LED道路照明技术及其发展前景 |
| 2012-08-04 13:57 作者：吴聚辉 董新丰 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月4日消息 《硅谷》杂志2012年第12期刊文称,介绍LED的基本原理和主要特点，并将LED照明与传统路灯在体积、反应速度、抗震性、使用寿命、使用电源适应性、成本等方面进行一系列对比，就目前而言，LED路灯照明与传统路灯各具优势，LED照明更先进且受期待、前景广阔。
随着我国社会经济和城市建设的快速发展，如何改变传统高耗能、高污染的经济增长方式，发展以低能耗、低排放为标志的低碳经济已成为全球的共识。LED作为一种绿色、高效、长寿命的光源，逐渐走入人们的视野。2009年，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，推动了LED在城市道路上的应用，加速了LED照明产业的升级。在照明领域，LED必然是未来的发展趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
1LED的发光原理
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封。半导体材料的晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这里边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的颜色取决于P-N结的材料。
2LED路灯的特点
大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。电光源照明经历了白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯三个重要阶段。现在人们普遍认为LED将发展成为第四代光源，即半导体照明。
1）节能、环保。研究资料表明，由于LED是冷光源，眩光小，无辐射，半导体照明自身对环境没有任何污染。而且具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个10-12W的LED光源发出的光能与一个35-70W的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果，LED比传统光源节能40%-50%。LED路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的；LED路灯光具有单向性，没有光的漫射，保证光照效率；
2）寿命长。LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，体内也没有松动部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命为5万小时。
3）响应速度快。LED发光管响应时间很短，能按要求保证多个光源或一个光源在不同区域之间的工作切换。采用专用电源给LED光源供电时，达到最大照度的时间小于10ms。
4）多变幻。LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256＝16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
5）综合性能高。LED与其他光源相比，不论是在抗震、寿命、启动时间方面都很出色。（详见下表）
光源种类 白炽灯 卤钨灯 高压钠灯 金属卤化物灯 LED
光效（lm/w） 6.5-25 14-30 64-150 52-130 55-110
平均寿命（h） 2000 2200 24000 10000 50000
显色指数Ra 95-99 95-99 50-85 60-90 65-95
启动稳定时间（min） 瞬时 3-5 4-8 瞬时
再启动时间（min） 瞬时 8-13 10-15 瞬时
闪烁 不明显 明显 明显 不明显
表面亮度 大 较大 大 较大
抗震性能 差 较好 好 好
3制约LED推广发展的因素
LED照明目前还只适用于一些特殊场合，由于目前国内外已研制成功的LED光效还不够高，功率也不够大，价格较高，所以要全面取代目前普遍使用的白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯，尚需以下问题需要解决：
1）散热。LED是光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高，散热不良将导致芯片结温迅速上升，环氧树脂炭化变黄，LED加速光衰，降低了LED的寿命，因而要解决散热问题。常用铝质基来给LED散热，这就牵涉到绝缘问题，如果绝缘不好会导致大量LED不通或者损毁。
2）电源效率。LED电源与白炽灯、荧光灯有很大的区别。白炽灯，荧光灯使用220V的交流电。而LED的电源则需要直流的恒定电流，所以需要将220V的交流转换为直流。电源的效率不高将直接影响到整个照明灯具的效率，因此提高电源效率对于提高LED照明效率来说显得尤为重要。
3）光特性。与传统灯具相比，1颗LED发出的光比较少，所以需要使用多颗LED。其参数离散型也是一个技术问题。同时，由于LED的发光面积小，亮度高，人眼直视的话很容易眩晕。为了降低亮度，需要使用扩散板。但是，使用扩散板的话，光向各个方向发散，降低了光的效率。
要想减少光的浪费，控制配光分布（所谓配光分布是指光源的方向以及各方向的发光强度）需要使用透镜和反光镜，但就目前一些厂商提供的配光曲线图来看，配光还不够合理，均匀度也不够好。
4）价格过高。价格是LED难以普及的主要因素，虽然LED目前被多数人看好，优点也很多。但是过高的初始费用还不能让普通消费者接受。
以LED路灯举例说明，一套250W高压钠灯约为1500元，光源寿命2.5万小时。180WLED路灯每套4500元，使用寿命5万小时。如果灯具损坏，高压钠灯的光源电器只需更换，一次（含人工费、台班费）约需500元左右，灯具还可以继续使用。而LED路灯必须整体全套更换。即使180WLED路灯光效已达到250W高压钠灯的水平，可节约70W功率，每度电价约为0.8元/KWh，光源寿命按5万小时计算，可节约电费（实际LED光源寿命很难达到50000小时），可180WLED路灯一次性投资就比250W高压钠灯多3000元。就造成了目前LED省电不省钱的说法。
4发展前景
与传统光源相比，LED特别是白光LED在一般照明领域中的优势和节能潜力，使它日益受到路灯管理部门及相关专业技术人员的关注，也成为了当前半导体研究领域以及照明产业中的热点。随着LED照明技术的进一步提高，LED路灯技术的日趋完善，将有快速的发展。考虑到我国约有2亿盏路灯这一广阔市场，加上已有部分生产企业产品出口，市场前景更为看好。
5结语
作为一种冷光源，LED具有很多传统光源所不能比拟的优势，以其节电、环保、寿命长等优点深得大众瞩目。然而，任何新事物的产生与发展必然会遇到各种各样的瓶颈，LED要想成为未来照明的主流，价格及成本仍然是最大障碍。LED要在价格上与传统灯具进行竞争，需要LED厂商降低成本，建立统一的产品标准，解决散热、发光效率等一系列技术问题。短期内只能是在LED技术不断成熟，发光效率不断提高的前提下，通过LED的寿命优势和节能优势来弥补灯具价格上的劣势。相信在全球LED产业新技术的突飞猛进下，LED的缺点会被逐步克服，未来前景一片光明，大有发展前途。（原文载于《硅谷》杂志2012年第12期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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