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低碳经济视域下LED节能灯的优势和运用
发布时间:2021-01-26

  摘    要: 本文针对当前低碳经济模式下照明领域主流的技术产品——LED节能灯,在简述其优势的基础上,对其应用要点和注意事项进行深入分析,以此为LED节能灯的实际应用提供可靠参考借鉴,使其发挥出应有的作用效果。

  关键词: 低碳经济; LED节能灯; 应用;

  如今,地球资源日趋紧缺,社会发展过程中,节能减排成为一种必然趋势。对于照明领域而言,LED节能灯以其绿色和节能环保等显着优势逐渐成为取代传统光源第一途径,虽然其在我国市场得到普及还需要一段时间,但其市场潜力和发展前景都不容忽视。伴随该行业的日渐成熟,困扰LED节能灯应用和发展的关键问题将逐一得到解决,进而在不久的将来,使LED节能灯得到大范围广泛应用。
 

低碳经济视域下LED节能灯的优势和运用
 

  1 、LED节能灯优势

  对于室内照明,目前,常用传统光源有以下几种:白炽灯、卤钨灯、荧光灯和金卤灯,此类传统光源不仅耗电量很大,而且光源还有很大的热辐射,无论是颜色还是控制方式都比较单一,在一些较为特殊的场所根本无法应用;而对LED光源而言,不仅具有节能环保的特点,而且在功能性照明领域,存在很多优势,比如,支持低压供电和恒流驱动,有很高的可靠性;灯具结构牢固,抗冲击性能良好;具有良好的可控性,能快速响应,基本没有频闪,颜色也比较丰富;有多种不同的封装形式,可以适应复杂照明要求,包括点式、线式、面式和球式,甚至特殊造型灯具,也能满足要求。由此可见,相较于传统照明灯具,LED灯具有着无法媲美的优势,传统灯具和LED灯具在功率方面的对比如表1所示,在成本方面的对比如表2所示。

  表1 传统灯具和LED灯具在功率方面的对比
表1 传统灯具和LED灯具在功率方面的对比

  表2 传统灯具和LED灯具在成本方面的对比
表2 传统灯具和LED灯具在成本方面的对比

  从表1、2的数据可以看出,当使用条件与照明效果完全相同时,若采用LED节能灯,则耗电量与采用传统灯具相比可节省约2/3,而且由于LED灯的使用寿命极长,经过漫长的服役,前期增加投入的费用很快就会因为节能而弥补,之后将节省大量的成本,表现出良好应用和发展前景。

  2、 LED节能灯应用要求

  (1)LED节能灯最主要的特点在于可实现定向发射光,由于功率型的LED基本都加装反射器,同时,其效率比其他灯具反射器要高很多。除此之外,对LED进行光效检测的过程中已包含了反射器运行效率。当采用LED时,应最大限度利用其发射光特点,确保灯具中所有LED直接将光线射至需要照明的区域,然后,借助反射器进行辅助配光,以此达到预期综合配光目标。要想使道路灯具达到预期要求,其灯具必须具备三次配光基本功能。自带反射器而且光束输出角度科学的LED就可以实现预期的配光目标。从灯具自身角度讲,可将灯具的高度和路面宽度作为依据对各LED具体安装部位及反射光方向进行设计,以此达到二次配光目的。而对于灯具反射器而言,仅作为一种辅助手段实现三次配光,使道路照度有良好均匀程度。

  在实际的应用设计过程中,确定投射方向以后,借助球形万向节将LED固定于灯具上,如果灯具高度与照射的宽度有所不同,则可通过对万向节的适当调整来确保所有LED实际照射方向达到要求。在确定LED实际功率及光束输出角度的过程中,由于光强与照度距离的二次方为反比关系,所以,可通过计算确定不同光束输出角度对应的功率,同时,能通过对LED实际功率大小的调整确保LED光输出满足要求。上述调整手段均为LED灯具特有,通过对这些特点的充分利用能在保证照度及其均匀性的基础上减小功率密度,从而实现节能的目标。

  (2)采用LED灯具的电源也和传统光源完全不同,采用恒流驱动电源对保证系统正常稳定运行而言至关重要,如果开关电源方案过于简单,则可能会使LED器件受到一定程度的损伤。怎样保证LED的安全性,是对其进行考察的重要指标之一。对于驱动电路,应做到恒流输出,由于LED在正向工作过程中结电压没有太大的变化,所以如果驱动电流保持恒定,则可以使输出功率也达到恒定。考虑到当前电源电压供应并不是很稳定,所以驱动电路必须具备恒流输出的特点,用于确保光输出保持恒定,避免LED处在超功率运行状态。

  为了使驱动电流保持恒流特性,从输出端开始不断向内看,输出内阻抗必定较高。在工作过程中,负载电流亦通过此输出内阻抗,若驱动电路是由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路构成,则必然会消耗一定有功功率,因此,这两种电路在使输出保持恒流的基础上,效率不会太高。可参考的设计方法为按照有源电子开关电路进行设计,或直接采用频率较高的电流对LED进行驱动,通过对以上两个方法的应用能使电路在始终保持恒流输出的基础上,表现出理想的转换效率。

  道路灯具大多是在HID光源基础上采用触发器与电感镇流器,该模式能效相对较低,且存在频闪等问题,但对LED灯具而言,由于配备的是电子驱动电路,所以当在野外使用时,可能会受到雷电感应的影响。

  闪点发射属于无线电波,道路灯具的供电线路一般为架空线路,可接受无线。如果两根电源线同时接收到相同闪电所发出的电波,则从驱动电路角度讲会产生共模干扰,其对地可以达到上百伏,甚至上千伏,会使电路中电容被击穿,或电气间隙变小,导致驱动电路被破坏。此外,供电线路大多属于极性电源,在这种情况下,当感应到闪点后,因两根供电线对地的瞬时阻抗存在差别,所以会使线路之间产生一定干扰电压,导致整流二极管被直接击穿,造成电路损坏,影响灯具的正常使用。

  为了解决以上问题,需在输入端并接一个压敏电阻,起到泄放干扰电压的作用。考虑到闪点造成的干扰往往是重复多次的,所以如果干扰电压相对较高,则压敏电阻在泄放时可能会有很大的电流,因此,对压敏电阻而言,除了要有良好响应能力,而且还要防止由于泄放而被损坏。在使用压敏电阻的基础上,输入端还要与EMI防护相结合,设计出一个复合式LC网络,确保网络可以阻碍泄露,并对闪电干扰信号予以有效抑制。

  3、 LED节能灯应用案例

  在应用了LED节能灯以后,带来了以下几个方面的变化。

  (1)功率的变化

  (1)投光灯:(常规桥吊一台机约40~50个)

  原桥吊安装的投光灯多为1000W,其灯具体积较大,整体重量比较大,其灯管与灯具分开安装,安装及维修比较困难,桥吊作业振动易造成灯具故障。

  现采用LED节能投光灯,功率约在350~475W,不同的桥吊使用的灯具功率略有不同。其特点体积小,亮度高,轻便易安装,重点节能效果好,故障率较低。

  (2)步道灯:(常规桥吊一台机约120~140个)

  原桥吊安装的步道灯多为36W,其灯具体积较大,整体重量比较大,灯管和灯具需要分开安装,桥吊作业振动容易造成灯管松动而报故障。

  现采用LED节能步道灯,功率约在15~25W,其特点体积小,亮度高,安装轻便,岸桥运行过程中故障率低。

  (2)安装方式的变化

  之前的投光灯需要制作较大的支架来支撑安装,使用的材料比较多,比较笨重,转运焊接比较困难。安装投光灯支架需要耗费的人工比较大。

  现在采用LED小功率投光灯,安装支架采用小型材拼装,安装较为方便。

  (3)故障及维修的变化

  (1)原来的投光灯和步道灯多数采购进口件(灯具的价格很高),灯具出现故障情况时,维修比较困难。返厂维修的周期比较长,原投光灯灯管与灯具分开安装的设计,由于机械运行振动造成的故障率较高,维修成本也比较大。

  (2)现在采用的LED投光灯和步道灯大多采用国产灯具(灯具便宜),灯具与发光管集成一体,发光二极管都是焊接在主板之上,机械运行振动故障率低,灯具抗振动性比较好。

  4 、结语

  综上所述,LED节能灯是当前各个领域照明的主流发展趋势,它的应用能在保证照度等基本要求的前提下,节约能源,降低成本,适应国家节能减排的要求。但为了使LED灯的应用达到预期效果,在实际的设计与应用过程中,需要对一些方面引起足够的重视,尤其是道路照明方面。总的来说,LED灯的应用带来的变化是巨大的,包括功率、安装方式与故障及维修等各个方面。

  参考文献

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  [2]黄锦辉,王育忠.合同能源管理模式在虎门大桥路灯LED节能改造中的应用[J].中国交通信息化,2018,11(08):126-128+136.
  [3]李炳华,王翔,岳云涛.LED灯综合能效及经济效能的研究及应用[J].建筑电气,2016,35(08):3-6.

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