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節能燈的發展:LED照明調光技術

日期:2010年10月4日 10:39
隨著全球工業的發展,在工業化過程中二氧化碳排放的大量增加,全球氣候惡化,各地洪澇旱災、冰雹雪災時有創紀錄之勢,嚴重威脅著人類的生存。為共同應對威脅,2009年12月,各國首腦聚集哥本哈根,商討節能減排大計,各地積極制定和推行低碳計劃。作為綠色、環保節能的LED照明 ,越來越受各國青睞,中國的“十城萬盞”,美國洛杉磯的“十四萬盞計劃”正如火如荼推行。而調光技術 在LED照明中的成功應用將進一步提高節能減排的效果。   一、調光的必要性   電能作為一種綠色能源,在各國能源應用領域中占越來越大的比重。據中國工程院院士陳良惠調查得出結論,估計在2010年,全國的用電量將達2.7萬億度,其中照明用電量將超過3000億度。因LED照明耗電僅為傳統白熾燈和HID燈的1/3,若采用LED燈替換現有的傳統燈具,將有望節省電能2/3。其節約能源的效果可見一斑。   調光技術的應用將進一步降低耗能,節省照明用電。目前,公共照明用電占整個照明領域三分之一,高達1000億度。在國內,城市一般從傍晚5:30或6:00開始亮燈,然而小型城市在夜晚9點后、大中城市在午夜12點后,道路上路人稀少,即使在北京、上海及廣州等繁華的都市,凌晨2、3點之后,道路上也罕見行人和車輛。從這一段時間開始至清晨6點路燈熄滅,在低交通流量的道路上仍保持較高的照度顯然沒有十分的必要。若能采用調光技術,使得LED路燈的輸出功率在午夜12點后隨著交通流量的減少而降低至一半,將節約用電高達500億度,相當于節約了2009年三峽電站全年發電量的大約八分之五(三峽電站2009年發電798.5億千瓦時),節能效果非常顯著。   采用調光技術,降低輸出功率,將顯著改善LED燈具的工作環境,延長燈具壽命,提高可靠性。影響LED燈具可靠性的關鍵因素是溫度。無論是LED驅動電源還是LED芯片,環境溫度越高,其壽命和可靠性會急劇下降。圖一為LED驅動電源壽命與溫度關系,當環境溫度為25℃時LED電源壽命高達320,000小時,而當溫度上升至60℃時,LED電源的壽命將縮短至只有35,000小時。   LED驅動電源壽命與溫度曲線   溫度越高,LED芯片的光衰也明顯加劇。如圖二為Cree公司的LED光源光衰曲線。從圖中可以看出,LED的光衰和它的結溫有密切的關系,所謂結溫就是半導體PN結的溫度,結溫越高,LED光源越早出現光衰,也就是壽命越短。從圖上可以看出,假如結溫為105℃,亮度降至70%的LED光源壽命只有一萬多小時;結溫95℃時LED光源壽命就有2萬小時;而結溫降低到75℃,壽命就可長達到5萬小時,65℃時壽命更可以延長至9萬小時。綜上所述,延長LED光源壽命的關鍵就是要降低結溫。   Cree公司的LED的光衰曲線   采用調光技術,隨著輸出功率地降低,驅動電源自身損耗也將降低,其殼溫也將同時下降。如圖三所示200WLED驅動電源輸出功率與外殼殼溫曲線。當環境溫度為25℃滿載輸出時,外殼溫度為50℃,而采用調光技術控制輸出只有50%功率時,其外殼溫度下降至40℃,壽命也將翻倍,可靠性可提高25%-40%。

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