基本信息
- 项目名称：
- ＿太阳能光伏发电及LED发光特性的实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我们研制了太阳能光伏发电测试系统、直流LED照明测试系统、交流照明测试系统以及LED综合特性测试系统，用于监测电压、电流、功率及电能使用情况，LED综合特性测试系统用于辨别市场上LED性能的优劣。利用太阳能的光伏照明系统为实验中的所有的光源提供电能，可同时输出交直流电用来满足不同种类的灯的需要，将LED引入照明系统，实现LED和太阳能的绿色化结合。测试平台设计简洁，制作精巧。
- 详细介绍：
- 当代随着不可再生资源的频频告急，世界性的能源危机愈演愈烈，环境问题也日益突出。毋庸置疑，以高效，低碳，低污染为特征的“低碳经济”已经成为经济发展的趋势。其中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的新型可再生能源受到越来越广泛的重视。2008年中国光伏企业生产的约98%的太阳能电池都出国到国外，只有2%在国内应用，制造太阳电池要消耗很大的能量，污染在中国，收益在国外，因此在我国太阳能电池的应用还有很大的空间，对太阳能电池系统进行研究有非常重要的现实意义。LED以其高效的光电转化率，优秀的稳定性及无污染的良好特性而为企业和科研机构所青睐。但是，国内与LED光电特性的测试系统却迟迟没有推出，造成与市场脱节的现象。有鉴于此，我们研制了太阳能光伏发电测试系统，用于加强对太阳能电池的应用，直流LED照明测试系统、交流照明测试系统以及LED综合特性测试系统，用于加强人们对LED的认识，其中加入了各种电表，用于监测电压、电流、功率及电能使用情况，LED综合特性测试系统可以用于辨别市场上的LED性能的优劣，为大众购买节能高效的LED提供数据参考，希望能为节能减排尽一份绵薄之力。 本作品的创新之处一是利用太阳能的光伏照明系统为实验中的所有的光源提供电能；二是将LED引入照明系统，实现LED和太阳能的绿色化结合。三是可同时输出交直流电用来满足不同种类LED、以及白炽灯和节能灯的需要；四是测试平台设计简洁，制作精巧，既能测试LED光学特性又能测试LED电学特性，科学地检测LED的光效，特别是比较同类型的测试仪器（如工业上用的积分球）实用性更强。太阳能电池发出电之后的稳定处理，交流系统的逆变器的工作电压，直流系统中电压的调节，其中采用多种电表用于各种参量的监测, 舵机转角的准确控制。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 当代随着不可再生资源的频频告急，世界性的能源危机愈演愈烈，环境问题也日益突出。毋庸置疑，以高效，低碳，低污染为特征的“低碳经济”已经成为经济发展的趋势。其中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的新型可再生能源受到越来越广泛的重视，而LED以其高效的光电转化率，优秀的稳定性及无污染的良好特性而为企业和科研机构所青睐。但是国内与LED光电特性的测试系统却迟迟没有推出，造成与市场脱节的现象。鉴于此，我们研制了太阳能光伏发电测试系统、直流LED照明测试系统、交流照明测试系统以及LED综合特性测试系统。 本作品的创新之处一是利用太阳能的光伏照明系统为实验中的所有的光源提供电能。二是将LED引入照明系统，实现LED和太阳能的绿色化结合。三是可同时输出交直流电用来满足不同种类LED、以及白炽灯和节能灯的需要；四是测试平台设计简洁，制作精巧，既能测试LED光学特性又能测试LED电学特性，科学地检测LED的光效，特别是比较同类型的测试仪器（如工业上用的积分球）实用性更强，非常经济适用。 本作品分为四个系统：一、太阳能光伏照明系统的主要技术指标是峰值日照时数t；光伏发电部分总效率 ,通常取0.65；蓄电池逆变系统总效率 ，通常取0.6。二、交流照明测试系统的主要技术指标是逆变器的工作电压。三、LED直流照明测试系统的主要技术指标太阳能控制器稳定的电压的大小。四、LED综合特性测试系统主要技术指标照度计正常工作温度、波长范围；舵机工作电压，PWM信号占空比。
科学性、先进性
- 本作品符合当前低碳经济发展趋势，太阳能无污染，LED节能效果显著。采用独立型太阳能光伏发电系统为各种光源提供能量，实现太阳能的充分利用，太阳能与LED绿色化结合，更加节能环保，突出低碳主题，多种电表的实时监测，有利于观察各系统的运行状态，采集数据利用MATLAB作图分析。LED综合特性测试系统测出光学电学参数，并利用MATLAB分析，研究LED的发光效率和伏安特性，为测试LED的节能效率提供可靠的参数，进而甄别市场上良莠不齐的LED。一是利用太阳能的光伏照明系统为实验中的所有的光源提供电能；二是将LED引入照明系统，实现LED和太阳能的绿色化结合。三是可同时输出交直流电用来满足不同种类LED、以及白炽灯和节能灯的需要；四是测试平台设计简洁，制作精巧，既能测试LED光学特性又能测试LED电学特性，科学地检测LED的光效，特别是比较同类型的测试仪器（如工业上用的积分球）实用性更强，非常经济适用。
获奖情况及鉴定结果
- 山西大学评审： 山西大学第十五届“创新挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛科技发明制作类二等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂时未定
作品可展示的形式
- 太阳能光伏发电测试系统，LED灯不可移动。LED综合特性测试系统，可以移动，并在适合的地点进行测量。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 太阳能电池发出的电，直接接入太阳能光伏发电测试系统，转化为稳定的直流和交流电，按照所使用的光源规定的电压接入即可。LED综合特性测试系统，接入要测量的灯之后，接通电源，舵机每转动一次，记录一次数据，将得到的数据输入MATLAB程序中，得出光效值。优势一利用太阳能的光伏照明系统为实验中的所有的光源提供电能；二将LED引入照明系统，实现LED和太阳能的绿色化结合。三可同时输出交直流电用来满足不同种类的灯的需要；四测试平台设计简洁，制作精巧，既能测试LED光学特性又能测试LED电学特性，科学地检测LED的光效，特别是比较同类型的测试仪器（如工业上用的积分球）实用性更强。在中国，每年用于照明的能源占总能源的12%，如果能将这部分能源善加利用则可以为国家节约很多的资源。本作品利用太阳能为整个系统的提供能源，结合LED的节能特性，并在此基础之上进行LED的光电参数的测试，利用MATLAB分析市场上LED的发光节能特性，以甄别不同类型的LED的优劣，为大众提供可靠的数据信息。
同类课题研究水平概述
- 光伏发电前景广阔，并有可能在世界范围内取代常规发电，世界各国都高度重视光伏系统的技术及其经济性研究。美国、德国、日本等都制定了光伏系统技术研究与开发计划。 太阳能光伏发电是可再生清洁能源。近年来世界上光伏电池总产量以每年超过30%的速度增长。中国2/3的地区年日照时数在2000小时以上，中国将大力发展光伏系统发电，预计到2020年将达到1000兆瓦，中国有条件和能力成为世界光伏发电大国。 中国光伏产业的现状是：太阳能电池只做躯体，头和脚两端在国外。我国生产的太阳能电池绝大部分硅原料都是从国外进口的，多晶硅的核心生产技术掌握在国外。我国企业生产出来的太阳能电池绝大部分都出口到国外。2008年中国光伏企业生产的约98%的太阳能电池都出国到国外，只有2%在国内应用，制造太阳电池要消耗很大的能量，污染在中国，收益在国外，因此在我国太阳能电池的应用还有很大的空间，对太阳能电池系统进行研究有非常重要的现实意义。 LED作为一种固体照明光源，以其长寿命、环保、低功耗、高光效、多光色、响应迅速，可连续开关闪断、可在安全低电压下工作等诸多优点，日渐成为新一代照明光源的发展方向。美国在LED照明产业技术开发上一直处于领先地位，拥有LED外延片、芯片和相关设备的知识产权和科研开发的技术优势。日本在功率型高亮度LED及其外延片、芯片的研制和产业化开发方面处于国际领先水平。相较于其他传统光源已趋于成熟下，LED发光效率目前仍是呈现持续增长情形。 我国半导体照明产业具有很好的发展前景和巨大的潜力，但必须看到除了中低档led封装和下游应用产品已形成较大的规模，并在世界上占有一定的地位外，我国半导体照明产业与国外相比尚存在较大的差距，主要表现在：研发投入不足，科研与生产结合得不好，科研成果转化为生产力的能力较差。 在我国并没有形成科学成套的LED光电学检测系统，也没有对LED特性参数形成统一的规范，更没有将LED与太阳能光伏系统相结合的具体范例。将太阳能光伏发电系统作为LED的供源系统，并在此基础之上对LED光学电学参数进行科学的测量这一方法是新能源利用的一次有益的尝试，更重要的是利用LED测试平台甄别良莠不齐的LED，为大众发提供一个简洁而有效的照明节能测试的方法。相信不久的将来，用太阳能发电且高效节能的LED 就会走进千家万户。
