浅析LED光源在船舶照明上的应用前景
时间：2022-10-08 12:54:35
[摘 要]led照明比传统照明方式的优点明显且具有广阔的发展前景，总的来说LED具有长寿命、高效、高亮度、占用空间小，同时其色彩和亮度可控制，色泽温柔和丰富等优点。因此LED在船舶上应用时可以充分利用其优点使其为船舶和人员营造出更高效更适宜的照明环境。
中图分类号：TM472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0372-01
1 LED作为船用照明灯具的优势
LED的出现带来了绿色的照明环境，LED无红外线、紫外线和热辐射，无频闪，可靠性高，使用寿命长。同时，LED结构小巧，安装方便，无噪声的特点，更加适合作为船用照明光源。作为船用照明灯具，LED具有以下更明显的特征：
（1）绿色环保，安全性高。传统的灯具中含有大量的有毒气体及易碎玻璃，破碎后有毒气体会挥发到空气中污染环境，但LED不含有毒气体，也不含铅、水银等重金属，对环境起到保护作用，能够为船员创造绿色的照明环境。使用过程中，传统灯具会产生大量的热能，而LED灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费，作为船用灯具更没有因静电引发爆炸的隐患；LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固且安全性更高。
（2）没有噪声，无辐射。LED灯具不会产生噪声，非常适合于驾驶舱、海图室等需要注意力高度集中的工作场所及船员的休息场所。传统灯具使用的是交流电，所以会产生100～120Hz频闪。LED灯具是把交流电直接转换为直流电，没有频闪现象，更没有电磁辐射。
（3）电压可调，色温丰富。传统的灯具当电压降低时则无法点亮。而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调节光亮度。同时，LED的色温范围在2000～9000K，能够营造出不同的照明效果，为船员创造良好的照明环境。
（4）维护简单、寿命长。LED的耗电量是节能灯的1/3以下，寿命也是传统照明灯具的10倍，使用寿命长，可靠性高，使用成本低，且船舶剧烈震动所受影响不大。
现以320000t原油船照明为例，如果船上荧光灯、白炽灯替换为LED照明，在相同的光通量中，通过对比，仅是荧光灯、白炽灯总功率的35.4%，节约有效功率43473W，电流为197A，每小时节约能耗43kW・h（见表1）。对船上发电机、蓄电池和配电开关容量的选型减少不小；变压器额定容量减少约47%；LED灯具重量轻、对应灯具支架重量也轻，能够减少船舶重量，增加船舶装载量；其次，由于LED功率小，对应电缆芯线截面积也小，保守计算，电缆芯线截面积比原来可减少33%。综上所述，LED能够为企业节约不少设备成本，带来实惠和可观经济效益。
2 LED作为船舶照明光源需要解决的技术问题
LED光源必须和驱动器、光学部件、结构外壳等组成灯具才能完成照明任务。船舶设备长期处于电压波动范围大、电磁干扰、振动、冲击、盐雾、高温高湿、油雾和霉菌的环境中，对船用照明设备工作的可靠性和维修性等提出了更高要求。船舶的使用环境远高于一般的通用照明环境，因此船舶用LED灯具有别于通用照明产品，需针对船舶的使用环境开发船舶专用的LED照明灯具，且需要解决以下技术方面的问题：
（1）通过光学设计解决光线眩目的问题。LED属于点光源，如果直接照射到眼睛上，会感到眩目，让人不舒服，所以灯具的光线必须经过特殊处理才能达到柔和、不眩目的效果。
（2）解决散热问题。LED是功率型器件，受电流和温度影响较大，通电后，芯片产生的高温会导致LED发光效率急剧下降，电极损坏，环氧树脂加速老化，光衰减快，甚至寿命终止。因此，改善散热能力是保证LED寿命最关键的问题。灯具要通过合理散热设计，保证LED产生的热量能快速传递出来，只有LED的结点温度低于105℃才能保证光源的寿命。为了保证在电压波动大环境中可靠使用，必须遵循开关电源的设计标准，在LED驱动电源设计开路和短路保护、过温保护、过载保护、恒定电流输出、并具有防雷和抗浪涌设计（可有效防止雷击4kv以上冲击）、对于功率50WLED驱动器要增加软启动。
（3）解决盐雾腐蚀问题。LED光源硅晶片虽然被环氧树脂封闭，但LED的焊盘依旧外露，焊接部位在盐雾的腐蚀下容易失效，从而导致LED失效。可通过两种方法解决：①通过提高产品的外壳防护等级，保证灯具内部不存在水汽；②选用具有防盐雾特性的LED产品。
（4）解决蓝光危害问题。LED可以得到白光被用于照明。目前，获取白光最常用的方法是用发蓝色光的LED芯片激发荧光粉，LED辐射出蓝光，蓝光又被分成两部分，一部分蓝光激发荧光粉发出黄绿光，另一部分荧光投射出来与产生的黄绿光混合产生白光。这一特性决定LED发出的光中一定存在蓝光。但是蓝光会对人的视网膜产生损伤。要避免蓝光的危害，一是降低色温，二是在LED光源表面加装漫射罩，并选择蓝光危害危险等级组别优于RG1以上的LED产品。
3 船舶LED照明发展趋势和方向
由于船员长期在舱室内工作，很少能接受自然光的照射，长期易使人感到不适，甚至影响到身体健康，因此有必要研究智能和仿生的灯具――可模拟太阳光的新型LED仿生照明灯具（随着时间的变化，光强和色温随之自动改变）和智能LED情景式照明灯具（可调节光强、色温和颜色，从而构建不同的情境模式，如：家庭模式、办公模式、会议模式等），以满足新型船舶各个场所的需求。
智能照明环保、节能、安全、高效、更人性化，随着生产技术的进步和应用市场的开拓，预计未来船舶LED照明将逐渐向智能和仿生方向发展，智能和仿生照明将成为未来船舶照明技术发展的趋势和新方向。
4 结语
LED的可靠性、无电磁辐射及其特定的发光机理赋予它一系列特征和特点，由于发光体小、介质密度大、发光集中、亮度高、穿透性好且能耗低，适合做船用照明灯具。根据我国“十二五”规划，LED产业已经成为全国关注的一项热点产业。随着LED在技术上的不断升级、突破，相信不久的将来，LED完全可以替代传统光源。
参考文献
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