太阳能光伏LED在西北地区的应用.doc

天水师范学院毕业论文分类号密级编号本科生毕业论文（设计）题目太阳能光伏LED照明在西北地区的应用作者姓名安芳霞指导教师令维军博士提交日期2010-5-1太阳能光伏LED照明在西北地区的应用安芳霞（物理与信息科学学院，天水师范学院,甘肃天水，741001）摘要：系统的介绍了太阳能光伏发电技术与LED照明的工作原理。重点介绍了太阳能光伏LED照明系统。分析了它在西北地区的应用现状，发展优势、前景及其所面临的困难。并针对这些问题引用或提出了相应的解决方案。关键词：太阳能光伏发电LED照明西北地区太阳能资源引言从工业革命之后，人们就开始享用电力带来的便利。明亮的灯光驱散了夜的暮色，给我们提供了更多学习，工作，娱乐的时间。然而，迄今为止我国仍有2800多万无电人口，其中有相当一部份居住在边远落后的西北地区。怎样才能给这些地区的人们带去电力的便捷呢？能源耗竭，环境恶化的现状告诉我们，建电厂，架电网的老路子无疑是饮鸩止渴。然而，同样是这些地区太阳辐射强，日照时间长，太阳能资源丰富。所以我们可以运用本文所述的太阳能光伏LED照明技术因地制宜，将这些地区丰富的日照“挽留”。2、从光能到电能的转化将光能转化为电能的装置是太阳能电池。他的制作原理是利用半导体PN结的光生伏电效应。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓等。它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例说明光伏发电的原理。硅晶体中掺入其他的杂质,如硼原子或磷原子时,硅晶体中就会存在着一个空穴或电子,因为硅原子旁边有4个电子,掺入硼原子后,因硼原子周围只有3个电子,所以就会产生空穴,这个空穴因为没有电子而变得很不稳定,容易吸收电子而中和,形成N型半导体。同样掺入磷原子以后,因为磷原子周围有个电子,就会有一个多余电子变得非常活跃,形成P型半导体。在同一半导体两个不同的区域分别掺入三价和五价的杂质元素，便形成P型区和N型区。这样在他们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异，N型区内的电子多而空穴很少，P型区内的空穴多而电子很少，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。有些电子要从N型区向P型区扩散，也有空穴要从P型区向N型区扩散。电子和空穴带有相反的电荷，在扩散过程中会中和，结果使P区和N区中的电中性被破坏。P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子，这些离子因物质结构的关系不能移动称为空间电荷，集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，称为PN结。在空间电荷区，由于正负电荷的作用，在空间电荷区中形成一个电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的，故称为内电场【3】。图1.1PN结的形成当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子。由于空间电荷区有较强的内电场，因而这些自由电子和空间电荷区中非平衡的电子和空穴或产生在空间电荷区外的非平衡电子和空穴在内电场的作用下各自向相反的方向运动而离开空间电荷区，结果P区电势升高，N区电势降低[6]。从而在外电路中产生电压。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。图1.2半导体的光生伏电效应将电能转化为光能19世纪初，英国一位化学家用2000节电池和两根炭棒，制成世界上第一盏弧光灯。标志着人类成功实现了由电能到光能的转化。到目前为止，我们将电能转化为光能的形式随照明光源的发展，共经历了四个阶段：第一代白炽灯，白炽灯是将灯丝通电加热到白炽状态，利用其热辐射而发出可见光的电光源。自爱迪生发明具有实用价值的白炽灯以来已有一个多世纪了，但目前仍然被广泛地使用。原因是它发出的光线具有连续光谱，且显色性好、亮度高、易于聚光、不需要点灯电路、只要接通光源、点灯非常容易等优点。缺点是发光效率低，热辐射量大。第二代荧光灯，荧光灯是一种热阴极低压汞蒸汽放电灯。利用放电产生的紫外线，通过荧光灯粉转换成可见光的光源。荧光灯投入市场已有60多年的历史，迄今为止，仍是气体放电灯中使用最广泛、最成功的灯种之一。其原因是它能最有效地把电能转变成可见光。第三代高强度气体放电灯（High-intensitydischarge，简称HID），HID灯借着特殊设计、内部涂石英或铝的灯管，并透过两端钨电极打出来的加压电弧，通过灯管后而发出光线。这些灯管内充满了气体和金属。气体帮助灯泡启动，而金属加热达到蒸发点，形成等离子态后而发出光线。HID灯的种类包括：水银灯（CRI范围15-55），金属卤化灯（CRI范围65-80，陶瓷卤化灯则可达90多），低压钠灯（CRI0，因其单色光），高压钠灯（CRI范围22-75），水银灯泡原本是用来产生碧绿色光线，也是第一颗商用化的HID灯泡。在今日，这些灯泡已经可校正出更接近白色的光线。但水银灯已逐渐被