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所屬欄目:光電技術論文 發布日期:2010-08-17 09:19 熱度:
摘要本文通過分析LED路燈具有節能等優點,和一次性投資造價費用高等不足,結合新區路燈安裝實際,建議LED路燈在未安裝道路、需要改造的路燈,太陽能景觀燈在游園小巷,進行試驗性安裝,以總結經驗,逐步推廣。
關鍵詞:LED照明,現狀,傳統路燈
隨著能源的不斷消耗,資源的日益匱乏,溫室效應對人類的危害日趨顯著,大氣環境對地球的污染越來越嚴重,國際上要求節能降耗的呼聲越來越高,當今節約能源成為各國工作的重中之重。我國早在1996年就正式啟動綠色照明工程,提出照明工程要節約資源,防止污染,造福后代。利用太陽能、風能發電,做為第四代的光源半導體(LED)照明產品有了實質性的發展,在節能方面取得了令人矚目的成就。
2009年中國為應對全球經濟景氣下滑,推動公共工程振興經濟方案,LED路燈投資計劃正符合其需求。科技部預期在2009年推動“十城萬盞”LED路燈推廣計劃,也吸引北京、上海、深圳、武漢、黑龍江、河北等21個省市的積極參與,河南鄭州也位列其中。由于中國獨特計劃經濟形態,中央政府主導規劃將引領各地方政府實施的方向,2009年中國LED路燈市場將起飛,預計市場規模約越來越大。以廣東為例,今年,廣東省開始大規模實施“千里十萬”大功率LED路燈產業化示范推廣工程。即在廣州、東莞、佛山、中山、肇慶、汕頭等市建設總里程1500公里左右,規模約10萬盞的LED路燈示范推廣工程。
一、LED光源簡介
LED(Light-Emitting-Diode)是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體,又稱發光二極管,是利用固體半導體芯片作為發光材料,當兩端施加正向電壓時,半導體中載流子發生復合,放出過剩的能量而引光子發射產生可見光、遠紅外、近紅外光,在照明中只利用了LED的可見光。
LED作為照明光源,其特點如下:
1、高效率,高亮度:按照通常的光效定義,LED的發光效率并不高(一般10-30lm/W,目前已知光效最高的橙紅色LED光效可以達到55lm/W),但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段,效率可以達到80-90%,而光效差的白熾燈其可見光效率僅為10-20%。
2、低熱量:由于光譜中沒有紫外線和紅外線,故沒有熱量,沒有輻射,LED屬于典型的綠色照明光源。相比傳統光源來講,可稱為冷光源。
3、高純度光色:典型的LED光譜狹窄,發出的光線很純,還原于自然色彩。
4、多色彩:赤橙黃綠青藍紫,理論上可有無數種組合。
5、能耗小:單體LED的功率一般在0.03-1W,有的達到3W,通過集群方式可以滿足各種造型的需要。
6、壽命長:光通量衰減到70%的理論壽命為10萬小時,實際應用中至少可達5萬小時。
7、體積小:可平面封裝易開發成輕薄短小產品,做成點、線、面各種形式的具體應用產品。
8、安全:LED單體工作電壓1.5-5V之間,工作電流20-70mA之間,人體接觸無危險。
9、響應快:適合于頻繁開關以及高頻運作的場合。
10、無污染:LED光源不含汞、鉛等有害物質,廢棄物可回收,沒有污染,可謂綠色照明。
11、控制靈活:通過調整電流可以調光,不同光色的組合可以調色,加上時序控制電路可以達到多樣的動態變化效果。
12、防撞擊和防震動,采用環氧樹脂的封裝結構可承受高強度的機械沖擊和震動。
13、冷啟動和低直流:在-40℃的環境下也可啟動,LED燈是電流驅動的固態照明裝置,在3.5VDc環境下照常工作。
14、免維修:一般情況下,5年~10年不用維修。
二、目前LED在城市照明中的主要應用形式
1、景觀照明一般景觀燈包括庭院燈和草坪燈等,由于LED不像傳統燈具光源多是玻璃泡殼,它可以與城市街道家具很好的有機結合。可以在城市的休閑空間如路徑、樓梯、甲板、濱水地帶、園藝區域進行照明。對于花卉或低矮的灌木,可以使用LED作為光源進行照明。LED隱藏式的投光燈具會特別受到青睞。固定端可以設計為插拔式,依據植物生長的高度,方便進行調解。
2、道路照明隨著LED技術的發展,在道路照明中的應用也逐漸受到重視。目前主流LED照明公司正在積極開發出將LED技術應用于道路照明的最佳方案,從而研發出更加耐用、低能耗的道路照明設備。LED節能省電,在降低能源消耗以及整體操作成本的同時,LED路燈有助于減少光污染,此外,大城市向天空排放熱量的時代可能就要成為過去。多個周邊城市開始建設安裝LED綠色照明示范道路。
3、利用太陽能電池作為能源的LED燈具目前大多數太陽能路燈所用的光源都是LED光源,因為LED低耗電的特點使利用太陽能電池作為能源大規模應用成為現實,極低的工作電壓省去了傳統光源必需的DC-AC轉換電路,使能源的利用率大大提高,擴大了燈具的應用范圍,節約能源,有利環境保護。
三、目前LED在城市照明應用中存在優勢和不足
(一)LED照明的優勢:
1、LED是一種半導體二極管,它的壽命非常長。當光通量衰減到80%時,其壽命達到了25000小時。而金屬鹵化物燈的壽命在6000-12000小時,高壓鈉燈的壽命是12000小時。
2、LED的基本結構是一塊電致發光的半導體材料,放置在一個有引線的架子上,然后四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。
3、白光LED的光色比高壓鈉燈好。在中間視覺水平下,人眼在高色溫環境里比低色溫環境更容易辨別事物。白光LED的顯色性也比高壓鈉燈好很多,高壓鈉燈的顯色指數只有20Ra左右,而白光LED可以達到65-80Ra。
4、LED能實現較完美的調光功能。由于LED的工作范圍較大,其光輸出和工作電流成正比,因此可以減小電流的方法來調光。另外,由于LED進行頻繁技術開關對其沒有太大的損傷,LED的調光還可以采用脈沖寬度調節的方法來得到,通過調節電壓的占空比和工作頻率,能夠有效調節LED的發光強度。
5、在燈具的光學系統內,LED光源的光通量損失最小。與傳統光源不同,LED是半空間發光的光源。高壓鈉燈或金屬鹵化物燈是全空間發光的光源,需要將一個半空間的出射光線改變180°方向投向另一半空間內。當我們依賴反射器來完成時,反射器對光線的吸收和光源自身的擋光是不可避免的。而使用LED作為光源,不會存在這方面的損失,光線的利用率比傳統光源高。
6、LED光源不含有害金屬汞,不象高壓鈉燈或金屬鹵化物燈在報廢時對環境造成危害。
7、LED作為點光源,如果設計合理,很大程度上可以直接解決傳統球狀光源必須依靠光發射來解決的二次取光及光損耗問題。
8、對光照射面的均勻度可控,理論上可以做到在目標區域內完全均勻,這也能避免傳統光源“燈下亮”現象中的光浪費。
9、色溫可選,這樣在不同場合的應用中,也是提高效率、降低成本的一個重要途徑。
10、技術進步空間依然很大。
(二)、LED照明的不足:
1、LED照明標準尚未制訂
中國目前沒有統一的LED燈具國家標準。在網上能見到的是“LED道路照明燈具標準草案”、福建省質監局中檢所負責起草的節能燈具標準《普通照明用LED燈具》地方標準。沒有統一的國家標準規范指導LED生產廠家,使之目前標準混亂,產品質量參差不齊。
2、國內照明企業創新能力不足
國內LED燈具造型創新設計能力明顯不足,很難與國際市場潮流接軌,目前模仿和抄襲的較多;大功率白光LED光源的發光亮度即流明數還需提高;大功率LED光源本身的散熱和延緩光衰還有技術瓶頸;大功率LED光源和大功率LED驅動IC本身的物理散熱技術還有待進一步改進。LED光源產業、LED驅動IC產業和LED燈具產業都急需向相應國際產業技術合作和學習,以國際一流技術來制造自已的產品。
3、LED照明的各類燈具還沒有進入大批量生產階段。
4、LED驅動IC還有待于進一步提高恒流精度和擴大輸入電壓范圍。
5、LED路燈造價較高,不利于推廣普及。雖然目前初步解決了LED路燈的散熱問題,但是過高的價格和過重的燈頭仍然會阻礙LED路燈的普及。
6、LED路燈模塊化的可靠性仍需加強,由于驅動電路等原因也會造成LED路燈的失效。
7、無論是單點還是多點光源的LED路燈都存在著散熱難的問題。一盞采用250W高壓鈉燈的路燈,由于技術較成熟,散熱控制得很好,即使工作5000小時,光衰仍然較小,發光效率還可以達到70%以上。以目前的技術,相同條件下大功率LED路燈,由于散熱問題不易解決,光衰較大,發光效率會下降到30%。如果想用加大電壓電流的方法提高光效,很容易造成LED芯片損毀的現象。
8、LED路燈射程短,在較高高度下工作,燈光就顯的很暗,所以有開車的師傅說不開車燈的情況下,覺得有LED路
四、當前LED路燈與傳統路燈的主要技術性能指標對比:
五、當前LED路燈與傳統路燈的投資分析:
六、當前已安裝傳統路燈改造為LED路燈后的投資分析:
七、節能指標計算(每天按12小時計算):
每年節約電能=365x10x(0.3-0.15)=547.5度
每年節約電費=547.5x0.62=339.45元
經過LED路燈改造后,每盞燈每年節約電費339.45元。
八、建議:
綜上所述,簽于LED路燈具有節能、省電、環保等優點,但一次性投資造價費用高、技術不夠成熟、發光亮度不夠高,結合新區路燈安裝實際,建議LED路燈在未安裝道路、需要改造的路燈,太陽能景觀燈在游園小巷,進行試驗性安裝,以總結經驗,逐步推廣。
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文章標題:LED路燈的現狀分析
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