太陽能驅(qū)動LED 建筑照明節(jié)能新途徑

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)很多年了，但是由于其初期投入高，在建筑照明系統(tǒng)中還沒有得到廣泛應(yīng)用。隨著發(fā)光二極管技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是白光二極管的高效特性，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與LED燈結(jié)合的照明系統(tǒng)將成為建筑照明節(jié)能的新途徑。

1 光伏發(fā)電原理

作為世界第二大能源消費國，我國政府一直高度重視能源和節(jié)能工作，早在20世紀80年代初就提出了“能源開發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在優(yōu)先位置”的方針，將節(jié)能納入國家經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃。解決中國的能源問題，一方面要開源，加大國內(nèi)能源勘探開發(fā)力度;另一方面要節(jié)流，必須堅持節(jié)約優(yōu)先，大幅度提高能源利用效率，加快建設(shè)節(jié)約型社會。

上個世紀50年代，在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。太陽電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN 結(jié)的光生伏打效應(yīng)，就是當物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。即當太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN 結(jié)時，就會在PN 結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓，使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。

太陽光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽能及半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當今太陽光發(fā)電的主流。時下，人們通常所說太陽光發(fā)電就是太陽能光伏發(fā)電(PV)，亦稱太陽能電池發(fā)電。

2 固體發(fā)光原理

近年來，固態(tài)照明得到了快速發(fā)展。固態(tài)照明是指用全固態(tài)發(fā)光器件作為光源的照明技術(shù)，目前主要包含半導(dǎo)體照明的發(fā)光二極管(LED)和有機物發(fā)光二極管(OLED)。LED 燈作為照明光源，其優(yōu)越性在于：光電轉(zhuǎn)換效率高，低壓供電，使用壽命長，既可以有選擇地發(fā)出單色光，也可以高效地發(fā)出白光，所以可以大大節(jié)約電能。半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)利用注入PN結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合，從而發(fā)出可見光，是一種直接把電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件。發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。當在電極上加上正向偏壓之后，使電子和空穴分別注入P區(qū)和N區(qū)，當非平衡少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉(zhuǎn)化為光能。其發(fā)光過程包括三個部分;正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。發(fā)光二極管有許多的優(yōu)點：工作電壓低，耗電量少;性能穩(wěn)定，壽命長(一般為10萬到1000 萬h);抗沖擊，耐振動性強;重量輕，體積小，成本低。