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LED技術(shù)節(jié)能智能化趨勢及面臨的挑戰(zhàn)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-05-20
核心提示: LED照明具有節(jié)能、環(huán)保、長壽、抗震、體積小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。目前,LED應(yīng)用領(lǐng)域主要包括背光、一般照明和車用照明三大市場。隨著LED燈價格下降,舒適性和安全性成為半導(dǎo)體照明的技術(shù)方向。另外,半導(dǎo)體照明將開啟照明智能化時代。智能照明具有燈光亮度調(diào)節(jié)、色溫調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制、場景設(shè)置等功能,并達(dá)到個性化、舒適性、二次節(jié)能、安全高效的要求。
  LED照明具有節(jié)能、環(huán)保、長壽、抗震、體積小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。目前,LED應(yīng)用領(lǐng)域主要包括背光、一般照明和車用照明三大市場。隨著LED燈價格下降,舒適性和安全性成為半導(dǎo)體照明的技術(shù)方向。另外,半導(dǎo)體照明將開啟照明智能化時代。智能照明具有燈光亮度調(diào)節(jié)、色溫調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制、場景設(shè)置等功能,并達(dá)到個性化、舒適性、二次節(jié)能、安全高效的要求。

 

    1、機遇和挑戰(zhàn)

 

    LED照明具有很多突出的優(yōu)點:節(jié)能——直流驅(qū)動,電光功率轉(zhuǎn)換接近100%,相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上;壽命長——使用壽命可達(dá)6萬~10萬小時,比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上;色彩變化多——利用紅、綠、藍(lán)三基色原理,在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合,可產(chǎn)生256×256×25616777216種顏色;環(huán)保——既沒有熱量,也沒有輻射,眩光小,可回收,不含汞元素,冷光源,可以安全觸摸;高科技——低壓微電子產(chǎn)品,融合計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等,是半導(dǎo)體光電器件的數(shù)字信息化產(chǎn)品,具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。LED照明的價格相對高于傳統(tǒng)光源,這成為LED進(jìn)入市場的障礙之一。另外,產(chǎn)能過剩也導(dǎo)致LED市場的競爭激烈。推動LED照明市場發(fā)展的關(guān)鍵推動力是高亮度LED和智能LED控制器的出現(xiàn)。采用高亮度LED的產(chǎn)品設(shè)計師面臨許多設(shè)計挑戰(zhàn),包括散熱管理、驅(qū)動方案、拓?fù)浼軜?gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施。

 

    2、市場趨勢

 

    就當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的水準(zhǔn)來看,LED照明還沒有足夠的能力打破傳統(tǒng)照明觀念,依然停留在取代型路線上;而在取代型路線里面,LED照明還必須依賴政府政策指引。也就是說,雖然LED照明某些領(lǐng)取發(fā)展到足夠成熟的程度,但是相對于整個市場而言,其還處在一個起步階段的雛形層面上。

 

    21汽車

 

    隨著LED照明技術(shù)的不斷進(jìn)步,LED逐漸被應(yīng)用于汽車照明領(lǐng)域。針對汽車應(yīng)用的LED研發(fā)廠商積極性很高,而LED也確實以它的獨特性吸引著車用市場。IED光源在汽車中應(yīng)用具有很多優(yōu)勢:能耗低,壽命長,形式多樣,識別度高,抗沖擊性好,便于布置和造型設(shè)計,響應(yīng)速度快,亮度高,光線亮度衰減遠(yuǎn)低于鹵素?zé)?,低壓直流電即可?qū)動LED,負(fù)載小,干擾弱,對使用環(huán)境要求低。這些因素對節(jié)能和行車安全顯然大有裨益。LED車燈在向著平民化的車型蔓延。對于要求更高的車前燈,也會隨著LED亮度的提高、價格的逐漸下降而獲得普遍應(yīng)用。智能化應(yīng)用也是LED一個潛在的優(yōu)勢。未來的LED照明不是帶來更高的光效,而是更好的光線。在汽車中,智能化照明是未來一個流行趨勢,比如按需調(diào)節(jié)燈光的明暗程度、車內(nèi)燈光隨外界光線而自動調(diào)整等等。利用LED照明的汽車不僅僅是在歐洲等市場成長。在中國,新能源汽車已經(jīng)進(jìn)入中國十二五計劃,屬于國家低碳、節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)業(yè)的一部分,符合國家產(chǎn)業(yè)支持政策,屬于LED產(chǎn)業(yè)延伸的領(lǐng)域之一。

 

    22物聯(lián)網(wǎng)與智能照明

 

    除了高光效外,光的質(zhì)量、尺寸的輕薄以及智能控制系統(tǒng)等將會是未來LED照明發(fā)展的重點。如果有一個增長非常顯著的LED領(lǐng)域,那一定是智能照明市場。智能照明是指利用計算機、無線數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通信技術(shù)、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統(tǒng),來實現(xiàn)對照明設(shè)備的智能化控制,具有燈光亮度的強弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制、場景設(shè)置等功能,達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的特點。它要求進(jìn)行高級控制,包括可編程性能、頻譜控制和環(huán)境集成等。目前,這大概是LED照明市場20億美元總額的13%,但有望在2014年翻倍。

 

    智能LED照明控制要求對燈光亮度進(jìn)行精確控制??删幊讨悄芸刂苾?nèi)核普遍用于架構(gòu)系統(tǒng),接收來自燈源和運動傳感器以及面板的輸入。這種系統(tǒng)一般可以由用戶進(jìn)行編程,在一天中規(guī)劃不同的時間及區(qū)域,提供不同的照明等級,并可能按照一周不同的日期進(jìn)行變化。

 

    這種控制的關(guān)鍵在于利用最佳光輸出范圍和穩(wěn)定性的機制調(diào)節(jié)LED的明暗度,同時在調(diào)光范圍上使得每瓦流明實現(xiàn)最優(yōu)化,并提供高功率因數(shù)和低交流線路諧波。要實現(xiàn)真正的“智能”,照明燈必須能感應(yīng)周邊環(huán)境并對環(huán)境變化作出局部的反應(yīng)。驅(qū)動器本身并不“智能”,照明燈具目前也不能實現(xiàn)局部感應(yīng),所以,它們都不能算實現(xiàn)了“智能”。整個行業(yè)都僅僅把LED燈當(dāng)作產(chǎn)生光子的替代品,但現(xiàn)實是LED控制裝置越來越多,它們都為LED照明帶來全新的方法。未來的發(fā)展趨勢是,在生產(chǎn)備用燈具時將傳感器和智能的決策方案包含進(jìn)去,通過調(diào)整操作方式來滿足用戶的需求,而照明開關(guān)將不復(fù)存在。

 

    在物聯(lián)網(wǎng)世界里,聯(lián)網(wǎng)照明等系統(tǒng)將形成樓宇管理系統(tǒng)的通信中樞,包括照明、安防、火災(zāi)探測、溫度控制和人員檢測。這些功能可以連接到使用個人電腦和便攜設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)基于云控制、數(shù)據(jù)采集以及處理和存儲。到2020年,家庭和樓宇相關(guān)設(shè)備的市場價值可能達(dá)到6650億美元,在更加廣泛的互連設(shè)備市場中占據(jù)29%的份額。高級控制功能可提供低成本和個性化的便利照明體驗。通過i0SAndroid系統(tǒng),系統(tǒng)可提供家庭局域網(wǎng)與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間的低成本連接,以及安裝在樓宇內(nèi)的智能照明設(shè)備的近距離實時控制能力。

 

    未來照明行業(yè)將會朝著“智能化”的趨勢發(fā)展,LED照明最終的表現(xiàn)形式會朝著智能化、模組化、專業(yè)化發(fā)展,這更有利于產(chǎn)品的生產(chǎn)和維護(hù)。智能技術(shù)與照明的結(jié)合使照明更進(jìn)一步地滿足不同個體、不同層次群體的需求。這也應(yīng)該是智能照明的發(fā)展方向。

 

    3、技術(shù)趨勢

 

    31高壓LED

 

    高壓LED是一種全新的LED品種,具有很多優(yōu)點。VF值為32V左右的光源早已應(yīng)用到不計其數(shù)的燈具里面,多只LED串聯(lián)的做法也是第一種高壓LED的應(yīng)用。第二種,就是LED上游芯片廠家通過特殊工藝制程,將多顆VF值在32V左右的LED芯片以串聯(lián)方式做在一片基片上,引出“+”“一”兩個PAD,又叫做高壓LED芯片。封裝廠家拿芯片后,制做成高壓LED光源。

 

    高壓LED有高光效、電源要求低、線性電源結(jié)合省成本、減緩光衰等優(yōu)點,同時也存在成本、功率耗散和散熱器等問題??傊?,高壓LED不失為一種具有特點的LED,向人們提供了一種選擇,對于不同場合可選擇最適合的技術(shù)。

 

    32中功率LED

 

隨著LED照明市場起飛,加上背光用LED規(guī)格的改變,中功率市場一躍而成2013LED產(chǎn)業(yè)主流規(guī)格,產(chǎn)值首度超越高功率市場。其中,采用EMC支架材料LED驅(qū)動電流可以達(dá)12W,可同時供應(yīng)中功率與中高功率市場,LED封裝廠積極擴(kuò)增EMC產(chǎn)能,而PCT支架材料改良后,LED封裝廠也積極以PCT產(chǎn)品切入中功率市場。

此外,flipchip產(chǎn)品也在2014年進(jìn)軍中功率市場。EMC產(chǎn)品隨著中功率市場興起而成為2013年的閃亮之星,其中日亞化EMC產(chǎn)品757系列2013年在市場熱賣打響EMC名號,EMC產(chǎn)品具有同時供應(yīng)直下式背光與照明市場的高共用性特性,加上跌幅加速,LED封裝廠皆積極投入EMC產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)能擴(kuò)充。

 

    而PCT支架材料經(jīng)過廠商改良后,驅(qū)動功率由過去的07W拉升至112W,除了一舉拉開與PPA支架的距離,也切進(jìn)原先EMC產(chǎn)品中0712W的市場。高性價比的PCT產(chǎn)品也是部分LED封裝廠2014年中功率重要產(chǎn)品線。

 

    中功率市場2013年產(chǎn)值首度超越高功率,原先專注于高功率市場的飛利浦也在2013年積極切人中功率市場。除了已經(jīng)推出的中功率產(chǎn)品以外,飛利浦也計劃在2014年將具有體積更小、單位面積發(fā)光效率更佳,以及有五面發(fā)光、發(fā)光角度大的flipchip產(chǎn)品導(dǎo)人中功率市場,顯見其對中功率市場的看中程度。

 

    33太陽能LED照明

 

    太陽能LED照明集成了太陽能與LED的優(yōu)點。系統(tǒng)由太陽能電池組件部分(包括支架)LED燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器及蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成。太陽能電池板光效率較高,對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計非常有利;燈頭部分以1W白光LED1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發(fā)光源。

 

    系統(tǒng)工作原理簡單,利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出,經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中,夜晚照度逐漸降低,充放電控制器偵測到這電壓值,蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電85小時后,充放電控制器動作,蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。

 

    太陽能LED照明的初投資問題仍然是一個主要問題。但是,太陽能電池光效在逐漸提高,而價格會逐漸降低,同樣地市場上LED光效在快速地提高,而價格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比,常規(guī)化石能源日趨緊張,并且對環(huán)境會造成污染。所以,太陽能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明,展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。

 

    結(jié)語

 

    LED照明行進(jìn)的道路雖然崎嶇難走,但前景一片光明。LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展不僅對照明和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有戰(zhàn)略帶動作用,而且還會引發(fā)家電、汽車、手機等一系列終端消費品的技術(shù)變革。LED最大的優(yōu)勢在于其可控性,LED照明節(jié)能概念的充分體現(xiàn)、數(shù)字化實現(xiàn)以及照明之外的增值均離不開智能控制系統(tǒng)的支撐。同時,智能控制系統(tǒng)可以使LED徹底擺脫傳統(tǒng)照明定義的束縛,推進(jìn)綠色照明變革。由于嵌入式系統(tǒng)無處不在的特點,雖然8位單片機被ARM系列大面積替代,卻迅速進(jìn)入到智能芯片(如無線收發(fā)芯片、智能卡、智能傳感器等)領(lǐng)域。因此,未來LED照明領(lǐng)域中,嵌入式系統(tǒng)必將大有作為,讓我們拭目以待!

 

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