家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

摘 要：隨著能源短缺和環(huán)境污染的不斷加劇，太陽能作為新能源的代表備受人們關(guān)注。近年來，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)越來越多地被應(yīng)用在國(guó)家供電與民生用電之中，成為未來家庭用電的主要發(fā)展方向之一。本文以家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究為主，闡述太陽能的機(jī)遇與挑戰(zhàn)、現(xiàn)代家庭照明設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，結(jié)合產(chǎn)品人性化設(shè)計(jì)原則，著重從照明產(chǎn)品功能適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)可用性、界面友好性三方面展開設(shè)計(jì)分析，以之指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：太陽能；家居照明；人性化設(shè)計(jì)

1 太陽能產(chǎn)品及光伏技術(shù)概述

隨著能源短缺和環(huán)境污染的不斷加劇，太陽能作為新能源之一，其技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用一直備受關(guān)注。近年來，太陽能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷開發(fā)，大到建筑住宅之中的光伏發(fā)電系統(tǒng)，小到相機(jī)背帶設(shè)計(jì)。此外我們常見戶外的太陽能路燈、草坪燈等以及家庭中的太陽能熱水器、太陽能音響、太陽能洗衣機(jī)、太陽能空調(diào)都已得到越來越人的認(rèn)可與使用。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)具有巨大的潛能并日趨成熟，其發(fā)電方式利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽能光伏系統(tǒng)組成主要包括：太陽能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負(fù)載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端。如今，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)能在一定程度上緩解現(xiàn)代城市居民的用電緊張、浪費(fèi)過度等問題，對(duì)現(xiàn)代家庭低碳節(jié)能生活有著積極的意義。

2 現(xiàn)代家庭照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨勢(shì)

照明產(chǎn)品以創(chuàng)造良好可見度與舒適度為首要目的，家庭生活中的照明產(chǎn)品通過各種光源照亮家庭生活整體空間環(huán)境以及家中獨(dú)立物品，傳統(tǒng)照明產(chǎn)品分為主光源、局部光源、輔助光源三種類型。家庭照明產(chǎn)品在提供視覺清晰可見的基本功能以外，還可讓人的心理不再感到孤獨(dú)與害怕。但目前很多家用住宅都存在著采光能力不足的問題，因而推動(dòng)現(xiàn)代家庭照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代家庭照明趨勢(shì)主要可分為兩種：一是以功能為主的明視照明；另一種以舒適感為主的輔助氣氛照明。

LED照明產(chǎn)品作為一種新穎的半導(dǎo)體光源，擁有節(jié)能、健康、裝飾、智能等優(yōu)點(diǎn)，LED燈在家庭用電功率低于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的十幾倍、直流供電等特點(diǎn)。研究開發(fā)太陽能光伏LED照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從技術(shù)上看，省去逆變器裝置使LED直接與太陽能電池的蓄電池相連，既減小不必要的能量損失，又達(dá)到降低經(jīng)濟(jì)成本的效果；從經(jīng)濟(jì)效益上看，太陽能與LED同為現(xiàn)代節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品技術(shù)的代表，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益；從產(chǎn)品的創(chuàng)新性上看，太陽能提供產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)支撐，通過賦予家居LED照明產(chǎn)品，體現(xiàn)家用太陽能照明產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，將現(xiàn)代家用太陽能照明產(chǎn)品與LED進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合可達(dá)到最優(yōu)節(jié)能的照明效果。

3 家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析

由于家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)受到自然環(huán)境、現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展以及人機(jī)使用等方面的共同影響，使得設(shè)計(jì)存在一定的制約性條件，同時(shí)家用太陽能照明產(chǎn)品不僅要考慮與家用環(huán)境的融合性，更多地考慮人使用的舒適性，進(jìn)而反映出產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)。因而，家用太陽能照明產(chǎn)品以人性化設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，從照明產(chǎn)品功能的適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)的可用性、界面的友好性三個(gè)層面進(jìn)行分析研究。

3.1 照明功能的適應(yīng)性

適應(yīng)性概念最先出自生物學(xué)達(dá)爾文的進(jìn)化論，原意用于解釋生物種群的進(jìn)化與生存環(huán)境的關(guān)系，指有機(jī)體和自然之間相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。[1]家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)的適應(yīng)性主要體現(xiàn)在自然環(huán)境、家用環(huán)境這兩種環(huán)境形式內(nèi)產(chǎn)生直接式接觸，即產(chǎn)品功能與自然環(huán)境相適應(yīng)、產(chǎn)品形式與家用環(huán)境相融合。由于家用太陽能照明產(chǎn)品的使用性能無論在功能與使用環(huán)境上都離不開太陽能技術(shù)，太陽能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)受到日照輻射變化的制約。通過對(duì)現(xiàn)有太陽能電池分析，可采用多晶硅和非晶硅薄膜式兩種類型的太陽能電池板，根據(jù)其各自的轉(zhuǎn)換率決定負(fù)載產(chǎn)品的不同對(duì)象。以目前技術(shù)考慮，若采用多晶硅太陽能板能實(shí)現(xiàn)整個(gè)家居環(huán)境的照明供電困難較大，因而更傾向于采用非晶硅薄膜式太陽能板供應(yīng)部分直流照明產(chǎn)品用電，集中選取向陽面環(huán)境空間內(nèi)的照明。例如，臥室、書房。根據(jù)家用太陽能照明功能的普遍性，集中選取向陽面環(huán)境空間內(nèi)的照明較為合理。

3.2 照明結(jié)構(gòu)的可用性

可用性是產(chǎn)品固有的屬性，家用太陽能照明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可用性通過分配內(nèi)部裝置結(jié)構(gòu)后作用于外部的形態(tài)設(shè)計(jì)上。根據(jù)對(duì)家用太陽能照明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屬性分析，采用移動(dòng)分離式，即可分離太陽能發(fā)電裝置中的蓄電池（家用太陽能照明產(chǎn)品的主機(jī)）與控制器（家用太陽能照明產(chǎn)品的面板）。此外，家用太陽能照明產(chǎn)品可采用移動(dòng)分離式設(shè)計(jì)，可將主機(jī)隱藏在家庭角落或櫥柜中，主機(jī)與面板通過無線技術(shù)進(jìn)行傳輸與操作，進(jìn)而將操作面板解放出來，可省去連接布線造成的不便，使用戶通過智能操作面板控制整體家用太陽能照明產(chǎn)品。因此，家用太陽能照明產(chǎn)品操作面板設(shè)計(jì)成為人性化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)表現(xiàn)部分之一。

圖1 家用太陽能照明產(chǎn)品采用分離式結(jié)構(gòu)

3.3 照明界面的友好性

現(xiàn)代家庭用戶越來越多憑借設(shè)計(jì)產(chǎn)品顯示界面的雙向性與互相性進(jìn)行交互體驗(yàn)，形成產(chǎn)品的界面成為人和機(jī)器進(jìn)行交流的媒介。家用太陽能照明產(chǎn)品的界面設(shè)計(jì)主要為了反饋使用情況，往往通過顏色、數(shù)字、圖標(biāo)的形式反映蓄電池的蓄電量和照明產(chǎn)品負(fù)載所需電量，預(yù)計(jì)持續(xù)供應(yīng)的電量與時(shí)間，家用太陽能照明產(chǎn)品顯示界面應(yīng)具有引導(dǎo)功能，易學(xué)易操作，在使用中感到愉悅、樂趣，從而增加興致。

4 家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案

該款家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要是針對(duì)非晶硅太陽能板供給臥室的照明，在整體形態(tài)設(shè)計(jì)上與現(xiàn)有的開關(guān)相結(jié)合。界面設(shè)計(jì)由色環(huán)顯示器、瓦數(shù)顯示以及開關(guān)三個(gè)部分組成，通過藍(lán)、綠、黃、紅四個(gè)不同顏色組成色環(huán)顯示器，反映出此時(shí)家用太陽能照明產(chǎn)品的用電情況，四個(gè)顏色的變化主要是將太陽能板的工作狀態(tài)與蓄電池儲(chǔ)存情況綜合起來，體現(xiàn)在色塊色彩分布面積大小的不同，可以更為直觀地反饋太陽能主機(jī)的工作狀態(tài)。其中，藍(lán)色為最佳使用狀態(tài)；綠色為可用狀態(tài)僅次于最佳狀態(tài)；黃色為維持狀態(tài)代表較為勉強(qiáng)的工作運(yùn)行；紅色為危險(xiǎn)狀態(tài)表示太陽能嚴(yán)重不足，家用太陽能照明產(chǎn)品蓄電池儲(chǔ)存的電量已消耗無幾。通過這四種色塊劃分使用狀態(tài)，讓用戶更好地使用家用太陽能照明產(chǎn)品，在面板中間位置用數(shù)字顯示負(fù)載照明產(chǎn)品的功率，告知太陽能照明產(chǎn)品已使用的電量。操作面板的造型整體采用塑料材質(zhì)并以灰白色調(diào)為主，開啟后在色環(huán)與圖標(biāo)呈現(xiàn)較為亮麗的色彩，其融合LED顯示技術(shù)。

這款家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案與太陽能光伏技術(shù)相結(jié)合，主要供給臥室照明，對(duì)未來家居照明具有一定的設(shè)計(jì)創(chuàng)新意義，更重要的是對(duì)此類新能源產(chǎn)品在現(xiàn)（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）代家庭生活中應(yīng)用推廣具有積極的意義。

圖2 家用太陽能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案

參考文獻(xiàn)：

[1] 于志，張進(jìn)生，于豐業(yè)，等.基于實(shí)例推理的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)技術(shù)[J].機(jī)電一體化，2003.

[2] 童志義.光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其面臨的挑戰(zhàn)[M].電子工業(yè)專業(yè)設(shè)備，2011（5）.

[3] 趙文璇，解基程.現(xiàn)代家居照明分析[J].大眾文藝，2011（24）.

[4] 何曉佑，謝云峰.人性化設(shè)計(jì)[M].南京：江蘇美術(shù)出版社，2001.

[5] 王效杰，占煒.工業(yè)設(shè)計(jì)：趨勢(shì)與策略[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：晉詩寧，女，設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)碩士，福建工程學(xué)院助教。