LED 照明基础知识和节能优势.docx
《LED 照明基础知识和节能优势.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED 照明基础知识和节能优势.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
LED照明基础知识和节能优势
LED基础知识和照明优势
什么是LED？
Lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，是一块电致发光的半导体材料。
其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。
LED的结构
LED主要由一下几个部分构成：
芯片（作用：
光源发光）
支架：
包括衬底及散热基座、引脚等（作用：
散热、导电）
金线（作用：
导电）
透明树脂（作用：
保护晶粒、透光）
大功率集成封装芯片
现有的LED封装技术已从单晶的LED光源发展出多晶封装的产品（其他说法叫集成芯片）。
多晶封装的LED光源每块流明输出可达2000Lm。
LED的发光原理
LED主要由带PN结结构的固体半导体（芯片）、电极和光学系统组成。
外部电源给P/N结两端加以正向电压，使电流从P区流入N区，N区不断注入电子，P区则不断注入正电荷，当电子和电荷的能量达到一定值时，P/N结处的电子与电荷便产生跨越，此时，电子与空穴相结合，在结合的过程中产生大量的能量，而这些能量以光的形式释放出来，即为LED发光原理。
LED的光色
LED发出什么颜色的光，取决于芯片PN结使用的材料，不同的材料PN结间的带隙，带隙越大，电子和空穴复合所产生的光子能量就越大。
光子的能量与光的颜色是相对的。
在可见光的光谱范围内，蓝色光、紫色光的能量最多，橘色光、红色光携带的能量最少。
人们通过对PN结不同材料的应用，得到不同光色的LED，下表是不同光色LEd对应使用的材料：
发光颜色
使用材料
普通红
磷化镓（GaP）
高亮度红
磷砷镓
普通绿、黄绿
磷化镓
高亮绿
镓铟铝磷
普通黄、橙
磷砷镓
蓝
氮化镓
紫
氮化镓
白
氮化镓+荧光粉
红外
砷化镓
常见的芯片颜色：
常见芯片的颜色有三种，红色、绿色（可细分为黄绿、标准绿和纯绿）、蓝色，成为三基色（RGB）.发光二极管中将一种或者几种颜色的芯片封装在一起。
白光LED的形成：
第一种方式利用RGB三基色混合成白光。
这种方式是利用红、绿、蓝三种LED芯片组合，封装在一个二极管中，按照红光、绿光、蓝光分别是21%、69%、10%的比例，混合成人眼看到的纯白色光。
只要通过各色芯片的电流稳定、散热较好，那么这种方法产生的白光比上述产生的白光稳定且制作简单。
但是，由于红、绿、蓝的技术无法达到全色谱的效果，所以一般不采用该方法获得。
第二种方式利用荧光粉实现白光，此方式有三种实现方法，其中主流的方法是：
在LED蓝光芯片上涂覆钇铝石榴石荧光粉（黄色荧光粉）合成白光。
目前主要的做法是以460nm波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光LED照射此一荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便可得出肉眼所需的白光。
这是目前最主流的白光LED应用技术。
LED彩色光的形成：
将R\G\W各单色芯片排列在一起，通过控制各种单色芯片的发光比例，将各种单色光混合在一起，并结合荧光粉合成人们所需要的各种光色。
LED照明的关键指标——结温、光效、色温、寿命
结温结温是指芯片PN结的平均温度，用Tj表示，即半导体芯片工作时结点区温度。
包括芯片本身允许本身允许最大结点工作温度和LED工作时芯片的实际结点工作温度两方面。
LED结温的控制直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。
是LED器件封装和照明器件应用设计必须着重解决的核心问题。
LED光效LED的实际光效会随着结点温度的升高而降低。
LED的色温LED芯片发光的色温会随着结点温度的变化而发生变化。
LED的寿命
LED芯片的实际工作结点温度越高，超出芯片的最大工作结温时，寿命将急速下降。
LED的散热解决散热问题是LED照明产品设计的核心内容。
关于热阻
热阻是反应导热材料热量传递能力的综合参量。
单位：
℃/W，即物体物体维持传热功率为1W时，导热路径两端的温差。
不通材料，导热能力有所差异，每种材料都有它自身的导热系数，导热系数越高，导热能力就越强。
LED的总热阻是芯片内外各层的热阻之和。
总热阻除了与各层的导热系数有关外，还取决于各层间结合的紧密程度。
如果层与层之间结合得不够紧密的话，热传导就会受阻。
LED的散热
散热面积
热阻同时还与散热面积有关——散热面积越大，散热就越好。
对流换热原理
LED照明产品的散热器件通过合理科学的结构设计，运用对流换热的原理，可加速LED光源的散热。
对流换热就是利用“烟囱效应”的热空气对流原理，加速LED光源产品的散热，降低LED光源的工作温度，实践证明，采用该技术的LED光源工作性能更加稳定。
“烟囱效应”：
户内空气沿着有垂直坡度的空间上升或下降，造成空气加强对流的现象，成为烟囱效应。
烟囱效应的产生，在有共享中庭、竖向通风管道、楼梯间等具有类似烟囱特征——即从底部到顶部既有畅通的流通空间的建筑物、构建体中，空气靠密度差的作用，沿着通道快速进行扩散或排出的现象，即为烟囱效应。
烟囱效应原理就是气压原理的延伸。
LED照明优势
节能
光效高
随着白光LED光效的不断提高，LED的应用已不仅仅能满足装饰照明，它的应用已经延伸至室内的功能照明。
目前业内公布的白光LED光效，实验室的数据是231lm/w。
比如卤素灯杯，如果我们用LED灯杯来替换的话，能省电80%；如果是灯泡，就能省电90%；如果是T8荧光灯直管，也可省电60%；而对于在暗藏照明方面应用得最广泛的T5荧光灯管，如果我们用软灯带来替换的话，则可以省电40%。
光的利用率更高
LED对光的利用率比传统的光源更高。
从图片上可以看出，LED光源可以使光的利用率达到100%，而传统光源的光是向四周发射的，光源的上面或者后面照射出去的光并没有被完全利用，造成了光的浪费。
比如灯杯，只有大概67%的光是可用的，其余的33%是被浪费掉了，也就是一个20W的灯杯，总光通量350lm实际上只有235lm被真正的利用。
同样的，对于荧光灯来说，有一半的光是往上的，然后被灯具的反射罩反射回来，这个过程，会有30%左右的光是损耗掉了，而LED直管，发光角度设计为120-140度，100%的光输出都得到有效的利用。
冷光源，可节省空调能耗
LED灯具由于LED光源中无红外辐射，热量低，对环境温度几乎没有影响，加上自身的功耗低，如果在酒店、商业场所等大面积应用的场所使用，替换卤素射灯等发热量大的光源，可大大降低空调运行负荷，降低空调费用的同时也节省了照明用电，节能效果明显。
以下是三雄极光实验室做的对比测试结果：
实验地点：
三雄极光LED研发中心实验室
面积：
约10平方米
灯具：
三雄极光50W卤素天花射灯
三雄极光12WLED天花射灯
测试第一天
测试对象：
三雄极光50W卤素天花射灯
时间
室内温度
备注
7月12日9：
30
28.6℃
完全封闭环境，未点灯，无任何人工热源
7月12日14：
30
37.5℃
点燃10盏卤素射灯，连续点燃15小时环境温度上升8.9℃
7月12日9：
30
43.3℃
一直点燃10盏卤素射灯，连续点燃24小时环境温度上升14.7℃
备注：
测试完毕时，卤素灯杯的温度为311℃。
测试第二天
熄灭所有测试光源，打开实验室门窗，透风透气一天。
测试第三天
测试对象：
三雄极光12WLED天花射灯
时间
室内温度
备注
7月14日9：
30
28.8℃
完全封闭环境，未点灯，无任何人工热源
7月14日14：
30
29.3℃
点燃10盏LED天花射灯，连续点燃15小时环境温度上升0.5℃
7月15日9：
30
29.7℃
一直点燃10盏LED天花射灯，连续点燃24小时环境温度上升0.9℃
备注：
测试完毕时，LED天花射灯的温度为63℃。
实验结论：
两个灯具分别经过24小时的测试，50W卤素射灯使室内温度升高了14.7℃，而12WLED天花射灯仅升高了0.9℃。
事实说明，LED光源的红外线辐射极少，对环境温度影响极小，可有效降低空调复合，从整体上节约制冷系统用电成本。
案例分析
LED能为用户创造多少价值，我们来看看以下案例：
基本情况：
某酒店公共部分使用2000盏20W卤素MR16天花射灯，与使用4WLEDMR16对比。
项目
卤素MR16
LEDMR16
备注
光源功耗（W）
20
4
耗电量
变压器功耗（W）
2
2
单套灯具功耗（W）
22
6
光源数量
2，000
2，000
总功耗（W）
44，000
12，000
每年耗电量（KWH）
38，5440
105，120
按每天开灯24小时算
节电率
73%
电费
每年电费支出（元）
327，624
89，352
按0.85元/度计算
每年节约电费（元）
238，272
维护费用
每年更换光源费用（元）
30，000
0
按卤素MR16寿命3000h,每年更换3次，LEDMR16寿命30000h计算
每年人工费用（元）
18，000
0
按更换一个光源3元计算
每年维护总费用（元）
48，000
0
每年节约维护费用（元）
48，000
投资回报分析
投入费用（元）
10，000
180，000
仅计算光源，灯架和变压器未计算在内
每年总节约（元）
286，272
投资回报期（年）
0.59
7个多月
每年净收益
约7个月后，从第8个月开始，每年可以节省286，272元
结论：
LED节能改造投资回报期约为7个月，投入使用7个月后每年节省电费23.8万元，投资回报率可观。
LED筒灯与荧光类筒灯对比表格
LED筒灯
光通量
利用率
荧光类筒灯
光通量
利用率
7W
470lm
100%
13W
700lm
65%
12W
880lm
100%
2*10W
1200lm
65%
15W
1200lm
100%
2*13W
1700lm
65%
18W
2100lm
100%
2*18W
2350lm
65%
最终灯光利用计算
7W
470lm
13W
455lm
12W
870lm
2*10W
780lm
15W
1100lm
2*13W
1105lm
18W
2100lm
2*18W
1528lm
以上数据显示LED筒灯能替代荧光类筒灯
电费对比
比较项目
荧光类筒灯
LED筒灯
说明
使用灯具
13W荧光灯（1000套）
7WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*13W*1000套*365天/1000*1元=47450元
10h/天*7W*1000套*365天/1000*1元=25550元
每年省电费21900元
使用灯具
2*10W荧光灯（1000套）
12WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*2*10W*1000套*365天/1000*1元=73000元
10h/天*12W*1000套*365天/1000*1元=43800元
每年省电费29200元
使用灯具
2*13W荧光灯（1000套）
15LED
一年电费（1元/度）
10h/天*2*13W*1000套*365天/1000*1元=94900元
10h/天*15W*1000套*365天/1000*1元=54750元
每年省电费40150元
使用灯具
2*18W荧光灯（1000套）
18WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*2*18W*1000套*365天/1000*1元=131400元
10h/天*18W*1000套*365天/1000*1元=65700元
每年省电费65700元
LED-T8直管与T8普通荧光灯对比表格
LED-T8管
光通量
利用率
T8普通荧光灯
光通量
利用率
21W
1900lm
100%
36W
2250lm
75%
最终灯光利用计算
21W
1900lm
36W
1688lm
以上数据显示LED21W可替代36W普通荧光灯管
电费对比
比较项目
T8普通荧光灯管
LED-T8直管
说明
使用灯具
36W卤粉管（1000套）
21WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*36W*1000套*365天/1000*1元=131400元
10h/天*21W*1000套*365天/1000*1元=76650元
每年省电费54750元
LED-T8直管与T5三基色荧光灯对比表格
LED-T8管
光通量
利用率
T5三基色荧光灯
光通量
利用率
21W
1950lm
100%
28W
2600lm
75%
最终灯光利用计算
21W
1950lm
28W
1950lm
以上数据显示LED-21W可替代28W三基色T5管
电费对比
比较项目
T5三基色荧光灯
LED-T8直管
说明
使用灯具
21W荧光灯（1000套）
21WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*28W*1000套*365天/1000*1元=102200元
10h/天*21W*1000套*365天/1000*1元=76650元
每年省电费25550元
LED-面板灯与T8普通灯盘对比表格
LED面板灯
光通量
利用率
T8普通灯盘
光通量
利用率
38W
2700lm
100%
3*18W
3375lm
70%
最终灯光利用计算
38W
2700lm
3*18W
2360lm
以上数据显示LED面板灯可以替换T8普通灯盘
电费对比
比较项目
T8普通灯盘
LED面板灯
说明
使用灯具
3*18W荧光灯（1000套）
38WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*3*18W*1000套*365天/1000*1元=197100元
10h/天*38W*1000套*365天/1000*1元=138700元
每年省电费58400元
LED-面板灯与T5三基色灯盘对比表格
LED面板灯
光通量
利用率
T5三基色灯盘
光通量
利用率
38W
2700lm
100%
3*14W
3800lm
70%
最终灯光利用计算
38W
2700lm
3*14W
2660lm
以上数据显示LED面板灯可以替换T5三基色灯盘
电费对比
比较项目
T5三基色灯盘
LED面板灯
说明
使用灯具
3*14W荧光灯（1000套）
38WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*3*14W*1000套*365天/1000*1元=153300元
10h/天*38W*1000套*365天/1000*1元=138700元
每年省电费14600元
LED-MR16灯杯与卤素MR16灯杯对比表格
LED-MR16灯杯
中心光强
卤素MR16灯杯
中心光强
4W
3100cd
35W
2950cd
7W
4300cd
50W
4750cd
人眼看LED灯时，亮度上看上去比卤素光源更亮，数据表示LED-MR16灯杯可以替代卤素MR16灯杯，使用效果均可以达到
电费对比
比较项目
卤素MR16灯杯
LED-MR16灯杯
说明
使用灯具
35W灯杯（1000套）
4WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*35W*1000套*365天/1000*1元=127750元
10h/天*4W*1000套*365天/1000*1元=14600元
每年省电费113150元
使用灯具
50W灯杯（1000套）
7WLED
一年电费（1元/度）
10h/天*50W*1000套*365天/1000*1元=182500元
10h/天*7W*1000套*365天/1000*1元=25550元
每年省电费156950元
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.
NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.
толькодлялюдей,которыеиспользуютсядляобучения,исследованийинедолжныиспользоватьсявкоммерческихцелях.
以下无正文
升级会员 