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功率型LED在照明领域的应用—在省电气学会年会上的专题演讲
作者:合肥源辉光电子有限公司 吕晓峰
发布时间:2006-04-09
    各位来宾、专家,你们好!

    很荣幸省电气学会给我这样一次机会,让我在这里向大家介绍即将风靡全球的新型节能环保照明光源——大功率LED。

    在介绍大功率LED之前我先介绍一下我国的电力能源现状:

    我国是一个资源大国,但人均资源占有率却是相当的低。目前我国正处于工业化初中期阶段,对能源依赖程度较高;而世界的资源又不可能无限制地支持人类的高速发展和肆无忌惮地消费,过去教科书上所谓的“物质极大丰富” 对拥有13亿人口的中国来说仅仅是一个梦想。社会、经济发展的有序性往往又是由更多的无序作为代价的。因此,“可持续发展”、“绿色GDP”和“循环经济”等新观念开始成为人类文明的主题,影响人类的发展进程。

    在国家的十一五规划中,已将建设资源节约型、环境友好型社会作为十一五期间的重要工作。其中在公用设施、宾馆、商厦、写字楼以及住宅中推广高效节电的绿色照明是十一五规划中的十大重点节能工程之一。

    随着国家以人为本的安全生产理念、意识在煤炭生产领域不断地加强,随着矿产资源税税率地不断提高以及“十一五”期间进一步改革和完善能源和水的价格体系,使之能够反映出资源的稀缺程度,未来能源的价格必将会不断地上涨。人们用电的成本也会越来越高。国家发改委去年底已同意我省销售电价分类改革的请示。今年我省的非居民照明用电已由原先的0.56元/kWh上涨到0.785元/kWh。这当中包括党政机关、事业单位的用电,市政亮化、路灯用电,居民住宅小区的物业管理、小区照明、停车场用电等,每度均上涨了两角多。这些部门如果不使用节能电器,电费支出将会比去年增加40%。对于居民住宅小区而言,会大大增加物业管理的成本,而这一费用最终又会转嫁到业主的身上。因此,设计、使用新型节能电器,已是建设领域的时尚潮流和必然趋势。

    下面我简单介绍一下大功率LED在照明领域的应用

1、LED及其特点

    LED(Light Emitting Diode)即发光二极管,是一种半导体固体发光器件。提到LED,人们自然会想到数字大屏幕、指示灯和城市各类灯饰照明。其实在我们的生活中,它已无处不在。如手机内的背光照明,LED手电筒,各类家电上的信号指示灯等,光源都是LED。它们的功率一般在0.03~0.06W。所谓大功率LED其实只有1W左右,这是相对于通常0.06W的小功率LED而言的。

    作为即将风靡全球的光源,LED具有发光效率高,节能、环保和寿命长等优点。

    说LED节能,那是因为当前可工业化生产的功率型LED的光效已达到47 lm/W,与普通节能灯相当,是白炽灯的3~10倍。到今年5、6月份,还将会有95 lm/W的白光LED上市,而日本在实验室已做到了130 lm/W,这使得LED已成为世上发光效率最高的光源。

    说LED环保,那是因为LED光源报废后,废弃物可全部回收利用,不存在其他光源的碎玻璃污染和荧光灯废弃后造成严重地汞污染危害。

    说LED寿命长,那是因为它是固体发光器件,没有可移动的部件和悬挂的灯丝,结构牢固,所以能使用4~10万小时。LED寿命的概念与普通光源不同;普通光源不亮了就算寿命终结了;而LED的终结寿命是指亮度衰减到原有亮度的50%时就算是死亡寿命了;如不这样,则寿命长得难以计算。

    另外在灯具设计上,LED灯具的效率可高达96%以上,可完全摆脱那种光源加外罩的枯燥形状;它的发光体可设计为各种图案,为设计师提供了丰富地想象空间。

2、LED用于照明时的光效分析

    LED用于照明光源时,不仅发光效率高,更具有单向辐射性。因此,用LED做成的灯具除了用于装饰之外,几乎不会有光直接射向空中,造成电能浪费;也无需设置任何的灯罩,避免了灯罩对光的衰减。从目前我们实际应用的效果来看,1盏14W的LED路灯(庭院灯),其照到地面的亮度相当于采用乳白色球泡的30W节能灯和100W白炽灯照到地面的亮度;因为后两者有一部分光能经过灯罩时受到衰减,透过灯罩的光能又有一半是射向空中的;这些射向天空的光不仅对天空造成了光污染,更重要的是让埋单人白花了这些钱。

LED灯节电效果及用户使用的经济分析表

灯具类型

平均寿命
(h)

5万小时
用灯数

每年
用电量
(度)
每年换灯
费用
(元)
1年
运营费用
(元)
3年
运营费用
(元)
10年
运营费用
(元)
备注

12W LED
庭院灯

50,000 1 64 0 50 150 500 12W LED 照明灯与100W白炽灯效果相当,但每杆灯每年可节约285元。电费按民用电价0.77元/kWh,每日按点灯11小时计算。
100W
白炽灯
1000 50 401 4+20 335 1005 3350
3W LED
筒灯
50,000 1 18 0 17 51 170 电费按商业用电价0.95元/kWh,每日按点灯12小时计算。3W LED筒灯与14W节能灯筒灯效果相当,但每年可节约61元。
14W
节能灯
筒灯
5000 10 61 15+5 78 234 780
18W LED
地埋灯
50,000 1 73 0 56 168 560 电费按民用电价0.77元/kWh,每日按点灯10小时计算。采用LED地埋灯,每年可节约720元。
250W
地埋灯
1500 33 913 50+13 776 2298 7760
3W LED
射灯
50,000 1 18 0 17 51 170 电费按商业用电价0.95元/kWh,每日按点灯按14小时计算。采用LED射灯,每年可节约172元。
35W卤素
射灯
1000 50 178 15+5 189 567 1890
注:运营费用包含电费、换灯费。换灯费=灯的费用+换灯劳务费。电价按2006年新的安徽省电网销售电价计算。

3、工程造价分析

    虽然LED照明灯具有很多优点,但人们想它的价格一定会很高吧。其实这要看用在何处。如用于小区和道路照明以及公共场所的地埋灯、草坪灯等场所,由于能耗很低,可节省大量的电缆、护线管的费用,还可节省照明柜、变压器容量等费用,因此总的工程造价并未增加。只要在设计阶段就采用LED照明灯具,不仅没有增加费用,还为未来的管理者或业主节省了大量的运营费用。这些场所应用LED照明灯具是非常合算的。如果用于宾馆、饭店、商场、广告牌、地下设施、灯饰工程等场所,其所增加的投资,一般可通过节省的运营费用(电费、换灯费和换灯劳务费之和)在1~3年内将投资收回。

4、展望

    目前,LED照明产业已成为发达国家和地区企业投资的热门。美国2000年制订的“下一代照明计划”(NGLI)已被列入了能源法案,计划到2010年,用LED取代55%的白炽灯和荧光灯;欧盟的“彩虹计划”在2000年7月启动,通过欧盟的专项补助金来推广LED的应用。我国直到2003年才由科技部牵头联合六部委,紧急启动了 “国家半导体照明工程”。去年又在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020年)中将高效节能、长寿命的半导体照明产品列入优先发展主题。随着LED芯片制造技术的发展,它的亮度还在不断地提高。而美国和欧盟的大量使用,又会促使价格走向平民化,使得LED照明步入中国的千家万户,成为本世纪的主导光源。在LED灯具方面,为传统光源所配套的灯具已不能适应LED光源的结构特点,因此,LED光源的普及,又会派生出一大批为之配套的新兴产业。这些都为半导体照明提供了巨大的市场商机。

    面对照明光源即将发生重大转型的历史机遇,作为在LED照明领域的科学工作者,我感到压力很大,责任也很大。我国在大功率LED芯片制造及封装领域落后于国外,我省又落后于沿海城市。而另人可喜的是,在大功率LED照明领域,合肥已有两家科技创新型企业敢为人先,较早地进入了LED照明领域,并已形成各自的系列产品;一家是合肥能博万光电科技有限公司,专业从事LED封装的企业;一家是合肥源辉光电子有限公司,专业从事大功率LED应用的企业。由于我省经济发展相对落后,人们在购买产品时过多考虑的是产品的价格而非性能。因此,我们的产品在省内还属于超前产品,但在省外特别是沿海省份却相当受欢迎。科技的创新,是要服务于社会的。鼓励创新,应当更多地鼓励使用创新出来的成果,否则就失去了创新的意义。我们真诚地希望社会各届关心、支持LED产业的发展,希望各地政府建设部门,政府采购部门,工程设计部门改变观念,积极推动LED在照明领域的应用,同时也希望愿在半导体照明领域有所发展的公司与源辉合作,共同开创半导体照明的新时代。我相信,在我们大家的共同努力下,我省的LED产业定能向LED一样绽放光芒。谢谢!

合肥源辉光电子有限公司 吕晓峰
二ОО六年四月九日

 

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