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太阳能LED照明系统设计分析

2015-12-17 00:39
蓝林笑生
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   近年来,全球能源危机日益加剧,常规能源已经无法满足世界经济发展的需求,太阳能作为一种重要的可再生绿色能源受到世界各国的青睐。太阳能半导体照明系统集成了半导体和太阳能资源的优势,有效提高了照明效率和绿色节能性,在实际应用中应加大对太阳能半导体照明系统的分析研究,充分发挥太阳能半导体照明系统优势。

  太阳能半导体器件特性概述

  太阳能半导体主要由光学系统、电极、PN结芯片等组成,晶片发光体面积约0.025平方毫米,整个发光过程经历三个阶段:在正向偏压条件下注入载流子;光能传输;复合辐射。在环氧树脂物中封装半导体晶片,电子流过晶片时,带正电的电子和带负电的电子在空穴区域复合,空穴和电子消失产生光子,光子能量与空穴、电子之间的带隙成正比,光颜色和光子能量相对应,根据可见光频谱分析,红色光和桔色光的光能量最少,紫色光和蓝色光的光能量最多。

  随着封装技术、材料技术的快速发展,绿色LED光效约50lm/W,橙色和红色LED光效100lm/W,LED的全色化、超高亮度和高效化特点,其应用范围越来越广泛,特别是在户外照明系统中应用效果较好。LED在色度方面实现了所有的可见光,尤其是超高亮度白光LED的涌现,推动了照明光源的快速发展。

  一般情况下,光强1cd是高亮度LED和普通LED的分界点,GalnAs、AIlnGaP和A1GaAs材料主要用于加工高亮度LED,其中高亮度红光LED采用A1GaAs材料,高亮度黄绿、黄、橙和红LED采用AIlnGaP,高亮度紫、蓝和深绿LED采用GalnAs。

  LED半导体的发光效率较高,卤钨灯、白炽灯的光效为12~20流明/瓦,高压钠90~130流明/瓦,荧光灯50~60流明/瓦,并且光谱窄、单色性好,不需要经过过滤就可发出有色可见光。同时,LED是一种全固体发光体,耐冲击、耐震不容易破碎,无污染,可开发为小型轻薄的照明产品,方便维护检修和安装。并且LED光源的启动时间较短,气体放电光源的特性在很大程度上决定了启动时间,这种采用环氧封装的半导体光源,内部不含有灯丝、玻璃等容易损坏的元器件,可经得起冲击和震动。

  太阳能半导体照明系统设计

  (1)系统组成

  太阳能半导体照明系统由半导体照明负载、控制器、蓄电池和太阳能电池等组成,在基本结构框架中设置备用电源,通过备用电源,即使长时间连续下雨,半导体照明负载由备用电源也可以持续进行供电,确保在蓄电池不能及时供电时太阳能半导体照明系统也能安全、稳定运行。

  太阳能半导体照明系统运行时,太阳辐射能通过太阳能电池转换为电能,太阳辐射强度和温度对于太阳能电池输出功率有着直接的影响,当辐射强度较弱、温度偏低时,电池输出功率无法始终保持稳定性,因此必须在太阳辐射强度较大的时间段通过蓄电池及时存储电能,便于在照明系统运行过程中可靠、稳定地向半导体照明系统供电。

  控制器是太阳能半导体照明系统的核心,通过控制器科学管理蓄电池充放电过程,有效控制照明系统工作状态,使太阳能半导体照明系统在不同工作状态下平稳运行。

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