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LED照明灯具应用效果分析

2017-05-15 09:05:23本网

  LED早已不是大众生的新名词,我们身边处处可其踪迹:清晨手机钟一响,LED就已经开始工作了给手机屏提供背光的就是LED;在马路上告我们何时下车、何时放开离合的红绿交通灯是LED;到了办公伸出食指按下的电梯层指示灯也是LED;进入办公室打开计算机后,告我们可以开始上网冲浪的主机和显示器的指示灯还是LED.如今,LED负的革命性任务就是取代传统卤素灯或者荧光灯,成为日常照明工具。

  LED的发光原理及电气特性1.1LED发光原理能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。每颗LED灯最关键的部件是一个半导体的“P-N”结,这个结由P型半导体和N型半导体物质通过一定工艺连接而成,当有适当电流通过这个结时,PN结内的电子与空穴复合,并以光子的形式发出能量,如。而LED所产生的光色依赖于制作LED的材料。

  1.2LED电气特性LED伏安特性:LED简单工作电路如所示,LED的“伏-安特性”是流过芯片PN结的电流随施加到PN结两端上的电压变化的特性,是衡量PN结制作优劣的重要标志。完整的LED“伏-安特性”包含正向和反向特性两个方面。

  与普通整流二极管一样,LED同样具有单向导电性和非线性特性,所示为LED的“伏-安特性曲线”。

  LED“伏-安特性曲线”可以划分为正向特性区、反向特性区和反向击穿区3个区。

  ①正向特性区:当LED外加电压较小时,由于外部电场还不足以克服内部电场对载流子扩散运动所造成的阻力,因此LED的电流很小,LED呈现的电阻较大。当LED两端的电压超过一定的数值(这个数值通常称为死区电压)以后,内部电场被大大削弱,LED的电阻变得很小,电流增长很快(见-6中的a点)。

  Is―反向饱和电流(A)q―电子电荷量,q=1.602X10-19 k―玻尔兹常数,k=1.38X10-/KT一热力学温度,在室温为25°C时,②反向特性区:反向电流是当LED外加反向电压时,PN结中通过的电流。它的一个特点是只要外加的反向电压在一定范围内,反向电流基本不随反向电压变化(见中的0b段)因此在这种情况下的反向电流常被称为反向饱和电流。反向电流越小,说明LED的单向导电性越好。

  ③反向击穿区:当LED的反向电压增加到某一数值后,反向电流急剧增大,出现反向击穿现象(见中的c点),这个电压值VB叫做反向击穿电压。LED所使用的材料不同,反向击穿电压也不一样。如所示,ALInGaPLED的反向击穿电压是20V,而InGaNLED的反向击穿电压仅为7V. TCV)。AL丨nGaP.LED的侦安特性曲线P囝4LED实际仗-安特性曲线+ ED的实际功率消耗P为工作电流If,即P=IfVp.为保证LED安全工作,大允许功率耗散之内。

  ED响应时间是指通过一正向电流开是标志LED反应速度的一个重要参LED灯具响应时间只需要60ns,而白灯加电后需要140200ms才能达到设定亮度。

  LED在保护视力方面优越性判断一个灯具是否保护视力有四个指标:照度、色照度:指物体被照亮的程度,采用单位面积所接受的光通量来表示,单位为勒克斯(Lux,lx),即lm/m1.照度不宜太,也不宜太亮,保持合适的照度,对保护视力和提高工作效率有好处。不同场所对照度有不同的要求,见表1.表1不同场所对照度的要求场所书房、办公室客厅浴、更室餐走、梯车库、仓储照度(lx)在晚,用照度仪在同一水平面分别对我所安装LED提高照度方面有很大优势。

  灯与普通荧光灯的办公室进行照度测试,可得出LED灯在表2LED灯与普通荧光灯照度值对比日期灯具内同一平面上不同位置的照度(lx)平均值6月10日荧光灯(6X40W)6月20日荧光灯(6X40W)6月30日荧光灯(6X40W)通过测试可得出,LED灯在耗电量约为荧光灯1/3的条件下,照度约是普通荧光灯的1.3倍。因此,LED灯具用于室内照明能更好的提高室内照度,起到保护视力、提高工作效率的作用。

  紫外线:紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称。紫外线作用于眼部,可引起结膜、角膜,称为光照性眼,还可能诱发白内障。可见控制光源的紫外线强度,对保护视力有重要作用。我们日常使用的灯具中白灯紫外线强度392mW/m2,节能灯为944mW/m2,护眼灯为490mW/m2,而LED为0mW/m2,即无紫外线辐射。

  频闪:一个灯闪的频率,频闪出现的原因是我们使用的交流电是随时间交替变化,所以传统灯具并不是一直亮着的,而是随交流电亮交替变化。闪动太频繁,会对人的眼球,孔和造成疲劳和伤害。常用灯具中,护眼灯频闪为482Hz,白灯为99.9Hz.由LED的原理可知,LED灯是在直流下工作的,所以LED灯没有频闪。

  色:色是衡量一个灯是否保护视力的另一个标准。由于人们长时间在太阳下活动,所以灯具发出的光越接近阳光,眼就会感到越服。显色指数Ra是用来描述光源接近太阳光的程度,护眼灯的显色指数为70.5,LED灯的显色指数为91.4,仅次于白灯99.9. LED室内照明经济性3.1比传统光源更节能光源的发光效率是衡量一个灯具是否节能的重要指标。数据显示,LED灯的光效可达96LM/W,而我们常用的白灯和普通荧光灯则分别为14.4LM/W和30LM/W,也就是说,一只15W的LED灯可发出1440lm的光通量,若采用白灯则需要100W,普通荧光灯则需要48W.按每个办公室安装6个15WLED灯计算,可发出8640lm的光通量,若采用普通荧光灯,则需要288W,才能达到相同的光通量。若电费以0.62元/度,一天4小时计算,达到相同的光通量,采用LED灯的办公室每年电费81.5元,而采用普通荧光灯的则为每年260.7元。可见LED灯在节能方面有着巨大的优越性。

  有专家统计说“如果全国民用的电灯能有50%改用LED照明灯,每年节省的电量就是一个三峡发电站发电量的总和。”

  3.2灯具照明成本分析在选择光源时,考虑照明成本是比较科学而全面地,照明成本(COL)是涉及光源的初始(投资)成本、光源所消耗的能源成本以及更换新灯时所需要的劳动成本等若干方面。

  说明一下LED灯的寿命问题,由于LED的发光原理是二极管通过低压直流电时自由电子与空穴的复合发光,而不同于传统灯具通过高温或高压来发光,所以工作中损耗会很小。此外,LED是被完全的封装在环氧树脂里面,灯体内没有松动的分,使得LED灯防震、防水,不易损坏。综合以上因素,使得LED的寿命很高。据资料显示,单只LED的使用寿命通常可达5万10万小时,若一只LED灯的寿命按10万小时,每天工作4h计算,可以使用近70年,几乎一子不几更换新灯,所以分析LED灯的照明成本时可忽略更换灯具的费用。

  首先分析下在办公室场所使用LED灯与普通荧光灯两者的照明成本。

  表3在办公室场所使用LED灯与荧光灯照明成本对比灯具单价(元)年均电费(元)年更换灯具费用(元)十三年照明成本(元)十四年照明成本(元)荧光灯(40W)年均电费按每天4h,电费0.62元/表4在站库值室场所使用LED灯与荧光灯照明成本对比灯具单价(元)年均电费(元)年更换灯具费用(元)二年照明成本(元)三年照明成本(元)荧光灯(40W)年均电费按每天燃点12h,电费0.62元/(kW.h)计算。

  从表3分析可看出,每根LED灯十四年内的照明成本要低于荧光灯,节约效果不是很明显。

  再进一步分析下在站库值室场所使用LED灯与普通荧光灯两者的照明成本。

  从表4可看出,在站库值室等需要长时间照明的场所,LED的节能、耐用等优势将体现的更明显,每套LED三年内可节约照明成本87.4元,其节约效果更明显。

  4几点认识LED在使用过程中,电光转换率接近100%,从而可间接减少火力发电厂C2和S2等废气的排放,减少对环境的污染,且光谱中没有多余的紫外线,因此,与其它光源比较,LED最具环保性。

  尽管LED灯价格很高,但对于类似站库值室等需要长时间照明的场所来说,其能源成本和维护成本却很低,随着LED价格的不断降低,其照明成本将会远远低于荧光灯。

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