LED como generador de energía

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Como muchos de ustedes probablemente saben, un diodo emisor de luz normal, aunque es muy útil como indicador barato y ubicuo, puede funcionar como un generador de energía. El mecanismo es el mismo que se explota en las células fotovoltaicas, también conocidos como paneles solares.

Cuando un LED se expone a la luz, produce una corriente que fluye del ánodo al cátodo. Esta corriente se puede usar para alimentar directamente un dispositivo o para cargar un condensador de modo que una carga periódica pueda usar la carga almacenada de una vez, cuando sea necesario.

Para darle una mejor idea de los valores involucrados, la corriente de cortocircuito varía desde decenas de nanoamperios hasta unos pocos microamperios, mientras que el voltaje de circuito abierto es algo menor que el voltaje directo estándar del LED.

Actualmente estoy en el proceso de elegir una gama de LED para probarlos y ver si son adecuados para mi aplicación, pero estoy un poco atascado, principalmente porque usar un LED para alimentar algo es conveniente solo en términos de dinero, mientras que una celda fotovoltaica o Incluso un fotodiodo es una mejor opción en muchos otros aspectos. Ningún fabricante que he visto enumera la corriente de fotogeneración en la hoja de datos, y esto me parece bastante justo, pero dado que quiero evitar probar miles de LED, me gustaría comprar una gama seleccionada de ellos, así que necesito entender mejor el mecanismo subyacente que conduce a la fotogeneración.

Vamos a escribir la ecuación del diodo:

{yo}_{re} = {yo}_{s} ({mi}^{\frac{V_{re}}{V_{t}} - 1}) - {yo}_{sol}

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

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Donde depende de la tecnología y del área del dado. es la generación actual, y es el parámetro que estoy interesado en maximizar . $I_s=J_s\cdot A$ $I_G$

Aquí hay algunas cosas que he pensado:

Color del LED ya que el LED puede absorber un rayo de luz solo si la energía que transporta es mayor que la brecha, es obligatorio elegir LED con una brecha de baja energía (es decir, baja frecuencia) para poder absorber una porción más amplia del espectro. Esto me llevó a elegir LED rojos o infrarrojos.

corriente máxima la corriente directa máxima es proporcional al área del dado y a las capacidades de disipación de potencia. Dado que la corriente fotogenerada es proporcional al área, elegir un LED de alta corriente me parece sabio.

voltaje directo esto está algo relacionado con el voltaje de circuito abierto y actualmente no es un problema para mí, y creo que no tiene relación con la corriente fotogenerada.

corriente inversa No estoy seguro de que esto tenga mucho que ver con la corriente fotogenerada, pero cuanto mayor es la corriente inversa, mayor es el área, lo cual es algo bueno.

voltaje de ruptura No creo que esto tenga una relación con la fotogeneración.

Mi pregunta finalmente es:
¿Está de acuerdo con mi análisis y cree que me falta algo?
o mejor
¿Cuáles son los parámetros a tener en cuenta al buscar un panel fotovoltaico en la sección LED de un proveedor?

led energy-harvesting photonics

— Vladimir Cravero
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Le recomiendo que haga algunos números reales y vea cuántos nW podría extraer ...

— PlasmaHH

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Puede obtener energía útil de un LED: Alimentando un microprocesador AVR (sin querer) usando un LED aquí .

— bigjosh

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¿Por qué un LED, a diferencia de un fotodiodo, que está optimizado para la función, sería adecuado para su aplicación?

— Scott Seidman

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Porque es más barato y ya está presente en la plataforma. Nuevamente, este no es el punto de mi pregunta. No estoy tratando de resolver un problema al proporcionar una solución, quiero discutir el mecanismo del fotógeno en un LED y entender si una hoja de datos LED normal puede dar más pistas de las que pensaba.

— Vladimir Cravero

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Probablemente obvio, pero si estuviera buscando LED para esta aplicación, preferiría aquellos con paquetes claros. Los paquetes coloreados o esmerilados disminuirán la eficiencia de conversión. Los LED de mayor calificación podrían corresponder a troqueles más grandes y, por lo tanto, al área de conversión.

— JS.

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Color del LED : estoy de acuerdo aquí; Los LED con emisión óptica de baja energía deberían tener una 'banda de absorción' efectivamente más ancha en el espectro visible.

corriente inversa : creo que esto podría ser problemático. Como se trata de un 'problema de porosidad' con el diodo subyacente, veo que presenta un camino de pérdida probable para parte / toda su corriente fotogenerada. (Sin contar con datos experimentales contrarios) buscaría LED con una fuga menor, proporcional a la corriente directa.

Un elemento que no noté en su lista, pero creo que puede ser un factor importante:
eficiencia de conversión : en mi experiencia con el uso de otros componentes 'al revés', un componente que funciona de manera más eficiente cuando se alimenta con electricidad (como se diseñó) es casi siempre más eficiente cuando se genera electricidad. Por lo tanto, recomiendo encarecidamente el uso de LED con una salida de luz / eficiencia de energía eléctrica proporcionalmente más alta (la 'temperatura de color' puede no aplicarse aquí, debido al argumento del color del LED ).

— Robherc KV5ROB
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Creo que te falta algo: área de coleccionista. Los LED están hechos con dimensiones de chip muy pequeñas, algo así como un milímetro en un lado. Esto significa que al generar energía intercepta solo una cantidad muy pequeña de energía óptica para intensidades de luz "razonables".

Además, aunque no puedo probarlo, sospecho que los LED solo responderán a la luz dentro de su banda de emisión, lo que reducirá severamente la eficiencia del LED como dispositivo de generación de energía cuando se usa con una fuente de banda ancha como el sol o el ambiente. ligero. Puede probar esto con bastante facilidad: intente iluminar un LED con un LED de un color diferente.

— WhatBoughBeast
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También tengo esa sospecha. Encontré algunos datos flotando en la red que indican que los leds RGB son mucho mejores por esta razón exacta.

— Vladimir Cravero

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Debería google Forrest Mims y LED como detector. Aquí está mi primer golpe . Forrest hizo esto en los años 80 (?) Y creo que todavía usa LED para su selectividad espectral.

— George Herold
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Usó leds para poder tener una lente grande en lugar de necesitar dos lentes de transmisión y recepción separadas. La fibra óptica tiene el mismo problema, y me sorprende que no tengamos transceptores simples de fibra simple.

— Henry Crun

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Como se anuncia que mi respuesta anterior se eliminará, lo que puedo decir es lo que sé y no especular más allá. Si no conozco la química de los LED verdes que los hace sensibles a la luz, lo siento. Expongo solo lo que sé.

Los LED verdes son los que tienen la mejor respuesta como fotodetectores / generadores. Probé y le demostré a mi empleador, fabricante de equipos de procesamiento de audio de muy alto nivel, que los indicadores LED verdes en el panel frontal inducían picos de nuevo en los circuitos en eventos como flashes fotográficos. Los LED verdes también se utilizan en heliostatos para el seguimiento / detección de la luz solar. Su salida es muy modesta, pero genera mejor que otros colores. La web también debería revelar el comportamiento principalmente en los circuitos de seguimiento solar de heliostatos, y yo mismo construí uno hace años para matar el moho en mi pared norte.

— Externet
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El color (y el voltaje directo) tendrá un impacto que no ha tenido en cuenta, ya que el voltaje directo varía con el color, por lo que la potencia que obtiene para una corriente dada varía con el color / voltaje directo.

— Ecnerwal
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Ignora a los detractores Vlad: si estás preparado, hay un gran proyecto de investigación práctica aquí, en el que puedes sumergirte. Lo he usado en el pasado para controlar directamente las puertas fet, y también como entrada de datos para la configuración. Es una idea que es realmente oportuna ahora: los circuitos integrados de nanopoder + área grande / leds de gran tamaño significan que podrían ser fuentes de energía viables. Necesitamos algunos datos de investigación al respecto. Hay muchas teorías, no hay datos.

Es posible que desee probar filamentos de led hechos para bombillas.

No responde directamente a su pregunta, pero son una parte de producción estándar con ~ 20 troqueles LED en serie.

En aliexpress, hay versiones en blanco y rojo disponibles, y un par de longitudes diferentes. También hay grandes conjuntos de leds COB, así como leds de 5W que parecen tener 4 troqueles grandes en un paquete. Todos estos pueden hacer voltajes más altos.

Algunos vendedores se jactan de que usan troqueles más grandes que sus competidores, presumiblemente estos serían preferibles.

Los leds blancos están usando un troquel azul, y espero que el revestimiento de fósforo esté bajando, convirtiendo la luz fuera del rango de longitud de onda que el led puede convertir. Los leds blancos fríos hacen menos conversión. Por lo tanto, es probable que el blanco frío y el rojo funcionen mejor.

Preguntas abiertas:

Energía bajo luz solar fuerte
energía bajo luz interior especialmente luz llevada. Potencia de salida blanca cálida vs fría
Efecto de la temperatura.
diferencias entre las tecnologías led (gan vs algaas) y la longitud de onda
Eficiencia relativa de troquel grande vs pequeño. (un dado de 0.25 mm podría tener una proporción mucho menor de área activa que un dado de 1 mm
envejecimiento (un modo de falla estándar para los leds de basura es que desarrollan resistencia de derivación a través de la matriz.

— Henry Crun
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