绿色照明基于太阳能的HBLED照明解决方案

1 简介

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它一些国家，并且随着能源需求的增长和能源生产的不能维系，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。

根据美国能源信息局的报告，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或蜡烛进行照明。这些昏暗的、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。

2 为什么选择 HBLED进行照明

2.1 寿命更长

LED的生命比其它任何光源都长，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、泄露或污染的东西。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)。

表1 光源对比分析

图1 LED照明发展图

2.2 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。

2.3 能效更高

LED光源比白炽灯和大多数卤钨灯源的效率更高。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多个光通量单位。当选择固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，楼寓照明系统中采用的 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。

2.4 LED的优点

• 可靠( 10万个小时) —维护成本降低

• 能效更高 —绿色的、经济高效的解决方案

• 即间开启和完全可调光，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

3 以太阳能为动力的 LED照明的工作原理

图2是一个阐释基于太阳能的LED照明实施的结构图。

图2 基于太阳能的LED照明

太阳能面板将太阳能转换成电压，然后储存在电池中。带有两信道、16位定时器的飞思卡尔8位HCS08QG4/8微控制器(MCU)被用于电池充电和监视，驱动LED。PWM用于电池充电，模数转换器(ADC)用于监视电池电压。如果电压下降到满充的50%以下，LED的亮度通过改变备用PWM信道的占空比，自动降到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。

4 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引脚计数、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 HCS08 MCU的所有标准特性，如等待模式、多停止模式、强大仿真功能、一整套串行模块、温度传感器和强大内存选件。

表2 MC9S08QG8/4的特性

5  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昼夜开启，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或节能灯( 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。  

6  能源节约的最后说明

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 150 lm/W，即便是只渗透 30%的中国市场，每年的能源节省就能达到 2,000亿千瓦时。

7 结论

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，帮助改善环境。