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大功率LED照明中調光的必要性探討


  

    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,LED發光字控制器提高可靠性。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。
 
  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LED控制器關鍵就是要降低結溫。
 
  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%。
 
  傳統白熾燈或HID由于無法調光,七十年代日本能源危機下,曾采用間隔點燈方法試圖節能。但由于路面照度不均勻,導致路人的視覺出現問題,治安和道路交通事故大幅上升,最后不得不放棄間隔點燈法。調光技術的迅速發展,會將LED照明調光系統帶入一個嶄新的領域,從而將綠色環保節能的LED照明應用進行大范圍的普及與推廣。
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