超高亮白光LED在太阳能灯具中的应用

0  引言

　　太阳辐射能是取之不尽、用之不竭的、是人类能够自由利用的能源。在世界能源短缺、环境污染日益严重的今天，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。与传统的照明工具相比，超高亮白光LED 照明光源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性，再加上太阳能灯具的节能性和安装简便，所以凡有工频交流电灯具的地方，LED 灯具的触角就会到达。

　　1  超高亮白光LED

　　1. 1  发光原理

　　超高亮度LED （UHB） 是指光效达到或超过100lm/W的LED.LED 外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。按照不同半导体基本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的。发光二极管的实质性结构是P -N 结，在半导体P -N 结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发光复合就是发光二极管的工作机理。半导体P -N 结发光实质为固体发光，而各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果。半导体材料的发光机理决定了单一LED 芯片不可能发出连续光谱的白光，必须以其它的方式合成白光。白光LED 通常是在发射蓝光的InGaN 基材上涂荧光材料， 荧光材料在受到蓝光激励时会发出黄光， 蓝光和黄光的混合物形成白光。

　　1. 2  工作特性

　　由于LED 是直流供电器件，很容易制成直流灯具，广泛应用于直流系统，如太阳能灯具产品。超高亮白光LED 应用于太阳能灯具，单个束光型超高亮度LED 发光管其产生的光线方向性太强，综合视觉效果较差，因此应首选平光型超高亮LED 或平光型与束光型超高亮LED 组合使用，将多个LED 集中于一起，排列组合成一定规则的LED 发光源。

　　超高亮白光LED 发光源既要保证有一定的照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为17. 5 mA.

　　超高亮白光LED 发光源具有如下优点：

　　（1） 寿命长。LED 的寿命长达10 万h ,而白炽灯的寿命一般不超过2 000 h ,荧光灯的寿命也不过5 000 h左右。

　　（2） 效率高。相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED 的功耗只有前者的10 %~20 %.

　　（3） 绿色环保。与广泛使用的第二代照明荧光灯相比，LED 不含汞、无频闪，是一种环保光源。

　　（4） 耐低温。环境使用温度在- 40 ℃~80 ℃，环境适应性非常强。

　　2  超高亮白光LED 在太阳能灯具中的应用

　　2. 1  太阳能LED 灯具的原理

图1  太阳能灯具结构框图

　　太阳能LED 灯具在白天通过太阳能电池组件采集太阳光的能量，并将其转化为电能存储起来，在晚上点亮LED 用于照明，是现代化绿色环保节能产品。

　　具有智能控制系统，全天候供电无需管理人员。在系统设计时考虑连雨天气，把平时多余的电能储存到蓄电池内，确保用于阴雨天有足够的电能使用。

　　如图1 所示，详细原理为：用太阳能电池光伏板将太阳光转换的电能，通过智能太阳能控制器转存在蓄电池组中，当自然光照度降到需要照明光源时，经过智能控制器比较电路再将蓄电池中的电能输出给LED 发光源发出可见光。当自然光照度升高到不再需要照明光源时，再经过智能控制器比较电路关断输出给LED 发光源的电源，使LED 发光源不再发光耗能。