理论教育 LED照明的特点及应用领域探析

LED照明的特点及应用领域探析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:在光输出相同的情况下,LED灯具的能耗较白炽灯可减少80%。LED不含汞、铅等危害健康的物质,废弃物易回收再利用、不污染环境。另外,LED在铁路信号系统中也有广阔的应用前景。随着技术的成熟和成本的下降,LED将逐步进入家庭、办公室等通用照明领域,这将成为未来推动LED照明新一轮爆发式增长的主要驱动力,普通白光LED照明有非常大的潜在市场需求。

LED照明的特点及应用领域探析

1.LED照明的特点

白炽灯荧光灯等传统照明技术相比,LED照明技术可以将电能直接转化为光能,明显提高了能量转化效率,其应用于照明领域具有以下优点:

1)节能高光效。白炽灯和卤钨灯的发光效率为12~24lm/W,荧光灯和HID(氙气)灯的光效为50~120lm/W,LED经过不断的发展其发光效率一直在不断提高,目前LED芯片实验室光效已经达到303lm/W(Cree公司,2014年),LED灯具光效达到134lm/W(Cree公司,暖白色,2016年),已经超过白炽灯和荧光灯。在光输出相同的情况下,LED灯具的能耗较白炽灯可减少80%。

2)使用寿命长。白炽灯的使用寿命为1000~2000h,荧光灯、节能灯的寿命为5000~10000h,LED芯片的寿命一般可达80000~100000h。从技术上讲,LED整灯的使用寿命达到30000h已经不成问题,但实际上往往考虑成本因素选用质量较差的驱动电源及散热模块,从而导致LED整灯的使用寿命大幅下降。

3)响应时间快。白炽灯响应时间为ms级,LED的响应时间一般只有几ns~几十ns。

4)色彩丰富。白炽灯和荧光灯基本上为冷白色和暖白色,如要产生彩色光,需要在灯具表面刷涂料或遮盖有色片,或者在灯具中充惰性气体,因此色彩的丰富性受到了限制。LED目前已有多种单色芯片,包括红、绿、蓝三原色芯片,因此理论上可以组合出任意颜色。

5)控制灵活。白炽灯和荧光灯等传统灯具一般适宜于开关控制,LED灯具不仅可以开关控制,而且可以方便地实现连续调光,对于多种基色混光的LED灯具还可实现连续调节色温或颜色;LED的开关次数与寿命无关,因此也可实现丰富多彩的动态变化效果,成为景观照明、情景照明的理想选择。

6)绿色环保。一般荧光灯含有汞,废弃后如处理不当会污染环境。LED不含汞、铅等危害健康的物质,废弃物易回收再利用、不污染环境。

7)电气安全性好。传统的光源大多在高压下工作,使用升压逆变环节又降低了能源利用率,而LED采用低压直流供电,电气安全性好。

8)属于冷光源。LED不是由于被加热到高温状态才发光,属于由于电子能级跃迁而释放光能的冷光源,而且LED光谱比较集中,因此不会像白炽灯、荧光灯那样辐射大量的红外线紫外线(除专用的红外LED灯、紫外LED外),热辐射少,在对于热辐射、紫外辐射敏感的照明场合特别适用。

9)小型化。常见的大功率(1W)白光LED器件尺寸在1mm×1mm左右,单颗灯珠尺寸也在3~5mm见方,容易制成各种形状,体积小、重量轻、易集成、易隐蔽,容易实现景观照明中“见光不见灯”的梦想。

10)全固态器件。LED芯片为半导体器件,完全封装在环氧树脂内,属于全固态发光体,抗振动、耐冲击、不易破碎,坚固耐用。

2.LED照明的主要应用领域

LED光源具有其他照明方式不可替代的优点,因此它在照明及相关拓展领域具有广阔的应用市场与前景,下面主要从成熟市场、成长市场和新兴市场三个方面进行介绍。

(1)成熟市场

1)景观照明:LED功耗低、控制灵活、色彩丰富,因此在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的竞争力,景观及装饰照明是LED率先进入的照明领域之一,在奥运会世博会等重大LED示范工程的带动下,LED景观及装饰照明逐渐从一线城市推广到中小型城市,实现了规模化应用,2013年市场规模达528亿元。(www.daowen.com)

2)汽车车灯:LED低功耗、长寿命和响应速度快的特点在汽车车灯领域具有优势,目前LED已应用到汽车内部和外部照明,在汽车内部主要应用在仪表盘、背光照明、汽车阅读灯、显示系统等,在外部主要应用在制动灯、尾灯、转向灯、倒车灯、雾灯等(前照灯也已开始应用),2014年LED汽车灯市场规模约134亿元。

3)显示屏显示器件:我国LED显示屏起步较早,市场上出现了一批具有较强实力的生产厂商,已经形成了一个配套齐全的成熟行业,2014年LED显示屏市场规模约302亿元,国内LED显示屏市场的国产率接近100%。

4)LED背光源:随着LED背光技术的逐渐成熟,LED背光源已经成为液晶产品的主流形式,目前,LED在以手机平板电脑笔记本电脑等为主的中小尺寸背光源市场和以液晶电视为主的大尺寸背光源市场渗透率均已达100%,使用比例不断扩大,2014年LED背光源市场规模已达到约468亿元。

5)交通信号灯:目前,高亮度LED城市交通信号灯也已广泛应用,我国交通信号及指示灯市场规模达到数十亿元。另外,LED在铁路信号系统中也有广阔的应用前景。

6)太阳能LED照明:太阳能光伏板与LED灯具均为低压直流,新能源与绿色光源可以完美匹配,主要形式为太阳能LED路灯草坪灯、庭院灯等,市场规模达到数十亿元。

(2)成长市场

1)室内普通白光照明:目前LED已经进入室内普通白光照明领域,特别是在环境要求不间断照明的室内公共照明场所,如加油站、地下停车场、医院、星级酒店、商务会馆、商品展示柜台、高档商用写字楼等商用场所。随着技术的成熟和成本的下降,LED将逐步进入家庭、办公室等通用照明领域,这将成为未来推动LED照明新一轮爆发式增长的主要驱动力,普通白光LED照明有非常大的潜在市场需求。

2)道路照明:LED路灯的优点是省电、方向性强,环保、安全、长寿命,易维护,耐开关,易控制。用LED路灯替代传统路灯,一盏灯每年可节电约1000kW·h,目前珠三角多个城市已经开始换装LED路灯。我国用于城市道路照明的路灯存量约为2850万只,年增量150~200万只,市场潜力巨大。此外,全国隧道总长近5000km,隧道灯市场潜力也很大。

3)智能照明:智能照明不仅能满足工作、学习、生活的基本照度要求和照明品质,还可以根据用户意愿来自行营造光环境,照明系统也可根据环境变化进行自适应调控,并可通过互联网+实现更广的功能拓展,以更大程度地发挥LED照明的高效节能、灵活可控的优势。全球性的市场研究咨询公司MarketsandMarkets 2016年发布的市场研究报告《智能照明市场——全球预测至2022》指出:到2022年,智能照明市场产值将达194.7亿美元,2016~2022年的复合年均增长率将达27.1%。

(3)新兴市场

1)生物照明:利用LED植物灯,根据植物生长需求组合出特定波长的光,不仅能提升植物产量,还能控制对植物生长无效的波长,已经应用于农业温室中的植物栽培;此外,通过选定波长LED对藻类的照明,可以促进藻类的光生物反应,可用于废水处理、氧气再生等;通过特定波长LED照明,还可用于农业中的诱虫杀虫和渔业中的诱鱼捕鱼;利用紫外LED照明,可对水、空气、厨卫用具及医疗器械等进行杀菌消毒。

2)医疗照明:基于特殊波长光线对引起人体某些疾病的组织、细胞、病毒等的影响机理,LED照明可以用于疾病的光动力理疗、病毒灭活、美容保健等。

3)光固化:光固化是指高分子单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程,主要的固化产品包括油漆涂料、油墨和黏合剂,应用领域很广,如工业印刷、木材家具油漆、电子器件涂层、汽车部件涂层、3D打印等,紫外LED在很多场合可以取代传统汞灯,实现高效紫外光固化。利用特定波长的可见光也可对某些材料进行光固化,如用小巧的LED灯对牙科复合材料进行光固化。

4)特殊场合照明:LED在航空航天照明、博物馆照明、狭小区域照明等方面有独特优势,很多细分市场有待开拓。例如,LED光源发热量低,安全防火要求容易满足,光谱中不含损坏文物的红外线和紫外线,非常适合博物馆文物展示。

5)可见光通信:它基于可见光实现无线通信,即利用LED发出的肉眼看不到的高频信号来传输信息,可以直接利用LED照明光源,频谱不需要申请,无电磁辐射,保密性好,具有广阔的市场前景。

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