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大功率LED的發(fā)展?fàn)顩r
LED應(yīng)用于路燈工程中的燈具效率和優(yōu)勢(shì)所在；
工程中使用LED的投資成本分析以及因節(jié)能、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)所帶來(lái)的投資收益。 
關(guān)鍵詞：光效；燈具效率；工程總投資；運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。 1、功率型LED的發(fā)展?fàn)顩r

LED（Light Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體 半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過(guò)載流子發(fā)生復(fù)合放出過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出各種顏色的光。隨著半導(dǎo)體發(fā)光材料及其工藝的發(fā)展，LED的功率正越做越大，發(fā)光效率也在不斷地提高。目前LED單顆芯片的尺寸已由以前的10×10mil2增大到40× 40 mil2及以上；通常人們把40× 40 mil2及以上的LED芯片稱作功率型LED。當(dāng)前可工業(yè)化生產(chǎn)的功率型LED的光效率已達(dá)到47 lm/W，到今年5、6月份，還將會(huì)有95 lm/W的白光LED上市，這將為LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。

2、LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域的燈具效率分析 
2.1、燈具效率（光輸出系數(shù)）

在日常生活中，人們所使用的光源大多接近全向輻射。全向輻射會(huì)使光能射向不需照射的區(qū)域，造成能量浪費(fèi)或光污染。因此，為了讓光源發(fā)出的光能能夠得到盡可能多地利用而又不會(huì)產(chǎn)生眩光和光污染，保護(hù)光源安全可靠地工作，必須使用燈具對(duì)光源的輻射區(qū)域加以限制，在同樣光功率的情況下盡可能的增加被照區(qū)域的輻照度。使用燈具同樣會(huì)涉及到效率問(wèn)題。為了衡量燈具利用能量效率的高低，人們用燈具輸出的光能量與燈具內(nèi)光源輸出的光能量之間的比例來(lái)衡量其效率，叫做燈具效率(也叫光輸出系數(shù))。它是衡量燈具利用能量效率的重要指標(biāo)。由于燈具的用途不同，其設(shè)計(jì)形式也存在較大地差異。不同形式的燈具其效率也存在較大地差異，一般在50～80%之間。效率高的燈具其光輸出系數(shù)可達(dá)80%以上，光能能夠得到較為充分的利用。效率低的燈具其光輸出系數(shù)甚至不足25%，大部分的光能又轉(zhuǎn)化為熱能而白白浪費(fèi)掉了。在照明和燈飾工程設(shè)計(jì)中，選擇光輸出系數(shù)高的燈具，在確保安全和不產(chǎn)生眩光的情況下可以起到節(jié)約能源的作用；如選擇的燈具效率低下或有相當(dāng)一部分光能射向空中，就會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

高亮度點(diǎn)電光源如高壓鈉燈、金鹵燈等，其光效可達(dá)60～90 lm/W以上，但由于它們輸出的光能過(guò)于集中且為全向輻射，在使用時(shí)如不對(duì)光源加以遮擋，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的眩光。因此，這些光源在應(yīng)用過(guò)程中必須用燈具來(lái)增加其被照區(qū)域的照度，減少光能損耗，防止產(chǎn)生眩光。這些光源的多數(shù)光能量在燈具中產(chǎn)生一次反射或二次反射，其能量會(huì)有一定的衰減。用于路燈和泛光燈時(shí)燈具效率較高，用于庭院燈時(shí)效率較低。上述點(diǎn)光源裝入燈具后的實(shí)際光效約為30～70 lm/W左右。

目前節(jié)能燈使用得較為廣泛，其外形為管形，光效的典型值為60 lm/W。節(jié)能燈用于室內(nèi)的普通照明和室外的一些草坪燈時(shí)，其光能能夠得到大限度地發(fā)揮；但用于庭院燈和筒燈時(shí)，光能的實(shí)際利用率較低。

目前使用較為普遍的乳白色球泡庭院燈，是集照明與裝飾為一體的燈具。由于其光能近似全向輻射，故實(shí)際射向地面的光能只有燈具輸出光能量的50%。這種燈射向地面的總的光通量可按下式計(jì)算：
Фg=Фl×δ×50%式中：Фg是燈具射向地面的總的光通量；Фl是光源總的光通量；δ是乳白色球泡燈具的透過(guò)率，一般為0.7；50%系數(shù)是因從燈具發(fā)出的全部光能中只有一半射向地面。

若乳白色球泡燈具內(nèi)使用一盞30W的節(jié)能燈，其總的光通量為30W×60lm/W = 1800lm；則射向地面的總的光通量為：
Фg=1800×0.7×50%=630 lm

由此可以看出，球泡燈理論上的光利用率只有35%。在實(shí)際應(yīng)用中，由于球泡外表會(huì)受到灰塵的污染，內(nèi)部往往又會(huì)受到昆蟲(chóng)的污染，因此δ值實(shí)際低于0.7。

筒燈是室內(nèi)使用較為普遍的一種燈具。它的安裝高度較低。為了安全起見(jiàn)和防止產(chǎn)生眩光并考慮美學(xué)上的需求，光源大多嵌入在燈筒內(nèi)。當(dāng)節(jié)能燈用于筒燈時(shí)，大部分光能需經(jīng)過(guò)二次或多次反射方能射出；這一過(guò)程中光能會(huì)有較大地衰減。立式筒燈的光效又低于臥式筒燈。因此，當(dāng)節(jié)能燈安裝于立式筒燈內(nèi)使用時(shí)，燈具效率有時(shí)甚至不到25%，其節(jié)能效果并不明顯。

對(duì)于功率型LED而言，光能的輻射方向均為單向。LED在封裝時(shí)，若在出光口裝上不同折射角的透鏡，射出的光束就具有不同的輻射角度。設(shè)計(jì)師可根據(jù)各類照明的特點(diǎn)，合理選擇不同輻射角度的LED。

當(dāng)LED用于路燈時(shí)，可選擇一組發(fā)射角為1400的大角度LED。安裝時(shí)可將LED的光軸線向外傾斜300～450，這可使被照區(qū)域的照度變得更為均勻。LED發(fā)出的光無(wú)須使用任何燈罩進(jìn)行反射，也無(wú)須使用任何光罩加以裝飾。它的大部分光能均直接由光源射向地面。由于路燈燈具高度在3.5m以上，且單位面積內(nèi)的光功率比白熾燈還低，故不足以產(chǎn)生眩光，無(wú)須使用任何光罩加以遮擋。因此，LED路燈燈具的效率可高達(dá)95%。如上面提到的乳白色球泡燈，用30W節(jié)能燈時(shí)射向地面的總光通量為630 lm，而采用45 lm/W的LED時(shí)只需14W，無(wú)須外罩，其節(jié)能效果是相當(dāng)顯著的。

當(dāng)LED用于筒燈時(shí)，可選擇一組輻射角為600的小角度LED，安裝時(shí)LED的光軸線與地面垂直。這種設(shè)計(jì)可使大部分光能能夠直接射向被照區(qū)域，只有少量的光能經(jīng)過(guò)一次反射后射出。因此LED用于筒燈時(shí)的燈具效率可達(dá)90%以上。

除上面兩種燈具外，LED在各種照明領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，只要設(shè)計(jì)人員能夠?qū)β市蚅ED的性能有著充分的了解，就可以設(shè)計(jì)出具有很高光輸出系數(shù)的各類燈具。

LED用于照明領(lǐng)域具有一些特殊優(yōu)勢(shì)。首先，LED的光效已達(dá)47 lm/W，接近節(jié)能燈的典型值。在今年內(nèi)就會(huì)有95 lm/W的功率型LED投放市場(chǎng)；它的問(wèn)世，將使LED成為發(fā)光效率高的光源之一。因此，用LED取代白熾燈和熒光燈等光源已不再有大的技術(shù)障礙，只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。其次，功率型LED具有單向輻射特性。他所發(fā)出的大部分光能無(wú)須經(jīng)過(guò)反射就可直接到達(dá)被照物體，從而使光能能夠得到大限度地發(fā)出，大幅度地提高了燈具的效率。三是因?yàn)長(zhǎng)ED的壽命超長(zhǎng)，綠色環(huán)保。目前可采購(gòu)到的功率型LED的平均無(wú)故障工作時(shí)間多在40000h以上；若每天工作11h，可用十年。它的廢棄物幾乎可以全部回收利用。這不僅節(jié)省能源，還節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境。而其他光源廢棄后會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，特別是熒光燈廢棄后，燈內(nèi)的汞益出會(huì)對(duì)環(huán)境及水源造成嚴(yán)重污染。四是LED光源可做到無(wú)閃爍、無(wú)紫外線，熱輻射極低，對(duì)人眼無(wú)任何危害。將LED用于室內(nèi)照明或用于人們需長(zhǎng)時(shí)間工作和學(xué)習(xí)場(chǎng)所的照明，可起到真正地護(hù)眼作用。五是美學(xué)上的需求。LED憑借其外形特點(diǎn)，在燈具設(shè)計(jì)上會(huì)給設(shè)計(jì)師們帶來(lái)豐富地想象空間。它可集照明與色彩斑斕的夜景裝飾于一體，使城市更為美麗，使城市的夜晚更加燦爛。

LED憑借上述優(yōu)良的特性，憑借國(guó)家對(duì)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)的決心，憑借《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006-2020年）中已將高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品列入優(yōu)先主題，相信在若干年內(nèi)，LED就會(huì)在照明領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。

在生活小區(qū)和城市次干道的路燈工程中，電纜、變壓器及照明柜的費(fèi)用占居了工程總投資的相當(dāng)一部分。如在工程設(shè)計(jì)階段就采用LED燈具，則不僅可以節(jié)省大量的電纜費(fèi)用，還可節(jié)省電力變壓器的容量并酌情節(jié)省照明配電柜。因此，就工程總投資而言，采用LED路燈時(shí)總投資并無(wú)明顯增加。用LED路燈替代小區(qū)及道路原有的照明燈具，雖然燈具的投資費(fèi)用有所增加，但由于它能耗很低，壽命長(zhǎng)達(dá)40000h以上，基本做到了免維護(hù)，因此它的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用與其他光源相比顯得相當(dāng)?shù)牡土Ｒ郧懊娼榻B的乳白色球泡燈為例，球泡內(nèi)分別裝上30W節(jié)能燈或100W白熾燈。它們射向地面的光通量與14W的LED燈相當(dāng)，使用這三種光源的經(jīng)濟(jì)性見(jiàn)《節(jié)電效果及用戶使用的經(jīng)濟(jì)分析》表 。