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    新聞導航

    LED現(xiàn)代照明燈的(綠色)應用技術探討

    來源:www.lrxp78.com 發(fā)布時間:2019-12-09 返回

      LED技術在2010年上海世博會的廣泛應用,已引起人們的高度關注。目前世界的能源緊張,尋找并解決未來世界的能源問題成為頭等大事。自高亮度白光LED問世后,便以發(fā)光效率高、節(jié)電效果好、能耗低、安全、低熱量、無污染、壽命長、經濟性優(yōu)等特點,不但應用于照明,還在軍事產品以及其他科技產品上得到廣泛應用。LED照明燈的使用壽命在8-10萬小時左右,且在相同亮度的情況下,LED燈的耗電是白熾燈的1/8。由此可以預言:LED必將得到全球廣泛的關注以及推廣應用?,F(xiàn)在,我國政府正大力推廣高效節(jié)能產品,全面實行政府優(yōu)先和強制采購節(jié)能產品制度。因此,探討LED照明燈的應用技術很有必要。

      1.引言

      LED(Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,是現(xiàn)代聲控、光控、時控多用途的現(xiàn)代新生產品元件,是現(xiàn)代發(fā)展領先產品,是現(xiàn)代未來的(綠色)新代元件產品。是一種可以直接把電轉化為光的半導體器件。它依靠材料中的正負極電荷復合來發(fā)光。

      LED的內在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源,它有著廣泛的(綠色)新代元件產品用途。

      2.LED性能特性:

      2.1 節(jié)能安全(現(xiàn)代新能源將取代的元件)

      LED使用低壓電源,一般LED的工作電壓是2-3.6V,工作電流是0.02-0.03A,電的耗電量不超過0.1W。是一種比使用高壓電源用電更安全的電器。目前已開始使用在各種公共場所的指示電器上。

      2.2 高亮度、低熱量

      量度可達傳統(tǒng)燈泡亮度,并且更可調、可控的光源應用。耗電量是普通燈泡的30%左右,甚至比HID或白熾燈更少的熱輻射。安全性能增加200%倍。

      2.3 適用性強、體積小

      LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面,所以它非常的小,非常的輕,適用于各種環(huán)境,它也可以應用在現(xiàn)代的軍事以及科技產品上。

      2.4 使用壽命長

      在恰當的電流和電壓下,LED的使用壽命可達10萬小時。

      2.5 性能穩(wěn)定

      能正常工作8-10萬小時。

      2.6 響應時間短

      普通燈的響應時間為毫秒,而LED燈的響應時間為納米級。

      2.7 環(huán)保

      LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染不含汞等有害物質,熱量輻射很少,同時LED也可以回收再利用。

      2.8 堅固耐用,抗震性好

      比傳統(tǒng)燈具有更強的抗震性能,更能適應和滿足各種場合的安裝需求。LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面,它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分,這些特點使得LED可以說是不易損壞的新元件產品。

      2.9 光束集中

      2.10 發(fā)熱量很小

      對燈具材料的耐熱性要求很高。

      2.11 可控性強

      可以實現(xiàn)各種顏色的變化。是各種產品的現(xiàn)代元件,應用于聲控、光控、時控的新元件代替的新產品。

      3.LED晶片的分類

      3.1 按發(fā)光亮度分:

      A.一般亮度:R﹑H﹑G﹑Y﹑E等

      B.高亮度:VG﹑VY﹑SR等

      C.超高亮度:UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等

      D.不可見光(紅外線):R﹑SIR﹑VIR﹑HIR

      E.紅外線接收管:PT

      F.光電管:PD

      3.2 按特殊種類分:

      A.紅外線燈(不可見光)

      B.紅外線接收管

      C.光電管

      3.3 LED晶片在生產和使用中需注意的問題

      LED使用的條件:

      LED的功率從0.005W到1W甚至在3W到4.5W以上。因此LED工作需要滿足兩個條件:

      A.正向電壓V1≤3.4V。

      B.正向電流I≥20mA.一般為20mA到1A。

      LED在生產或使用中要注意靜電的防護。

      4.LED的用途

      4.1 采用白光LED作小型LCD彩屏的背光照明來取代冷陰極熒光燈(CCFT)。

      由于驅動白光LED有電路簡單、無須正負電源、且效率高、尺寸小的特點,在便攜式電子產品中獲得極其廣泛的應用。隨著白光LED性能的提高,白光LED作背光源的應用不僅用于手機、游戲機、PDA、MP4、數碼相機等小彩屏電子產品,目前已應用到屏幕尺寸更大的DVD、GPS及15英寸筆記本電腦中。它已成為LED最大用戶之一,占LED年產量的30%左右。

      4.2 采用白光LED作小型數碼相機的閃光燈來取代傳統(tǒng)的氙燈。

      由于采用短時間脈沖給LED供電可以比額定電流大一倍,給出的強光可滿足相機補光的要求。驅動LED閃光燈的電路無須高壓電源,也沒有較長的時間充電的缺點,可獲得更多的抓拍機會,并使電池使用時間更長。產品的使用率更高的要求。

      4.3 采用太陽能電池、蓄電池及白光LED組成的真正綠色照明系統(tǒng)。

      我國的太陽能電池生產量很大,2006年已達到370MW,太陽能組件的生產能力已大于1000MW。這對利用太陽能點亮白光LED燈創(chuàng)造了極為良好的條件。這不僅用于無電區(qū),同樣適合于城鎮(zhèn)(在國外,主要依靠大量安裝屋頂并網系統(tǒng)來發(fā)展太陽能光電產業(yè))。目前我國已能生產成套適合牧區(qū)人民應用的白光LED照明系統(tǒng)。在一些城市也采用太陽能電池、蓄電池及光控電路組成LED路燈,能自動地天黑點亮,天亮關斷。

      利用太陽能轉化成電能來替代火力發(fā)電是最理想的,但大規(guī)模地應用太陽能電能是一個大的系統(tǒng)工程。雖然我國已能生產大量的太陽能電池,但可惜的是95%用于出口,留在國內應用僅5%,目前利用太陽能點亮LED燈僅僅還在起步階段。上海世博會的應用才引起我們科技人員對產品的重視。

      4.4 采用白光LED燈取代白熾燈

      采用白光LED來取代白熾燈的研發(fā)工作起步不晚,在2004年后不少單位采用Φ5高亮度白光LED開發(fā)出小功率LED燈泡(15W)、15~20W的管燈及40~60W的路燈、投射燈等產品,但并未量產。在我國南方一些工廠生產出各種1~5W LED燈泡及一些白光LED燈具,但大部分都出口而在國內市場上反而少見。目前成批生產的替代白熾燈的有:礦燈、各種手電筒、應急燈、小瓦數閱讀燈及照明燈等。另外,有一些城市用LED路燈作試點工作,但尚未普及。

      用白光LED燈取代白熾燈達到使火電廠減少二氧化碳、二氧化硫排放及節(jié)電的意義是十分重大的。北大寬禁帶半導體研究中心張國義教授說:"如果全國居民用的電燈能有50%改用LED照明燈,每年節(jié)省的電量就是一個三峽發(fā)電站發(fā)電量的總和。"從目前來看,用白光LED燈取代白熾燈還剛開始,在LED的用戶中占很小的比例,不足LED年產量的3%。2010年上海世界博覽會的(綠色)環(huán)保,對LED技術的廣泛使用,已使人們受到啟發(fā)并引起關注。

      隨著半導體光電材料及工藝技術的進步及大功率白光LED的封裝結構的改進,使得這兩三年內白光LED的發(fā)光效率有長足的進步。1~5W的白光LED從以前的發(fā)光效率為30~40lm/W提高到50~60 lm/W,最近又提高到80lm/W。有一些頂級的發(fā)光效率可達100 lm/W以上。例如,Cree公司的一種4W冷白光LED,其光通量分擋,在350mA電流時其最高擋可達107~114lm(其功率為0.35A×3.3V=1.15W,其發(fā)光效率為93~99lm/W),典型的發(fā)光效率是80lm/W,而發(fā)展的目標是200lm/W。

      在發(fā)光效率上白光LED不僅遠遠地超過白熾燈,也超過普通熒光燈、緊湊型熒光燈(節(jié)能熒光燈),這意味著:白光LED燈比它們更亮、更節(jié)電;而在壽命上則遙遙領先。聲控、光控、時控應用更加廣泛。

      大功率白光LED的發(fā)光效率的提高給設計白光LED燈創(chuàng)造了條件,目前逐步用1~3W大功率白光LED來取代小功率Φ5白光LED設計LED燈。用1個到幾個(或十幾個)LED替代了幾十個到幾百個小功率Φ5白光LED,不僅增加了亮度、減小了體積,還提高了可靠性、簡化了工藝。在軍事產品、科技產品應用更加成熟。

      例如,采用18個1W的白光LED組成的小型路燈可發(fā)出1440lm光通量,若采用白熾燈則需要100W。另外,用一個65lm的1W白光LED做成的強光手電筒,它可照射幾十米遠;若采用白熾燈來做則是不可能做到的。

      5.LED存在的問題

      上面已介紹了白光LED的特點及性能的提高,并開發(fā)出應用于各種場合的白光LED燈,但LED燈難進百姓家。這不是生產上存在什么難題,主要原因是白光LED照明燈的發(fā)光效率還不太高,并且價格太貴,使一般百姓家難以接受。以家庭常用的白熾燈、節(jié)能熒光燈與相同亮度的白光LED燈的價格比較目前1W白光LED的單價是8~10元,3W的單價是20~25元(與LED的質量及品牌有關),另外還要驅動電路及結構件。再考慮生產廠家的利潤及商業(yè)利潤,則單價可能要120元以上。從表2可以看出:9W節(jié)能熒光燈的發(fā)光效率與LED差別不大,但單價要比同樣功率的白光LED燈價格低十幾倍以上。這是白光LED燈難進百姓家的主要原因。要等到大功率白光LED的價格降低8倍左右、發(fā)光效率提高到150lm/W時,LED燈才能普及,這可能要等幾年。節(jié)能熒光燈的上市到普遍應用也有近二十年時間(這有質量上的提高及價格下降的過程),白光LED燈的普及可能要比節(jié)能熒光燈快些(Φ5高亮度白光LED上市時單價大于1.5元,現(xiàn)在批量單價已降低到0.125~0.15元)。

      6.路在何方白光LED照明燈的推廣及普及的意義十分重大,但真的要在我國進入百姓家還有很多工作要做,要在技術上(發(fā)光效率達到120~150lm/W)、價格上(要比現(xiàn)在的價格降低8~10倍)有重大的突破,還需要不斷的努力。白光LED照明燈的推廣及普及工作是一項系統(tǒng)工程、重大項目,需要國家的規(guī)劃、引導及扶持,在政策上及經濟上的支持。

      我國的上海、南昌、大連、廈門等城市已建立四大半導體照明基地,非常重視LED燈的推廣使用工作。目前,廣東省的廣州、深圳、中山、東莞、佛山等城市的路燈已使用LED燈照明。

      目前LED照明燈雖然還難進百姓家,但是還有很多領域可以大量地應用LED照明燈。這些領域的應用可促進大功率白光LED的生產、可促進技術的提高,并可降低生產成本。在LED照明設計、應用上也可獲得更多的經驗,有利于將來的推廣。這些應用領域都是用電大戶,對節(jié)電能起到很大作用。它們是:

      A.城鎮(zhèn)街道的路燈系統(tǒng)(包括太陽能路燈系統(tǒng));

      B.隧道及地下停車場(包括地下商場);

      C.交通工具的照明(汽車、電車、輪船、飛機等的內部及部分外部照明燈);

      D.大的公共場所的LED照明系統(tǒng),例如火車站、地鐵站、飛機場、大型超市、大型百貨公司、大廈及醫(yī)院等;

      E.無電區(qū)的LED燈照明工程。

      由于LED照明燈一般采用低壓直流(恒流)供電。若采用交流220V市電供電,需要專門的變電裝置輸出低壓直流電(如12V、24V等)并由LED驅動器來驅動LED燈。所以最好在新建這些建筑時就考慮到用LED燈,則在建筑設計中都把它設計在內,這要經濟得多。而歸建筑原用日光燈的照明系統(tǒng)要改造成LED照明,則改造的費用大、改造的時間長(如改造一個地鐵站或一個候機大廳的照明系統(tǒng))。

      新建LED照明供電系統(tǒng)需要比傳統(tǒng)照明供電系統(tǒng)要復雜些,費用要高得多,如果沒有政策的支持及經濟的扶持是難以成功的。

      給LED供變電電路

      7. 總結

      通過上面的敘述,我們可以總結得出結論:LED不但具有電路簡單高效、功能多樣、性能穩(wěn)定、節(jié)能的優(yōu)點,而且溫度低,熱量小,安全性很大,有著廣泛的應用前景。通過2010年上海世博會的展示,人們對LED技術有更深刻的認識,更加確認它是高效節(jié)能綠色環(huán)保新產品元件,必須廣泛地應用。這也正好切合我國政府提出的加強節(jié)能減排工作,大力推廣高效節(jié)能產品,全面實行政府優(yōu)先和強制采購節(jié)能產品的制度,廣泛地應用LED技術,更好地完成我國政府部署的把節(jié)能減排作為加強宏觀調控、調整結構、轉變發(fā)展方式的重要任務。