當今世界，石油、煤炭、天然氣等主要能源正面臨資源枯竭的危險，同時，環(huán)保壓力也在不斷增加，因此，環(huán)保、節(jié)能已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)各行各業(yè)努力追求的目標。太陽能是一種清潔的綠色能源，半導體發(fā)光二極體(LED)也是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的固態(tài)電光源。
在過去的一百多年中，照明光源經(jīng)歷了三個重要的階段：白熾燈，螢光燈，HID燈。其中白熾燈是第一代光源，螢光燈是第二代光源，高強度氣體放電燈是第三代光源(HID)。如今在照明界具有廣闊的發(fā)展前景的LED光源被稱為第四代光源。LED作為新穎的半導體光源，具有壽命長、發(fā)光效率高、功耗低、啟動時間短、結構牢固等特點。
1. 太陽能光伏發(fā)電的原理
太陽能光伏發(fā)電是依靠太陽能電池元件，利用半導體材料的電子學特性，當太陽光照射在半導體PN結上，由于P-N結勢壘區(qū)產(chǎn)生了較強的內(nèi)建靜電場，因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴散進勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場的作用下，各自向相反方向運動，離開勢壘區(qū)，結果使P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類，一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標準介面相連接，像一個小型的發(fā)電廠;另一類是獨立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過光伏陣列將接收來的太陽輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。而獨立式發(fā)電系統(tǒng)光伏陣列首先會將接收來的太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負載，并將多餘能量經(jīng)過充電控制器后以化學能的形式儲存在蓄電池中。
2.LED照明的優(yōu)點
LED半導體照明光源除具有使用壽命長、發(fā)光效率高、體積小、重量輕、環(huán)保安全可靠等優(yōu)點以外，還有一個顯著優(yōu)點就是由于LED啟動電壓和工作電壓一致，所以不需使用鎮(zhèn)流器。這樣在節(jié)省成本和能耗的同時，也大大縮短了通斷電的回應時間。
3. 太陽能與LED照明的結合
太陽能光伏發(fā)電技術能與LED照明完美結合的關鍵在于兩者同為直流電、電壓低且能互相匹配。因此兩者的結合不需要將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，因此大大提高了整個照明系統(tǒng)的效率。同時，借助于并網(wǎng)技術或利用蓄電池充放能量，使其優(yōu)勢更加明顯。隨著相關技術的深入研究，LED的發(fā)光效率正在不斷提高，超高亮度的LED將要問世，勢必會取代普通照明電光源，并大量節(jié)約能源且無污染。
由于LED的工作電流是直流，且工作電壓較低。太陽電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，且太陽電池元件可以通過串并聯(lián)方式組合得到實際需要的電壓。這些特點恰好與LED相匹配，兩者結合將獲得很高的能源利用率、較高的安全性能和可靠性，實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)，實現(xiàn)十分完美的結合。
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