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LED照明
來源:深圳市賽億科技開發有限公司作者:日期:2017-11-10 11:24:10點擊:5037次
LED照明
智能LED照明即是發光二極管照明,是一種半導體固體發光器件。其功能是為用戶提供了包括智能設備和云平臺的完整解決方案,實時提供大數據分析和可視化管理。
中文名 英文名    分  類   功  能
 
照明 Intelligent LED lighting 電子照明 照明
目錄
1、智能LED照明的簡介
2、智能LED照明的功能
3、智能LED照明的優勢
4、智能LED照明系統構成
5、智能LED照明的設計
6、智能LED照明分類
7、智能LED照明驅動方案
8、智能LED照明應用領域
9、智能LED照明發展歷史
10、智能LED照明影響因素
11、智能LED照明應用案例
12、智能LED照明發展
13、智能LED照明節能燈
14、智能LED照明原理簡介
 


1.  智能LED照明簡介
LED(LightingEmittingDiode)照明即是發光二極管照明,是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料,在半導體中通過載流子發生復合放出過剩的能量而引起光子發射,直接發出紅、黃、藍、綠色的光,在此基礎上,利用三基色原理,添加熒光粉,可以發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色等任意顏色的光。LED燈具就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。
2. 智能LED照明功能:
做到節能減排,降低能耗,又減少了維修量 體積小、功耗低、功能強和可靈活擴展節約能耗,降低管理成本,故障自動巡檢,消防溫度警示;易安裝,免布線,遠程維護。WiFi模塊就可以方便的通過WiFi熱點連上網絡智能電源、恒功率電源、恒流明電源 智能臺燈通過光傳感器和智能手機攝像頭來搜集和處理光信號,使用領先的光校準算法將光調成最適宜工作或閱讀的狀態,最大程度地提升視覺舒適度。只需按下按鈕,聯接至智能家庭app,就能開啟這絕妙的照明之旅?,F代無線通信技術、光纖通信技術、大屏幕指揮調度技術及城市地理信息集成技術,形成了精確、敏捷、高效、可視化、全時段、全方位的城市路燈照明設施智能化管理平臺。
3. 智能LED照明優勢:
指利用計算機、網絡技術、無線通訊數據傳輸、電力載波通訊技術、計算機智能化信息處理技術、傳感技術及節能型電器控制等技術組成的分布式無線或有線控制系統,通過預設程序的運行,根據某一區域的功能、每天不同的時間、室外光亮度或該區域的用途來自動控制照明。
七大優勢:
1)智能化控制更簡單;
2)提高管理水平,減少維護費用;
3)可觀的節能效果;
4)保護燈具,延長壽命;
5)改善展示環境,提高展示效果;
6)安裝便捷,節省線纜;
7)使用安全,與消防系統聯動。
4. 智能LED照明系統構成
  智能照明控制系統由輸入單元、輸出單元、系統單元、監控單元四部分組成。
一、輸入單元(包括輸入開關、場景開關、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器等):將外界的信號轉變為網絡傳輸信號,在系統總線上傳播。
二、輸出單元(包括智能繼電器、智能調光模塊):收到相關的命令,并按照命令對燈光做出相應的輸出動作。
三、系統單元(包括系統電源、系統時鐘、網絡通信):為系統提供弱電電源和控制信號載波,維持系統正常工作。
四、監控單元(電腦、軟件及PC轉換器):監控整個系統的設備、燈光狀態并且可以直接控制系統上每個場景或者細到每個回路。
5. 智能LED照明的設計
5.1總體實際
本系統主要由終端節點、路由器節點和協調器節點組成。三個節點各司其職,終端節點主要負責消息的傳輸和允許共它節點通過它接入到網絡中;協調器節點則主要負責網絡的建立、維持和管理,以及整個網絡數據信息的收集、處理和顯示等。在這三個節點當中協調器節點是整個網絡的核心。系統總體設計。
本設計主要實現的功能如下:
(1)采用帶調光模塊的LED燈具,通過程序控制可以實現燈光亮度的自動調節,利用室內燈光與自然光的相互補償使室內照度保持在一個合適狀態;
(2)采用照度采集節點,可以實時地采集并監控室內外照度;
(3)加入掉電自鎖功能(在突然停電的情況下再次來電所有燈具都處于關閉狀態);
(4)加入部分情景模式,在不同的室內外環境需求時可以很方便地對燈光環境進行選擇(如
5.2系統硬件電路設計
系統硬件電路部分主要由協調器節點電路、系統照度采集節點電路、系統LED調光節點電路以及系統路由器節點電路四部分組成。
(一)系統照度節點電路設計
照度采集節點由CC2530和光照度傳感器(BH1750FVI)組成。主要是對室內外的照度進行實時的采集并通過模塊發送給協調器,協調器再對接收到的照度信息進行整合處理,然后在LCD上實時顯示出室內的照度信息,并根據照度信息給LED照明節點發送相應的指令,對LED燈進行相應的亮度調節。
BH1750FVI傳感器是一個光電集成傳感器,其主要有如下幾個特點:1)可以輸出對應亮度的數字值;2)廣泛的輸入光范圍(相當于1-65535lx);3)通過降低功率功能,實現低電流化;4)無需其它外圍部件;5)光源依賴性弱(白熾燈、熒光燈、鹵素燈、白光LED、日光燈)。
(二)系統LED調光節點電路設計
LED調光節點由CC2530和調光模塊組成。調光模塊可以根據模塊接收到的指令實時地對LED燈進行亮度的調節。調光的目的是為了使室內自然光跟LED燈光進行相互的補償,使室內外照度達到一個合適狀態?! ?br /> (三)系統路由器節點電路設計
路由器節點是在CC2530模塊上擴展了一個CC2591模塊,該模塊是一個真正意義上精心設計的帶PA+LNA無線收發模塊。該節點主要負責接收終端節點信息并轉發給協調器,或轉發協調器的反饋信息給終端節點。
在開闊的場地上,CC2530的傳輸距離可達100m,但在室內環境下由于有墻體的遮擋,存在路徑損耗問題,實際傳輸距離大大縮短。在室內中間位置若僅放置一個由CC2530構成的路由節點,很可能造成數據傳輸錯誤甚至數據丟失。所以在實際設計電路時,路由器節點采用的是CC2591+CC2530組合的形式。CC2591是一個2.4GHz的射頻前端芯片,它可以通過PA提高發射功率,從而延長通信距離。該芯片還可以通過LNA來改善接收機的靈敏度。通過以上兩點可以很好地保證該系統數據傳輸的完整性。
系統協調器節點電路設計
(四)協調器節點由STM32F107、CC2530、12864LCD、矩陣鍵盤、DS18B20和DS1302模塊組成。該節點是整個系統的核心,主要負責網絡的組建、維護、控制終端節點的加入和刪除,以及整個系統信息的處理和顯示等。其中STM32F107是意法半導體推出的全新STM32互聯型微控制器,此芯片集成了各種高性能工業標準接口,且STM32不同型號產品在引腳和軟件上具有完美的兼容性,可以適應多種應用。此外該芯片還可以嵌入μC/GUI系統,擁有獨立的32位指令總線和數據總線,全面支持32位Thumb-2和16位Thumb指令等。
矩陣鍵盤電路采用2×4的矩陣鍵盤,用于時鐘的時間調整及不同情景模式的選擇;顯示電路采用12864 LCD,可以顯示4行信息,每行顯示16個字符,完全滿足顯示照度、時間和溫度等要求。
5.3 軟件部分設計
a. 軟件部分主要是完成對整個系統硬件電路的編程設計。其中終端節點程序主要完成信息的采集、上傳和控制等。協調器節點程序用于實現整個網絡的組建、維護和管理以及相應數據的收集、處理和顯示等。協調器節點軟件設計協調器節點首先判斷是否有數據傳送,若有,則選定信道建立網絡,進行數據掃描和讀取,并打包發送數據。由于電源損耗主要集中在無線數據的收發階段,在沒有接收到時鐘信號的喚醒命令前,使其處于睡眠狀態,以達到延長電池的使用壽命、減少功耗的效果?! ?br /> b. 終端節點軟件設計
c. 終端節點數據采集的軟件設計包括兩部分,分別為單片機驅動程序設計和傳感器收發數據程序設計。首先進行模塊初始化,然后啟動定時器,每隔一段時間進行信道掃描,查看是否有入網申請指令,若有,則首先判斷啟動哪一個傳感器端口,然后向端口發送數據采集請求,采集完畢后使單片機處于休眠模式,將采集到的數據發送給作進一步處理。
d. 路由器節點軟件設計
程序中將設備類型設置為網絡路由節點,在協議棧中只需要更改應用層事件處理函數使其在接收到信息后調用程序把接收到的信息發送出去即可。
5.4 系統調試
為對系統進行功能的測試,特選擇宿舍為實驗場所,分別在宿舍的三個臥室各放置3個照明節點和一個照度采集節點,然后對系統的功能進行測試。通過測試,系統能夠準確地實現無線控制功能。照度節點能夠準確地采集環境的光照度信息,模塊能夠正常地進行數據的相互傳輸,PWM調光器模塊能夠準確無誤地對LED燈進行相應亮度的調節。此外各種情景模式,如室內外溫度和時鐘信息都可以按照預定指標正常工作。
6. 智能LED照明分類:
手動控制方式和自動控制方式。
LED SOK標準術語
波長:光的色彩強弱變化,是可以通過數據來描述,這種數據叫波長。我們能見到的光的波長,范圍在380至780nm之間,單位:納米(nm)。
亮度:亮度是指物體明暗的程度,定義是單位面積的發光強度,單位:尼特(nit)。
光強:指光源的明亮程度,也即表示光源在一定方向和范圍內發出的可見光輻射強弱的物理量,單位:燭光(cd)。
光通量:光源每秒鐘所發出的可見光量之總和,單位:流明(Lm)。
光效:光源發出的光通量除以光源的功率,它是衡量光源節能的重要指標,單位:每瓦流明(Lm/w)。
顯色性:光源對物體呈現的程度,也就是顏色的逼真程度,通常叫做"顯色指數",室內顯色性通常表示為Ra,以數值表示,Ra100為日光下的顯色性。
色溫:光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時,黑體的溫度稱為該光源的色溫,只有白光才有色溫, 單位:開爾文(k)。
眩光:視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比,所造成的視覺不舒適稱為眩光,眩光是影響照明質量的重要因素。
同步性:兩個或兩個以上LED燈在不規定時間內能正常按程序設定的方式運行,一般指內控方式的LED燈,同步性是LED燈實現協調變化的基本要求。
防護等級:IP防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級,由兩個數字所組成,第一個數字代表燈具防塵、防止外物侵入的等級(分0-6級),第二個數字代表燈具防濕氣、防水侵入的密封程度(分0-8級),數字越大表示其防護等級越高。
光周期:自然界或人造的能夠影響生物有機體的亮暗循環。
光度測量:根據給定的光效函數,如V(λ)和V’(λ),測量輻射量的方法。
光強分布:光源或者燈具在空間各個方向的光強分布。
光強曲線圖(表):光強由極坐標或者圖表給出,表中的數值為光源在每1000流明光通時產生的光強。對于光強非對稱分布的情況,可采用兩個不同平面內的光強分布圖來表示該燈具的光強分布情況。
7. 智能LED驅動方案
驅動方案一般來說有兩種:線性驅動和開關型驅動。
線性驅動應用是一種最為簡單和最為直接的驅動應用方式。在照明級白光LED應用中,雖然存在著效率低、調節性差等問題,但是由于其電路簡單、體積小巧,能滿足一些特定的場合應用較多。
開關型驅動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率,應用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關驅動是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個LED采用并聯驅動情況下的應用。升壓式開關驅動是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個LED采用串聯驅動情況下的應用。
一般認為,隔離型驅動安全但效率較低,非隔離型驅動效率較高,應按實際使用的要求來選。
設計一般的基本LED驅動器照明應用相對較簡單,但是如果還需要其它功能如相位控制調光和功率因子校正(PFC),設計就變得復雜。無功率因子校正功能的非調光LED驅動器通常包含一個離線式開關電源,用于恒定電流下調節輸出。
LED驅動器的后端架構包含一個具有短路保護功能的電流調節電路??梢岳镁€性調節電路達到這一目的,然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流,通常不會應用到多級架構中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩壓器電路,以便限制了輸出電流超過期望的LED驅動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化,還限制了出現短路或其它故障條件時的電流,從而能夠保護驅動器免遭損壞。
8. 智能LED照明應用領域
LED照明燈具里,底燈,吊燈,投射燈等裝飾用,反射用途的LED照明燈具可以完全勝任于任何場合,包括美術LED控制模組館,博物館等對顏色度要求較高的場所。但是對于商場,寫字樓等大規模設施來說,作為大范圍照明的LED燈具雖然已經誕生,但是其指向性(LED芯片發出的光是直線,發散性不好)太高,造成大面積內設計平均的照度很困難。燈管型LED照明燈具排列過密,設計成本過高,失去節能效果。因此,現階段裝飾用途場合,LED照明燈具完全可用,大面積室內照明還不成熟。
l 信號指示應用:信號照明是LED單色光應用比較廣泛也是比較早的一個領域,約占LED應用市場的4%左右。
l 顯示應用:指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等,LED用于顯示屏幕的應用約占LED應用的20%—25%,顯示屏幕可分為單色和彩色。
l 照明應用:
①便攜燈具:手電筒、頭燈、礦工燈、潛水燈等;
led照明導軌燈
②汽車用燈:高位剎車燈、剎車燈、轉向燈、倒車燈等,大功率的LED已被大量用于汽車照明中。
③特殊照明:太陽能庭院燈、太陽能路燈、水底燈等;由于LED尺寸小,便于動態的亮度和顏色控制,因此比較適合用于建筑照明。
④背光照明:普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等,LED作為手機顯示的背光源是LED應用最廣泛的領域。
⑤投影光源:投影儀用RGB光源。
⑥普通照明:各類通用照明燈具、照明光源等分為商業照明和家居照明。
9. 智能LED照明發展歷史
9.1歷史
應用半導體P·N結發光源原理制成LED問世于20世紀60年代初,1964年首先出現紅色發光二極管,之后出現黃色LED。直到1994年藍色、綠色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亞)成功開發出白色LED。
LED以其固有的特點,如省電、壽命長、耐震動,響應速度快、冷光源等特點,廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域,在我們的日常生活中處處可見,家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制,無法作為通用光源推廣應用。
近幾年來,隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入,LED制造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發和應用,各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展,其發光效率提高了近1000倍,色度方面已實現了可見光波段的所有顏色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出現,使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經有人指出,高亮度LED將是人類繼愛迪生發明白熾燈泡后,最偉大的發明之一。
9.2現狀
當前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下,節約能源是我們未來面臨的重要的問題,在照明領域,LED發光產品的應用正吸引著世人的目光,LED作為一種新型的綠色光源產品,必然是未來發展的趨勢,二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。LED球泡燈具與白熾燈比較,其最大的發展動力就是節能環保的優勢。前LED行業的快速發展,已經使得部分LED照明產品價格低于白熾燈或等同的水平,使得普通百姓家都可以接受,而且亮度也優于白熾燈泡。如:塑料球泡、貼片車鋁、筒燈等。如果做工程還是要選用一些優質的LED產品,在各方面保證它的穩定性,當然價格也會高一些。
中國半導體照明產業發展向好,外延芯片企業的發展尤其迅速、封裝企業規模繼續保持較快增長、照明應用取得較大進展。2007年中國LED應用產品產值已超過300億元,已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀亮化等應用產品世界最大的生產和出口國,新興的半導體照明產業正在形成。國內在照明領域已經形成一定特色,其中戶外照明發展最快,已有上百家LED路燈企業并建設了幾十條示范道路,但在室內通用照明市場方面仍顯落后。
2008年北京奧運會對LED照明的集中展示讓人們對LED有了全新的認識,有力推動了中國半導體照明產業的發展。當前中國半導體產業產業大而不強,核心競爭力仍有待于進一步提升。對國內企業而言,壯大規模、提高產品質量與技術水平是首要任務,提高未來取得大廠專利授權時的要價能力,或逐步通過研發突破核心專利。
9.3發展趨勢
隨著全球對發展低碳經濟取得共識,LED照明產業憑借其在節能降耗領域的性能優勢將迎來寶貴的快速發展機遇。在當前低碳經濟形勢下,LED照明產業市場不斷升溫,競爭日益激烈。2011年,中國LED照明產業工業總產值達到730.15億元。
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源,具有節能、環保、壽命長、體積小等特點,可以廣泛應用于各
 種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市景觀照明等領域。世界上一些經濟發達國家圍繞LED的研制展開了激烈的技術競賽。美國從2000年起投資5億美元實施“國家半導體照明計劃”,歐盟也在2000年7月宣布啟動類似的“彩虹計劃”。我國科技部在“863”計劃的支持下,2003年6月份首次提出發展半導體照明計劃。 多年來,LED照明以其節能、環保的優勢,已受到國家和各級政府的重視,各地紛紛出臺相關政策和舉措加快LED燈具的發展;大眾消費者也對這種環保新型的照明產品渴求已久。但是,由于投入在技術和推廣上的成本居高不下,使得令萬千消費者翹首以待的LED照明產品一直可望而不可及,遲遲未能揭開其神秘的貴族面紗!
9.4優點:
高節能:節能能源無污染即為環保。直流驅動,超低功耗(單管0.03-0.06瓦)電光功率轉換較高,相同照明效果比傳統光源節能。
壽命長:LED光源有人稱它為長壽燈,意為永不熄滅的燈。固體冷光源,環氧樹脂封裝,燈體內也沒有松動的部分,不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點,使用壽命可達6萬到10萬小時,比傳統光源壽命長10倍以上。
多變幻:LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理,在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合,即可產生256×256×256=16777216種顏色,形成不同光色的組合變化多端,實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。
利環保:環保效益更佳,光譜中沒有紫外線和紅外線,既沒有熱量,也沒有輻射,而且廢棄物可回收,沒有污染不含汞元素,冷光源,可以安全觸摸,屬于典型的綠色照明光源。
高新尖:與傳統光源單調的發光效果相比,LED光源是低壓微電子產品,成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等,所以亦是數字信息化產品,是半導體光電器件“高新尖”技術,具有在線編程,無限升級,靈活多變的特點。
10. 智能LED照明影響因素
相較于傳統光源,LED照明具有體積小、節能、壽命長、高亮度環保等特點。但是其價格也相對高于傳統光源,這也成為了LED進入市場的障礙之一,產能過剩也導致LED市場的競爭激烈。
10.1.營銷組合
面對高價成為LED照明進入千家萬戶的主要攔路虎,LED照明企業在提高產品技術、加強產品研發、注重規?;a等降低價格以爭奪替代節能燈、白熾燈市場份額,同時,注重營銷組合策略是打破LED照明發展桎梏長期而有效戰略。
營銷組合是指企業在選定市場目標上,綜合考慮環境、能力、競爭狀況對企業自身可控的因素,加以最佳組合運用,已完成企業目標與任務。應用在LED照明市場,LED照明企業可以根據自己細分市場,制定最優化組合的產品策略、定價策略、渠道策略等。同時,LED企業針對家庭替換性光源、酒店、店鋪、辦公等對光不同需求而制定營銷組合策略。
舉個例子,普通家居對光源需求定位于滿足照明功能、高的性價比、節能。而店鋪照明不僅僅滿足于基本照明、節能,還需要專業照明特點、可調光、光的主題或者情景模式等。因而,針對不同的客戶需求,制訂最佳的營銷組合策略將是打破LED照明發展“叫好不叫座”主要方法之一。
10.2人才缺失
2013年剛開年,各地企業招營銷類人才、業務員、技術類人員、設計師等招聘信息就滿天飛。很多企業都開始準備好槍支彈藥,摩拳擦掌準備開打2013渠道之戰。但是,LED行業快速發展,企業對LED人才需求激增,而高等院校對這方面人才培養完全跟不上LED行業發展速度。不言而喻,LED照明行業出現人才結構性缺失,人才頻頻跳巢及企業高薪“挖墻腳”成了行業現狀??偠灾?,LED行業缺乏懂技術銷售人員、懂LED技術高端人才等。
面對如此現狀,LED企業應加快與大專院校人才培養合作,培養具有LED基礎教育的人才。其次,加強企業培訓。尤其是加強對業務人員培訓。據了解,現在LED行業最缺乏的是懂技術銷售人員,銷售人員與客戶聊天的時候,技術是不得不談到的內容,很多業務人員對技術一竅不通。包括一些在公司工作好多年的員工,客戶經常把他們問得啞口無言。
10.3降價
據相關調查報告顯示,2012年LED照明行業工程火熱而零售慢熱,關于LED照明終端“叫好不叫座”現狀新聞紛紛報道。盡管2012年芯片價格下降30%以上、封裝技術得到穩步提升,但是相對節能燈,LED照明產品依然“高高在上”。其次,在中國LED企業大部分處于中下游封裝及終端產品應用領域,且產品同質化、渠道同質化、市場需求供過于求等情況嚴重困擾LED企業。相對2012年,由于打價格戰等造成一些企業倒閉、行業洗牌現象,2013降價拓渠道、降價清庫存仍然為LED照明市場主基調。
11. LED應用方案
11.1 LED特性
LED需要一個與白熾燈或鹵素燈完全不同類型的驅動器。白熾燈表現為具備自穩定特性的純電阻負載,LED則需要一個電流源。LED產生的光通量近似正比于流經該器件的電流。LED的正向電壓隨電流增加而增加,但隨溫度的上升而減少。在這方面,LED表現得像二極管。不過,在工作期間LED的正向電壓(VF)是很大的。該電壓與電子轉化為光子時產生的能量(eV)相關,該能量又直接相關于光的顏色。此外,不同生產批次之間的VF值可以相差很大。
11.2串行/并行配置
在大多數用LED替代現有光源的應用中,需要連接多個LED到驅動器上,因為單一的LED不能產生足夠的光通量。LED可以采用串行或并行連接。
如果LED采用串行連接,LED鏈上的總電壓等于正向電壓的總和(所有LED上的電流相等)。
如果LED并行連接,電流將分配到各支路中。不過,由于一個LED的正向電壓會隨著溫度上升而下降,因此這一配置本質上是不穩定的。隨著溫度的升高,越來越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去,這些支路將變得更亮,而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。
不過,采用并聯配置(或串并聯組合)的一個原因是,它允許大量的LED以一個安全的電源電壓結合在一起,而如果要采用串行連接來達到相同的亮度,你可能需要一個高得令人無法接受的電壓。
  在當前太陽能行業激烈競爭的大環境下,光伏組件生產商都在竭力使各自的產品與眾不同,主要的方向是用最低的成本實現最高的組件效率。有眾多的技術概念和市場推廣方案都聲稱已經有成熟的產品,但大部分產品都經不起仔細的研究推敲。有太多的例子證明,在某一方面取得的一些技術優勢并不一定能轉化成組件的最終收益。例如,盡管電池片的成本降低了,但是最終的組件成本并沒有因此降低;再如,電池片的效率也許得到提高了,但最終的組件效率并沒有得到同樣程度的提高。
11.3需求
一、中高級專賣店、商場等室內商業氣氛照明
LED光源節能環保、無紫外線,迎合了某些商家展示個性化光環境的心理,成了一些商家針對某些特殊產品展示的偏好光源;它全光譜的色彩范圍很適合烘托專賣店和商場的氣氛,LED光源在局部照明、重點照明和區域照明方面的優勢,能營造出其他傳統照明電光源所無法比擬的高品質光環境,非常適合商業照明網域。這時候,價格成了次要考慮的因素。
二、娛樂場所、美容院照明
LED整合的光源具備全特性容易控制,可以創造靜態和動態的照明效果,從白光到全光譜的任意色彩,渲染出一種強烈的娛樂氣氛來,LED的出現給這類空間環境的裝潢設計開啟了新的思路。
三、酒吧、咖啡廳等休閑場所的氣氛照明
LED光源體積小,固態發光,給了燈飾制造商無限的發揮空間,可以專業制作各式不同風格的LED燈飾,而LED全光譜的任意色彩和動靜態的照明效果讓它的裝飾性和制造情調的功能在這一類場所表現得淋漓盡致。
四、博物館、美術陳列館等專業場所的照明
博物館、美術陳列館等場所屬于對照明環境要求較高的特殊場合,其展示物品的特殊性要求照明光源不含紫外線,沒有熱輻射。LED是冷光源,光線中不含紫外線,完全可以滿足博物館、美術陳列館對照明的特殊要求。
五、五、商業性劇場、電視演播廳舞蹈和攝影的舞臺照明
LED光源在室內照明的應用,給劇場、演播廳的照明環境詮釋了一個新的概念。作為一流的英國電視臺,GMTV將演播室的照明改為變色LED,照明方面的能源利用減少了60%以上,演播室的溫度也降到更為舒適的程度。
六、旅館、酒店、賓館照明酒店、賓館的照明
運用LED產品,給顧客帶來一種不一樣的感受,除了節約能源之外,還能盡顯豪華和溫馨,對業主而言,LED營造的個性化的光環境可以充分彰顯企業的實力。
七、會議室、多功能廳照明
智能化控制的LED灰階可調,可以依據會議內容的不同調整會議室或多功能廳的照明環境,嚴肅或是活潑可以自由設定,LED智能化照明可以滿足不同會議主題對光環境的需求。
八、展覽會、時裝表演照明
展覽會、時裝表演是商家展示其產品和服務的場地。對商家而言,為了更好的吸引顧客,推銷商品并最終達成合作協定,他們需要個性化的光環境來展示其產品和服務,LED在展覽會和時裝表演照明領域大有用武之。
12. LED照明發展
LED照明燈具市場發展越來越熱,從眼下的市場來看,不久以后LED照明燈具產業就將迎來行業的高速發展時期。國外來看,目前最先推廣的領域也是在2,3兩項,反而LED路燈這塊連洋人都很謹慎。所以做盲目LED路燈的老板很可能會成為“革命先驅”,而其他兩個市場反而會培養很多行業的“領軍”力量。
大陸目前最熱的是LED路燈,在科技部十城萬盞的推動下,以驚人的熱情在推進,很多人都扎進這個市場,看起來是最先起來的照明領域。全國有21個試點城市,預計100萬盞,科技部計劃批復50個城市,預計200萬盞,這就是中國特色!也算是創造中國速度!不過整體產品成熟度令人擔憂;也可能是照明領域最先被做爛的一個市場,有重蹈LED護欄燈初期之嫌,泡沫是否已經比較嚴重,雖然很繁榮、很熱鬧,可以預見的是經過政府拿錢,最終經過2-3年會培養出來一批不錯的LED光電科技的公司,這也許是政府最終的目的所在。
LEDT8管應用,從市場產品方案來看,已有接近商品化產品推出,是最先可成熟推廣的一個市場??勺鐾\噲?,商場,廣告背光等市場;而且以產品成本和售價已基本接近商業應用臨近點(150)。好的產品,無論在光學,散熱,和電源處理上都有比較成熟的方案。產品也最接近商品化。當然,市場還存在大量的低品質產品。這是目前最大的挑戰。隨著美國能源之星和歐盟相關標準的出臺,相信以上問題會有很大的改觀,也就是說,T8-LED的商業化推廣也就會開始。
led燈杯,應該來講,燈杯是LED照明最先開始的一個領域之一,一直以來主要是產品方案不夠成熟,所以很難大規模應用。從以前的壓鑄,改為鋁擠型材;但是真正能解決散熱和電源的產品還沒看到,也就是,至今沒有一個可以商品化應用的產品方案。雖然LED本身成本已大幅下降,但市場一直是沒有大的起色。國外一些報導東芝有推出一些可以很好解決燈杯散熱和電源的產品,如果真是這樣的話,燈杯的市場應該是會緊隨T8-LED其后,很快起來。也是LED最先有希望做大一個領域之一。
就當前行業發展的水準來看,LED照明還沒有足夠的能力打破傳統照明觀念,依然停留在取代型路線上;而在取代型路線里面,LED照明還必須依賴政府政策指引。也就是說,雖然LED照明某些領取發展到足夠成熟的程度,但是相對于整個市場而言,其還處在一個起步階段的雛形層面上。
隨著LED照明產業競爭的不斷加劇,大型LED照明企業間并購整合與資本運作日趨頻繁,國內優秀的LED照明企業愈來愈重視對產業市場的研究,特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此,一大批國內優秀的LED照明品牌迅速崛起,逐漸成為LED照明產業中的翹楚!
13. 智能LED照明節能燈
13.1進步
眾所周知,白熾燈是愛迪生的重要發明,這個重要的發明使人類從此告別了黑暗,迎來了光明.但是白熾燈太耗電了,它大概只有不到十分之一的能量才變成了光能,其它都是熱能白白的被浪費掉了。所以人們都在想辦法要用新的光源來替代白熾燈,節能燈就應運而生了。由于它相比而言便宜又好制作,所以就得到了大量的應用,有逐步取代白熾燈的趨勢.
13..2原理
節能燈的兩極是普通的鎢絲.鎢絲通電發熱后,就能發射出電子.在燈管兩側加上比較高的電壓,形成電場,這些電子就會在燈管里被加速,形成有一定速度和能量的電子流. 燈管是被抽成真空的,里面充有汞,就是我們稱為的水銀。
在燈管通電發熱的情況下,這些水銀從液態蒸發就變成了氣態.形成游離狀態的汞原子。電子流中的電子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激發,變成激發狀態的電離子.稱為發生了階躍,激發狀態的汞過了很短的時間就自發地回落到原來的狀態,同時釋放出紫外線光,紫外線光不能用來照明.于是我們在燈管的內壁涂了一些熒光物質,在紫外線光的轟擊下,熒光物質受到激發以后,就能發出比較自然的光線, 可用于我們照明。
市面上較常見的節能燈管有一般的普通燈管及漸為主流的三基色燈管,和白熾燈泡相比都有省電的優點。所不同的是普通燈管的顯色性偏低,而三基色的燈管則呈現出自然的陽光色,并且在顯色性及光效率上都更勝過一般的普通燈管。從上面我們就可以知道,汞在節能燈管中是起中介作用的,沒有汞,節能燈就不會發光。每支燈管里的汞是很少的。
汞進入人體后很難被排除。筆者工廠的工人有十多年沒有接觸汞了,但檢查身體汞的含量仍然很高,而且隨時都還在打排汞針。所以筆者對節能燈有種本能的恐懼。其實含汞照明燈在使用過程中一般沒有什么污染,污染主要是報廢后電光源被隨意丟棄,破裂造成汞擴散到空氣中,危害人體健康,污染環境。由于回收困難和回收價值太低,加之它還有許多的其它弊病,所以唯一的辦法就是淘汰它。
所以為了克服節能燈以上的缺點,LED照明應運而生。LED燈杯、射燈等成為室內照明的主流,也將取代節能燈,成為下一代家庭照明的主流產品。
13.3缺點
v 生產過程中和使用廢棄后有汞污染,西方國家對汞污染是相當的重視.國人也越來越認識到了汞污染的危害性.
v 由于是玻璃制品,易破碎,不好運輸,不好安裝.
v 其耗電量對比LED燈還是偏大了些.
v 容易損壞,壽命短,節能不省錢,這句話就是它的最好寫照.
13.4優點
² 節能:白光LED的能耗僅為白熾燈的1/10,節能燈的1/4.
² 長壽:一個LED燈杯的壽命可達5萬小時以上,對普通家庭照明來說可謂一勞永逸。
² 可以工作在高速狀態:節能燈如果頻繁的啟動或關斷燈絲就會發黑很快的壞掉
² 固態封裝,屬于冷光源類型。所以它很方便運輸和安裝,可以被裝置在任何微型和封閉的設備中,不怕振動。
² LED技術正日新月異的在進步,它的發光效率正在取得驚人的突破,價格也在不斷的降低。一個白光LED進入家庭的時代正在迅速到來。據“CPL燈杯”的工程部劉總介紹,未來的照明發展趨勢必將是LED燈杯等室內照明產品淘汰節能燈的使用。
² 環保,沒有汞的有害物質。
² 對人身無輻射作用.
14. LED照明原理簡介:
14.1LED照明原理
LED光源LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-V特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發光特性。在正向電壓下,電子由N區注入P區,空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光。
假設發光是在P區中發生的,那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光,或者先被發光中心捕獲后,再與空穴復合發光。除了這種發光復合外,還有些電子被非發光中心(這個中心介于導帶、介帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復合,每次釋放的能量不大,不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大,光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的,所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。
理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料帶隙Eg有關,即 λ≈1240/Eg(mm)
式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光),半導體材料的Eg應在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極管,但其中藍光二極管成本、價格很高,使用不普遍。
14.2照明特性:
極限參數
u 允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發熱、損壞。
u 最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。
u 最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值,發光二極管可能被擊穿損壞。
u 工作環境topm:發光二極管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發光二極管將不能正常工作,效率大大降低。
不改變材質的前提下,在LED的極限范圍內,提高亮度的手段就是提高電流,隨著電流升高,LED發熱量會劇增。使用過LED光源便攜投影機的,或微投的朋友,一定都深有體會,LED光源的投影機,非常熱,而且普遍會有明顯的噪音。這些產品,機身小是一方面,關鍵還是其自身發熱量較大所致。
隨著功率的增加,LED的散熱問題顯得越來越突出,大量實際應用表明,LED不能加大輸入功率的基本原因,是由于LED在工作過程中會放出大量的熱,使管芯結溫迅速上升,熱阻變大。輸入功率越高,發熱效應越大。溫度的升高將導致器件性能變化與衰減,非輻射復合增加,器件的漏電流增加,半導體材料缺陷增長,金屬電極電遷移,封裝用環氧樹脂黃化等等,嚴重影響LED的光電參數。甚至使功率LED失效。因此,對于LED器件,降低熱阻與結溫、對發光二極管的熱特性進行研究顯得日趨重要。
14.3可靠性
LED驅動電源壽數偏低的一個重要原因是驅動電源所需的鋁電解電容的壽數缺乏,首要原因是長時間作業時LED燈內部的環境溫度很高,致使鋁電解電容的電解液很快被耗干,壽數大為縮短,通常只能作業5千小時左右。而LED光源的壽數是5萬小時,因而鋁電解電容的作業壽數就成為了LED驅動電源壽數的短肋。
如今有些供貨商為了處理這個難題,創造了無鋁電解電容的LED驅動電源計劃。但并不是所有的LED驅動電源供貨商都擁護這種做法。陳嶸指出:“當前量產的LED驅動電源中沒有一款是選用了無電解電容的驅動計劃,由于沒有它的話,許多試驗規范通不過,如EMI測驗和無閃爍測驗。”
而選用鋁電解電容的LED驅動電源計劃很簡單通常以上測驗, pcb抄板若是換成薄膜電容和陶瓷電容或鉭電容,情況如何呢?薄膜電容要到達一樣的電容量(通常為100-220uF),體積就會很大,并且本錢也太高,陶瓷電容通常容量太小,如用多個陶瓷電容完成這么大的容量,占板面積和本錢都太大,鉭電容要具有這么大容量,一是太貴,而是耐壓太低達不到需求,因而換成其它任何品種的電容,基本上不是體積太大,就是太貴,如為了這些缺陷換成容量較小的電容,消除紋波的作用就沒有那么好,許多出口產品所需的嚴厲認證測驗目標就無法經過,因而當前高質量的LED驅動電源仍是遍及選用鋁電解電容。
許多供貨商聲稱的無電解電容LED驅動電源計劃,很可能僅僅去掉了AC輸入端的鋁電解電容,恒流輸出端的鋁電解電容應該是很難去掉或代替的。
一家公司推出了一款可TRIAC調光的內嵌了驅動電源的13WLED燈泡,這款根據SSL2102的驅動電源計劃選用了鋁電解電容。當筆者問及該燈泡的作業壽數時,鋁電解電容的作業壽數難題肯定會影響到整個LED燈泡的壽數,但能夠采納一些物理方法來減輕這個難題,如將鋁電解電容在PCB上方位接近燈尾,通常來說,最接近LED光源有些的溫度最高,可到達100-200℃,散熱金屬外殼有些其次,通常為100℃左右,燈尾有些最低,通常為70℃左右,因而只需注重把鋁電解電容的方位接近燈尾,其壽數就不會衰減得太兇猛。咱們的試驗標明,它的壽數還可到達1萬小時左右,相當于10年使用時間,這關于通常家庭用戶來說,十年換一次LED燈泡基本上是能夠承受的。
14.4綠色環保
不含汞、鉛等對環境污染很大的重金屬,發光時不會產生紫外線,因此LED照明不會象傳統的燈具那樣有很多蚊蟲圍繞在光源旁使環境變得更加干凈衛整潔;金屬殼恒流驅動的創新設計使產品電能轉換成光效率非常高。
14.5獨特優勢
Ø 節約能源:LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段,其發光效率可達80―90%。筆者還將LED燈與普通白熾燈、螺旋節能燈及T5三基色熒光燈做了一番比較,結果顯示:普通白熾燈的光效為12lm/w,壽命小于2000小時,螺旋節能燈的光效為60lm/w,壽命小于8000小時,T5熒光燈則為96Alm/w,壽命大約為10000小時,而直徑為5毫米的白光LED為20―28lm/w,壽命可大于100000小時。有人還預測,未來的LED壽命上限將無窮大。
一般人都認為,節能燈可節能4/5是偉大的創舉,但LED比節能燈還要節能1/4,這是固體光源更偉大的改革。除此之外,LED還具有其他優勢,光線質量高,基本上無輻射,屬于典型的綠色照明光源;可靠耐用,維護費用極為低廉等等。正因為LED具有以上其他固體光源還無法匹敵的特點,10年后LED將是照明行業的主流光源。
Ø 安全環保:LED的工作電壓低,多為1.4―3V;普通LED工作電流僅為10mA,超高亮度的也不過1A。LED在生產過程中不要添加“汞”,也不需要充氣,不需要玻璃外殼,抗沖擊性好,抗震性好,不易破碎,便于運輸,非常環保,被稱為”綠色能源”。
Ø 使用壽命長:LED體積小、重量輕,外殼為環氧樹脂封裝,不僅可以保護內部芯片,還具有透光聚光的能力。LED使用壽命普遍在5萬―10萬小時之間,因為LED是半導體器件,即使是頻繁的開關,也不會影響到使用壽命。當今家用照明主要使用的是白熾燈、熒光燈及節能熒光燈。
Ø 響應速度快:LED的響應頻率fτ與注入少數載流子的壽命τmc有關,如GaAs材料制成的LED,其τmc一般在1―10ns 范圍內,則響應頻率約為16―160MHz,這樣高的響應頻率對于顯示6.5MHz的視頻信號來說已經足夠了,這也是實現視頻 LED大屏幕的關鍵因素之一。
LED響應時間最低的已達1微秒,一般的多為幾個毫秒,約為普通光源響應時間的1/100。因此可用于很多高頻環境,如汽車剎車燈或狀態燈,可以縮短車后車輛的剎車時間,從而提高安全性。
Ø 發光效率高:白熾燈、鹵鎢燈的光效為12-24lm/w(流明/瓦),熒光燈的光效為50―70lm/w,鈉燈的光效為90―140lm/w,大部分的耗電變成熱量損耗。而LED的光效經改善后可達到50―200lm/w,且光的單色性好、光譜窄,無需過濾就可直接發出有色可見光。
Ø LED元件的體積?。焊颖阌诟鞣N設備的布置和設計,而且能夠更好地實現夜景照明中“只見燈光不見光源”的效果。
Ø LED光線能量集中度高:集中在較小的波長窗口內,純度高。
Ø LED發光指向性強:亮度衰減比傳統光源低很多。
Ø LED低壓直流電即可驅動:具有負載小、干擾弱的優點,對使用環境要求較低。
Ø 可較好控制發光光譜組成:從而能夠很好地用于博物館以及展覽館中的局部或重點照明。
Ø 可控制半導體發光層、半導體材料禁止帶幅的大?。簭亩l出各種顏色的光線,且彩度更高.
Ø 顯色性高:不會對人的眼睛造成傷害。
14.6照明規范
隨著LED陸續導入室內、室外照明市場,LED照明價格也大幅下降,但品質參差不齊也導致問題叢生,據指出,各地陸續訂定LED照明規范,多項強制性照明標準將從2012年起上路,將可望加速淘汰劣質品的惡性競爭,進而帶動LED照明市場洗牌效應。
由于LED照明應用日趨普遍及多元,臺灣經濟部標準局陸續制定多項LED照明標準,繼LED路燈規范制定腳步領先世界各國公布,2010年底又頒布3項常見LED室內燈標準,包括LED T8直管燈管、LED投光燈以及輕鋼架燈(含平板燈)等,業界指出,盡管相關標準規范已定,但LED路燈經過多年推廣,到2012年才可望擴大安裝,由于政府導入緩慢加上預算編列作業,估計要到2013~2014年才可望釋出采購標案。
盡管大陸LED產業發展如火如荼,但由于各地區氣候環境差異過大,因此產業標準尚未進入國家標準項目,由各省份各自主導推動地區性LED照明標準建立,不過據指出,大陸發改委將通過LED照明的技術規范,以室內LED筒燈為優先項目,預料在技術規范定案后,2012年在大陸十二五規劃推動下,中央公布LED室內照明的補助財政方案將可望擴大實施。
至于LED照明產品輸入歐盟必須通過CE認證,而考量電磁輻射對人體可能會造成危害,歐盟也宣布于2013年起,強制執行人體電磁輻射安全規范標準。
隨著美國環保署于2011年10月公布新版固態照明燈具及光源產品上市規范,業界指出,備受關注的LM-80的光衰測試,預計將從2012年4月起強制實施,在新規范上路后,未來北美市場燈具廠商將優先采購通過LM-80驗證的LED產品,對于未受驗證的臺灣LED封裝及晶粒廠,日后進軍美國市場恐將遭受阻礙。
由于LM-80的光衰驗證需經過6,000小時測試,耗時長達6~8個月,部分LED業界認為,LED產品規格及技術日新月異,在經過長達數個月后,LED照明驗證標準可能又將改變,故對此認證仍抱持存疑,不過工研= 表示,LM-80被視為進入美國市場的入場券,廠商必須出具LM-80(LED流明維持率)試驗的報告證書,才能取得能源之星標章,北美照明工程學會(IES)也已訂出LM-80的光衰減檢測標準,不僅為LED應用產品提供量測標準,也為消費者提供品質保證,將成為全球共通的檢測標準。
 
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