家用太阳能照明产品设计研究

摘 要：随着能源短缺和环境污染的不断加剧，太阳能作为新能源的代表备受人们关注。近年来，太阳能光伏发电技术越来越多地被应用在国家供电与民生用电之中，成为未来家庭用电的主要发展方向之一。本文以家用太阳能照明产品设计研究为主，阐述太阳能的机遇与挑战、现代家庭照明设计的趋势，结合产品人性化设计原则，着重从照明产品功能适应性、结构可用性、界面友好性三方面展开设计分析，以之指导设计实践。

关键词：太阳能；家居照明；人性化设计

1 太阳能产品及光伏技术概述

随着能源短缺和环境污染的不断加剧，太阳能作为新能源之一，其技术的发展应用一直备受关注。近年来，太阳能的产品设计不断开发，大到建筑住宅之中的光伏发电系统，小到相机背带设计。此外我们常见户外的太阳能路灯、草坪灯等以及家庭中的太阳能热水器、太阳能音响、太阳能洗衣机、太阳能空调都已得到越来越人的认可与使用。

太阳能光伏发电技术具有巨大的潜能并日趋成熟，其发电方式利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能光伏系统组成主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。如今，太阳能光伏发电技术能在一定程度上缓解现代城市居民的用电紧张、浪费过度等问题，对现代家庭低碳节能生活有着积极的意义。

2 现代家庭照明产品设计趋势

照明产品以创造良好可见度与舒适度为首要目的，家庭生活中的照明产品通过各种光源照亮家庭生活整体空间环境以及家中独立物品，传统照明产品分为主光源、局部光源、辅助光源三种类型。家庭照明产品在提供视觉清晰可见的基本功能以外，还可让人的心理不再感到孤独与害怕。但目前很多家用住宅都存在着采光能力不足的问题，因而推动现代家庭照明产品设计的发展，现代家庭照明趋势主要可分为两种：一是以功能为主的明视照明；另一种以舒适感为主的辅助气氛照明。

LED照明产品作为一种新颖的半导体光源，拥有节能、健康、装饰、智能等优点，LED灯在家庭用电功率低于传统照明产品的十几倍、直流供电等特点。研究开发太阳能光伏LED照明产品设计，从技术上看，省去逆变器装置使LED直接与太阳能电池的蓄电池相连，既减小不必要的能量损失，又达到降低经济成本的效果；从经济效益上看，太阳能与LED同为现代节能环保产品技术的代表，具有长远发展的经济效益；从产品的创新性上看，太阳能提供产品技术系统支撑，通过赋予家居LED照明产品，体现家用太阳能照明产品的优越性。因此，将现代家用太阳能照明产品与LED进行有机的结合可达到最优节能的照明效果。

3 家用太阳能照明产品设计分析

由于家用太阳能照明产品设计受到自然环境、现代技术发展以及人机使用等方面的共同影响，使得设计存在一定的制约性条件，同时家用太阳能照明产品不仅要考虑与家用环境的融合性，更多地考虑人使用的舒适性，进而反映出产品的人性化设计。因而，家用太阳能照明产品以人性化设计为出发点，从照明产品功能的适应性、结构的可用性、界面的友好性三个层面进行分析研究。

3.1 照明功能的适应性

适应性概念最先出自生物学达尔文的进化论，原意用于解释生物种群的进化与生存环境的关系，指有机体和自然之间相互协调的关系。[1]家用太阳能照明产品设计的适应性主要体现在自然环境、家用环境这两种环境形式内产生直接式接触，即产品功能与自然环境相适应、产品形式与家用环境相融合。由于家用太阳能照明产品的使用性能无论在功能与使用环境上都离不开太阳能技术，太阳能技术的实现受到日照辐射变化的制约。通过对现有太阳能电池分析，可采用多晶硅和非晶硅薄膜式两种类型的太阳能电池板，根据其各自的转换率决定负载产品的不同对象。以目前技术考虑，若采用多晶硅太阳能板能实现整个家居环境的照明供电困难较大，因而更倾向于采用非晶硅薄膜式太阳能板供应部分直流照明产品用电，集中选取向阳面环境空间内的照明。例如，卧室、书房。根据家用太阳能照明功能的普遍性，集中选取向阳面环境空间内的照明较为合理。

3.2 照明结构的可用性

可用性是产品固有的属性，家用太阳能照明产品结构的可用性通过分配内部装置结构后作用于外部的形态设计上。根据对家用太阳能照明产品结构属性分析，采用移动分离式，即可分离太阳能发电装置中的蓄电池（家用太阳能照明产品的主机）与控制器（家用太阳能照明产品的面板）。此外，家用太阳能照明产品可采用移动分离式设计，可将主机隐藏在家庭角落或橱柜中，主机与面板通过无线技术进行传输与操作，进而将操作面板解放出来，可省去连接布线造成的不便，使用户通过智能操作面板控制整体家用太阳能照明产品。因此，家用太阳能照明产品操作面板设计成为人性化设计的重点表现部分之一。

图1 家用太阳能照明产品采用分离式结构

3.3 照明界面的友好性

現代家庭用户越来越多凭借设计产品显示界面的双向性与互相性进行交互体验，形成产品的界面成为人和机器进行交流的媒介。家用太阳能照明产品的界面设计主要为了反馈使用情况，往往通过颜色、数字、图标的形式反映蓄电池的蓄电量和照明产品负载所需电量，预计持续供应的电量与时间，家用太阳能照明产品显示界面应具有引导功能，易学易操作，在使用中感到愉悦、乐趣，从而增加兴致。

4 家用太阳能照明产品设计方案

该款家用太阳能照明产品设计主要是针对非晶硅太阳能板供给卧室的照明，在整体形态设计上与现有的开关相结合。界面设计由色环显示器、瓦数显示以及开关三个部分组成，通过蓝、绿、黄、红四个不同颜色组成色环显示器，反映出此时家用太阳能照明产品的用电情况，四个颜色的变化主要是将太阳能板的工作状态与蓄电池储存情况综合起来，体现在色块色彩分布面积大小的不同，可以更为直观地反馈太阳能主机的工作状态。其中，蓝色为最佳使用状态；绿色为可用状态仅次于最佳状态；黄色为维持状态代表较为勉强的工作运行；红色为危险状态表示太阳能严重不足，家用太阳能照明产品蓄电池储存的电量已消耗无几。通过这四种色块划分使用状态，让用户更好地使用家用太阳能照明产品，在面板中间位置用数字显示负载照明产品的功率，告知太阳能照明产品已使用的电量。操作面板的造型整体采用塑料材质并以灰白色调为主，开启后在色环与图标呈现较为亮丽的色彩，其融合LED显示技术。

这款家用太阳能照明产品设计方案与太阳能光伏技术相结合，主要供给卧室照明，对未来家居照明具有一定的设计创新意义，更重要的是对此类新能源产品在现（下转第页）（上接第页）代家庭生活中应用推广具有积极的意义。

图2 家用太阳能照明产品设计方案

参考文献：

[1] 于志，张进生，于丰业，等.基于实例推理的产品变型设计技术[J].机电一体化，2003.

[2] 童志义.光伏产业现状及其面临的挑战[M].电子工业专业设备，2011（5）.

[3] 赵文璇，解基程.现代家居照明分析[J].大众文艺，2011（24）.

[4] 何晓佑，谢云峰.人性化设计[M].南京：江苏美术出版社，2001.

[5] 王效杰，占炜.工业设计：趋势与策略[M].北京：中国轻工业出版社，2009.

作者简介：晋诗宁，女，设计艺术学硕士，福建工程学院助教。