基于太陽能的HBLED照明

　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)在美國和其他一些國家，并且隨著能源需求的增長和能源生產(chǎn)的不能維擊，這一情形會繼續(xù)惡化。根據(jù)北美Electric Reliability Corp的最新報告，預(yù)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)美國能源資訊局的報告，發(fā)電（大部分為照明應(yīng)用提供電源）制造了37%的溫室氣體，因此，我們應(yīng)開始尋找替代能源資源，如太陽能。太陽能是一種綠色技術(shù)，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(chǔ)設(shè)施、供需不平衡。眾多家庭使用自制的煤油燈和蠟燭進行照明，這些錯暗的、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。

　　　圖1 LED效率（LUMEN/瓦）（資料來源：Philips-Lumileds, Cree, Seoul Semi）

1、為什么選擇HBLED進行照明

　?。?）壽命更長

　　LED的生命比其他任何光源都長，在很多應(yīng)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(shù)，這種固狀設(shè)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、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(yù)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(yīng)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）。

　?。?）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(guān)鍵的、調(diào)制照明應(yīng)用中尤其重要，例如浮標、信標燈、應(yīng)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

圖2 基于太陽能的LED照明

　　LED光源比白熾燈和大多數(shù)四角鎢燈源的效率更高。白色LED每瓦能提供20多個光通量單位，預(yù)計未來將達到每瓦50多個光通一單位。當選擇大態(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，樓宇照明系統(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

　　LED的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

　　可靠（10萬個小時）：維持成本降低

　　能效更高：綠色的、經(jīng)濟高效的解決方案

　　即時開啟和安全可調(diào)光，無顏色變化：脈寬調(diào)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

　　2、以太陽能為動力的LED照明工作原理

　　圖2是一個闡釋基于太陽能的LED照明實施的結(jié)構(gòu)圖。太陽能面板將太陽能轉(zhuǎn)換成電壓，然后儲存在電池中。帶有兩通道、16位元計時器的飛思卡爾8位HCS08QG4/8 MCU被用于電池充電和監(jiān)視，驅(qū)動LED。PWM用于電池充電，ADC有于監(jiān)視電池電壓。

　　如果電壓下降到滿充的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(guān)閉LED，確保電池不會完全耗盡。

　　3、選擇正確的微控制器

　在選擇以太陽能為動力的LED應(yīng)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(nèi)核的優(yōu)勢擴展到低管腳數(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HCS08MCU的所有標準特性，如等待模式、多停止模式、強大模擬功能、一整套串列模塊、溫度傳感器和強大內(nèi)存選件。

　　4、應(yīng)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(yīng)急燈和鄉(xiāng)村照明。
交通信號燈在大多數(shù)城市盡夜開啟，街道照明在一天中的大部分時間開啟。使用HBLED技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鹵素燈和節(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(gòu)，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(guān)的健康危害和溫室氣體排放。

　　5、結(jié)論

　　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150lm/W，即使是只滲透30%的中國市場，每年的能源節(jié)省就能達到2,000億千瓦時。因此，LED照明技術(shù)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(yīng)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(yīng)的溫室氣體排放，壽命改善環(huán)境。