太陽能LED節(jié)能燈原理及熒光粉技術改善方案

太陽能LED燈節(jié)能性的產(chǎn)生原理

太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)組成高效節(jié)能的太陽能光伏發(fā)電LED照明系統(tǒng)包括太陽能電池組、DC-DC變換器、最大功率跟蹤MPPT fMaximum power point tracking)控制、儲存電能的蓄電池組和LED照明控制、LED光源等部分。

太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的工作原理是：在有太陽光的時間段，太陽能電池組將采集到的太陽能轉化為電能;在控制系統(tǒng)的控制下，采用太陽能光伏電池最大功率跟蹤(MPPT)方式，將電能儲存到蓄電池組中;在LED照明系統(tǒng)需要電能供電時，向LED照明光源提供安全高效的電壓電流。使LED照明系統(tǒng)節(jié)能高效地工作，為人們的工作和生活提供潔凈環(huán)保的綠色照明。

太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏電池發(fā)電是利用太陽能的主要方式之一。

太陽能光伏電池的發(fā)電原理是光生伏特效應，對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5 0.6 V,通過光照在界面層產(chǎn)生的電子一空穴對越多，形成的電流越大。界面層吸收的光能越多，同樣形成的電流也越大。目前應用和研究的太陽能電池主要有硅太陽能電池、化合物半導體電池和染料敏化太陽能電池。硅太陽能電池是目前太陽能光伏電池的主流，在硅太陽能電池中以單晶硅太陽能電池的光電轉換效率最高，實驗室轉換效率達24%以上，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池效率達到18%以上。薄膜太陽能電池近年來得到了很大的發(fā)展，多晶硅/微晶硅薄膜太陽能電池等新型太陽能電池也已規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，最高轉換效率達到了16%以上。近年來，對CIS,CIGS薄膜太陽能電池、GaAs太陽能電池等化合物半導體太陽能電池的研究也取得了實用化的進展。染料敏化TiO 太陽能電池的研究也取得了引人注目的成果。

由于太陽能電池的輸出電壓和電流之間存在著非線性和可變性。在特定的環(huán)境下就存在一個最大功率輸出點，以及與最大功率點對應的電壓和電流。當環(huán)境變化時，太陽能電池的輸出特性曲線也隨之變化，太陽能電池的輸出電壓和輸出電流之間有著密切的聯(lián)系。為了從太陽能電池獲取盡可能多的電能，提出了太陽能電池的最大功率跟蹤問題。最大功率點跟蹤控制的常用方法有定電壓跟蹤法、擾動觀察法、電導增量法、模糊邏輯控制法、負載電流/電壓最佳法等。整體LED工作電流的方法可以采用恒流驅(qū)動和恒壓驅(qū)動。根據(jù)LED的伏安特性，在LED的正向?qū)▍^(qū)，微小的電壓波動就會引起電流很大的變化，所以采用恒流驅(qū)動是優(yōu)選方案。

LED燈的發(fā)光原理及熒光粉改善技術

LED的發(fā)光原理。LED是由Ⅲ一V族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaAsP(磷化鎵砷)、A1GaAs(砷化鋁鎵)等半導體制成，其核心是P-N結，因此它具有一般P-N結的伏一安特性，即正向?qū)?、反向截止、擊穿特性。當P型半導體和N型半導體結合時，由于交界面處存在的載流子濃度差。于是電子和空穴都會從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴散。這樣，P區(qū)一側失去空穴剩下不能移動的負離子，N區(qū)一側失去電子而留下不能移動的正離子。這些不能移動的帶電粒子就是空間電荷。空間電荷集中在P區(qū)和N區(qū)交界面附近，形成了一很薄的空間電荷區(qū)，就是P-N結。當給P-N結1個正向電壓時。便改變了P-N結的動態(tài)平衡。注入的少數(shù)載流子(少子)與多數(shù)載流子(多子)復合時，便將多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。如果給PN結加反向電壓，少數(shù)載流子(少子)難以注入，故不發(fā)光。

白光LED的主要實現(xiàn)方法。目前，氮化鎵基LED獲得白光主要有：藍光LED+黃色熒光粉、三色LED合成白光、紫光LED+三色熒光粉3種辦法。最為常見形成白光的技術途徑是藍光LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的熒光粉結合組成白光LED。LED輻射出峰值為470 nm左右的藍光，而部分藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出峰值為570 nm左右的黃綠光。與另一部分的藍光與激發(fā)熒光粉產(chǎn)生的黃綠光混合產(chǎn)生Y l O :Ce 白光。目前采用的熒光粉多為稀土激活的鋁酸鹽Y l O :Ce (YAG)，當有藍光激發(fā)它時發(fā)出黃綠色光，所以稱作黃綠色熒光粉。該方法發(fā)光，發(fā)光效率高，制備簡單，工藝成熟。但色彩隨角度而變。光一致性差，而且熒光粉與LED的壽命也不一致，隨著時問的推移，顯色指數(shù)和色溫都會變化，影響了發(fā)光光源的發(fā)光質(zhì)量。

采用紅、綠、藍三原色LED芯片或三原色LED管混合實現(xiàn)白光。前者為三芯片型，后者為3個發(fā)光管組裝型。紅、綠、藍LED封裝在1個管內(nèi)，光效可達20 lm/W,發(fā)光效率較高，顯色性較好。不過，這種合成白光方法的不足之處就是LED的驅(qū)動電路較為復雜。三芯片型三原色混合成本較高，而且由于紅綠藍3種LED的光衰特性不一致，隨著使用時間的增加，三色的混合比例會變化。顯色指數(shù)也會相應變化紫外光或紫光LED激發(fā)三原色熒光粉，產(chǎn)生白光。采用這種方法更容易獲得顏色一致的白光，因為顏色僅僅由熒光粉的配比決定，此外，還可以獲得很高的顯色指數(shù)。但其最大的難點在于如何獲得高轉換效率的三色熒光粉，特別是高效紅色熒光粉。而且防止紫外線泄露也是很重要的。

添加紅色熒光粉對大功率白光LED 光效和顯色指數(shù)的影響

　　白光LED是最具吸引力的21世紀綠色照明光源，日亞發(fā)明的制作白光LED的方法即是使用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉，這種制備方法非常普及，已被用于工業(yè)化量產(chǎn)。其發(fā)光效率高低主要取決于材料(晶片、熒光粉、膠水)的優(yōu)劣和生產(chǎn)制程的過程控制。

　　有研究機構對傳統(tǒng)制備工藝進行了改良，并做了大量的大功率白光LED實驗，用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉、紅色熒光粉、及添加適當比例紅色熒光粉的黃色熒光粉混合物，分別產(chǎn)生白光，從而探討黃色熒光粉和紅色熒光粉的放射光譜，以及相應LED的特性。最終證明激發(fā)添加適當比例紅色熒光粉的黃色熒光粉混合物的白光LED，其發(fā)光效率比激發(fā)黃色熒光粉的白光LED要低，但是顯色指數(shù)（CRI）要高。

可用于TV背光與普通照明的新型紅綠熒光粉技術

　　黃色、綠色硅酸鹽熒光粉在455nm以下激發(fā)效率較高；橙色硅酸鹽和紅色氮化物熒光粉在整個藍光