采用LED照明灯具实现长期节能

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  固态照明工业领域发光性能的巨大改进已经表明,发光二极管照明是替代已有照明技术的可选方案,这不是在将来的某个时候,而就是在今天。促使人们采纳LED照明技术的一个关键因素是,它可以节省(spare)大量的能源,以及可以长期工作的可靠性。

  根据美国能源部的报告,美国22%的电能用于照明,相当于1000家大型电厂的输出,总价值相当于550亿美金。DOE预计,在不超过10年间,固态照明的效率将达到150lm/W,相当于白炽灯效率的10~12倍、紧凑型荧光灯的2倍。如果以这样的效率计算,假设将50%的照明灯具换成LED照明灯具就可以节省美国全国所用电能的6%~7%。当许多人毫无疑问地相信LED照明可以长期节省能源的时候,其实他们并不认为LED照明在今天能够真正节省能源。当然,今天的LED照明灯具的初次购买价格(price)可能是传统照明灯具的若干倍,这限制了LED照明灯具的使用。但是,这些最先安装的LED照明灯具表明预计的节能是真实的。

  去年秋季,沃尔玛宣布将在超过500多个仓库中采用LED照明系统更换冷库中的现有系统。led台灯就是以LED即发光二极管为光源的台灯,LED是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。其使用的LED照明技术是第三代照明技术。LED台灯使用产生的蓝光会对眼睛造成伤害,但也有一系列优点。沃尔玛企业66%的运营(manufacturing)费用(expense)是用于购买(buy)电力,估计在冷库中改用LED照明灯具后每年将节省380万美金。

  1 LED照明灯具的定向发光特性(characteristic)在整个灯具的效率(efficiency)方面起到很大的作用

  对照明系统(system)改造前后的能量消耗研究(research)表明,新的照明系统所消耗的能量低于被替代的白炽灯、荧光灯和高压钠灯所消耗能量总和的48%。

  当考虑采用LED照明技术时,亮度、成本(Cost)和寿命是首先要评估的因素。对能量效率(efficiency)的考虑目前已上升为第一位,这是由于在能源保护领域,有许多政府资助的研究,以及人们对高效率(efficiency)照明意识的增强,这反映在标准规范的开发和对高效光源需求进行的立法。

  将传统照明改造成LED照明每年将节能(jieneng)数十亿美金(USD)的事实(Fact)已经促使人们启动了许多政府资助的项目,例如,下一代照明启动项目和21世纪照明项目等。led灯珠PN结的端电压构成一定势垒,当加正向偏置电压时势垒下降,P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向P区扩散,构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。这些项目将政府机构、工业组织、大学和实验室召集在一起,以加速开发和实现固态照明。

  现在,LED照明只是一种值得关注的选择(xuanze),但是在不远的将来,它们可能成为必需的。在全球,许多国家和地区正逐渐意识到大量现有照明技术的效率太低了。很多国家的政府部门,如美国、加拿大、欧洲和澳大利亚通常都以一定期(dìng qī)限的“白炽灯禁令”、立法调节,或者废除白炽灯和卤素灯的形式来响应照明变革。

  人们对这些低效率光源的意识的增强有助于增加对LED照明灯的采用,而强制实行度量标准比立法禁止某项技术会更好。美国加利福尼亚洲的24条标准就是在立法方面极好的例子。通常,24条标准提供了一套能够将建筑(jiàn zhù)物结构所有方面都覆盖(Cover)到的强制性的规则。24条标准中居住照明的部分要求在居家的几个部分必须使用高效(指效能高的)率的照明光源,包括(bāo kuò)厨房(Kitchen)和浴室,但是,没有规定应该使用哪种技术。

  2 由于LED照明是定向光源,它们通常比基于全向光源,例如CFL球形灯具有更高的效率

  美国能源部刚刚完成的固态照明光源能源之星标准对光源的整体效率进行了限制,不仅仅是光源所提供的效率。需要注意(attention)的是,24条标准和能源之星标准是非常不同的。24条标准是强制性的政府法令,而能源之星是自愿认证的。当前人们所关心的光源效率法规很可能以这两种标准为框架(Framework)进行立法。

  由于LED是定向光源,它们通常比基于全向光源,例如CFL球形灯具有更高的效率(efficiency)。LED照明灯具的定向发光特性在整个灯具的效率方面起到很大的作用。当其他光源,例如高压纳灯,可能在光源等级上有更高的效率,而实际上,LED照明所发出有用光的效率更高。今天的顶级白光功率LED可以达到接近100lm/W的效率,而且能够发出70lm/W的可用光输出,可以直接用在如停车场领票处和室内(indoor)顶棚灯的照明等领域(domain)。

  美国能源部建筑(jiàn zhù)技术项目(xiàng mù)的照明项目经理Jim Brodrick指出:“在LED照明性能方面的持续改进没有一点放缓的迹象。led灯珠使用低压电源,供电电压在2-4V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源;更安全的电源,特别适用于公共场所;亮度随电流的增大而变亮,小功率LED灯珠工作电流为0-60mA,大功率LED工作电流在150mA以上。当性能和效率得到改善的时候,LED照明将对减少全国的能源消耗做出极大的贡献。”

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