LED作为发电机

电器工程 引领 能量收集 光子学
2022-01-23 07:35:58

你们中的许多人可能都知道,普通的发光二极管虽然作为一种廉价且无处不在的指示器非常方便,但也可以兼作发电机。该机制与光伏电池(即太阳能电池板)中所利用的机制相同。

当 LED 暴露在光线下时,它会产生从阳极流向阴极的电流。此电流可用于直接为设备供电,或为电容器充电,以便周期性负载可以在需要时一次性使用所有存储的电荷。

为了让您更好地了解所涉及的值,短路电流的范围从几十纳安到几微安,而开路电压略低于 LED 的标准正向电压。

我目前正在选择一系列 LED 来测试它们,看看它们是否适合我的应用,但我有点卡住了,主要是因为使用 LED 供电的东西在金钱方面很方便,而光伏电池或在许多其他方面,即使是光电二极管也是更好的选择。我见过的制造商没有在数据表中列出光生电流,这对我来说似乎很公平,但由于我想避免测试数千个 LED,我想购买其中的选定范围,所以我需要更好地了解导致光产生的潜在机制。

让我们写下二极管方程: $$ I_D = I_s(e^{\frac{V_D}{V_t} - 1})-I_G $$

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

其中 \$I_s=J_s\cdot A\$ 取决于技术,取决于芯片面积。\$I_G\$ 是发电电流,是我感兴趣的参数最大化

以下是我想到的一些事情:

LED 颜色由于 LED 只有在其携带的能量大于间隙时才能吸收光束,因此必须选择具有低能量(即低频)间隙的 LED,以便能够吸收更广泛的光谱部分。这导致我选择红色或红外 LED。

最大电流最大正向电流与芯片面积和功耗能力成正比。由于光生电流与面积成正比,因此选择大电流 LED 对我来说似乎是明智的。

正向电压这与开路电压有些相关,目前对我来说不是问题,我相信它与光生电流无关。

反向电流我不确定这与光生电流有多大关系,但是反向电流越大,面积越大,这是一件好事。

击穿电压我不认为这与光生有关系。

我的问题最后是:
你同意我的分析,你认为我遗漏了什么吗?
或更好
在供应商的 LED 部分中搜索光伏板时要查看哪些参数?

4个回答

LED 颜色——我同意;具有较低能量光发射的 LED 在可见光谱中应具有有效更宽的“吸收带”。

反向电流——我认为这可能是有问题的。由于这是底层二极管的“孔隙率问题”,我认为它为部分/全部光生电流提供了可能的损耗路径。我会(缺乏相反的实验数据)寻找与正向电流成正比的泄漏较低的 LED。

我在您的列表中没有注意到的一项,但认为它可能被证明是一个重要因素:
转换效率——根据我使用“向后”其他组件的经验,该组件在电力驱动时运行效率更高(按设计)发电时几乎总是更有效。因此,我强烈建议使用具有较高光输出/电功率效率的 LED(“色温”可能不适用于此处,因为LED 颜色参数)。

我相信你错过了一些东西 - 收集区。LED 采用非常小的芯片尺寸制成,例如边上一毫米。这意味着在发电时,它只拦截非常少量的“合理”光强度的光功率。

此外,虽然我无法证明这一点,但我怀疑 LED 只会对其发射波段内的光做出响应,这将严重降低 LED 作为发电设备的效率,当它与太阳或环境等宽带光源一起使用时光。您可以很容易地对此进行测试 - 尝试用不同颜色的 LED 点亮 LED。

你应该用谷歌搜索 Forrest Mims 和 LED 作为检测器。这是我的第一Forrest 早在 80 年代就这样做了(?)而且我认为他仍在使用 LED 来实现光谱选择性。

忽略反对者弗拉德——如果你能做到,这里有一个很棒的实用研究项目,你可以深入研究。我过去曾用它来直接驱动 FET 门,也用作配置的数据输入。这是一个现在非常及时的想法:纳米功率 IC + 大面积/大阵列 LED 意味着它们可以成为可行的能源。我们需要一些关于它的研究数据。有很多理论,没有数据。


您可能想尝试为灯泡制造的 LED 灯丝。

它没有直接回答您的问题,但它们是标准生产部件,串联了约 20 个 LED 芯片。

在速卖通上,有白色和红色版本可供选择,还有几种不同的长度。还有大 COB 阵列的 LED,以及 5W 的 LED,似乎在一个封装中有 4 个大芯片。所有这些都可以产生更高的电压。

一些供应商吹嘘他们使用比竞争对手更大的芯片,大概这些会更可取。

白色 LED 使用的是蓝色芯片,我预计荧光粉涂层会将光下变频到 LED 可以转换的波长范围之外。冷白色 LED 的转换较少。所以冷白色和红色可能效果最好。


开放式问题:

  • 强烈阳光下的能量
  • 室内光 esp led 灯下的能量。暖白与冷白功率输出
  • 温度的影响。
  • LED 技术(gan vs algaas)和波长之间的差异
  • 大芯片与小芯片的相对效率。(一个 0.25 毫米的芯片可能比一个 1 毫米的芯片具有低得多的有效面积比例
  • 老化(废品 LED 的标准故障模式是它们会在芯片上产生旁路电阻。