用綠色點亮城市跨越式發展之路

摘要：LED作為一種新型的綠色光源產品，具有節能環保的優勢，21世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。在指出了LED燈的基本原理、主要特點及適用范圍的同時，對LED的發展前景及面臨的問題作出了有益的探索。

關鍵詞：LED；綠色城市；跨越式發展

中圖分類號：F426.92 文獻標志碼：Ａ文章編號：１６７３－２９１Ｘ（２０11）17－０018－02

隨著城市照明事業的不斷發展，科學技術在城市照明中的地位和作用越來越重。以襄陽市為例。襄陽作為中西部地區的省域副中心城市，近年來，城市照明事業突飛猛進，照明節能工作也如火如荼，太陽能草坪燈、景觀燈、風光互補燈、LED燈、LVD燈相繼出現在城市的公園、景點和主次干道，在為城市帶來光明的同時，也節約了大量電能。尤為突出的是LED燈、LVD無極燈在襄陽市的成功應用，開辟了襄陽市城市照明環保節能的新天地。下面，重點介紹一下LED路燈在城市照明中的應用。

一、LED的發展現狀

當前，在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節約能源是我們面臨的重要的問題。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，21世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。

中國LED產業起步于20世紀70年代，經過30多年的發展，已初步形成了包括LED外延片的生產、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產品應用在內的較為完整的產業鏈。在“國家半導體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產業化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區則成為中國LED產業發展的聚集地。目前，中國半導體照明產業發展良好，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、景觀照明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。

以襄陽市為例。襄陽有部分道路安裝了LED路燈，其中具有代表性的道路是施營社區，共安裝60ＷLED路燈31盞。該社區以前安裝的路燈為250Ｗ鈉燈，平均照度為18ＬＸ，經LED改造后，平均照度可達到23—25ＬＸ，不僅提高了路面照度，而且降低了總功率輸出，大大減少了能源消耗，并符合環保的要求，屬綠色無污染的照明。根據在施營社區的試驗效果，襄陽市擬將市區的近4萬盞鈉燈更換為相應型號的大功率LED路燈。如果這樣，襄陽市可將原路燈總功率7 000KW降為4 000KW，年節約電費可達750余萬，節約標準煤3萬噸，減少二氧化碳排放1.2萬噸、二氧化硫排放400噸。如果將襄陽市城鎮居民室內照明也都更換為LED燈，產生的社會效應和經濟效益將更大。襄陽市按100萬戶計算，每戶3盞40W日光燈更換為3盞10WLED燈，每年可節約用電1.65億千瓦時，節約標準煤10萬噸，減少二氧化碳排放5萬噸、二氧化硫排放2 000噸。同時，為了更好地推廣應用LED路燈，襄陽市路燈管理處正積極同深圳卓靈科技有限公司LED生產廠商進行洽談，在市區深圳工業園建立了LED產業園，其總體目標是以半導體照明LED技術為主要推廣對象。該項目占地300畝，投資5億元人民幣，產值為10億元人民幣，并可解決5 000人就業，不僅為襄陽市帶來可觀的經濟效益，也大大的緩解了就業壓力。目前，該項目投資協議已和招商局、城投公司、深圳工業園簽定，廠家注資500萬元成立襄陽卓靈科技有限公司工作正在進行中。

根據太陽能技術和風光互補技術的成熟度及其應用特點，在適當的應用場合將太陽能和風光互補技術與半導體照明LED技術結合應用，從而促進襄陽市經濟跨越式的發展。

二、LED燈的基本原理、主要特點及適用范圍

（一）基本原理

LED（Light Emitting Diode），發光二極管，簡稱LED，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。 而這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P—N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P—N結的材料決定的。

（二）主要特點

LED是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體。LED由于其工作壽命長、耗電低、響應時間短、體積小、重量輕、耐抗擊、易于調光調色、可控性高、不存在諸如水銀、鉛等環境污染物，不會污染環境，因此，人們將LED光源譽為“綠色”光源。其特點主要有以下幾點：

一是節約能源。在同等視覺條件下，LED燈相對于高壓鈉燈可節電60%～70%，相對于白熾燈可節電80%～90% 。

二是使用壽命長。壽命超過50 000小時，按照每天使用12小時計算，可以使用10年以上。

三是顯色指數高。高壓鈉燈顯色指數20～25，熒光燈管顯色指數60～80，LED顯色指數可達到75～80 。

四是燈光色溫可選。一般戶外白光LED的色溫可以在5 000～6 500K之間選擇。

五是光源有效利用率高。高壓納燈真正到達出口處的光僅剩余20%左右；LED光源利用率可以達到90%左右，比高壓鈉燈高得多。

（三）適用范圍

LED是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅動、組合后色彩表現豐富、使用壽命長等優點，廣泛應用于城市各種工程、大屏幕顯示系統。LED可以作為顯示屏，在計算機控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。據專家測試，用大功率LED路燈取代一個中等城市30萬盞普通路燈，每年可節約用電2.85億千瓦時，節省標準煤20萬噸，減少二氧化碳排放10萬噸、二氧化硫排放3 000噸，中國照明行業也將由于LED技術的發展，發生一場前所未有的巨變，并將引來一個嶄新的、偉大的節能產業的誕生。它宛如多年前的世界網絡、手機、通訊的革命，又宛如中國家電、汽車、工業整合時代的來臨。在節能減排方面，由于LED照明器件功耗低、亮度高、壽命長、可靠性高，并且廢棄的LED燈具基本上無須做任何處理，不會對環境產生任何影響，所以對節能環保有積極的推動作用。隨著LED產業的發展和LED產品應用的深入，可直接降低LED燈具的購買成本和使用成本，從而可提升當地居民的生活水平及生活質量。

三、LED的發展前景及面臨的問題

未來幾年中，隨著全球節能減排的盛行，環保和節能將成為市場熱點，LED行業也將開始升溫。而我國LED產業經過30多年的發展，雖然先后實現了自主生產器件、芯片和外延片，但自產的LED芯片，外延片產量仍有限，其產品以中、低檔為主，產業化規模偏小，只能滿足國內封裝企業需求量的20%～30%，大部分高性能LED和大功率LED產品均要依賴進口。隨著政府的大力推廣和全球產業梯次轉移，未來我國LED將成為市場上最具誘惑力的蛋糕，預估到2010年，整個中國大陸LED產業產值將超過1 500億元。LED產業鏈中，LED外延片跟LED晶片大概占行業70%的利潤，LED應用大概占10%～20%。2015年產業規模將達到5 000億元以上。我國進入LED產業的企業與日俱增，產業市場競爭將更加激烈。

LED的整燈結構還處于一個醞釀期，想快速普及是不可能的。不僅是價位問題，散熱如何處理、外形能否達到散熱效果、達到散熱的目的后外能能否被大眾所接受等都是要進一步解決好的問題。總結一下主要有如下幾點。

第一，要解決光效關。LED的光效雖已到了45—60流明/瓦，但與照明要求還有些距離，光效不解決，LED在照明行業的市場份額就會受到限制。

第二，要降低成本。市面上，大家都在喊LED成本偏高，大功率的LED售價幾乎是同等功率節能燈的10倍，如果成本能降下來，售價降低，LED的市場競爭力就會增強。

第三，技術關。我們許多的企業已經能夠生產出1W、3W、5W的LED產品，但這些遠遠滿足不了需求，必須把功率加大10W、20W，甚至更高，擴大LED的應用范圍；同時，LED的色溫、顯色指數和壽命都有待改進。即使克服了以上這些難點，LED還會在相當長的一個長的時間里與節能燈等其他燈飾共存，這是必然會經歷的一個過程。

要提高LED應用產品的競爭力需要依靠三大關鍵技術，一是光學設計：要提高LED的實際光利用率；二是散熱設計：提高LED的光效，減少LED的光衰及延長壽命；三是驅動器設計：提高LED燈具的整體光效。解決好這些問題才能讓LED燈具的整體光效高、壽命長。