超高亮白光LED在太陽(yáng)能燈具中的應(yīng)用

0 引言

　　太陽(yáng)輻射能是取之不盡、用之不竭的、是人類能夠自由利用的能源。在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是世界各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。與傳統(tǒng)的照明工具相比，超高亮白光LED 照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越性，再加上太陽(yáng)能燈具的節(jié)能性和安裝簡(jiǎn)便，所以凡有工頻交流電燈具的地方，LED 燈具的觸角就會(huì)到達(dá)。

　　1 超高亮白光LED

　　1. 1 發(fā)光原理

　　超高亮度LED （UHB） 是指光效達(dá)到或超過(guò)100lm/W的LED.LED 外施電壓后在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生受激電子躍遷光輻射。按照不同半導(dǎo)體基本材料的物理特性，所產(chǎn)生的光波長(zhǎng)是不同的。發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是P -N 結(jié)，在半導(dǎo)體P -N 結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體P -N 結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED 芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。白光LED 通常是在發(fā)射藍(lán)光的InGaN 基材上涂熒光材料， 熒光材料在受到藍(lán)光激勵(lì)時(shí)會(huì)發(fā)出黃光， 藍(lán)光和黃光的混合物形成白光。

　　1. 2 工作特性

　　由于LED 是直流供電器件，很容易制成直流燈具，廣泛應(yīng)用于直流系統(tǒng)，如太陽(yáng)能燈具產(chǎn)品。超高亮白光LED 應(yīng)用于太陽(yáng)能燈具，單個(gè)束光型超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線方向性太強(qiáng)，綜合視覺(jué)效果較差，因此應(yīng)首選平光型超高亮LED 或平光型與束光型超高亮LED 組合使用，將多個(gè)LED 集中于一起，排列組合成一定規(guī)則的LED 發(fā)光源。

　　超高亮白光LED 發(fā)光源既要保證有一定的照射強(qiáng)度，又要使其具有較高的光效，然而電流的增大，光通量雖然增大，但是，另一方面電流的增加會(huì)引起光源熱損耗的增加，通常導(dǎo)致管溫的增加，其綜合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)，一般為17. 5 mA.

　　超高亮白光LED 發(fā)光源具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?） 壽命長(zhǎng)。LED 的壽命長(zhǎng)達(dá)10 萬(wàn)h ,而白熾燈的壽命一般不超過(guò)2 000 h ,熒光燈的壽命也不過(guò)5 000 h左右。

　?。?） 效率高。相對(duì)于傳統(tǒng)的第一代照明光源白熾燈，LED 的功耗只有前者的10 %~20 %.

　　（3） 綠色環(huán)保。與廣泛使用的第二代照明熒光燈相比，LED 不含汞、無(wú)頻閃，是一種環(huán)保光源。

　?。?） 耐低溫。環(huán)境使用溫度在- 40 ℃~80 ℃，環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)。

　　2 超高亮白光LED 在太陽(yáng)能燈具中的應(yīng)用

　　2. 1 太陽(yáng)能LED 燈具的原理

圖1 太陽(yáng)能燈具結(jié)構(gòu)框圖

　　太陽(yáng)能LED 燈具在白天通過(guò)太陽(yáng)能電池組件采集太陽(yáng)光的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)，在晚上點(diǎn)亮LED 用于照明，是現(xiàn)代化綠色環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

　　具有智能控制系統(tǒng)，全天候供電無(wú)需管理人員。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮連雨天氣，把平時(shí)多余的電能儲(chǔ)存到蓄電池內(nèi)，確保用于陰雨天有足夠的電能使用。

　　如圖1 所示，詳細(xì)原理為：用太陽(yáng)能電池光伏板將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換的電能，通過(guò)智能太陽(yáng)能控制器轉(zhuǎn)存在蓄電池組中，當(dāng)自然光照度降到需要照明光源時(shí)，經(jīng)過(guò)智能控制器比較電路再將蓄電池中的電能輸出給LED 發(fā)光源發(fā)出可見(jiàn)光。當(dāng)自然光照度升高到不再需要照明光源時(shí)，再經(jīng)過(guò)智能控制器比較電路關(guān)斷輸出給LED 發(fā)光源的電源，使LED 發(fā)光源不再發(fā)光耗能。