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導讀: 本文通過對LED組成和性能方面的闡述,就LED在節(jié)能上的應用做了淺顯的分析,并對其未來的發(fā)展趨勢做了簡單的探討。
OFweek節(jié)能網(wǎng)訊:LED是英文Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)縮寫,它是一種由半導體材料組成的元器件,是一種使用低能耗便可照明的新型高效節(jié)能固體冷光源照明設備。它具有能耗低、光效高、壽命長且易于維護等特點,既安全又環(huán)保,適用于各類商業(yè)、公共、居家場所照明,是未來照明行業(yè)的重點發(fā)展方向。憑著自身的顯著優(yōu)勢,它正帶動著全球照明的第三次技術革命,必將成為照明技術的未來。
1、LED的了解認識
1.1結構組成
LED燈的主要組成部分是被固定在楔形支架上一塊半導體晶片,以及在這個楔形支架之下的兩根一端接電源正極,一端接電源負極的引線架。
半導體晶片主要共有三個組成部分,首先是P型半導體組件,它被焊接在接通電源正極的引線架上;其次是N型的半導體組件,它被焊接在接通電源負極的引線架上;在P型組件和N型組件當中存在著一個過渡層,這就是我們通常所說的PN節(jié)。半導體晶片的這三個構成組件通常被分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的環(huán)氧樹脂封閉起來,最終組成了LED燈。因為環(huán)氧樹脂對晶片的保護非常充分,所以LED燈也具有很強的抗震性。
1.2發(fā)光原理
LED是一種把微弱電能變成光能的特殊設備,當它的組成系統(tǒng)受到外界激發(fā)后,會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài),當系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時,能量差以光的形式輻射出來,就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。當在PN結上加以正向電壓之后,P型半導體區(qū)的空穴注入至N型半導體區(qū),N型半導體區(qū)的電子注入至P型半導體區(qū),相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復合,這些多數(shù)載流子在結的注入和復合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。它是自發(fā)輻射發(fā)光,不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉分布,也不需要光學諧振腔,發(fā)射的是非相干光。
1.3LED同普通白熾燈的優(yōu)勢對比
首先LED的能耗非常小。LED屬于低壓工作設備,所以和白熾燈相比在同樣的亮度條件下,它能夠大幅節(jié)能,降低電能消耗。據(jù)實際的使用效果表明,在同樣的照明亮度之下,LED的耗電量為是普通熒光燈的1/2,白熾燈的1/8;第二,LED具有較高的安全性。它是冷光源,發(fā)熱量小,且沒有熱輻射,可以進行安全的肢體接觸,且可以控制其放光強度以及發(fā)光方式,光色柔和,它的光顯色指數(shù)大于80,無紫外線輻射,能夠較好的保護視力;第三,LED具有較長的使用壽命。由于受環(huán)氧樹脂封裝保護,所以它具有較高的抗震性能,不容易破碎,能夠承受較高強度的沖擊與振動。同時它具有長達十萬個工作小時的亮度半衰期,能夠很有效的節(jié)約換修、維護的成本;第四,LED具有非?斓捻憫獣r間。它是一種高速器件,能夠短在幾十毫秒的時間內做出響應,這是其他現(xiàn)有的照明設備所達不到的;第五,LED自身就具有很高的環(huán)保價值。在它的制造工藝當中完全不包含會對環(huán)境造成污染的水銀和鉛之類的物質,完全可以被稱之為“綠色光源”。
2、LED應用現(xiàn)狀
鑒于LED的自身優(yōu)勢,其應用范圍非常廣泛。在我國2010年的上海世博會上,LED的創(chuàng)新性大范圍運用成了大會的一大亮點。在世博會中共有十多億顆LED芯片,兩千八百多種應用,整個世博會園區(qū)炫彩奪目的燈光效果都是由LED所營造出來的。這也是世界上第一次使用如此大規(guī)模集成LED照明技術的,同時也向大眾展示出了LED的發(fā)展前景。此外,LED在還其他領域發(fā)揮著重要作用。
2.1顯示屏。受數(shù)字化信息發(fā)展的影響,現(xiàn)代的顯示技術也需要創(chuàng)新、發(fā)展,LED以其自身的獨特優(yōu)勢,使其成為了顯示屏行業(yè)的佼佼者。它在廣告媒體到服務領域信息顯示、交通信息提示等許多領域都受到了廣泛的應用。
2.2車燈。縱觀整個LED在汽車市場的應用情況,雖然它仍然處于起步階段,市場規(guī)模不大,但是其低功耗、壽命以及響應速度快等特點早晚會使之成為汽車照明市場的主流
2.3城建設施。在我國,LED在城市建設當中主要被應用到了建筑、街道以及廣場等公共場所照明、造景,并呈現(xiàn)出逐漸從一級城市向二、三級城市發(fā)展的趨勢。
2.4室內照明。雖然尚在起步階段,但LED已相對平穩(wěn)的進入到了室內照明市場。由于LED的多變性及色彩組合功能,使其不僅能夠成為普通的照明設備,還能通過藝術性的加工,讓它成為各種造型的裝飾燈或禮品,可被廣泛應用于居家或是酒吧等場所。
3、LED的發(fā)展前景
目前,由于全球的照明能耗大約占整個電力資源消耗的1/5,所以從照明節(jié)能入手能夠為節(jié)能減排帶來較為無可估量的貢獻。LED的出現(xiàn)至今雖然已經(jīng)過了幾十年的時間,但是它在照明領域的使用還處于起步階段。隨著近年來LED照明技術的快速進步,各項性能指標的穩(wěn)步提升,使得它的應用領域日趨廣泛,尤其是在全球能源危機憂慮再度升溫的環(huán)境下,LED的市場將倍受人們的關注與青睞。
2011年日本地震引發(fā)的核泄漏事件,加大了世界各國對資源環(huán)境的擔憂。同時該事件也給新能源的開發(fā)和發(fā)展結構帶來了較大的影響,加快了風電、光伏以及水電等新興能源大范圍投入使用的發(fā)展步伐。目前,我國也在積極研發(fā)新一代的節(jié)能環(huán)保設備。在全國各級地方政府的城市發(fā)展建設規(guī)劃中,“LED、節(jié)能減排”成為熱點詞匯,并大范圍的頻頻出現(xiàn)。從1993年到現(xiàn)在,我們國家的LED照明市場一直保持著增長的勢態(tài)。
4、LED與太陽能
在全球自然資源日益匱乏的前提下,傳統(tǒng)的能源開發(fā)成本日漸加大,且對環(huán)境的污染、以及對人體的危害可以說是無處不在。新興太陽能光伏發(fā)電技術,獨具很多優(yōu)點,如安全可靠,無噪聲,無污染、能量隨處可得,不受地域限制,無需消耗燃料等,越來越受到各個國家的重視。并開始將LED與太陽能結合使用,使其在白天通過日光蓄電,夜晚工作照明,不需要高昂且錯綜負責的管線拉牽,能夠隨心所欲的調整照明設備的位置、布局,不僅安全,還能夠大幅節(jié)能減少對環(huán)境的污染,而且它的工作不需要人為的操控,能夠穩(wěn)定可靠的自我運行。隨著太陽能光伏技術的進步與發(fā)展,太陽能照明設備以其在節(jié)能和環(huán)保上的雙重優(yōu)勢,在各個應用領域漸漸的發(fā)展,形成了一定規(guī)模。
太陽能光伏發(fā)電技術和LED技術兩者都是直流電、且電壓低能夠相互配合,這成為了它們能夠完美結合的關鍵。它們的作用過程不需要把太陽能電池本身的直流電轉換成交流電,這大幅度的增加了光照系統(tǒng)的工作效率。如果使用并網(wǎng)技術或者是利用蓄電池充放能量,會使得其優(yōu)勢發(fā)揮得更加明顯。隨著這方面的技術研究不斷加深,LED的發(fā)光效率問題正在不斷被改善、提高。
節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展是全人類所面臨的巨大難題,研究、開發(fā)新能源,對現(xiàn)有能源進行科學、合理的使用必須引起所有人的重視,F(xiàn)階段,太陽能的開發(fā)利用以及LED照明技術已經(jīng)從開拓、研發(fā)逐漸的邁入商業(yè)化的實用階段,其中包括有各種各樣的照明設備。不難預見,集合新型能源、新型光源的太陽能半導體照明設備將會得到非常大范圍的使用和發(fā)展,必將創(chuàng)造一個綠色照明的新時代。
5、結語
LED作為新型照明設備,確實具有很多獨特的優(yōu)勢。但不可回避的是,LED自身還存在有些許的問題和不足,這還仍需要我們繼續(xù)對其研究、完善,使LED能夠在我們生活當中發(fā)揮出最好的效果。
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