光电器件课程设计报告

吉林建筑大学

电气与电子信息工程学院

《光电器件及应用》课程设计报告

设计题目： 光电器件在校园节能中的应用 专业班级： 电子信息科学与技术 学生姓名： 王岩 学 号： 10311101 指导教师： 张玉红 设计时间： 2014.06.30－2014.07.04

教师评语： 成绩 评阅教师 日期

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目录

第1章 校园节能的重要性.......................................................................................... 3 第2章 LED在照明系统中的应用 ............................................................................. 4

2.1 LED的概念 ................................................................................................... 4 2.2 LED的技术发展现状 ................................................................................... 4 2.3 LED照明的应用 ........................................................................................... 5 2.4 LED在教学楼中的应用举例 ....................................................................... 6 第3章 太阳能技术在校园节能中的应用.................................................................. 7

3.1 太阳能电池的概念.......................................................................................... 7 3.2 太阳能电池的应用.......................................................................................... 7 3.3 太阳能电池的应用举例.................................................................................. 7 第4章 总结.................................................................................................................. 9

4.1 光电器件在校园节能中的应用...................................................................... 9 4.2 发展前景.......................................................................................................... 9

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第1章 校园节能的重要性

近年来高校的迅速发展，高校校园能源消耗急剧增加，这其中隐含的能源浪费现象不容忽视。一方面由于在校生人数增长、建筑面积增加、教学实验耗能设备增多、建筑施工项目多等方面的原因。另一方面也存在对节能工作重视不够，能源利用中暴露出的浪费严重的问题也日益突出，这是我们更应关注的关键问题问题所在。

大学对整个国家的节能减排意义重大。高校既是重要的用能单位, 又是传播节能新理念、创造节能新技术、研发节能新产品的重要基地, 同时在节能技术和产品开发也卓有成效。鼓励高校自主研发新技术, 在降低学校自身的能耗的同时, 向全社会加强节能新技术和新产品的推广和应用。科学技术是生产力, 管理亦是生产力。发展循环经济、构建节约型社会是我国的基本国策。

做好节能减排思想工作，在全校范围内积极推广节能减耗、和谐发展、建设节约型校园，使节约意识深入人心，成为全体师生员工的自觉行动，为学生素质的全面发展和学校事业的全面推进做出积极贡献。举办与节能减排相关的活动开展各种活动，大力宣传节约意识。举办专题讲座，组织科普活动，发放宣传资料，让学生更加了解到节能减排的重要性和长远性。

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第2章 LED在照明系统中的应用

2.1 LED的概念

发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）、硅（Si）等的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

2.2 LED的技术发展现状

我国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前已经实现了自主生产外延片和芯片。

近年来中国LED产品技术创新与应用开发能力逐渐提高，器件可靠性研究位置越来越突出，测试技术与标准也渐成热点，所有这一切均标志着中国LED产业已经进入了一个崭新的发展阶段。

LED的发光强度及发光效率迅速提高、发光颜色齐全、功率增加、成本降低，给开发各种功能的LED灯泡及灯具创造了极好的条件，也给二次开发LED产品创造良好的机会。例如，现在的城市交通信号灯及标志灯采用LED 替代了传统的白炽灯，不仅节省大量的电能，而且无须经常更换损坏的白炽灯；五彩缤纷的各种LED装饰灯，给城市夜景打扮得五光十色；广场上的超大屏幕的彩色LED显示屏让全世界的球迷过足了瘾。 虽然LED的发展如此迅速，但是还是有很多有待发展的地方，在某些领域的应用还有待发展。这也是我们要着眼于现

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状，针对现在的缺点和科技空缺点，去发展更加完美的LED。 2.3 LED照明的应用 （1）视频屏幕

全彩色LED显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。 （2）医疗照明

作为特殊照明，LED医疗照明具有高技术、高风险、高进入门槛等特点。国内LED医疗照明市场目前也尚处于初级阶段，无论是市场规模还是生产企业都还较少。随着国家对医疗卫生及国民健康的关注与投入的加大，医疗器械行业飞速发展，医疗照明需求日益扩大，也给LED医疗照明发展带来了新的机遇和挑战。

（3）LED冷冻食品照明

LED照明目前正大量应用于冷冻食品的照明，LED灯具及其他一些半导体器件都够有较高的发光效率，并且可长时间在较低温度下工作。而低效率的照明灯具，除了用于发光而消耗的能量外，其产生的大量散热也会需要冰箱系统来冷却，这会造成电量的浪费。 （4）景观照明

由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作为光源进行照明。LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。 （5）建筑物外观照明

对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没

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有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水准也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间。并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。 （6）地铁隧道照明

由于地铁常年在地下运行，对照明灯有很高的要求。它不仅要求节电、高亮度、长寿命,还必须保证不间断照明。然而，常用的白炽灯、日光灯、高压钠灯等都存在一定的缺陷，会出现一些难以避免的照明故障。

相比之下，LED拥有环保、节能、寿命长、光效高、无辐射等特点，延长使用寿命和大幅降低能耗。并且，LED抗震性强的特点非常适合地铁运营环境，可以做到六七年内不用更换，LED灯能效比普通荧光灯高出近50%。 2.4 LED在教学楼中的应用举例

以教学楼为例，教学楼约有6960盏。教学楼通常使用普通日光灯，每盏日

光灯的光通量为2000Lm左右，每盏功率为40W，每天使用8小时，一学年（按9个月计算）消耗电能约为6960x 40x 8x 30 x 9=601344 kWH（度），电费为601344 x0.61=366820元。

现在使用朗特隆JLM-LRG12WT59B/T LED节能灯，功率为9W, 光通量为1080Lm左右，要达到同样的照明亮度，需要13920盏LED发光源，按上面同样方法计算，一学年消耗电能约为13920 x 9 x 8 x 30 x 9=270604.8 kWH（度），电费约为270604.8x0.61=165069元。

通过以上计算得出，在同等条件下，一间教室使用LED发光源照明比使用日光灯一学年可节约电能330739.2 kWH（度），合计电费约201751元。

朗特隆JLM-LRG12WT59B/T LED节能灯成本为39.5 元，一盏40W日光灯成品价格在35元左右。教学楼安装LED发光源的总费用为13920x39.5=9840元，安装8盏日光灯总费用6960 x35=243600元。约一年半即可收回成本差。此型号的LED使用寿命约为50000h。所以从长期使用角度来看，采用LED发光源照明的综合费用大大低于日光灯照明的综合费用。

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第3章 太阳能技术在校园节能中的应用

3.1 太阳能电池的概念

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 3.2 太阳能电池的应用

太阳能是一种便捷、清洁的绿色能源。自20世纪50年代美国贝尔实验室研制出世界第一块实用的硅太阳能电池以来，太阳能电池及其组件的制造技术有了飞速发展。目前市场上主要的太阳能电池有单晶硅、多晶硅和非晶硅三种用太阳能电池。人们利用太阳能电池的途径主要有光热转换、光电转换和光化学转换三种。

太阳能电池集热装置可以安装在建筑外墙、窗户、屋顶等适当的地方，和建筑融为一体，将太阳能转化为电能从而节约能源。例如，学校在教学楼、学生宿舍、食堂及大学生活动中心等建筑可以安装太阳能电池光伏发电系统，实现太阳能与建筑一体化技术，利用再生能源发电可以减少线路输配电损失，节约电费；在教职工宿舍、大学生活动中心可以使用联集管式太阳能电池热水系统；车棚顶部可安装太阳能电池板，做成太阳能充电车棚既可以为师生的自行车、电瓶车遮风挡雨，还可以给电瓶车充电；校园的公告栏、书报栏也可以利用太阳能电池光伏发电系统，在减少线路敷设和安装投资费用的同时，太阳能电池组件还可以为行人及报栏遮风挡雨；在草坪等绿化区可以采用太阳能草坪灯，还能采用太阳能喷灌供水系统为绿化浇灌，节水、节电又环保。此外，还可以在校园内使用风光互补路灯，它是将太阳能电池组件与风力发电机有机地组成一个系统来为照明路灯提供能源，从而最大限度地利用可再生能源，也可以避免因电力中断而产生的安全问题。

3.3 太阳能电池的应用举例

朗达tyn-1太阳能路灯成本约为1190元，太阳能路灯中需要蓄电池，蓄电

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池作用是将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上照明的另外一种新能源路灯。 普通路灯功率约65W，价格约为300元。校园内约有180盏路灯。选用普通路灯一年（按9个月每天使用5小时算)的用电约为65x9x30x5x180 =15795kWH，电费约为9634.95元。普通路灯成本为000元，使用太阳能路灯的成本为214200元。约十六年可收回成本差价。

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第4章 总结

4.1 光电器件在校园节能中的应用

就目前来讲，虽然市电已不再像以前那么昂贵，但对于用电大户来讲，依然是不堪重负。对比各种用电途径，太阳能发电系统在诸如高校工厂这类用电量庞大的系统中，具有相当的优势。

拿太阳能灯具来讲。首先，太阳能灯具是利用太阳光电转换提供电能，取之不尽、用之不竭。其次，太阳能是绿色能源，环保无污染，符合我国现阶段提倡绿色环保的发展主题。第三，太阳能发出的电是低压直流电，因此绝对不会发生触电、火灾等安全事故。第四，太阳能安装方便简单，不需要另架电线，可就地自发自用，避免了因施工带来的不安全和不方便的因素。第五，一次投资与交流电长期投资等价，一次投资，长期受用。一般来讲，太阳能发电可质保25年，与交流电相比，减少了人工费、维修费及昂贵的电费。

鉴于高校的长期发展性，太阳能进入高校是最佳的节约用电途径。首先可从路灯上来改变，可将学校的路灯全部改为太阳能路灯，太阳能路灯发光效率高、高亮度、使用寿命长、节能、经济、环保、实用。充电一天可使用3—7天，解决了因阴雨天所带来的用电困扰。只需要一次性投资太阳能路灯的费用，便可25年高枕无忧了。另外，可尝试建立太阳能电站，根据设计，所发的电可供整个学校的正常照明和日常用电。可将学校所有的光源改成高效LED绿色光源，可有效大量节约电力资源。LED光源是利用半导体芯片做成的发光器件，具有发光效率高、耗电量小、使用寿命长、工作温度低、安全可靠性强、反应速度快、绿色环保等显著优点。经测试同等亮度下，耗电量仅是白炽灯的十分之一，而寿命却是白炽灯的50倍，荧光灯的20倍。 4.2 发展前景

作为21世纪最有潜力的能源，太阳能产业的发展潜力巨大。太阳能产业是新兴的朝阳行业，再加上良好的环境、行业本身的特性，使得太阳能产业具有较高的投资价值和发展潜力。目前，太阳能产业成长性好，是比较好的投资机会。

开发和利用太阳能是远有前景，近有实效的事业。推广太阳能光伏技术在照明中的应用是一个新的课题。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，太阳能

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光伏技术的效率、性价比将得到迅速提高，它在各个领域都将得到广泛的应用，也将极大地推动我国\"绿色照明工程\"的快速发展。

LED进入照明领域是照明技术的性飞跃。LED对绿色照明发展的历史性贡献将丝毫不逊于电子管时代到晶体管时代的飞跃，评价为如同晶体管跨越到大规模集成电路的巨变一样，也毫不夸张。

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