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摘要：面对广阔的市场前景，国内LED企业通过不断地研发和技术革新，目前的LED照明技术以已趋于成熟。节能环保、光效高、智能化程度高、运维成本低、安全可靠已成为LED光源的显著特征。伴随社会各界的认可和国家的大力推广，目前在各个行业领域都得到了广泛的应用。特别是在畜牧养殖、农业生产领域，以及道路桥梁和隧道照明方面和传统的照明灯具相比，发挥出了更加独特的自身优势。本文对LED灯的原理及组成进行了简单的介绍，分析了LED灯的优点和性能特点、以及存在的不足，进一步对LED灯具推广应用和发展前景进行了阐述，以提高大家对LED灯具的认知。
关键词：LED；节能；光效；光衰
引言
资源和环境是目前社会高度关注的课题，在追求经济快速发展的同时，对节能减排也提出了新的要求。在灯具照明领域，普通的汞灯、白炽灯的缺陷越来越明显，越来越不符合社会发展进步的现实需要，并逐渐退出市场。LED灯的诞生，成为新一代光源的代表，其以高效、节能、环保、智能化程度高等特点，在生产、生活等不同的领域都得到了良好的展现，得到社会各界的认可。
1LED灯的工作原理及组成
LED就是发光二极管，是可以把电能转化成可见光的一种固态半导体器件。由P型（空穴）半导体与N型（电子）半导体所组成的晶片是LED的核心部分。其工作原理是当对发光二极管正向导通外加电压时，在电流的作用下，正、负电子在半导体PN结处耦合，就会产生光子，发出能见光。电流大小决定发光亮度的强弱，制造PN结所使用的化合物材料决定了光的颜色和波长。总体上划分，LED灯由三个主要部分组成：电源驱动装置、LED发光晶片、灯具。
2LED灯的性能优点
LED灯具有以下优点：（1）节能高效：耗电低，单个LED发光晶片功耗不足0.1W，电能转化率80%以上，光效可达50~200Lm/W。同等光效下，耗能只有白炽灯的20%、荧光灯的一半。（2）寿命超长：LED灯光源内无灯丝，抗冲击性能强，采用环氧树脂封装技术，在正常使用下，使用寿命为6到10万小时，而且使用期间免维护。（3）安全可靠：通过电源转换器，LED灯采用低压直流驱动技术，属于固体冷光源，低发热量，在光源附近或直接触摸不会出现烫伤灼伤的情况，（4）款式多：其具有体积小、重量轻的优势，抗震抗冲击性强，适合通过排列组合制成各种样式的灯具。（5）绿色环保：LED灯不含紫外线和红外线，没有辐射、光色柔和无眩光、没有噪音产生、不存在电磁干扰现象，是典型的绿色光源；生产耗材无毒，无汞无钠等有害物质存在，可实现回收利用。（5）速快响应：LED灯快速响应的时间只需23纳秒，可高频操作。（6）色彩丰富：调整电流大小，就能在红、绿、蓝三基色的基础上，产生多种颜色，可实现图案设计。在加上智能控制手段，就有动态变化的效果。
3LED灯存在的问题
LED等较传统的白织灯、汞灯、高压钠灯等相比，虽然具有明显的优势，但其自身还不够完美，有待技术提高，具体体现在一下几个方面：（1）功率低。目前市场上存在的单体LED功率都在5W以下，没有更大的功率。（2）封装之后的散热问题有待解决。虽然发光晶片采用的是新型的封装材料，可以有效减少因长时间照射而发黄的颜色变化；但LED灯的散热设计依然是一个亟待解决的技术难度，工作时会有一部分电能会转化成热能,特别是功率较大LED灯，其发热量也更大，直接导致PN结的温度过高，会加速LED发光晶片的光衰速度，影响到发光效果，使晶片提前老化从而缩短使用寿命。（3）光衰问题。LED的正常使用寿命在6-10万小时。但在使用中会受到电源驱动器的使用寿命和稳定性影响，尤其是功率大的LED灯的电源驱动器，会加速LED的光衰速度，缩减使用寿命。在一般情况下，当光衰达到70%，就意味着LED灯寿命截至。（4）光色问题。LED灯发出的白光不纯，蓝光成分较多，而且容易引起眩光，让人感觉不够自然。（5）成本高，市场价格不具备普适性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前，欧美日垄断着制造LED晶片的核心技术（白光晶片），所以导致制造成本偏高，同等照度的LED灯，其市场价格往往比传统灯具高出3倍左右，导致大部分用户不能接受，市场价格不具备普适性是LED灯全面推广和普及应用的最大难题。（6）维护成本高。LED配备的电源驱动器使用寿命较短，一般为2到3年就得更新。另外，目前市场上有部分的LED灯产品，采用串联的方式将多个单体发光晶片连接，一旦其中任何一个坏掉，整组都会灭灯，只能整体更换。
4 LED灯的应用
4.1路灯照明
运用LED灯作为城市路灯的照明光源，不仅可以达到照明效果的基本要求，而且还能起到夜景装饰的效果。路灯照明具有供电线路长,线损很大的特征。LED灯具有高光效、低能耗的明显优势，其耗能只有传统路灯的30%左右；绿色环保可降低城市光污染；使用寿命长，没有维修可节约管理成本；智能控制，能提高运用效果、降低人工成本和管理水平；颜色多变，图形搭配可提高城市的美化水平。
4.2LED灯在农业方面的应用
LED灯在农业方面可运用于植物补光。室内种植时，可以运用LED灯全面补光；密集种植时，可以对低矮位置进行补光；分层种植时可以做到人工按需进行LED灯补光；还可以按要求和需要对同一农作物的不同位置进行补光。实践证明，运用LED灯补光的效果更加优越于传统灯具和自然光。浙江林学院的吴家森老师通过对萝卜进行LED灯补光的实验发现，运用LED灯补光的萝卜其叶片的数量、长度、宽度等生长指标和自然光条件照射下的生长指标没有明显的差异，但它明显的提高了萝卜的光合能力，使萝卜的肉质根长势更佳。进一步科研实验表明，运用不同颜色LED灯对植物进行补光，会有不同的效果。
4.3汽车照明
LED灯具有小巧耐用、抗震耐冲击、响应速度快、方向性强及易控制等特点,已成为汽车照明中主导产品广泛应用；如前照灯、尾灯、刹车灯、方向灯、指示灯及车内装饰灯等。
4.4LED灯在畜牧方面的应用
LED灯光源稳定、无频闪，对保持畜牧养殖的种群稳定有利，比如在蛋鸡的养殖中，应用LED灯，可以明显提高鸡群均匀度，降低了死淘率。而且好传统的白炽灯相比，LED灯的节能优势非常明显，每年可节省大量的电费，更有利于降低生产成本。
4.5LED灯在道路桥隧方面的应用
目前LED灯具价格成本偏高，是导致它在道路桥梁以及隧道照明工程运用上不具备优势的首要因素。但是LED灯所具有的方向性强、高效节能、环保、无紫外线及红外线辐射、维护工作量小，运维成本低、使用寿命长以及能实现智能控制的优势较传统的高压钠灯和普通金卤灯光源相比，依然相当明显。通过实际运用的效果分析进一步证明，运用LED灯的道路照明系统，其显色指数和显色性更佳，驾驶员视觉效果更好，而且耗能仅有传统灯具的50%，较长的使用寿命有效的避免了更换维修带来的道路“失明”，有效的减少了道路线路火灾以及交通事故发生的概率。
结语
LED灯作为第四代光源的代表，以其高效节能，低碳环保、使用寿命长、智能化程度高等显著优势，得到了社会公众的认可。随着不断的技术革新，LED产品的不断成熟，在包括价格在内的一些缺点逐渐得到改善和解决，LED灯一定会得到普及性的推广和运用。
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论文作者:张益锋,赵臻奇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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