用绿色点亮城市跨越式发展之路

摘要：LED作为一种新型的绿色光源产品，具有节能环保的优势，21世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。在指出了LED灯的基本原理、主要特点及适用范围的同时，对LED的发展前景及面临的问题作出了有益的探索。

关键词：LED；绿色城市；跨越式发展

中图分类号：F426.92 文献标志码：Ａ文章编号：１６７３－２９１Ｘ（２０11）17－０018－02

随着城市照明事业的不断发展，科学技术在城市照明中的地位和作用越来越重。以襄阳市为例。襄阳作为中西部地区的省域副中心城市，近年来，城市照明事业突飞猛进，照明节能工作也如火如荼，太阳能草坪灯、景观灯、风光互补灯、LED灯、LVD灯相继出现在城市的公园、景点和主次干道，在为城市带来光明的同时，也节约了大量电能。尤为突出的是LED灯、LVD无极灯在襄阳市的成功应用，开辟了襄阳市城市照明环保节能的新天地。下面，重点介绍一下LED路灯在城市照明中的应用。

一、LED的发展现状

当前，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们面临的重要的问题。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光。LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，21世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

中国LED产业起步于20世纪70年代，经过30多年的发展，已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，中国半导体照明产业发展良好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路。

以襄阳市为例。襄阳有部分道路安装了LED路灯，其中具有代表性的道路是施营社区，共安装60ＷLED路灯31盏。该社区以前安装的路灯为250Ｗ钠灯，平均照度为18ＬＸ，经LED改造后，平均照度可达到23—25ＬＸ，不仅提高了路面照度，而且降低了总功率输出，大大减少了能源消耗，并符合环保的要求，属绿色无污染的照明。根据在施营社区的试验效果，襄阳市拟将市区的近4万盏钠灯更换为相应型号的大功率LED路灯。如果这样，襄阳市可将原路灯总功率7 000KW降为4 000KW，年节约电费可达750余万，节约标准煤3万吨，减少二氧化碳排放1.2万吨、二氧化硫排放400吨。如果将襄阳市城镇居民室内照明也都更换为LED灯，产生的社会效应和经济效益将更大。襄阳市按100万户计算，每户3盏40W日光灯更换为3盏10WLED灯，每年可节约用电1.65亿千瓦时，节约标准煤10万吨，减少二氧化碳排放5万吨、二氧化硫排放2 000吨。同时，为了更好地推广应用LED路灯，襄阳市路灯管理处正积极同深圳卓灵科技有限公司LED生产厂商进行洽谈，在市区深圳工业园建立了LED产业园，其总体目标是以半导体照明LED技术为主要推广对象。该项目占地300亩，投资5亿元人民币，产值为10亿元人民币，并可解决5 000人就业，不仅为襄阳市带来可观的经济效益，也大大的缓解了就业压力。目前，该项目投资协议已和招商局、城投公司、深圳工业园签定，厂家注资500万元成立襄阳卓灵科技有限公司工作正在进行中。

根据太阳能技术和风光互补技术的成熟度及其应用特点，在适当的应用场合将太阳能和风光互补技术与半导体照明LED技术结合应用，从而促进襄阳市经济跨越式的发展。

二、LED灯的基本原理、主要特点及适用范围

（一）基本原理

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。 而这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P—N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P—N结的材料决定的。

（二）主要特点

LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。LED由于其工作寿命长、耗电低、响应时间短、体积小、重量轻、耐抗击、易于调光调色、可控性高、不存在诸如水银、铅等环境污染物，不会污染环境，因此，人们将LED光源誉为“绿色”光源。其特点主要有以下几点：

一是节约能源。在同等视觉条件下，LED灯相对于高压钠灯可节电60%～70%，相对于白炽灯可节电80%～90% 。

二是使用寿命长。寿命超过50 000小时，按照每天使用12小时计算，可以使用10年以上。

三是显色指数高。高压钠灯显色指数20～25，荧光灯管显色指数60～80，LED显色指数可达到75～80 。

四是灯光色温可选。一般户外白光LED的色温可以在5 000～6 500K之间选择。

五是光源有效利用率高。高压纳灯真正到达出口处的光仅剩余20%左右；LED光源利用率可以达到90%左右，比高压钠灯高得多。

（三）适用范围

LED是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点，广泛应用于城市各种工程、大屏幕显示系统。LED可以作为显示屏，在计算机控制下，显示色彩变化万千的视频和图片。据专家测试，用大功率LED路灯取代一个中等城市30万盏普通路灯，每年可节约用电2.85亿千瓦时，节省标准煤20万吨，减少二氧化碳排放10万吨、二氧化硫排放3 000吨，中国照明行业也将由于LED技术的发展，发生一场前所未有的巨变，并将引来一个崭新的、伟大的节能产业的诞生。它宛如多年前的世界网络、手机、通讯的革命，又宛如中国家电、汽车、工业整合时代的来临。在节能减排方面，由于LED照明器件功耗低、亮度高、寿命长、可靠性高，并且废弃的LED灯具基本上无须做任何处理，不会对环境产生任何影响，所以对节能环保有积极的推动作用。随着LED产业的发展和LED产品应用的深入，可直接降低LED灯具的购买成本和使用成本，从而可提升当地居民的生活水平及生活质量。

三、LED的发展前景及面临的问题

未来几年中，随着全球节能减排的盛行，环保和节能将成为市场热点，LED行业也将开始升温。而我国LED产业经过30多年的发展，虽然先后实现了自主生产器件、芯片和外延片，但自产的LED芯片，外延片产量仍有限，其产品以中、低档为主，产业化规模偏小，只能满足国内封装企业需求量的20%～30%，大部分高性能LED和大功率LED产品均要依赖进口。随着政府的大力推广和全球产业梯次转移，未来我国LED将成为市场上最具诱惑力的蛋糕，预估到2010年，整个中国大陆LED产业产值将超过1 500亿元。LED产业链中，LED外延片跟LED晶片大概占行业70%的利润，LED应用大概占10%～20%。2015年产业规模将达到5 000亿元以上。我国进入LED产业的企业与日俱增，产业市场竞争将更加激烈。

LED的整灯结构还处于一个酝酿期，想快速普及是不可能的。不仅是价位问题，散热如何处理、外形能否达到散热效果、达到散热的目的后外能能否被大众所接受等都是要进一步解决好的问题。总结一下主要有如下几点。

第一，要解决光效关。LED的光效虽已到了45—60流明/瓦，但与照明要求还有些距离，光效不解决，LED在照明行业的市场份额就会受到限制。

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售价几乎是同等功率节能灯的10倍，如果成本能降下来，售价降低，LED的市场竞争力就会增强。

第三，技术关。我们许多的企业已经能够生产出1W、3W、5W的LED产品，但这些远远满足不了需求，必须把功率加大10W、20W，甚至更高，扩大LED的应用范围；同时，LED的色温、显色指数和寿命都有待改进。即使克服了以上这些难点，LED还会在相当长的一个长的时间里与节能灯等其他灯饰共存，这是必然会经历的一个过程。

要提高LED应用产品的竞争力需要依靠三大关键技术，一是光学设计：要提高LED的实际光利用率；二是散热设计：提高LED的光效，减少LED的光衰及延长寿命；三是驱动器设计：提高LED灯具的整体光效。解决好这些问题才能让LED灯具的整体光效高、寿命长。