一種太陽能長余輝發(fā)光系統(tǒng)及其激發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種具有太陽能的長余輝發(fā)光系統(tǒng)，具體涉及一種太陽能長余輝發(fā)光系統(tǒng)及其激發(fā)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]長余輝材料是一種蓄光型光致發(fā)光材料，當(dāng)它受到一定時(shí)間和一定強(qiáng)度的光激發(fā)之后，在激發(fā)停止后會(huì)持續(xù)發(fā)光的一種材料，其持續(xù)發(fā)光強(qiáng)度由高逐漸變低的過程就稱作余輝。其發(fā)光曲線是負(fù)指數(shù)函數(shù)與雙曲線函數(shù)的疊加，停止激發(fā)后，時(shí)間越短亮度越高，時(shí)間越長亮度越低。
[0003]太陽能是指利用太陽光作發(fā)電(或者加熱)提供能源，其中目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的太陽能發(fā)電就是利用光電轉(zhuǎn)換方式，太陽能發(fā)電是一種新興的可再生環(huán)保能源。
[0004]目前長余輝產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用到室內(nèi)消防疏散指示標(biāo)識(shí)、船舶標(biāo)識(shí)等諸多領(lǐng)域。尤其是室內(nèi)長余輝消防疏散指示產(chǎn)品是其主要用途，許多國家頒布了長余輝發(fā)光疏散指示標(biāo)識(shí)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。長余輝消防疏散指示產(chǎn)品一般使用于戶內(nèi)，當(dāng)它受到戶內(nèi)環(huán)境光的激發(fā)后，在夜晚或斷電情況下起到弱光誘導(dǎo)作用，指引建筑物內(nèi)的人員疏散逃生。夜晚有人員走到的地方一般都有照明，當(dāng)緊急情況下突然斷電，人員的疏散主要集中在30分鐘內(nèi)(一般情況下也不超過60分鐘)；同時(shí)由于戶內(nèi)相對封閉，雜散光的強(qiáng)度非常低。因此，多數(shù)國家的長余輝發(fā)光消防標(biāo)識(shí)產(chǎn)品的發(fā)光水平是10分鐘在100?300mcd/Sqm之間，I小時(shí)的發(fā)光亮度在14?40mcd/sqm 之間。
[0005]國內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)和公司也在嘗試將長余輝產(chǎn)品應(yīng)用到戶外，例如中國專利201120106933.0公開了一種長余輝發(fā)光反光組合交通安全標(biāo)志，該產(chǎn)品就是應(yīng)用到戶外公路上。目前可見公開報(bào)道的(使用D65標(biāo)準(zhǔn)光源，1000LX的光強(qiáng)下激發(fā)10分鐘)長余輝發(fā)光體的最高亮度水平是在30分鐘550mcd/Sqm，l小時(shí)的亮度250mcd/Sqm左右，2小時(shí)的亮度130mcd/sqm左右，3小時(shí)80mcd/sqm左右，6小時(shí)25mcd/sqm左右。由于在戶外，從太陽落山到天完全暗下來是一個(gè)漸進(jìn)的過程，通常需要大約2小時(shí)，在這個(gè)過程中長余輝是處于發(fā)光的能量的消耗大于環(huán)境光對它補(bǔ)充的能量的過程。因此在戶外如果長余輝產(chǎn)品僅僅靠環(huán)境光激發(fā)，當(dāng)?shù)鹊酵砩贤耆谙聛砗?，人們需要長余輝發(fā)光產(chǎn)品提供指引的時(shí)候，該產(chǎn)品的亮度已經(jīng)衰減了大約2小時(shí)。由于沒有強(qiáng)激發(fā)光源，同時(shí)由于戶外的雜散光相對比較多，環(huán)境不是很黑暗，因此人們往往感覺長余輝發(fā)光產(chǎn)品在戶外的發(fā)光效果不理想。提高長余輝產(chǎn)品在戶外使用環(huán)境條件下的發(fā)光亮度是一直困擾本產(chǎn)品在戶外推廣應(yīng)用的主要難題。
[0006]當(dāng)然，目前市面上已經(jīng)有一些太陽能LED發(fā)光裝置在銷售，例如太陽能地?zé)簟⑻柲芄珗@裝飾燈、太陽能道釘?shù)?。這些產(chǎn)品都是利用太陽能電池板、蓄電池、控制電路、LED發(fā)光體及相關(guān)配件等，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成不同的樣式和形狀，從而制造成需要的太陽能LED發(fā)光裝置。目前太陽電池的面積為110W/m2，一個(gè)10厘米*10厘米的太陽能電板功率僅僅有1.1瓦，另外由于容易受到氣候(天氣)的影響和地理位置的限制，一般的太陽能發(fā)光裝置一般很難保證光器持續(xù)整夜發(fā)出比較強(qiáng)的光線。為了解決這個(gè)問題，一般都是盡可能的采用更大的太陽能電池板，但是過大的太陽能電池板，導(dǎo)致產(chǎn)品成本過高；另外有些發(fā)光裝置受到安裝位置和條件的限制，不宜安裝過大的太陽能電池板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能長余輝發(fā)光系統(tǒng)及其激發(fā)方法。
[0008]本發(fā)明創(chuàng)造的思路:
[0009]針對上述問題，本發(fā)明創(chuàng)造提出一種太陽能長余輝發(fā)光系統(tǒng)。以長余輝材料為主體發(fā)光器件，在白天太陽光同時(shí)對太陽能電池和長余輝材料充電和激發(fā)，在夜晚通過太陽能電池定時(shí)驅(qū)動(dòng)電致發(fā)光器件發(fā)光并對長余輝材料補(bǔ)充激發(fā)，使長余輝材料在黑暗中始終趨于高位發(fā)光狀態(tài)，由于太陽能系統(tǒng)只是間斷性的通過驅(qū)動(dòng)電致發(fā)光器件并給長余輝產(chǎn)品補(bǔ)充激發(fā)，大大降低了太陽能系統(tǒng)的面積及電池容量等配件的要求。
[0010]本發(fā)明創(chuàng)造改變了以往長余輝產(chǎn)品在戶外使用狀態(tài)下僅依靠環(huán)境光源激發(fā)的現(xiàn)狀，引入太陽能電池并通過IC(電路控制器)間隔性驅(qū)動(dòng)電致發(fā)光器件，使其在本身發(fā)光的同時(shí)激發(fā)長余輝材料，這樣長余輝發(fā)光材料可以受到間隔性的激發(fā)，因而長余輝材料在實(shí)際工作環(huán)境中的發(fā)光亮度比以為僅僅靠環(huán)境光激發(fā)有了數(shù)量級的提高。
[0011]白天太陽光同時(shí)給長余輝材料和太陽能電池系統(tǒng)補(bǔ)充能量。當(dāng)夜晚降臨時(shí)首先是長余輝發(fā)光材料發(fā)出可見光，當(dāng)光敏元件感知環(huán)境光的發(fā)光亮度低于某一目標(biāo)值后(也可以讓光敏元件感知長余輝材料的發(fā)光亮度低于某一目標(biāo)值后)，控制器控制太陽能電池系統(tǒng)工作，點(diǎn)亮長余輝發(fā)光體中的電致發(fā)光器件；電致發(fā)光器件發(fā)光的同時(shí)對長余輝發(fā)光材料激發(fā)補(bǔ)充能量。當(dāng)電致發(fā)光器件停止工作的時(shí)候，長余輝發(fā)光材料發(fā)光，從而使本發(fā)明創(chuàng)造的產(chǎn)品維持在一定的發(fā)光亮度上(見圖1:本發(fā)明創(chuàng)造的產(chǎn)品維持發(fā)光原理圖)?？梢愿鶕?jù)不同的長余輝材料，專門設(shè)計(jì)控制器電路;還可以通過控制驅(qū)動(dòng)電池的大小來調(diào)節(jié)電致發(fā)光器件的亮度。通過調(diào)節(jié)占空比(圖2中:電致發(fā)光器件的工作時(shí)間tl與電致發(fā)光器件的停止時(shí)間t2之比)來控制電致發(fā)光器件的工作和停止的時(shí)間比，達(dá)到節(jié)電和發(fā)光效果的最佳平衡點(diǎn)，使之發(fā)揮最優(yōu)性能。
[0012]另外，還可以根據(jù)實(shí)際需要將逆反射產(chǎn)品結(jié)合到本發(fā)明創(chuàng)造的產(chǎn)品上，使本發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)品同時(shí)具有發(fā)光和反光功能。
[0013]基于本發(fā)明創(chuàng)造的原理可以制作許多自發(fā)光產(chǎn)品，可廣泛用于公路、市政道路、公路、綠道、公園、遠(yuǎn)離市區(qū)的廣告牌等戶外道路或設(shè)施上。可起到弱光照明、安全警示、指示方位等作用。如果制作成公路標(biāo)識(shí)產(chǎn)品，即可對車輛行駛提供安全保障，還可以對行人提供警示和誘導(dǎo)作用，甚至可以制作成產(chǎn)品作為路面分道線使用。由于本發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)品不需要市電，是真正的綠色節(jié)能環(huán)保安全的產(chǎn)品，具有非常廣闊的市場前景及社會(huì)效益。
[0014]圖2是太陽能電池驅(qū)動(dòng)的電致發(fā)光器件工作時(shí)候電流和時(shí)間的關(guān)系:可以通過調(diào)節(jié)tl和t2的長短及占空比從而控制電致發(fā)光器件工作和停止的時(shí)間長短及間隔；也可以控制電流I的大小來控制電致發(fā)光器件的亮度。
[0015]圖3是發(fā)光亮度和時(shí)間的關(guān)系:
[0016]bl是電致發(fā)光器件工作時(shí)，長余輝發(fā)光體被電致發(fā)光器件激發(fā)時(shí)候的亮度發(fā)光曲線；
[0017]b2是本發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)品電致發(fā)光器件停止工作的時(shí)候，長余輝發(fā)光體發(fā)光的的亮度衰減曲線；
[0018]b4是電致發(fā)光器件工作時(shí)，電致發(fā)光器件本身的發(fā)光亮度曲線；
[0019]Bsl是長余輝發(fā)光體被電致發(fā)光器件激發(fā)停止時(shí)長余輝發(fā)光體的發(fā)光亮度值，當(dāng)長余輝發(fā)光體制成后，Bs I的值由電致發(fā)光器件的亮度、波長與工作時(shí)長來決定；
[0020]Bs2是長余輝發(fā)光體的衰減曲線上選定的某個(gè)余輝亮度的目標(biāo)值(該目標(biāo)值可以根據(jù)產(chǎn)品的用途和用戶需求來設(shè)定)；
[0021]tl是本發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)品在單個(gè)工作周期內(nèi)電致發(fā)光器件實(shí)際工作的時(shí)長；
[0022]t2是本發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)品在單個(gè)工作周期內(nèi)電致發(fā)光器件實(shí)際停止工作的時(shí)長，它是Bs2與Bsl對應(yīng)的時(shí)間的差；
[0023]b3是采用中國專利201120106933.0制作的類似產(chǎn)品的長余輝發(fā)光的亮度曲線(僅僅靠環(huán)境光激發(fā))，其亮度I小時(shí)250mcd/sqm，3小時(shí)80mcd/sqm，6小時(shí)25mcd/sqm，9小時(shí)15mcd/sqm，可見其在后半夜的實(shí)際發(fā)光亮度很低。
[0024]本發(fā)明創(chuàng)造的產(chǎn)品制造關(guān)鍵點(diǎn)是長余輝發(fā)光材料的選擇、時(shí)間tl和t2的設(shè)定、光敏控制元件的設(shè)定、電致發(fā)光器件的選擇及太陽能電池系統(tǒng)的選擇:
[0025]1、長余輝發(fā)光材料的選擇:根據(jù)目前市面上商品化的長余輝發(fā)光材料，建議選擇鋁酸鹽體系，發(fā)光顏色是黃綠或者藍(lán)綠，顆粒直徑范圍在5?200um，最佳的顆粒直徑范圍在約100?200um。
[0026]2、tl時(shí)間的設(shè)定:根據(jù)已制成的長余輝發(fā)光體中長余輝原料的材質(zhì)(鋁酸鹽、硅酸鹽等)、發(fā)光顏色(發(fā)出來光的波長)、厚度等因素，首先測試它的激發(fā)飽和曲線;tl就是電致發(fā)光器件激發(fā)長余輝發(fā)光體接近飽和態(tài)需要的時(shí)長。tl在0.1秒到30分鐘之間。
[0027]3、t2時(shí)間的設(shè)定:根據(jù)已制成的長余輝發(fā)光體中長余輝原料的材質(zhì)(鋁酸鹽、硅酸鹽等)、發(fā)光顏色(黃綠、藍(lán)綠等)、厚度等因素，首先測試它的發(fā)光亮度衰減曲線;結(jié)合該衰減曲線設(shè)定一個(gè)需要的最低發(fā)光亮度數(shù)值Bs2，t2就是Bs2與Bsl對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的差。t2在
0.5秒到60分鐘之間。
[0028]4、光敏控制元件的設(shè)定:通常滿月的夜晚照度僅僅0.21x，而我國城市主干道照度要求不低于15Lx;因此光敏控制元件的激發(fā)照度值設(shè)定在I到15Lx之間。
[0029]5、電致發(fā)光