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绿色能源和可持续发展是21世纪人类面临的重大课题，以绿色、环保、节能减排为主题的低碳经济已成为今后科技发展的主题。太阳能，一种清洁无污染的可再生能源，已经在全球范围内迅速发展了起来；LED作为新一代绿色光源也已开始被广泛应用于多种照明场合。结合了新型能源和照明光源技术的太阳能LED路灯必将迎来一个巨大的发展空间，引领我们进入绿色节能的新时代。随着新型节能LED灯具的出现，太阳能LED路灯因良好的节能效果受到了广泛的关注，并越来越多地应用于主干道路的照明。因此，对太阳能LED路灯照明系统的效率及光照均匀性的要求也在不断提高。本文主要从提高太阳能电池光电转换效率和LED路灯光照均匀性两方面出发，研究了太阳能LED路灯的照明系统，分别设计了太阳能电池聚光器和LED路灯透镜。根据设计要求，提出两个光学设计方案，完成在Pro/E中的实体建模；并通过光学仿真软件TracePro对聚光器和透镜进行光学仿真，在道路照明仿真软件Dialux中验证了18盏LED路灯在路面上的照度分布，验证方案的可行性。本文以120W大功率LED路灯太阳能电池板为研究对象，利用菲涅尔透镜聚焦作用增大太阳光照密度，通过折射让太阳光尽可能多地照射到太阳能电池板上，来提高太阳能电池的光电转换效率，有效地减少太阳能电池的光照面积，大幅降低了太阳能电池板的使用成本，从而提高了能源利用率和降低了整个系统的成本。在LED路灯照明系统中，LED光源发出光的角度大且极不均匀，通过二次光学设计可以很好的解决这个问题，得到较均匀的照射路面。本文提出一种非轴对称的自由曲面的LED路灯透镜设计，使用该透镜可实现在单个透镜模组上的高效率、长方形光斑和蝙蝠翼形的远场角度分布，即可实现LED路灯在道路上形成较为理想的矩形光斑，避免了光损和浪费。