体育场馆照明难度大 LED灯发挥大作用

　　【仪表网 仪表产业】据调查显示，目前体育场馆多采用传统高强度气体放电灯——金卤灯进行照明，功率高达1000-2000W，虽然能够达到照亮场馆的要求，但如此高的功率必然意味着极高的耗电量。以鸟巢为例，其体育场照明采用了594盏2000W金卤灯，每小时耗电1188度。
 

　　除了耗电量大，金卤灯还有个致命的弱点——点亮时间长。一旦比赛中途断电，其再次点亮所需冷却时间可能长达十几分钟。这在分秒都不能出错的电视转播中是完全不允许的。
 

　　那有没有一种灯在实现高照度的情况下，同时节能又能瞬时点亮呢？确实有，它的名字叫发光二极管，也就是常说的LED灯。LED是一种利用半导体PN结把电能转换为光能的半导体器件，PN结是其发光的核心区域，由P型层和N型层构成，P型层提供空穴，N型层提供电子。
 

　　在外加电场的作用下，空穴和电子被注入到PN结发生复合，多余的能量以光的形式释放出来，从而就能观察到PN结发光。总的来说，LED灯就是依靠电子和空穴碰撞产生光子来发光的。因为电能转化为光能的效率较高，且灯管的使用寿命较长，所以LED灯既能提供高亮度，相比于金卤灯还有省电节能的优点。
 

　　虽然LED灯既节能又能提供高亮度，但是单颗LED芯片尺寸非常小，只有1mm见方，尺寸和一粒小米相当，且功率也只有1W左右。为了使得LED芯片实现500W甚至1000W的超大功率，我们需要对其进行封装。目前大功率照明的封装结构，主要有表面贴装SMD和板上芯片COB两种。
 

　　SMD是对单颗LED芯片进行独立封装，然后再将多颗SMD灯珠集成到PCB板上形成大功率LED模组的封装方式。其优点是可以根据灯具外形设计PCB板形状，并按要求组合成所需功率。
 

　　俗话说，一个好汉三个帮。有了LED光源还不能直接点亮，一盏完整的LED灯还需要其他部件。前面提到LED芯片是一种半导体材料，和手机电脑里的CPU以及各种处理器一样，半导体器件不能直接用220V交流电直接供电，需要一台直流电源将交流电转换为直流电。
 

　　此外，LED芯片还必须在一定的温度下工作，通常要求PN结温度低于140摄氏度。如果温度过高，会严重降低灯具的整体寿命，甚至直接烧坏LED光源，也就是灭灯。因此，我们还需要一个散热器，将LED光源发出的热量散出去。目前市面上的散热器主要有两种，一种是型材散热器，一种是相变散热器。
 

　　两种散热器各有各的优点。型材散热器结构简单，价格便宜，通过材料自身进行热传导，热阻高且适合小功率和低功率密度的LED光源。
 

　　有了光源、电源和散热器，就可以组装成一盏可以点亮的LED灯了。当然，LED灯作为一种工业产品，卖相也还是很重要的，这就需要对其进行外观造型以提升颜值。因为体育场馆灯安装高度可达50-60m，而LED光源发光时属于四周散发型，如果直接使用会导致光能浪费严重，地面照度低，所以还需要采用光学器件对光束进行整形，使其集中照射到场地上，以提高地面照度。
 

　　前景
 

　　为了说明白光LED的特点，先看看所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光视效能为12～24流明/瓦；荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。对白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。那时的白光LED的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。
 

　　普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低(灯的热效应白白耗电)，寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长(连续工作时间10000小时以上)，几乎无需维护。
 

　　LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。
 

　　应用
 

　　初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的 LED 在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的 140 瓦白炽灯作为光源，它产生 2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失 90% ，只剩下 200 流明的红光。而在新设计的灯中， Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED 光源，包括电路损失在内，共耗电 14 瓦，即可产生同样的光效。
 

　　汽车信号灯也是 LED 光源应用的重要领域。 1987 年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于 LED 响应速度快(纳秒级)，可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。另外， LED 灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。
 

　　资料来源：百科、科普中国