基于太阳能的HBLED照明

基于太阳能的HBLED照明

　过去十五年，能源需求增长了十倍，能源成本上涨了四倍。断电和限电情况已经出现在美国和其他一些国家，并且随着能源需求的增长和能源生产的不能维击，这一情形会继续恶化。根据北美Electric Reliability Corp的最新报告，预计未来十年，仅美国的电力需求就将增长141,000兆瓦，而同期已经确认的新资源只有57,000兆瓦。这样就产生了84，000兆瓦的缺口，相当于160座大型发电厂的发电总量。

　　根据美国能源资讯局的报告，发电（大部分为照明应用提供电源）制造了37%的温室气体，因此，我们应开始寻找替代能源资源，如太阳能。太阳能是一种绿色技术，并且成本没有水电、地热或核子能源发电那么高。

　　在21世纪，发展中国家高达3亿家庭缺少充足照明。原因可能各不相同，但可能都包括购买力（成本太高）、缺乏基础设施、供需不平衡。众多家庭使用自制的煤油灯和蜡烛进行照明，这些错暗的、黄色的、冒着黑烟的光源危害性非常大，并且不环保。从长期来看，它们的费用要比明亮的、白色的、以太阳能为动力的高亮度发光二极管（HBLED）光源更昂贵。

　　　图1 LED效率（LUMEN/瓦）（资料来源：Philips-Lumileds, Cree, Seoul Semi）

1、为什么选择HBLED进行照明

　　（1）寿命更长

　　LED的生命比其他任何光源都长，在很多应用中的使用寿命都超过十年。它们包含类似于最新微处理器中采用的固状技术，这种固状设备没有移动部件，没有易脆玻璃环境、没有水银、没有有害气体、没有灯丝。没有任何可以断开、破裂、粉碎、露或污染的东西。与典型的传统光源不同的是，LED不会出现突然故障或烧掉。LED光源不会在任何时间突然停止工作，只是LED性能会随着时间的推移逐渐下降。据预测，大多数LED在运行5万个小时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小时的应用环境中，使用时间超过十一年的系统只有初始亮度输出的30%衰减（70%的光通维持率）。

　　（2）降低维护成本

　　由于基于LED的光源的持续使用时间是常规光源的十倍，不需要频繁更换，因此降低甚至消除了日常维护成本和定期更换费用。这在关键的、调制照明应用中尤其重要，例如浮标、信标灯、应急出口照明、备份照明和安全照明，它们通常都需要定期灯泡更换。

　　（3）能效更高

图2 基于太阳能的LED照明

　　LED光源比白炽灯和大多数四角钨灯源的效率更高。白色LED每瓦能提供20多个光通量单位，预计未来将达到每瓦50多个光通一单位。当选择大态照明作为替代照明时，必须考虑系统级的总体优势。例如，由于每瓦的出众光通量性能，楼宇照明系统中采用的LED要比与竞争光源每小时消耗的能源更少，这使得它们更环境友好、更经济高效。

　　（4）LED的优点

　　LED的优点主要体现在：

　　可靠（10万个小时）：维持成本降低

　　能效更高：绿色的、经济高效的解决方案

　　即时开启和安全可调光，无颜色变化：脉宽调制（PWM）控制

　　没有水银：符合环境规定

　　低压DC操作：不需要高压连接

　　2、以太阳能为动力的LED照明工作原理

　　图2是一个阐释基于太阳能的LED照明实施的结构图。太阳能面板将太阳能转换成电压，然后储存在电池中。带有两通道、16位元计时器的飞思卡尔8位HCS08QG4/8 MCU被用于电池充电和监视，驱动LED。PWM用于电池充电，ADC有于监视电池电压。

　　如果电压下降到满充的50%。目的是为了提供更长持续时间的照明，即使亮度减少。如果电池电压降到10%，MCU将关闭LED，确保电池不会完全耗尽。

　　3、选择正确的微控制器

　在选择以太阳能为动力的LED应用的MCU时，有多种备选方案。HCS08QG4/8器件以极有竞争力的价格，出色地将所需功能组合在一起。

　　MC9S08QG8/4将飞思卡尔HCS08内核的优势扩展到低管脚数、小封装选件。QG器件是低压器件，其片上在线闪存可编程电压低至1.8V。它包括HCS08MCU的所有标准特性，如等待模式、多停止模式、强大模拟功能、一整套串列模块、温度传感器和强大内存选件。

　　4、应用

　　以太阳能为动力的HBLED照明可以用于街道照明、家庭照明、应急灯和乡村照明。
交通信号灯在大多数城市尽夜开启，街道照明在一天中的大部分时间开启。使用HBLED技术代替传统卤素灯和节能灯（CFL）的解决方案能够在能耗和维护成本方面实现巨大节省。

　　国际金融公司（IFC）是世界银行集团的“照亮金字塔的土地”工程的私营投资机构，计划向全世界还没有连接到电网的16亿人销售以太阳能为动力的LED照明系统。由于缺乏电气照明，他们中的很多人及其企业改为依靠碳燃料（如煤油）来满足他们的照明需求。通过在这些地点使用太阳能和LED照明，我们可以减少与矿物燃料燃烧有关的健康危害和温室气体排放。

　　5、结论

　　2006年，中国是全球第二大电力消费国，总共消耗了24,750亿千瓦时的电力，其中12%用于照明。到2020年，如果LED效率达到150lm/W，即使是只渗透30%的中国市场，每年的能源节省就能达到2,000亿千瓦时。因此，LED照明技术是影响深远的、可量化的、可节省能源和成本的替代照明方案，为各种照明应用提供了低维护成本解决方案。由于使用的电要比很多传统照明方法少很多，LED还能通过减少发电及其相应的温室气体排放，寿命改善环境。