淺談LED光源的能效問題

LED,簡單地理解,就是半導體發光二極體,是目前世界上最先進的固態照明技術。LED燈並非燈絲加燈泡的老面孔,而是以半導體晶片為材料的固態光源。它利用電子移動來發光,直接把電能轉換成光能。因此,LED的耗電量較低,使用壽命較高。當一般的優質節能燈使用1年左右可收回成本時,大功率LED光源的維修成本低,一次性投入的回報更明顯。

大多數節能燈雖然比白熾燈節能效果明顯,但本質上還是一種螢光燈,通過低壓汞蒸氣放電照射稀土三基色螢光粉來發光,目前只能做成雙端細長管。而且,不少節能燈所含的汞等對環境有害,燈管報廢以後如果人們隨意丟棄,容易出現節能不環保的情況。而像LED這樣的半導體固態光源與螢光燈在工藝上有本質不同,半導體照明用的是冷光源,不需要充氣,不需要玻璃外殼,不添加汞,從生產過程到使用過程直至報廢可謂全程無污染。此外,LED照明還具有顯色性好、無頻閃、光線柔和等特性。

國外為實現節能的目標,發表了許多政策法規鼓勵節能燈的生產和使用。據瞭解,最新的是美國國會通過的能源法有訂出淘汰傳統燈泡的時程,而目前歐盟市場上已不再出售白熾燈,歐盟國家不僅對研發低成本、長壽命節能燈的企業進行補償,還對購置節能燈的困難家庭進行補償。基於LED照明技術所發展出燈具的效能,可望在今後10年內提高1~2倍以上。

光源的性能,即能效,可以用它的功率與它所產生的亮度二者的比值來衡量,用流明/瓦(lm/W)來表示。一隻普通的Philips 60W磨砂白熾燈能夠產生890流明的亮度,因此該光源的能效就是15.8lm/W。根據燈泡封裝類型的不同,照明裝置的實際性能可能會出現大幅度下降。例如,如果將一個標準白熾燈放在凹進式光源中,用一個反光鏡反射光源,那麼由於反光鏡的損耗我們最終只能得到50%的照明效率。整個照明裝置的能效就變成了7.5lm/W。

我們經常能夠看到某些LED製造商聲稱又進一步提高了LED照明光源的lm/W性能。比方說DOE制訂的研究計畫是將商用照明領域的SSL光源效率從當前的30lm/W提高到150lm/W以上。根據當前SSL凹進式照明裝置的能源之星計畫草案,我們可以計算出利用現有的元件構成的SLL照明裝置的總體能效,對於孔徑略大於4英吋、相關色溫(CCT)為3000K的照明裝置,它的最小亮度為500lm,最小光源效率為每瓦35流明。

冷白色LED的性能在過去兩年內已經提高了一倍。如果暖白色LED的能效也有類似的性能提升,那麼不久的將來我們就能夠看到具有80lm/W的暖白色LED。

隔離型驅動IC的選擇對於提高整個照明裝置的能效也發揮了重要作用。目前這是一個價格和性能二者之間的權衡選擇問題。線性驅動IC的價格是最低的,但是其能效處於50%~60%的範圍之間。開關式驅動IC的能效是最高的,一般在80%~85%之間。要想實現更高的能效,就需要更複雜的電路,因此驅動IC的成本也就更高。

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