基于太陽能的HBLED照明解決方案

簡介

　　過去十五年，能源需求增長了十倍，能源成本上漲了四倍。斷電和限電情況已經(jīng)出現(xiàn)在美國和其它一些國家，并且隨著能源需求的增長和能源生產(chǎn)的不能維系，這一情形會繼續(xù)惡化。根據(jù)北美 Electric Reliability Corp的最新報告，預計未來十年，僅美國的電力需求就將增長 141,000兆瓦，而同期已經(jīng)確認的新資源只有 57,000兆瓦。這樣就產(chǎn)生了 84,000兆瓦的缺口，相當于 160座大型發(fā)電廠的發(fā)電總量。

　　根據(jù)美國能源信息局的報告，發(fā)電 (大部分為照明應用提供電源 )制造了 37%的溫室氣體，因此，我們應開始尋找替代能源資源，如太陽能。太陽能是一種綠色技術，并且成本沒有水電、地熱或核子能源發(fā)電那么高。

　　在21世紀，發(fā)展中國家高達 3億家庭缺少充足照明。

　　原因可能各不相同，但可能都包括購買力(成本太高)、缺乏基礎設施、供需不平衡。眾多家庭使用自制的煤油燈

　　或蠟燭進行照明。這些昏暗的、黃色的、冒著黑煙的光源危害性非常大，并且不環(huán)保。從長期來看，它們的費用要比明亮的、白色的、以太陽能為動力的高亮度發(fā)光二極管 (HBLED)光源更昂貴。

　　為什么選擇 HBLED進行照明

　　壽命更長

　　LED的生命比其它任何光源都長，在很多應用中的使用壽命都超過十年。它們包含類似于最新微處理器中采用的固狀技術，這種固狀設備沒有移動部件，沒有易脆玻璃環(huán)境、沒有水銀、沒有有害氣體、沒有燈絲。沒有任何可以斷開、破裂、粉碎、泄露或污染的東西。與典型的傳統(tǒng)光源不同的是， LED不會出現(xiàn)突然故障或燒掉。 LED光源不會在任何時間突然停止工作，只是 LED性能會隨著時間的推移逐漸下降。據(jù)預測，大多數(shù) LED在運行 5萬個小時后的平均亮度仍有最初亮度的 70%。比如在光源每年 365天每天使用 12小時的應用環(huán)境中，使用時間超過十一年的系統(tǒng)只有初始亮度輸出的 30%衰減 (70%的光通維持率)。

　　表1 光源對比分析

　　降低維護成本

　　由于基于 LED的光源的持續(xù)使用時間是常規(guī)光源的十倍，不需要頻繁更換，因此降低甚至消除了日常維護成本和定期更換費用。這在關鍵的、調制照明應用中尤其重要，例如浮標、信標燈、應急出口照明、備份照明和安全照明，它們通常都需要定期燈泡更換。

　　能效更高

　　LED光源比白熾燈和大多數(shù)鹵鎢燈源的效率更高。白色 LED每瓦能提供 20多個光通量單位，預計未來將達到每瓦 50多個光通量單位。當選擇固態(tài)照明作為替代照明時，必須考慮系統(tǒng)級的總體優(yōu)勢。例如，由于每瓦的出眾光通量性能，樓寓照明系統(tǒng)中采用的 LED要比與競爭光源每小時消耗的能源更少，這使得它們更環(huán)境友好、更經(jīng)濟高效。

　　LED的優(yōu)點

　　•可靠( 10萬個小時) —維護成本降低

　　•能效更高 —綠色的、經(jīng)濟高效的解決方案

　　•即間開啟和完全可調光，無顏色變化 —脈寬調制 (PWM)控制

　　•沒有水銀 —符合環(huán)境規(guī)定

　　•低壓 DC操作 —不需要高壓連接

　　以太陽能為動力的 LED照明的工作原理

　　圖2是一個闡釋基于太陽能的LED照明實施的結構圖。

　　太陽能面板將太陽能轉換成電壓，然后儲存在電池中。帶有兩信道、16位定時器的飛思卡爾8位HCS08QG4/8微控制器(MCU)被用于電池充電和監(jiān)視，驅動LED。PWM用于電池充電，模數(shù)轉換器(ADC)用于監(jiān)視電池電壓。如果電壓下降到滿充的50%以下，LED的亮度通過改變備用PWM信道的占空比，自動降到50%。目的是為了提供更長持續(xù)時間的照明，即使亮度減少。如果電池電壓降到10%，MCU將關閉LED，確保電池不會完全耗盡。

　　圖2 基于太陽能的LED照明

　　選擇正確的微控制器

　　在選擇以太陽能為動力的 LED應用的 MCU時，有多種備選方案。 HCS08QG4/8器件以極有競爭力的價格，出色地將所需功能組合在一起。

　　MC9S08QG8/4將飛思卡爾 HCS08內核的優(yōu)勢擴展到低引腳計數(shù)、小封裝選件。 QG器件是低壓器件，其片上在線閃存可編程電壓低至 1.8V。它包括 HCS08 MCU的所有標準特性，如等待模式、多停止模式、強大仿真功能、一整套串行模塊、溫度傳感器和強大內存選件。

　　表2 MC9S08QG8/4的特性

　　16管腳 DIP/TSSOP/QFN

　　應用

　　以太陽能為動力的 HBLED照明可以用于街道照明、家庭照明、應急燈和鄉(xiāng)村照明。

　　交通信號燈在大多數(shù)城市晝夜開啟，街道照明在一天中的大部分時間開啟。使用 HBLED技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)鹵素燈或節(jié)能燈( CFL)的解決方案能夠在能耗和維護成本方面實現(xiàn)巨大節(jié)省。

　　國際金融公司( IFC)是世界銀行集團的 “照亮金字塔的土地 ”工程的私營投資機構，計劃向全世界還沒有連接到電網(wǎng)的 16億人銷售以太陽能為動力的 LED照明系統(tǒng)。由于缺乏電氣照明，他們中的很多人及其企業(yè)改為依靠碳燃料(如煤油)來滿足他們的照明需求。通過在這些地點使用太陽能和 LED照明，我們可以減少與礦物燃料燃燒有關的健康危害和溫室氣體排放。

　　能源節(jié)約的最后說明

　　2006年，中國是全球第二大電力消費國，總共消耗了 24,750億千瓦時的電力，其中 12%用于照明。到 2020年，如果 LED效率達到 150 lm/W，即便是只滲透 30%的中國市場，每年的能源節(jié)省就能達到 2,000億千瓦時。

　　結論

　　LED照明技術是影響深遠的、可量化的、可節(jié)省能源和成本的替代照明方案，為各種照明應用提供了低維護成本解決方案。由于使用的電要比很多傳統(tǒng)照明方法少很多， LED還能通過減少發(fā)電及其相應的溫室氣體排放，幫助改善環(huán)境。