1、 大功率 LED 光源照明技术在在蒙牛集团的应用LED 光源在照明领域的应用，是半导体发光材料技术高速发展及“绿色照明”概念逐步深入人心的产物。 “绿色照明”是国外照明领域在上世纪 80 年代末提出的新概念，我国“绿色照明工程 ”的实施始于 1996 年。实现这一计划的重要步骤就是要发展和推广高效、节能照明器具，节约照明用电，减少环境及光污染，建立一个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统。一、 LED 照明概念 LED （ Lighting Emitting Diode）又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量
2、而引起光子发射产生可见光。（一） LED 的发展历史 应用半导体 P N 结发光源原理制成 LED 问世于 20 世纪 60 年代初， 1964 年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色 LED 。直到 1994 年蓝色、绿色 LED 才研制成功。 1996 年由日本 Nichia 公司（日亚）成功开发出白色 LED 。 LED 以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，在我们的日常生活中处处可见，家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于单颗功率小亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源推广应用
3、。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入， LED 制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度 LED 取得了突破性进展，其发光效率提高了近 1000 倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED 的出现，单颗大功率 LED 封装技术的突破，使 LED 应用领域跨越至高效率照明光源市场成为现实。曾经有人指出，高亮度 LED 将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。单颗大功率 LED 的成功问世为 LED 光源用于照明铺平了道路。（二） LED 发光原理 发光二极管主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。其
4、发光体晶片的面积为 10.12mil （ 1mil=0.0254 平方毫米） ，目前国际上出现大晶片 LED ，晶片面积达 40mil 。 其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。 LED 照明光源的主流将是
5、高亮度的白光 LED 。目前，已商品化的白光 LED 多是二波长，即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三波长白光 LED ，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及 LED 背光源等市场。 （三） LED 光源的基本特征 、发光效率高 LED 经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为 12-24 流明瓦，荧光灯 50 70 流明瓦，钠灯 70 120 流明瓦，大部分的耗电变成热量损耗。 LED 光效经改良后将达到达 50 200 流明瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出
6、有色可见光。目前，世界各国均加紧提高 LED 光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。 、耗电量少，节约能源 同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的三分之一、日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的 LED 替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于 60 亿升原油。我国如三分之一的照明用电使用 LED 年节电 1000 亿度以上，相当于一个三峡发电站的发电量。、使用寿命长 LED 平均寿命达 5 万小时，是白炽灯的 5 倍。可避免经常换灯之苦，大大的降低灯具的维护费用。4、工作温度低LED 的工作温度可控制在 70以下，冷光源，发热量低。5、安全可靠性
7、强工作温度低可以安全触摸，光色柔和、无眩光，也便于安装维护。6、反应速度快通电即达正常亮度，无延时，无需等待。7、单颗体积小重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和振动，不易破碎。8、绿色环保LED 全固体发光体，废旧物可以回收，不含汞、钠元素，绿色环保。二、 大功率 LED 照明光源技术的应用前景及趋势 随着超高亮度 LED （特别是白光 LED ）的出现，大功率 LED 封装技术的突破，单颗功率可做到 100W，使 LED 真正做为光源开始使用。LED 照明应用工程的研究热潮也在全球范围内逐步兴起，并且每年以30%-50%的速度增长。据国际权威机构预测，二十一世纪将进入以 LED 为代
8、表的新型照明光源时代，LED 也被称为第四代新光源。引发人类照明历史上的第四次革命。从而缓解全球日益严重的能源危机。（一）国际 LED 照明发展规划 目前，照明消耗约占整个电力消耗的 20% ，大大降低照明用电是节省能源的重要途径，为实现这一目标业界已研究开发出许多种节能照明器具，并达到了一定的成效。但是，距离“绿色照明”的要求还远远不够，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。 据统计LED 年均成长速度将保持在 40%左右。LED 以其固有的优越性正吸引着世界的目光。美国、日本等国家和台湾地区对 LED 照明效益进行了预测，美国 55% 白炽灯及 55% 的日光灯被 LED
9、取代，每年节省 350 亿美元电费，每年减少 7.55 亿吨二氧化碳排放量。日本 100% 白炽灯换成 LED ，可减少 1 2 座核电厂发电量，每年节省 10 亿公升以上的原油消耗。台湾地区 25% 白炽灯及 100% 的日光灯被白光 LED 取代，每年节省 110 亿度电。日本早在 1998 年就投巨资编制推行“ 21 世纪计划” ，针对新世纪照明用 LED 光源进行实用性研究。 投入大量的人力物力进行 LED 照明产品的研究开发和生产。美国成立新公司，专门开发白光 LED ，以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。随着 LED 技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高， LED 的应用市
10、场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下， LED 在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来 10 年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯，荧光灯和其他照明灯的最大潜力商品。 （二）国内 LED 照明发展趋势目前，我国能源危机日益严峻，电力紧缺已经开始影响到我国国民经济的快速发展，LED 半导体照明技术的出现，恰恰为解决这一全球性问题带来了曙光。我国是世界照明生产，消费和出口大国，也是仅次于美国的第二发电大国，2003 年度我国发电总量为 1.91 万亿千瓦时。照明用电量约占总发电量的 12%(约 2100 亿千瓦时) 相当于三峡水电站总发电量的 2.4
11、 倍，并且正以每年 5%以上的速度增长.2010 年照明用电量将达 3000 亿千瓦时，如果三分之一的照明市场采用半导体照明，每年可节电 30%,即年节电1000 亿千瓦时，相当于一个三峡电站年发量。国家发改委根据“十三大”提出的，到 2020 年我国 GDP 翻两倍，达到 4 万亿美元的经济发展目标估计，到那时，全国约需发电装机容量为 8亿-8.5 亿千瓦，目前国内已有装机容量 3.5 亿千瓦，需要新增量 4.5 亿-5 亿千瓦。而从我国目前的资源看，按水电资源已探明储量和以天然气与煤为燃料的火电最多可提供的装机容量计算，将会有 3200 万-4000 万千瓦的缺口。解决我国能源危机的办法除
12、了进行电站建设和新能源开发，节约能源也是势在必行。因此在我国发展 LED 半导体照明灯具，不仅可以形成新的产业基础和出口增长点，而且可以大大节约能源，缓解我国的能源危机，是有可能实现跨越式发展的战略性高科技产业。生产使用大功率 LED 半导体照明灯具，顺应了时代发展的潮流，必将产生良好的社会效益和巨大的经济效益。三、大功率 LED 照明技术在灯光环境中的应用由于 LED 光源具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强，有利于环保等特性，近几年来在城市灯光环境中得到了广泛的应用。目前许多城市利用 LED 光源照明技术应用于城市灯光环境建设中，产生了良好的效果，积累了丰富的经验。随着全国城
13、市化的进一步发展，灯光环境建设领域将不断扩大，大功率 LED 光源的应用也将不断发展。大功率 LED 作为第四代新光源，在城市照明建设领域中已得到了有效应用。我公司单颗大功率 LED 照明灯具已远销世界 33 个国家，遍及国内各省市自治区。（一） 大功率 LED 与现有产品、技术、装备的对比分析大功率 LED 光源与传统光源比较，它以超长的使用寿命，便于协调控制，颜色纯正、光效率高、发热量低、抗震、耐冲击、元辐射、安全、可靠、环保将逐渐取代传统的照明光源。1、光电转换率极高大功率 LED 光源是低电压微电子产品， 光电转换效率极高。普通白炽灯在光电转换时，它的光转换效率只有 5%，而其它 95
14、%的能量均转换为热能无谓的消耗掉了。而 LED 半导体发光元件的光电转换效率在 30%以上。测试同等亮度下，耗电仅是白炽灯的十分之一，荧光灯的三分之一，而寿命却是白炽灯的 50 倍，荧光灯的 20 倍，是继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明产品。单颗大功率超高亮度 LED 的问世，使LED 应用领域跨至高效率照明光源市场成为可能，将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后的又一次革命，必将对日益严重的全球性能源危机起到缓解作用。2、光的利用率高传统路灯光源的发光角度为 360 度，光源发出的光有一半以上需要通过反射照射到地面，光的利用率不高，灯具出光效率低，通常不到70%。而 LED 的发光角度通
15、常情况下90 的灯照明办公室，就其外观的满意程度来说，要比用显色指数低的灯（Ra60）照明的办公室，照度值可降低 25%以上。应该尽可能选用有最佳显色指数和发光效率高的光源采用适当的照度，以便以最小的能量费用获得良好的视觉外观效果。5、初始照度设计低由于 LED 照明灯具的寿命是传统照明灯具的 5 到 10 倍；通常，在道路照明设计时，根据光源的光衰和灯具污染状况，道路照明通常有一个维护系数，国标规定为 0.65 和 0.7。例如现有路灯寿命较短，光衰较大，在三年使用期内为了达到正常照明效果，初始照度设计值为照度维持值除以该系数。因此，在同样照度维持值的情况下，传统路灯初始照度设计要求更高，灯
16、具功率要求更大。而 LED 灯具在同样的使用周期内，光源几乎没有衰减；除考虑灯具污染带来的光衰外，初始照度与照度维持值基本相同，这样会进一步降低灯具的功率要求，进而达到节能效果。6、电源使用效率高电源效率方面，目前，普遍使用的高压钠灯镇流器的功率损失在 20%，也就是说一个 250W 高压钠灯的实际功耗为 300W。而 LED 路灯开关电源的效率可以做到 90%以上，一个 100W 的 LED 路灯的实际功耗只有 110W。从电源方面也体现了 LED 路灯的节能效果。7、安全、可靠使用寿命长LED 是利用固体半导体芯片作为发光材料做成的发光器，低电压、发热量低、可触摸、可承受高强度机械冲击和振
17、动，不易破碎，重量轻，便于安装维护。废旧物可回收，不含汞、纳元素，绿色环保，使用寿命长等诸多优势，是其它灯具无法相比的，也被业内人士称为“第四代照明光源。”8、可适应各种复杂环境条件下的使用不论是高温、高湿、高风沙、高污染环境、网络电压波动高的线路都可以安全放心使用。（二）大功率 LED 灯与传统光源节电性能比较在同等照明情况下光 源相对耗电成本 LED 光源节电率LED 灯 1.0白炽灯 10 90%日光灯 2.4 60%节能灯 2.2 55%高压汞灯 4.9 80%高压钠灯 4.0 75%金卤灯 4.0 75%四、LED 灯与高压钠灯使用对比原方案采用 250W 高压钠灯 5000 盏，实
18、际耗电 2501.250001500KW （1.2为钠灯镇流器功率系数） 。现方案采用 70W LED 灯 5000 盏，实际耗电 70+5500037.5KW。1 、节省电费 每天点灯按 10 小时，电费按 0.43 元/度计算。品名 数量功率（KW）日耗电（度）电价（元）年耗电（万元）年维修费（万元）年费用（万元）五年费用（万元）寿命（小时）高压钠灯5000 1500 15000 043 23543 100 335.43 1677.1524000LED 灯 5000 375 3750 043 5885 0 5885 2942550000从以上分析可以看出：采用 LED 灯同高压钠灯比较，每
19、年可节省电费 355.43 万元-58.85 万元=296.58 万元，五年节省电费 296585=1482.9 万元。2 、投资比较原方案一次性投资：5000 个1500 元=750 万元LED 灯一次性投资：5000 个2600 元=1300 万元一次性投资相差：1300 万元-750 万元=550 万元3 、投资回收期（1300 万元-750 万元）29658 万元=185 年综上所述：采用“劲贝”牌大功率 LED 灯取代高压钠灯，不但可节约高额电费提高照明效果，而且可节约大量的人力物力，节约维修成本和维修费用，还可达到节能降耗，绿色环保的作用。山西光宇电源有限公司二 OO 八年五月二十五
