LED灯具取代传统生活照明的技术挑战

发布时间:2010-4-19 09:48    发布者:嵌入式公社
关键词: LED , 传统 , 灯具 , 技术 , 挑战
这几年来,在环保议题不断升温下,各种标榜提升节能要求的规范标准或是组织,持续发布更新的节能标准,而同时间市售的终端商品,在产品体积持续压低、功耗也持续减少的发展趋势,已经成为目前商品化的重要标竿,而提高能源使用效率不但是消费者选择产品的重点,也是政府、验证单位、零组件公司、产品制造商的关心重点...

观察一般使用者的用电应用状况,根据统计,全球有19%的电能耗用于照明应用中,若能在日常照明应用导入有效的节能手段,对于全球的能源消耗则能产生显著的成效,因此,各国政府为了打造更环保的国家形象,也积极透过政策、法规与产业辅导朝照明节能化应用方向发展。

一般照明应用的光源差异 影响能源消耗甚钜

从实际的照明应用观察,其实通用的照明应用影响层面相当广,举凡道路标示、路灯、环境造景灯光、建筑照明、功能性的照明灯具、住宅照明、信号灯、指示灯、零售卖场的灯具,都有不同的应用现况。

例如,需要高效能、高亮度的路灯大多采 高强度气体放电灯(High-intensity discharge;HID)、卤素灯达到高亮度、高照度的要求,一般卖场的长时间照明灯具,多半选用萤光灯管(Compact Fluorescent Lamp;CFL)灯具,而住宅多使用白炽灯、萤光灯(CFL)或省电灯泡,其中以白炽灯的耗能最高,因为运行时大量能源变成无用的热散逸,对于灯具的寿命也会因此显得相较其它灯具更短一些。

从具体应用来看,通用照明市场涵盖的领域非常广泛,包括建筑物照明、标志、景观照明、零售、信号灯、街道照明和住宅照明等。在通用照明市场,目前常用的光源包括白炽灯、紧凑型荧光灯(CFL)、线性荧光灯、高强度气体放电灯(HID)以及新颖的高亮度发光二极管(High-Brightness LED;HB LED)等。

要讨论节能的差异,就要针对现有的灯具定出一套有系统、科学化的评估的方法,至于衡量照明的重要衡量指标即为输入功率比与流明。以效能来衡量,多采行每瓦流明数进行基准作为(能源效率 efficacy)评估,例如每瓦流明(lm/W)来比较灯具的差异。

检视不同的照明方案,会发现白炽灯的能源效率对差,以60W白炽灯为例,白炽灯的能源校率相对较低,比较CFL萤光灯的能耗表现即相对弱势许多,因为60W白炽灯的能源效率约为10lm/W,相较CFL萤光灯具的能源效率就可以达到50lm/W。相对的,若今对比的对象是HID来说,若一支100W HID可具有80lm/W,相当于产生8,000流明的亮度。

此外,除了灯具自身的发光效能差异外,灯具本身的发光物理特性也会影响其实际应用的使用效率。例如,CFL、HID和白炽灯都是全向式的照射方式,即不会使用到光亮的灯具背部,此处的照射作用则完全没有效益,因为需要光照的区块可能仅有灯具前方有限的区域,照射在灯具背面的灯光等于是白费,但在灯具设计中也可采取尽可能高反射的光滑或反光表面,将灯光透过折射有效集中于灯具前方,但透过折射仍会有灯具老化或是灰尘造成折射效率降低的问题,使灯光的投射路径产生大量的光能耗损。

LED新兴光源 效能与实用性持续提升

以往LED大量用于电子商品为指示性用途的,为一种新兴的光源技术,以白光LED为例,其制作方式透过高效能的蓝光LED镀磷去产生近似白光的效果,目前白光LED在能源效率已有长足的进步,目前研发效能在色温表现4500~6000k下,已能达到超过136lm/W的高效能表现。

LED的特质在于,他可以成为一个电子的零组件、器件,不需要如同气体放电式的灯具、萤光灯具必须要有个玻璃容器内置高压气体的容器,体积相对小许多,也不需要特殊灯具搭配使用,原器件本身就有金属接点,可焊接安装在任意表面上,使用弹性相对较高。

对于一般生活照明应用而言,LED的众多特性更使他具备极佳的应用效果,这些原器件可以达到极小的体积,发光方向可透过封装手段与填料方法,让光源可以集中单点或是单向放射,或朝固定范围投射,控制光向的精确度较传统光源更容易掌握,也不需仰赖灯具与反光部件去达成效果。

LED属于固态的原器件,在于物理的硬度、强度较高,不会有传统光源因为玻璃制品的关系,会有怕摔、不耐撞击的问题,而透过在装填料的参杂萤光粉或是其它素材,亦可制成可产生不同特性光源,最重要的是整体原器件不含汞,加上具超过50,000 小时寿命周期,相较寿命仅1,000小时的白炽灯LED相对要长命许多。

LED生活照明的驱动设计挑战

由于LED在原器件的物理特性差异,制作光源系统的观念则与传统设计大不相同,需要有更多方面的技术与专业辅助。

1.电源转换:LED原器件若非特殊制作方式,一般都是直流驱动元件,而一般生活电力来源为交流AC电力,交流的墙式插座就必须针对应用转为直流,或在LED选用AC型LED元件,有效将AC大电力转换为LED需要的低压直流电力来源。

2.驱动与控制电路:LED驱动需要电子电路辅助,已达到高效率的目的,而一般白炽灯的调光设计,若要在LED新兴光源实现,就必须透过直流供电控制进行调整,电子电路复杂度会相对于传统光源更形复杂。

3.散热处理:LED原器件为点状光源,发光温度会集中在单点,而除了原器件本身的元件针对散热强化设计,达到自体散热,但热源仍会有过度集中在灯具点状位置的问题,此即考验结点温度控制的处理能力,这就必须搭配主/被动散热设计达到延长灯具工作寿命的目的。

4.光学器件:由于LED光源属于紧凑且高效率的点状光源,虽然具备宽广的色彩输出调控效果,能源效率表现也极佳,但毕竟生活用照明光源的要求需要均匀稳定的持续型光型照明,LED过度集中的点光源即必须透过光学器件或是透镜、导光素材产生近似传统灯具的光型表现。

来源:LED屏显网
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pjar 发表于 2010-6-1 09:44:29
fuyan_w 发表于 2010-6-10 14:51:11

ding

不错
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