LED als Stromerzeuger

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Wie viele von Ihnen wahrscheinlich wissen, kann eine normale Leuchtdiode, obwohl sie als billiger und allgegenwärtiger Indikator sehr praktisch ist, als Stromgenerator fungieren. Der Mechanismus ist der gleiche, der in Photovoltaikzellen, auch Solarmodulen genannt, genutzt wird.

Wenn eine LED Licht ausgesetzt wird, erzeugt sie einen Strom, der von Anode zu Kathode fließt. Dieser Strom kann verwendet werden, um ein Gerät direkt mit Strom zu versorgen oder um einen Kondensator aufzuladen, so dass eine periodische Last die gespeicherte Ladung bei Bedarf auf einmal nutzen kann.

Um Ihnen eine bessere Vorstellung von den beteiligten Werten zu geben, reicht der Kurzschlussstrom von zehn Nanoampere bis zu einigen Mikroampere, während die Leerlaufspannung etwas geringer ist als die Standard-Durchlassspannung der LED.

Ich bin gerade dabei, eine Reihe von LEDs auszuwählen, um sie zu testen und zu prüfen, ob sie für meine Anwendung geeignet sind, aber ich stecke irgendwie fest, hauptsächlich, weil die Verwendung einer LED zur Stromversorgung nur in Bezug auf Geld praktisch ist, während eine Photovoltaikzelle oder Sogar eine Fotodiode ist unter vielen anderen Aspekten eine bessere Wahl. Kein Hersteller, den ich gesehen habe, listet den Photogenerationsstrom im Datenblatt auf, und dies scheint mir fair genug zu sein, aber da ich vermeiden möchte, Tausende von LEDs zu testen, möchte ich einen ausgewählten Bereich davon kaufen, daher muss ich den besser verstehen zugrunde liegender Mechanismus, der zur Photogeneration führt.

Schreiben wir einfach die Diodengleichung auf:

{ich}_{D.} = {ich}_{s} (e^{\frac{{V.}_{D.}}{{V.}_{t}} - - 1}) - - {ich}_{G}

$I_D = I_s(e^{\frac{V_D}{V_t} - 1})-I_G$

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Wobei technologieabhängig und die Flächenabhängigkeit ist. ist der Generationsstrom und der Parameter, den ich maximieren möchte . $I_s=J_s\cdot A$ $I_G$

Hier sind einige Dinge, an die ich gedacht habe:

LED-Farbe Da die LED einen Lichtstrahl nur dann absorbieren kann, wenn die Energie, die sie trägt, größer als die Lücke ist, ist die Wahl einer LED mit einer Lücke niedriger Energie (dh niedriger Frequenz) ein Muss, um einen breiteren Teil des Spektrums absorbieren zu können. Dies führte mich dazu, rote oder Infrarot-LEDs zu wählen.

Maximaler Strom Der maximale Durchlassstrom ist proportional zur Chipfläche und den Verlustleistungen. Da der photogenerierte Strom proportional zur Fläche ist, erscheint mir die Wahl einer Hochstrom-LED sinnvoll.

Durchlassspannung Dies hängt etwas mit der Leerlaufspannung zusammen und ist derzeit kein Problem für mich, und ich glaube, dass es keine Beziehung zum photogenerierten Strom hat.

Rückstrom Ich bin mir nicht sicher, ob dies viel mit photogeneriertem Strom zu tun hat, aber je größer der Rückstrom ist, desto größer ist die Fläche, was gut ist.

Durchbruchspannung Ich glaube nicht, dass dies einen Zusammenhang mit der Photogeneration hat.

Meine Frage ist schließlich:
Stimmen Sie meiner Analyse zu und glauben Sie, dass mir etwas fehlt?
oder besser
Welche Parameter sind bei der Suche nach einem Photovoltaik-Modul im LED-Bereich eines Lieferanten zu beachten?

led energy-harvesting photonics

— Vladimir Cravero
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Ich empfehle Ihnen, einige tatsächliche Zahlen zu machen und zu sehen, wie viele nW Sie extrahieren

— könnten

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Sie können Nutzleistung von einer LED erhalten: Versorgen eines AVR Mikroprozessor (unbeabsichtigt) unter Verwendung einer LED hier .

— Bigjosh

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Warum ist eine LED im Gegensatz zu einer auf die Funktion optimierten Fotodiode für Ihre Anwendung geeignet?

— Scott Seidman

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Weil es billiger ist und bereits auf der Plattform vorhanden ist. Auch dies ist nicht der Punkt meiner Frage. Ich versuche nicht, ein Problem zu lösen, das eine Lösung bietet. Ich möchte den Mechanismus des Photogens in einer LED diskutieren und verstehen, ob ein normales LED-Datenblatt mehr Hinweise geben kann, als ich gedacht habe.

— Vladimir Cravero

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Wahrscheinlich offensichtlich, aber wenn ich nach LEDs für diese Anwendung suchen würde, würde ich diejenigen mit klaren Paketen bevorzugen. Farbige oder gefrostete Verpackungen verringern die Umwandlungseffizienz. LEDs mit höherer Nennleistung können größeren Chips und damit der Konvertierungsfläche entsprechen.

— JS.

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LED-Farbe - da stimme ich zu; LEDs mit niedrigerer optischer Emission sollten im sichtbaren Spektrum ein effektiv breiteres "Absorptionsband" aufweisen.

Rückstrom - Ich denke, das könnte problematisch sein. Da dies ein "Porositätsproblem" mit der zugrunde liegenden Diode ist, sehe ich einen wahrscheinlichen Verlustpfad für einen Teil / den gesamten photogenerierten Strom. Ich würde (kurz vor entgegengesetzten experimentellen Daten) nach LEDs mit einer geringeren Leckage suchen, die proportional zum Durchlassstrom ist.

Ein Punkt, den ich in Ihrer Liste nicht bemerkt habe, der sich jedoch als wichtiger Faktor erweisen könnte:
Umwandlungseffizienz - Nach meiner Erfahrung mit der Verwendung anderer Komponenten "rückwärts" eine Komponente, die bei elektrischer Stromversorgung (wie vorgesehen) effizienter funktioniert. ist bei der Stromerzeugung fast immer effizienter. Daher würde ich die Verwendung von LEDs mit proportional höherer Lichtleistung / elektrischer Energieeffizienz wärmstens empfehlen (die „Farbtemperatur“ kann hier aufgrund des LED-Farbarguments möglicherweise nicht zutreffen ).

— Robherc KV5ROB
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Ich glaube, Ihnen fehlt etwas - Sammlerbereich. LEDs werden mit sehr kleinen Chipabmessungen hergestellt, etwa einem Millimeter an einer Seite. Dies bedeutet, dass bei der Stromerzeugung nur eine sehr geringe Menge an optischer Leistung für "angemessene" Lichtintensitäten abgefangen wird.

Obwohl ich es nicht beweisen kann, vermute ich außerdem, dass LEDs nur auf Licht innerhalb ihres Emissionsbandes reagieren, was die Effizienz der LED als Stromerzeugungsgerät bei Verwendung mit einer Breitbandquelle wie Sonne oder Umgebung erheblich verringert Licht. Sie können dies leicht genug testen - versuchen Sie, eine LED mit einer LED einer anderen Farbe zu beleuchten.

— WhatRoughBeast
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Ich habe auch diesen Verdacht. Ich fand einige Daten im Netz, die besagten, dass RGB-LEDs aus genau diesem Grund viel besser sind.

— Vladimir Cravero

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Sie sollten Forrest Mims und LED als Detektor googeln. Hier ist mein erster Treffer . Forrest hat dies in den 80ern getan (?) Und ich denke, er verwendet immer noch LEDs für ihre spektrale Selektivität.

— George Herold
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Er verwendete LEDs, damit er nur ein großes Objektiv haben konnte, anstatt zwei separate Sende- und Empfangslinsen zu benötigen. Glasfaser hat das gleiche Problem, und ich bin immer noch erstaunt, dass wir keine Simplex-Einzelfaser-Transceiver haben.

— Henry Crun

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Da meine vorherige Antwort zum Löschen angekündigt wird, kann ich sagen, was ich weiß und nicht darüber hinaus spekuliere. Wenn ich keine Kenntnisse über die Chemie grüner LEDs habe, die sie lichtempfindlich machen, tut mir leid. Ich enthülle nur das, was ich weiß.

Grüne LEDs reagieren am besten als Fotodetektoren / -generatoren. Ich habe meinem Arbeitgeber, dem Hersteller von Audioverarbeitungsgeräten auf sehr hohem Niveau, getestet und gezeigt, dass grüne LED-Anzeigen auf der Vorderseite bei Ereignissen wie fotografischen Blitzen Spitzen in die Schaltkreise zurückführen. Grüne LEDs werden auch in Heliostaten zur Verfolgung / Erfassung von Sonnenlicht verwendet. Ihre Ausgabe ist sehr bescheiden, erzeugt aber besser als andere Farben. Das Internet sollte auch das Verhalten hauptsächlich in Heliostat-Sonnenverfolgungsschaltungen offenlegen, und ich habe vor Jahren selbst eine gebaut, um Schimmel in meiner Nordwand abzutöten.

— Externet
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Farbe (und Durchlassspannung) haben einen Einfluss, den Sie nicht berücksichtigt haben - da die Durchlassspannung mit der Farbe variiert, variiert die Leistung, die Sie für einen bestimmten Strom erhalten, mit der Farbe / Durchlassspannung.

— Ecnerwal
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Ignorieren Sie die Neinsager Vlad - wenn Sie dazu bereit sind, gibt es hier ein großartiges praktisches Forschungsprojekt, in das Sie eintauchen könnten. Ich habe dies in der Vergangenheit verwendet, um Fet-Gates direkt anzusteuern und auch als Dateneingabe für die Konfiguration. Es ist eine Idee, die jetzt wirklich aktuell ist: Nanopower-ICs + LEDs mit großer Fläche / großem Array bedeuten, dass sie lebensfähige Energiequellen sein könnten. Wir brauchen einige Forschungsdaten dazu. Es gibt viele Theorien, keine Daten.

Vielleicht möchten Sie LED-Filamente für Glühbirnen ausprobieren.

Es beantwortet Ihre Frage nicht direkt, aber es handelt sich um ein Standardproduktionsteil mit ~ 20 LED-Stempeln in Serie.

Auf aliexpress gibt es weiße und rote Versionen sowie verschiedene Längen. Es gibt auch große COB-Anordnungen von LEDs sowie 5-W-LEDs, die 4 große Chips in einem Paket zu haben scheinen. All dies kann zu höheren Spannungen führen.

Einige Anbieter geben an, dass sie größere Matrizen als Konkurrenten verwenden, vermutlich wären diese vorzuziehen.

Weiße LEDs verwenden einen blauen Chip, und ich gehe davon aus, dass die Leuchtstoffbeschichtung das Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs, den die LED konvertieren kann, herunterkonvertiert. Kaltweiße LEDs führen weniger Konvertierung durch. Kaltes Weiß und Rot funktionieren also wahrscheinlich am besten.

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— Henry Crun
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