世界的氣候?qū)a(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化.我國的環(huán)境污染問題更是日趨嚴(yán)重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計(jì)到2025年,將位居第一.在本世紀(jì)初聯(lián)合國關(guān)于環(huán)境污染的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)在世界上十個(gè)環(huán)境污染最嚴(yán)重的城市中,七個(gè)在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟(jì)南和石家莊.4.21世紀(jì)世界能源發(fā)展趨勢世紀(jì)世界能源發(fā)展趨勢(1)節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費(fèi).目前節(jié)能技術(shù)水平已是一個(gè)國家能源利用情況的綜合性指標(biāo),也是一個(gè)國家總體科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志.許多研究報(bào)告指出,依靠節(jié)能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發(fā)達(dá)國家的5-10倍,因此更應(yīng)重視節(jié)能技術(shù),我國應(yīng)該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革據(jù)預(yù)測,20世紀(jì)形成的以化石燃料為主的世界能源系統(tǒng)將在21世紀(jì)轉(zhuǎn)換成以可再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在20世紀(jì)末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員會(huì)(WEC)和國際應(yīng)用分析系統(tǒng)研究所的研究報(bào)告認(rèn)為,在20世紀(jì)上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀(jì)下半葉,太陽能,生物質(zhì)能,風(fēng)能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲(chǔ)量較少,而煤炭儲(chǔ)量相對(duì)較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀(jì)上半葉受到重視.主要發(fā)展的技術(shù)是潔凈煤技術(shù),煤液化和汽化技術(shù).(4)新化石能源的開發(fā)將得到強(qiáng)化新化石能源的開發(fā)將得到強(qiáng)化近年來發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發(fā)已經(jīng)受到特別的關(guān)注.據(jù)估計(jì),世界甲烷水合物的儲(chǔ)量可能超過石油,天然氣和煤炭儲(chǔ)量的總和.因此,甲烷水合物作為儲(chǔ)量巨大的未開發(fā)能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進(jìn)一步得到重視核能的利用將進(jìn)一步得到重視據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),在20世紀(jì)末,全世界運(yùn)行的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個(gè)國家,近年來,由于擔(dān)心核電站運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性,核廢料對(duì)環(huán)境的影響和核技術(shù)擴(kuò)散對(duì)世界安全性的影響,核能的發(fā)展在發(fā)達(dá)國家已有下降趨勢,但在亞洲地區(qū)仍有強(qiáng)勁的增加趨勢,我國準(zhǔn)備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關(guān)心的技術(shù),因?yàn)樵诤Ｋ写蠹s有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術(shù)在21世紀(jì)能得到應(yīng)用,在21世紀(jì)末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候異常,人們對(duì)新能源的開發(fā)越來越重視.其中水力能,地?zé)崮?海洋能和風(fēng)能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關(guān)注.二.生物質(zhì)能的利用1.生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn).(1)生物質(zhì)來源豐富地球上每年生長的生物質(zhì)總量約14001800億噸,相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質(zhì)能也極為豐富,可作為能源開發(fā)的生物質(zhì)能總量可達(dá)4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此,生物質(zhì)能的高效,規(guī)?；每捎行Ь徑馐澜缒茉垂┬杳?(2)生物質(zhì)能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術(shù)成熟,但效率低.(b)生物轉(zhuǎn)化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取醇類.生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術(shù)基本成熟,但生產(chǎn)成本較高.生物質(zhì)制沼氣技術(shù)相當(dāng)成熟.2002年全國已建1300多萬個(gè)沼氣池.(c)光熱轉(zhuǎn)化.通過氣化,裂解,光催化等技術(shù),獲得氣,液體燃料來發(fā)電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng)甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn).(3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少由于生物質(zhì)利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環(huán)境吸收的,所以生物質(zhì)能的利用過程不排放額外的CO2,而對(duì)環(huán)境污染少.生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可利用生物質(zhì)熱解汽化技術(shù)處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃?xì)?實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質(zhì)能利用的問題2.生物質(zhì)能利用的問題生物質(zhì)能利用的缺點(diǎn)主要是生物質(zhì)分布廣,大面積收集成本高,經(jīng)濟(jì)的收集半徑在50公里以內(nèi),只適合建立小型,分散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效率就不能獲得好的經(jīng)濟(jì)效益,這是生物質(zhì)能至今未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實(shí)現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)?；檬瞧惹行枰鉀Q的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優(yōu)點(diǎn)太陽能的優(yōu)點(diǎn)(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內(nèi)部不停地進(jìn)行熱核反應(yīng),釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時(shí),相當(dāng)于74萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發(fā)太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發(fā)電等.(b)太陽能發(fā)電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術(shù)從水或生物質(zhì)中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發(fā)展很快,據(jù)1997年的數(shù)據(jù),全球太陽能發(fā)電量已達(dá)800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個(gè)住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計(jì)劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結(jié)合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已有300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng)不但可供應(yīng)清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達(dá)25年.太陽能的熱利用發(fā)展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產(chǎn)值已達(dá)60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發(fā)太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率,其次是降低成本,這對(duì)我國特別重要,目前我國生產(chǎn)太陽能電池的能力已達(dá)幾百兆瓦,但由于價(jià)格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術(shù),如光催化和光電催化制氫技術(shù)還沒成熟,沒有達(dá)到實(shí)用化的階段,應(yīng)該抓緊這方面的研究和發(fā)展.四.氫能的利用1.氫能的優(yōu)點(diǎn)氫能的優(yōu)點(diǎn)(1)氫是自然界儲(chǔ)量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規(guī)模生產(chǎn).(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發(fā)電,通過燃料電池發(fā)電等.2.對(duì)氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會(huì).2003年在華盛頓召開15個(gè)國家和地區(qū)參加的"國際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴"會(huì)議.冰島計(jì)劃用40年時(shí)間將冰島建成"氫社會(huì)".布什將投資120億美元來促進(jìn)氫能源的發(fā)展.過去5年,工業(yè)化國家在氫能開發(fā)領(lǐng)域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進(jìn)入氫能時(shí)代已成為近年來的熱門話題,21世紀(jì)將是氫能世紀(jì).布什舉著使用氫燃料的照相機(jī)我國對(duì)發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴"會(huì)議.2004和2005舉辦了兩次關(guān)于氫能經(jīng)濟(jì)的中美雙邊會(huì)議.今年一月,中國科學(xué)院院士局召開了關(guān)于"石油替代能源"的研討會(huì),主要討論石油資源可持續(xù)性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進(jìn)行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價(jià)格氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的價(jià)格問題,是影響走進(jìn)氫能時(shí)代的很關(guān)鍵的問題.要降低其價(jià)格,必須形成氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)絡(luò).(2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問題(2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)是各國科學(xué)家共同關(guān)心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術(shù)成熟,但要造成環(huán)境污染.(b)電解水制氫:技術(shù)成熟,但耗能多,價(jià)格高.一般每生產(chǎn)1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉(zhuǎn)化率不到32%.(c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可儲(chǔ)存,碳循環(huán)等優(yōu)點(diǎn),從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效率低.(d)生物制氫:國內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌株工作進(jìn)展不快,制氫效率低.(e)風(fēng)能制氫:用風(fēng)能發(fā)電來電解水產(chǎn)生氫,技術(shù)上沒有問題,降低成本和風(fēng)能發(fā)電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎(chǔ)研究階段,離商業(yè)化還有較遠(yuǎn)的距離.(3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問題(3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問題氫的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)主要解決儲(chǔ)運(yùn)的安全性和成本,現(xiàn)在由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)不過關(guān),因此浪費(fèi)了許多氫.許多工業(yè)過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標(biāo)立方米以上.因此解決氫的儲(chǔ)運(yùn)問題也是走進(jìn)氫能時(shí)代的一個(gè)很關(guān)鍵的問題.目前氫的儲(chǔ)運(yùn)還有很大問題.(a)高壓儲(chǔ)氫:儲(chǔ)氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲(chǔ)氫:很不方便,儲(chǔ)氫設(shè)備大,蒸發(fā)損失大.(c)吸附儲(chǔ)氫:這是目前的研究熱點(diǎn),但儲(chǔ)氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲(chǔ)氫在3%,但儲(chǔ)放不可逆.熱門一時(shí)的納米碳管儲(chǔ)氫也已沒有了希望,最終的儲(chǔ)氫量也只有1%左右.(e)化合物儲(chǔ)氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進(jìn)氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,各國對(duì)燃料電池的研究十分重視.美國《時(shí)代周刊》把燃料電池列為21世紀(jì)十大高新科技之首,燃料電池已被認(rèn)為是21世紀(jì)極具應(yīng)用前景的一種新型能源系統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點(diǎn),而且燃料電池的發(fā)展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經(jīng)真正商品化,因此,燃料電池何時(shí)才能商品化是一個(gè)與氫能利用密切相關(guān)的問題.4.反對(duì)氫能的意見4.反對(duì)氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會(huì)改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達(dá)15%.泄漏的氫會(huì)在大氣形成水霧,它會(huì)象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現(xiàn)在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會(huì)產(chǎn)生很大的不安全性,手機(jī)等的火花就會(huì)使泄漏的氫發(fā)生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地?zé)岷退娬井a(chǎn)生的.(5)氫的清潔生產(chǎn)要用風(fēng)能和太陽能.據(jù)估計(jì),如用風(fēng)能發(fā)電制氫,當(dāng)風(fēng)能發(fā)電量達(dá)到美國6%的用電量,風(fēng)能發(fā)電機(jī)要占的面積要有半個(gè)加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個(gè)微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費(fèi)大于氫燃料的研究經(jīng)費(fèi).美國推行"健康婚姻"的預(yù)算就有150億美元.美國用于伊拉克戰(zhàn)爭的經(jīng)費(fèi)每月390億美元.(7)氫燃料電池價(jià)格昂貴.目前內(nèi)燃機(jī)成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計(jì)大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費(fèi)大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優(yōu)點(diǎn).(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進(jìn)氫能的利用.(3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制,小型燃料電池同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)電,適合于生物質(zhì)分散性的特點(diǎn).2.燃料電池定義燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置,只要連續(xù)供應(yīng)燃料,燃料電池就能連續(xù)發(fā)電.3.原理陽極反應(yīng):H2=2H++2e陰極反應(yīng):1/2O2+2H++2e=H2O總的反應(yīng):H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):比能量和比功率高缺點(diǎn):對(duì)CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好,已有商品生產(chǎn)缺點(diǎn):用貴金屬作催化劑,價(jià)格高.(3)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車和潛艇等的動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):比能量和比功率高,壽命長,應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn):對(duì)CO敏感,價(jià)格高,800美元/千瓦,而內(nèi)燃機(jī)50美元/千瓦.氫源問題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電