基于太陽(yáng)能的HBLED照明解決方案

簡(jiǎn)介

　　過(guò)去十五年，能源需求增長(zhǎng)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(guó)和其它一些國(guó)家，并且隨著能源需求的增長(zhǎng)和能源生產(chǎn)的不能維系，這一情形會(huì)繼續(xù)惡化。根據(jù)北美 Electric Reliability Corp的最新報(bào)告，預(yù)計(jì)未來(lái)十年，僅美國(guó)的電力需求就將增長(zhǎng) 141,000兆瓦，而同期已經(jīng)確認(rèn)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(dāng)于 160座大型發(fā)電廠的發(fā)電總量。

　　根據(jù)美國(guó)能源信息局的報(bào)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(kāi)始尋找替代能源資源，如太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是一種綠色技術(shù)，并且成本沒(méi)有水電、地?zé)峄蚝俗幽茉窗l(fā)電那么高。

　　在21世紀(jì)，發(fā)展中國(guó)家高達(dá) 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(gòu)買(mǎi)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

　　或蠟燭進(jìn)行照明。這些昏暗的、黃色的、冒著黑煙的光源危害性非常大，并且不環(huán)保。從長(zhǎng)期來(lái)看，它們的費(fèi)用要比明亮的、白色的、以太陽(yáng)能為動(dòng)力的高亮度發(fā)光二極管 (HBLED)光源更昂貴。

　　為什么選擇 HBLED進(jìn)行照明

　　壽命更長(zhǎng)

　　LED的生命比其它任何光源都長(zhǎng)，在很多應(yīng)用中的使用壽命都超過(guò)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(méi)有移動(dòng)部件，沒(méi)有易脆玻璃環(huán)境、沒(méi)有水銀、沒(méi)有有害氣體、沒(méi)有燈絲。沒(méi)有任何可以斷開(kāi)、破裂、粉碎、泄露或污染的東西。與典型的傳統(tǒng)光源不同的是， LED不會(huì)出現(xiàn)突然故障或燒掉。 LED光源不會(huì)在任何時(shí)間突然停止工作，只是 LED性能會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸下降。據(jù)預(yù)測(cè)，大多數(shù) LED在運(yùn)行 5萬(wàn)個(gè)小時(shí)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(shí)的應(yīng)用環(huán)境中，使用時(shí)間超過(guò)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)。

　　表1 光源對(duì)比分析

　　降低維護(hù)成本

　　由于基于 LED的光源的持續(xù)使用時(shí)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(hù)成本和定期更換費(fèi)用。這在關(guān)鍵的、調(diào)制照明應(yīng)用中尤其重要，例如浮標(biāo)、信標(biāo)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

　　LED光源比白熾燈和大多數(shù)鹵鎢燈源的效率更高。白色 LED每瓦能提供 20多個(gè)光通量單位，預(yù)計(jì)未來(lái)將達(dá)到每瓦 50多個(gè)光通量單位。當(dāng)選擇固態(tài)照明作為替代照明時(shí)，必須考慮系統(tǒng)級(jí)的總體優(yōu)勢(shì)。例如，由于每瓦的出眾光通量性能，樓寓照明系統(tǒng)中采用的 LED要比與競(jìng)爭(zhēng)光源每小時(shí)消耗的能源更少，這使得它們更環(huán)境友好、更經(jīng)濟(jì)高效。

　　LED的優(yōu)點(diǎn)

　　•可靠( 10萬(wàn)個(gè)小時(shí)) —維護(hù)成本降低

　　•能效更高 —綠色的、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案

　　•即間開(kāi)啟和完全可調(diào)光，無(wú)顏色變化 —脈寬調(diào)制 (PWM)控制

　　•沒(méi)有水銀 —符合環(huán)境規(guī)定

　　•低壓 DC操作 —不需要高壓連接

　　以太陽(yáng)能為動(dòng)力的 LED照明的工作原理

　　圖2是一個(gè)闡釋基于太陽(yáng)能的LED照明實(shí)施的結(jié)構(gòu)圖。

　　太陽(yáng)能面板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電壓，然后儲(chǔ)存在電池中。帶有兩信道、16位定時(shí)器的飛思卡爾8位HCS08QG4/8微控制器(MCU)被用于電池充電和監(jiān)視，驅(qū)動(dòng)LED。PWM用于電池充電，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于監(jiān)視電池電壓。如果電壓下降到滿充的50%以下，LED的亮度通過(guò)改變備用PWM信道的占空比，自動(dòng)降到50%。目的是為了提供更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)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(huì)完全耗盡。

　　圖2 基于太陽(yáng)能的LED照明

　　選擇正確的微控制器

　　在選擇以太陽(yáng)能為動(dòng)力的 LED應(yīng)用的 MCU時(shí)，有多種備選方案。 HCS08QG4/8器件以極有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)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(shì)擴(kuò)展到低引腳計(jì)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 HCS08 MCU的所有標(biāo)準(zhǔn)特性，如等待模式、多停止模式、強(qiáng)大仿真功能、一整套串行模塊、溫度傳感器和強(qiáng)大內(nèi)存選件。

　　表2 MC9S08QG8/4的特性

　　16管腳 DIP/TSSOP/QFN

　　應(yīng)用

　　以太陽(yáng)能為動(dòng)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(hào)燈在大多數(shù)城市晝夜開(kāi)啟，街道照明在一天中的大部分時(shí)間開(kāi)啟。使用 HBLED技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鹵素?zé)艋蚬?jié)能燈( CFL)的解決方案能夠在能耗和維護(hù)成本方面實(shí)現(xiàn)巨大節(jié)省。

　　國(guó)際金融公司( IFC)是世界銀行集團(tuán)的 “照亮金字塔的土地 ”工程的私營(yíng)投資機(jī)構(gòu)，計(jì)劃向全世界還沒(méi)有連接到電網(wǎng)的 16億人銷售以太陽(yáng)能為動(dòng)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(lái)滿足他們的照明需求。通過(guò)在這些地點(diǎn)使用太陽(yáng)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。

　　能源節(jié)約的最后說(shuō)明

　　2006年，中國(guó)是全球第二大電力消費(fèi)國(guó)，總共消耗了 24,750億千瓦時(shí)的電力，其中 12%用于照明。到 2020年，如果 LED效率達(dá)到 150 lm/W，即便是只滲透 30%的中國(guó)市場(chǎng)，每年的能源節(jié)省就能達(dá)到 2,000億千瓦時(shí)。

　　結(jié)論

　　LED照明技術(shù)是影響深遠(yuǎn)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(hù)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(guò)減少發(fā)電及其相應(yīng)的溫室氣體排放，幫助改善環(huán)境。