LED灯泡市场分析

作者：LED之家编辑 万小妹

　　低碳经济里面深入人心,低碳发展模式也已上升为国策的高度,可持续的低碳、绿色经济已经成为世界的趋势,无疑也为LED照明等节能环保产业带来空前的机遇。而LED照明中占市场份额最大的通用照明更是一块大蛋糕,如何让LED室内照明走进千家万户,低耗、长寿命、运行中节能、以人为本等绿色和可持续照明的理念充分演绎是现在LED行业的大势所趋。LED灯泡在室内照明中节能环保中发挥着极大的作用,比如最近飞利浦开发12W LED灯泡节能达到80%,如果将这些白炽灯泡换成LED灯,每年可节电32.6太瓦,这些节省下来的电力可够1670万家庭用户使用。

　　1. 什么是LED灯泡

　　这里说的LED灯泡主要包括LED射灯和LED球泡灯两大类,颜色为白色或者暖白色,用于替换传统白炽灯(暂时还不容易替换节能灯)。

　　LED射灯是指发出的光线是方向性的(directional)的LED灯泡,主要类型有MR16,GU10,PAR series。

　　LED球泡灯是指发出的光线为发散性的LED灯泡,主要类型为E27。

　　按照功率来分,LED灯泡可分为：小功率(主要为5mm LED生产的)和大功率(主要为1W,3W,甚至5W LED生产的)。同时,市场上,也存在超大功率(比如,50W的LED射灯),但是这种未经过市场检验,也未见得有很大市场。

　　其中,小功率的LED射灯,球泡灯为最早设计和生产的LED灯泡,已经大规模采用,但是质量良莠不齐。这类灯泡主要是在国外的零售网站上进行销售,比如theledlight.com,wiedamark.com,ledwaves.com,1000bulbs.com。而大功率的LED射灯,球泡灯为最近2-3年才大规模使用和推广的,总体来说要比小功率的LED灯泡稳定许多;随着大功率LED的价格下降,大功率LED灯泡将会成为市场主流。

　　2. LED灯泡具备的优势

　　1)节能化

　　研究资料表明,由于LED是冷光源,半导体照明自身对环境没有任何污染,与白炽灯、荧光灯相比,节电效率可以达到90%以上。在同样亮度下,耗电量仅为普通白炽灯的1/10,荧光灯管的1/2。如果用LED取代我们目前传统照明的50%,每年我国节省的电量就相当于一个三峡电站发电量的总和,其节能效益十分可观。

　　2)健康化

　　LED是一种绿色光源。LED灯直流驱动,没有频闪;没有红外和紫外的成分,没有辐射污染,显色性高并且具有很强的发光方向性;调光性能好,色温变化时不会产生视觉误差;冷光源发热量低,可以安全触摸;这些都是白炽灯和日光灯达不到的。它既能提供令人舒适的光照空间,又能很好地满足人的生理健康需求,是保护视力并且环保的健康光源。

　　由于目前单只LED功率较小,光亮度较低,不宜单独使用,而将多个LED组装在一起设计成为实用的LED照明灯具则具有广阔的应用前景。灯具设计师可根据照明对象和光通量的需求,决定灯具光学系统的形状、LED的数目和功率的大小;也可以将若干个LED发光管组合设计成点光源、环形光源或面光源的“二次光源”,根据组合成的“二次光源”来设计灯具。

　　3)艺术化

　　光色是构成视觉美学的基本要素,是美化居室的重要手段。光源的选用直接影响灯光的艺术效果,LED在光色展示灯具艺术化上显示了无与伦比的优势;目前彩色LED产品已覆盖了整个可见光谱范围,且单色性好,色彩纯度高,红、绿、黄LED的组合使色彩及灰度(1670万色)的选择具有较大的灵活性。灯具是发光的雕塑,由材料、结构、形态和肌理构造的灯具物质形式也是展示艺术的重要手段。LED技术使居室灯具将科学性和艺术性更好地有机结合,打破了传统灯具的边边框框,超越了固有的所谓灯具形态的观念,灯具设计在视知觉与形态的艺术创意表现上,以一个全新的角度去认识、理解和表达光的主题。我们可以更灵活地利用光学技术中明与暗的搭配、光与色的结合,材质、结构设计的优势,提高设计自由度来弱化灯具的照明功能,让灯具成为一种视觉艺术,创造舒适优美的灯光艺术效果。例如半透明合成材料和铝制成的类似于蜡烛的LED灯,可随意搁置在地上、墙角或桌上,构思简约而轻松,形态传达的视觉感受和光的体验,让灯具变成充满情趣与生机的生命体。

　　4)人性化

　　毋庸置疑,光和人的关系是一个永恒的话题,“人们看到了灯,我看见了光”,正是这句经典的话语改变了无数设计师对灯的认识。灯具的最高境界是“无影灯”也是人性化照明的最高体现,房间里没有任何常见灯具的踪迹,让人们可以感受到光亮却找不到光源,体现了把光和人类生活完美结合的人性化设计。

　　3.LED灯泡逐渐取代传统照明灯泡

　　1)光强对比

　　白炽灯光强分布曲线 LED节能灯光强分布曲线

　　注：25W白炽灯采用飞利浦白炽灯泡。普通照明一般有效角度为60~90°左右(对应表中30°与45°),从上表可以看出,30°高于3倍,45°仍高于2.5倍,所以LED节能灯实际照明效果相当于50~60W的白炽灯泡,亮度相当于白炽灯泡的11倍。

　　2)光通量对比(简单比较法)

　　1、LED节能灯与白炽灯泡比较

　　注：①25W白炽灯泡采用飞利浦白炽灯泡。

　　　　②灯具效率按60%计算。

　　从上表可以看出,单独比较光源,5W LED节能灯是白炽灯光效的5.5倍,但装入灯具后,由于白炽灯大部份光线需要灯具反射出来,而反射时会损失一部分光线(LED光源不存在此问问题),故5W LED节能灯是白炽灯光效的9倍,即相同功率下,5W LED节能灯光效是白炽灯亮度的9倍。经过上述对比,说明LED节能灯实际比白炽灯节电90%。

　　2、LED节能灯与卤素灯对比

　　注：①35W卤素灯采用“佛山”卤素灯。

　　　　②灯具效率按60%计算。

　　从上表可以看出,单独比较光源,5W LED节能灯是卤素灯光效的4倍,但装入灯具后,由于卤素灯大部份光线需要灯具反射出来,而反射时会损失一部分光线(LED光源不存在此问问题),故5W LED节能灯是卤素灯光效的6.5倍,即相同功率下,5W LED节能灯光效是卤素灯亮度的6.5倍。经过上面的对比,说明LED节能灯实际比卤素灯节电85%。

　　3、LED节能灯与普通节能灯对比

　　注：①5W普通节能灯采用“佛山”节能灯。

　　　　②灯具效率按60%计算。

　　从上表看出,单独比较光源,5W LED节能灯与5W普通节能灯亮度相当,但装入灯具后,由于普通节能灯发光角度太大,大部份光线需经灯具反射出来,而反射时会损失一部份光线(LED光源不存在此问题),故5W LED节能灯实际照明效果的亮度已高于普通节能灯的50%左右,相应的,5W LED节能灯比5W普通节能灯节电50%以上。经过上面的对比,说明LED节能灯实际比普通节能灯节电50%。

　　结论：LED节能灯的有效利用光通量,光效是传统的普通能灯、卤素灯、白炽灯泡的1.6倍、4倍、5倍。LED节能灯有优异的显色指数,比普通节能灯长10倍的使用寿命,甚至是白炽灯泡寿命的50倍。LED灯泡取代传统照明灯泡成为未来照明发展的必然必然趋势。

　　4.LED灯泡在室内照明中的应用

　　1)应用的原则和方向

　　室内照明不同于夜景照明,更强调照明的功能;相对道路照明说,则是一个更为广阔的空间,不同的使用场所,不同的功能,不同的大小场所,不同的装饰美观要求,决定了室内照明灯具品种繁多,配光类型各异,当前成百上千企业拥向路灯的局面,应该开阔视野,更换思维,走进室内这个更宽广的天地。

　　走进室内,先做什么,从哪些领域突破,建议考虑以下原则和方向。

　　(1)首先应符合《建筑照明设计标准》的规定,包括照度、均匀度、眩光、显色指数要求和相宜的色温,以达到良好的视觉条件和LPD限值规定。

　　(2)应选择场所,试点应用,逐步扩展,循序渐进,总结经验,不断改进,切忌不顾对象,不分析条件,大面积推广。应寻找更能发挥自身优势的场所作为切入点。

　　(3)突出节能：当前首先目标是去取代低效的白炽灯,更能发挥优势;第二个目标是取代卤素灯;第三是力求逐步代替紧凑型荧光灯。特别注意：并非LED都节能,应该是在达到相同照度水平、接近的照明质量条件下进行比较;从这点分析,目前不应以LED去代替高效的三基色直管荧光灯。

　　(4)发挥LED彩色光的优势,在室内用于需要更高装饰要求,或作为景观、标志灯等用途。

　　(5)发挥LED快速起动、方便调光的优势,优先用在要求声、光自控和需要调光或频繁开关灯等场所。

　　(6)利用LED定向发光的特点,应用于需要定向照明的部位,如射灯、筒灯等。

　　2)适宜应用的场所

　　按上述原则,以下场所适宜应用或试用。

　　(1)住宅或类似场所的楼梯间、走道装设节能自熄开关的灯,几乎都用白炽灯,最适宜用LED代替,节能效果好,虽只是一个“小灯”,但数量大,全国估计过亿支,其节能效益可观,企业经济效益显著。

　　(2)疏散照明灯、疏散标志灯,以及其他标志灯,还有部分备用照明灯(当正常照明采用HID灯时),适宜用LED。

　　(3)用LED代替PAR38(采用反射型白炽灯)这5类灯,是十分合适的;进一步研究代替MR16、MR25(采用卤素灯)一类射灯;这些应要求LED有更高显色指数(Ra)和具有暖色表(<3300K)。

　　(4)应用于商场作重点照明的射灯,博展馆类建筑的射灯,以及公共建筑的筒、射灯等。

　　(5)宾馆使用白炽灯和卤素灯较多,是应用LED灯的适宜场所,可以应用来取代白炽灯、卤素灯的有：客房需调光的床头灯、床头顶上阅读灯、夜灯、衣柜灯、吧台灯、开门灯、进门过道灯,以及卫生间洗浴灯等。

　　(6)局部照明灯,采用安全特低电压(SELV)的检修灯。

　　(7)视觉条件要求不太高的一般建筑的辅助场所,如走道、卫生间,一般用途的库房,风机、水泵房等。

　　4.LED灯泡发展史

　　LED灯泡,就是发光二极管,发明于20世纪60年代,在随后的数十年中,其基本用途是作为收录机等电子设备的指示灯。为了充分发挥发光二极管的照明潜力,近来,科学家开发出用于照明的新型发光二极管灯泡。这种灯泡具有效率高、寿命长的特点,可连续使用10万小时,比普通白炽灯泡长100倍。

　　据估计,在全球范围内,发光二极管灯泡有90亿英镑的市场前景。在巨大商机的吸引下,一些灯泡生产商如菲利普公司等,已开始投资数百万镑,研究开发家庭用发光二极管灯泡。科学家预测,在未来5年,这种灯泡很可能成为下一代照明的主流产品。

　　众所周知,自美国发明家托马斯·爱迪生发明白炽灯至今的100多年来,人们基本仍沿用爱迪生发明的技术生产白炽灯泡。灯泡的中间是一段金属钨丝,当电流通过时,钨丝受热激活灯泡中的气体发出光芒。但是,发光二极管灯泡无论在结构上还是在发光原理上,都与传统的白炽灯有着本质的不同。发光二极管是由数层很薄的掺杂半导体材料制成,一层带过量的电子,另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”,当有电流通过时,电子和空穴相互结合并释放出能量,从而辐射出光芒。

　　长期以来,人们之所以没有将发光二极管用于照明,主要是因为发光二极管通常只能发出红色光或黄色光,要想获得白色光,还必须制造出能发出蓝光的发光二极管。这样,红、黄、蓝三种光“混合”后,就产生出白光。 现在,这个困扰人们的难题终于得到解决。科学家发现了一种新型半导体材料——―氮化镓,它在经过适当处理后就能发出蓝光。发蓝光的问题解决后,发白光的问题就有了希望。英国剑桥大学材料系的柯林·翰弗莱斯称,他们在实验中已研制出可发白光的发光二极管灯泡,这种灯泡发出的光线与阳光十分接近,具有良好的应用前景。他说,发光二极管灯泡以半导体为材料,因此,这种发光装置可以做的很小,只有几毫米,将其安装在墙壁或天花板上,如果不开灯,几乎察觉不到它们的存在,这样就免去了普通白炽灯需配上灯罩以防光线刺眼睛的麻烦。另外,这种灯泡的寿命很长,安上后几乎不用更换,今后人们也许会忘记换灯泡是怎么一回事。目前,他正在呼吁英国政府增加投入,以保证英国能在这一技术领域走在前列。

　　除经久耐用外,这种灯泡在节能方面也有很大潜力。据计算,如果美国的灯泡中有一半使用发光二极管灯泡,则可关闭24座发电站,节省数十亿美元,二氧化碳的排放量也将明显下降。正因如此,美国已计划到2006年,所有的交通灯都使用发光二极管灯泡,这样每个交叉路口每年即可节省750美元。 尽管这种灯泡好处多多,但要真正走入普通家庭还面临两大障碍。一是价格太高,现在每个灯泡的价格为30英镑,而普通白炽灯泡只有35便士,差距太大。二是目前还难以生产出适合家庭使用的发白光的灯泡。但开发商相信,这种灯泡的价格在今后5年内可以降到每个5英镑。届时,发光二极管灯泡将会从传统的电子设备指示灯中脱颖而出,成为照明领域的一颗新星。

　　5.LED灯泡发展瓶颈及对策

　　LED灯泡产品还处于初级阶段,技术上不成熟,还存在不少问题,如：

　　1)散热问题：如何把结温有效降低到允许水平,仍在探索和实践中,温度控制不好,将影响光效,加光光通衰减,甚至色温、显色性的稳定。

　　2)目前多数LED的色温偏高,过多的蓝色光谱,对于多数室内场所,会使人感觉不舒服,产生刺激感,与环境不够协调,光线不够柔和,不利于眼睛保护。

　　3)LED用作室内功能性照明,如何设计灯具的配光和控光系统,也是一个新课题,定向发光的LED不同于现有光源,灯具的反射、漫射、配光,都有自己的特点。

　　4)LED照明的驱动电路：也需要进一步优化和标准化,还需要时日,其性能包括使用寿命、功耗、谐波、功率因数等,都需要探索。

　　5)价格过高,是推广应用的又一障碍,单靠政府补贴,并非发展之良策,用LED代替白炽灯等低效光源,有显著节能效果,可享受补贴;而相对三基色直管荧光灯这类更高效光源,并没有节能效果(至少今日是如此),过高的初建费用,绝没有经济上的合理性。

　　6)LED照明的另一个问题,是缺乏平稳有序的发展态势。短短几年,几千家企业挤入LED照明,有一哄而起的架势,使人想起“大跃进”的年代。有一些企业在模仿中制作,低水平重复,靠夸大入市,有的企业和一些媒体融合,过分炒作,夸大节能效果,甚至个别政府官员也取到推波助澜作用,误导了使用单位。必须建立一套完整的技术标准和客观的评价机制,实事求是的舆论导向,引导其健康发展。

　　现有LED灯泡存在的具体问题主要有,死灯或者光衰比较严重;实际发光效率不高,不足以替代传统白炽灯等,掉盖子(灯体外围的二次透镜);掉底座(比如E27 base部分掉了);价格过高,不够实惠。

　　不管LED现在存在什么发展瓶颈,但其未来前景是美好的。

　　LED仍在不断发展之中,室内照明空间广阔,未来应用前景是光明的。但是要有更大前进和相应的研究、探索工作,为应用创造条件。

　　1) 进一步提高光效和显色性,研究多种更适应的色温。

　　2) 把半导体学科和照明学科更有机结合,深入研究适合LED特点的灯具形式和灯具配光系统。

　　3) 进一步降低成本。

　　期望在5～10年左右时间,LED在室内功能照明领域能更大范围推广应用。

　　总之,从目前国内外的技术发展来看,LED灯泡进入室内照明是一个必然的过程,这个市场将会非常巨大。未来三五年将是一个重要的发展时期,半导体照明在普通照明领域的应用会像雨后春笋般涌现。随着上游芯片研发新技术的成熟和供应商MOCVD外延炉容量的不断扩大,将会大大降低LED单位生产成本,从而扫除LED灯泡进入普通照明的最大成本障碍。