太陽能光伏led在西北地區(qū)的應(yīng)用

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1、天水師范學(xué)院畢業(yè)論文分類號密級編號本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目太陽能光伏LED照明在西北地區(qū)的應(yīng)用作者姓名安芳霞指導(dǎo)教師令維軍博士提交日期2010-5-1天水師范學(xué)院畢業(yè)論文太陽能光伏LED照明在西北地區(qū)的應(yīng)用安芳霞（物理與信息科學(xué)學(xué)院，天水師范學(xué)院,甘肅天水，741001）摘要：系統(tǒng)的介紹了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與LED照明的工作原理。重點(diǎn)介紹了太陽能光伏LED照明系統(tǒng)。分析了它在西北地區(qū)的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)展優(yōu)勢、前景及其所面臨的困難。并針對這些問題引用或提出了相應(yīng)的解決方案。關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電LED照明西北地區(qū)太陽能資源1、引言從工業(yè)革

2、命之后，人們就開始享用電力帶來的便利。明亮的燈光驅(qū)散了夜的暮色，給我們提供了更多學(xué)習(xí)，工作，娛樂的時(shí)間。然而，迄今為止我國仍有2800多萬無電人口，其中有相當(dāng)一部份居住在邊遠(yuǎn)落后的西北地區(qū)。怎樣才能給這些地區(qū)的人們帶去電力的便捷呢？能源耗竭，環(huán)境惡化的現(xiàn)狀告訴我們，建電廠，架電網(wǎng)的老路子無疑是飲鴆止渴。然而，同樣是這些地區(qū)太陽輻射強(qiáng)，日照時(shí)間長，太陽能資源豐富。所以我們可以運(yùn)用本文所述的太陽能光伏LED照明技術(shù)因地制宜，將這些地區(qū)豐富的日照“挽留”。2、從光能到電能的轉(zhuǎn)化將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置是太陽能電池。他的制作原理是利用半導(dǎo)體PN

3、結(jié)的光生伏電效應(yīng)。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例說明光伏發(fā)電的原理。硅晶體中摻入其他的雜質(zhì),如硼原子或磷原子時(shí),硅晶體中就會存在著一個(gè)空穴或電子,因?yàn)楣柙优赃呌?個(gè)電子,摻入硼原子后,因硼原子周圍只有3個(gè)電子,所以就會產(chǎn)生空穴,這個(gè)空穴因?yàn)闆]有電子而變得很不穩(wěn)定,容易吸收電子而中和,形成N型半導(dǎo)體。同樣摻入磷原子以后,因?yàn)榱自又車袀€(gè)電子,就會有一個(gè)多余電子變得非常活躍,形成P型半導(dǎo)體。在同一半導(dǎo)體兩個(gè)不同的區(qū)域分別摻入三價(jià)和五價(jià)的雜質(zhì)元素，便形成P型區(qū)和

4、N型區(qū)。這樣在他們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差異，N型區(qū)內(nèi)的電子多而空穴很少，P型區(qū)內(nèi)的空穴多而電子很少，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。有些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。電子和空穴帶有相反的電荷，在擴(kuò)散過程中會中和，結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)中的電中性被破壞。P區(qū)失去空穴留下帶負(fù)電的離子，N區(qū)失去電子留下帶正電的離子，這些離子因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系不能移動稱為空間電荷，集中在P區(qū)和N區(qū)的交界面附近，形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于正負(fù)電荷的作用，在空間電荷區(qū)中形成一個(gè)電場

5、，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)，天水師范學(xué)院畢業(yè)論文該電場是由載流子擴(kuò)散后在半導(dǎo)體內(nèi)部形成的，故稱為內(nèi)電場【3】。圖1.1PN結(jié)的形成當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子。由于空間電荷區(qū)有較強(qiáng)的內(nèi)電場，因而這些自由電子和空間電荷區(qū)中非平衡的電子和空穴或產(chǎn)生在空間電荷區(qū)外的非平衡電子和空穴在內(nèi)電場的作用下各自向相反的方向運(yùn)動而離開空間電荷區(qū)，結(jié)果P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低[6]。從而在外電路中產(chǎn)生電壓。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。圖1.2半導(dǎo)體

6、的光生伏電效應(yīng)3、將電能轉(zhuǎn)化為光能19世紀(jì)初，英國一位化學(xué)家用2000節(jié)電池和兩根炭棒，制成世界上第一盞弧光燈。標(biāo)志著人類成功實(shí)現(xiàn)了由電能到光能的轉(zhuǎn)化。到目前為止，我們將電能轉(zhuǎn)化為光能的形式隨照明光源的發(fā)展，共經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一代白熾燈，白熾燈是將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用其熱輻射而發(fā)出可見光的電光源。自愛迪生發(fā)明具有實(shí)用價(jià)值的白熾燈以來已有一個(gè)多世紀(jì)了，但目前仍然被廣泛地使用。原因是它發(fā)出的光線具有連續(xù)光譜，且顯色性好、亮度高、易于聚光、不需要點(diǎn)燈電路、只要接通光源、點(diǎn)燈非常容易等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是發(fā)光效率低，熱輻射量大。第二代熒光燈

7、，熒光燈是一種熱陰極低壓汞蒸汽放電燈。利用放電產(chǎn)生的紫外線，通過熒光燈粉轉(zhuǎn)換成可見光的光源。熒光燈投入市場已有60多年的歷史，迄今為止，仍是氣體放電燈中使用最廣泛、最成功的燈種之一。其原因是它能最有效地把電能轉(zhuǎn)變成可見光。第三代高強(qiáng)度氣體放電燈（High-intensitydischarge，簡稱HID），天水師范學(xué)院畢業(yè)論文HID燈借著特殊設(shè)計(jì)、內(nèi)部涂石英或鋁的燈管，并透過兩端鎢電極打出來的加壓電弧，通過燈管后而發(fā)出光線。這些燈管內(nèi)充滿了氣體和金屬。氣體幫助燈泡啟動，而金屬加熱達(dá)到蒸發(fā)點(diǎn)，形成等離子態(tài)后而發(fā)出光線。HID燈的種類包括

8、：水銀燈（CRI范圍15-55），金屬鹵化燈（CRI范圍65-80，陶瓷鹵化燈則可達(dá)90多），低壓鈉燈（CRI0，因其單色光），高壓鈉燈（CRI范圍22-75），水銀燈泡原本是用來產(chǎn)生碧綠色光線，也是第一顆商用化的HID