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为什么用LED照明更省电

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人气:-发表时间:2018-01-19 17:22【

照明是人类最伟大的发明之一,它让我们能够有效地利用夜晚的时间和原本黑暗的空间。
古老的酥油灯,发光效率<5%
远古时期人类的祖先通过点燃一堆木材来进行照明。再后来,人们发明了酥油灯、蜡烛、煤油灯、电石灯等等,亮度越来越高,使用越来越方便。再后来,法拉第为人类带来了电力,而爱迪生发明了利用电力点亮的白炽灯,人类的照明从此进入一个新的纪元,无论是亮度还是使用的方便性都大大超过以往的燃料灯。
白炽灯,发光效率<15%
白炽灯发明之后的近一百年,这种利用真空玻璃泡中通电的钨丝进行发光的方法统治了世界照明工业,虽然也有日光灯、碘钨灯、氙灯等产品,但一直不能撼动白炽灯的统治地位——直到LED的出现。
LED(Light Emitting Diode)又称为发光二极管,是一种通电后能发光的半导体器件。LED并不是新生事物,它早在1962年就在通用电气的实验室诞生了。LED通常由砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化镓等半导体材料制成,不同的材料会发出不同颜色的光,例如砷化镓LED会发红光,磷化镓会发绿光、氮化镓会发蓝光等等。
气体节能灯,发光效率50%左右
LED诞生后的三十多年间,因为亮度低,颜色单一等原因,用途仅限于指示灯、单色显示屏等领域,而无法用于需求量更大的照明。直到上世纪90年代日本科学家发明了利用氮化镓和铟氮化镓材料制成的蓝光LED之后,LED才在日常照明领域逐渐开始应用。
大家可能觉得奇怪,为啥要等蓝光LED发明之后才能普及?现在的LED灯也不是蓝色的啊。这要从我们照明需要的光说起。夜晚照明用的光,最好能跟日光一样包含赤橙黄绿青蓝紫等各种颜色,这样我们才能在灯光下看清物体本来的颜色。如果光源光谱不具备这些颜色,那在灯光下看着物体颜色就会跟实际颜色有较大偏差。这种灯光还原物体颜色的能力叫做显色指数,这是衡量LED灯光质量的一个很重要的标准。
在发蓝光的LED上覆盖一层主要成分为掺铈的钇铝石榴石荧光粉,在蓝光的激发下能发出波长能量低于蓝光的在可见光波段几乎完整的光,因此发出来的光看起来就是白色的。由于荧光粉激发出来的光能量不会高于照射的光波,所以用绿光、红光等LED去激发,那在能量高端的蓝色就会缺失,无法用于照明。
那LED为什么因为节能原因被大量推广使用呢?这就涉及到各种光源的发光效率。用于照明的光源都需要消耗能量并且转化为光能,但同时也会伴随大量的热能产生。对照明有用的只有光能,而热能是无意义的能源消耗。一种光源产生的光能和消耗的总能量的比值叫做发光效率,对于照明而言这个效率肯定是越高越好。
早期的LED,功率小,颜色单一
古老的酥油灯,大约只有5%的能量转变为光能,其它都变成热能白白耗散掉了(也许在冬天有点取暖的作用?)。而白炽灯即使把钨丝烧到3000度,发光效率也只有10%-15%,其余85%都变成了热能。日光灯以及曾经一度流行过的气体发光节能灯效率可以达到50%,因此同样亮度下比白炽灯能节省80%的电能,而且使用寿命大大高于白炽灯。不过日光灯和气体节能灯有个大问题,就是需要用到大量有毒的原料,例如荧光粉、汞蒸汽等。这些灯在破损或者报废后会严重污染环境。
LED的发光效率近年来得到了大幅度提高,目前已经有超过200流明/瓦的LED,发光效率超过60%。常见的照明用LED发光效率在40%-50%左右,与日光灯和气体节能灯相当。但与前者相比,LED有体积更小、寿命更长、产品环保、显色性好、成本更低等优点,因此将是未来照明的发展方向。
现在常见的高效CREE LED灯珠,发光效率50%左右
大家仔细观察就会发现,现在LED照明越来越多地出现在家用台灯、户外照明、路灯、景观灯等场合。甚至作为最重要最昂贵的家用电器——手电筒,也几乎被LED占领了,一根火腿肠大小的手电,一节锂电,绿豆大小的发光元件,晚上打开简直亮瞎眼,几十米外都一览无余,这都要感谢LED技术

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