LED燈具的光效.doc

LED燈具的光效茅于海過(guò)去我們使用白熾燈的時(shí)候都是只知道用多少瓦的燈泡，瓦數(shù)越大就越亮。這是對(duì)的。然而一個(gè)燈的瓦數(shù)實(shí)際上只是代表它消耗多少電力，并不代表它發(fā)多少光。這個(gè)問(wèn)題隨著不同類型的燈具的出現(xiàn)而變得越來(lái)越重要了。熒光燈的出現(xiàn)就產(chǎn)生了問(wèn)題，最早使用的熒光燈就是通常所謂的日光燈。好在最通用的日光燈只是1.2m的T8燈管。所以大家也不知道它到底消耗了多少瓦，只知道比一般的白熾燈要省電，其實(shí)這種最普通的日光燈的耗電也取決于采用什么樣的鎮(zhèn)流器。燈管本身都是36瓦的，如果采用國(guó)產(chǎn)的電感鎮(zhèn)流器，通常還要加上10W的功耗，所以整燈的功耗就是46瓦。一般的用戶可能是不知道的。出現(xiàn)“節(jié)能燈”以后又出現(xiàn)了新情況，其實(shí)所謂的節(jié)能燈不過(guò)是一種彎曲了的細(xì)日光燈，稱它為節(jié)能燈只是為了用“節(jié)能”這個(gè)新名詞來(lái)美化一下而已。最常用的節(jié)能燈是8W，其亮度相當(dāng)于40瓦白熾燈。但是節(jié)能燈的最大缺點(diǎn)是含汞，每只可污染180噸水和土壤。然而國(guó)家卻竭盡全力地推廣“節(jié)能燈”，在上海甚至于每家每戶都由國(guó)家送一個(gè)白用（不知道是否有大公司在后面驅(qū)使），自從國(guó)家推廣到2012年底，已經(jīng)有上億只節(jié)能燈報(bào)廢，已經(jīng)污染了180億噸水和土壤，而且這種污染是無(wú)法去除的。難怪網(wǎng)上傳言中國(guó)移民到美國(guó)檢查身體時(shí)發(fā)現(xiàn)身體里的汞含量超標(biāo)100倍，這也不足為奇的了。一 LED球泡燈LED是一種不含汞，光效遠(yuǎn)高于“節(jié)能燈“的燈具，它才是真正的節(jié)能燈。它勢(shì)必會(huì)成為照明燈具的主流產(chǎn)品。而且它已經(jīng)出現(xiàn)了各種形狀的燈具，包括可以取代白熾燈的球泡燈，取代日光燈的LED燈管，還有LED吸頂燈，LED筒燈，LED的PAR燈等等。為了節(jié)能，各國(guó)都定出了禁止生產(chǎn)和銷(xiāo)售白熾燈的期限。 澳大利亞：2010年 歐盟、臺(tái)灣、加拿大：2012年 韓國(guó)：2013年 日本：2012年（高能） 美國(guó)：2014全面禁止 中國(guó)：2016全面禁止，在2014,10,1禁止進(jìn)口和銷(xiāo)售60瓦以上的白熾燈據(jù)估計(jì)2014年由于美國(guó)等多國(guó)禁用白熾燈，全球LED球泡燈需求增長(zhǎng)86%。所以我們將重點(diǎn)討論用于取代白熾燈的LED球泡燈。為了使用戶易于接受，LED球泡燈特意做成和白熾燈的外形和尺寸類似，燈頭也完全一樣，以便于替換。而目前國(guó)內(nèi)大量采用LED所消耗的瓦數(shù)來(lái)作為其主要指標(biāo)。這形成了一個(gè)很大的漏洞，一些光效低下的球泡燈，打出每瓦1元的指標(biāo)，而稍微好一些的球泡燈則打出每瓦2元的指標(biāo)。這是非常不科學(xué)的性價(jià)比指標(biāo)。因?yàn)橐恍┑凸庑У那蚺轃?，消耗很大電力但卻發(fā)不出很大光通量，但也號(hào)稱大瓦數(shù)，聽(tīng)上去好像是好燈泡，實(shí)際上卻是粗制濫造產(chǎn)品。正確的指標(biāo)應(yīng)該是它的發(fā)光效率。這是本文要仔細(xì)討論的問(wèn)題。二 LED的光效所謂發(fā)光效率的單位就是每瓦流明數(shù)，以lm/W表示，流明是光通量的單位。一般人可能不太理解什么是光通量。我們只要把不同瓦數(shù)的白熾燈的流明數(shù)列出來(lái)就可以知道了。白熾燈瓦數(shù)40W60W75W100W125W150W200W流明數(shù)480 lm810 lm1100 lm1600 lm2000 lm2400 lm3330 lm所以只要LED球泡燈所發(fā)出的流明數(shù)和某種白熾燈的流明數(shù)相當(dāng)，那么這個(gè)球泡燈就可以取代這種白熾燈。這是老百姓最容易接受的一種方法。所以現(xiàn)在美國(guó)、日本的球泡燈的包裝盒上都用很大的字標(biāo)明可以取代多少瓦的白熾燈，這個(gè)數(shù)字雖然也用W作單位，但是它并不是LED所消耗的瓦數(shù)，而是可以取代的白熾燈的瓦數(shù)，但是老百姓一看就明白（見(jiàn)下圖的Cree公司的球泡燈包裝盒，其中100W就是可取代的白熾燈瓦數(shù)，而不是LED瓦數(shù)）。然而這還不能用來(lái)作為L(zhǎng)ED球泡燈的質(zhì)量指標(biāo)。因?yàn)闉榱说玫竭@樣的流明數(shù)，LED球泡燈所消耗的瓦數(shù)是不同的，這取決于LED的光效。雖然，不同時(shí)期LED的最高光效（可生產(chǎn)的）是在一定的范圍內(nèi)，但是由于各個(gè)生產(chǎn)廠家的技術(shù)不同，其光效也是有很大區(qū)別的。所以可以說(shuō)光效是LED的最重要的質(zhì)量指標(biāo)，也是各種燈具的最重要的指標(biāo)。因?yàn)椴还苁鞘裁礃拥臒艟?，它們都是把電能轉(zhuǎn)化為光能。而它的電光轉(zhuǎn)換效率也就是光效。消耗同樣的電能，當(dāng)然發(fā)出的光通量越大越好。所以發(fā)光效率是最重要的質(zhì)量指標(biāo)。三 埃菲萊公司的LED球泡燈的光效現(xiàn)在市面上有無(wú)數(shù)品牌的LED球泡燈，我們?yōu)槭裁匆獙ｉT(mén)介紹埃菲萊公司的球泡燈呢？那是因?yàn)榘７迫R公司所特有的技術(shù)使得他們生產(chǎn)的球泡燈的光效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一些知名的品牌。下面的比較表列出了埃菲萊公司的球泡燈和一些日本常用的品牌球泡燈的性能比較表。為了和相應(yīng)的日本球泡燈的指標(biāo)比較，埃菲萊公司專門(mén)托人在日本市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)了幾種知名品牌的球泡燈回來(lái)，因?yàn)槿毡臼须婋妷菏?00V的，所以還專門(mén)開(kāi)發(fā)了100VAC的球泡燈，它和日本品牌LED球泡燈的性能(全部是同一儀器的實(shí)測(cè)結(jié)果)比較列表如下：廠家夏普夏普東芝東芝三菱松下埃菲萊型號(hào)DL-LA43NDL-LA63NLDA7N-GLDA9N-GLDA10D-GLDA11D-GLB-1008電源電壓100V100V100V100V100V100V100V功率6.1W7.7W7.0W8.8W10.4W11.9W6.5W色溫4979K5279K5073K4981K6579K6484K5809K流明數(shù)483 lm663 lm543 lm830 lm893 lm895 lm833 lm整燈光效79 lm/W86 lm/W78 lm/W95 lm/W86 lm/W75 lm/W128lm/W顯色指數(shù)80.681.878.978.580.774.680.0功率因數(shù)0.580.580.60.60.60.620.57價(jià)錢(qián)日元￥1180￥1980￥1080￥1980￥1980￥2480人民幣72.49121.6366.34121.63121.63152.34從表中可見(jiàn)，埃菲萊的球泡燈總流明數(shù)和東芝的LDA9N-G相當(dāng)都是830流明以上，可以取代60W白熾燈。但是由于埃菲萊的光效高，所需的輸入功率比東芝的還要低2.3W，也就是說(shuō)，比東芝的類似球泡燈還要節(jié)省26%的電能！價(jià)錢(qián)也會(huì)低很多！四 壽命和節(jié)電對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，還應(yīng)該知道LED的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)。雖然理論上的壽命可以高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，但是由于散熱不理想，實(shí)際壽命是不可能那么高的，現(xiàn)在公認(rèn)散熱器設(shè)計(jì)得好的LED燈具的壽命是25,000小時(shí)，如果按每天工作3小時(shí)，那么相當(dāng)于22.8年。而白熾燈的壽命如果每天工作3小時(shí)的話一般認(rèn)為只有2年，也就是相當(dāng)于2000小時(shí)左右。所以LED燈的壽命要長(zhǎng)10倍，也就是要買(mǎi)10個(gè)白熾燈，才能夠點(diǎn)22年。目前白熾燈2元一個(gè)，那么也要花20元。當(dāng)然這是需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能體現(xiàn)出來(lái)的節(jié)約。 LED的另一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是光效高，光效高意味著省電，這方面對(duì)用戶是更有價(jià)值的。同樣我們可以用白熾燈的耗電來(lái)看。仍然假定每天點(diǎn)3小時(shí)，一年點(diǎn)1095小時(shí)。對(duì)不同瓦數(shù)的白熾燈每年耗電和電費(fèi)如下表第二和第三列所示（其中電費(fèi)以￥0.70/度計(jì)）。用不同光效（lm/W）的LED球泡燈取代不同瓦數(shù)白熾燈時(shí)每年所能節(jié)省的電費(fèi)白熾燈瓦數(shù)白熾燈耗電度數(shù)白熾燈電費(fèi)60lm/W節(jié)省電費(fèi)80lm/W節(jié)省電費(fèi)100lm/W節(jié)省電費(fèi)120lm/W節(jié)省電費(fèi)40W43.8￥30.66￥24.53￥26.06￥26.98￥27.5960W65.7￥45.99￥35.64￥38.23￥39.78￥40.8275W82.1￥57.49￥43.44￥46.95￥49.06￥50.46100W109.5￥76.65￥56.21￥61.32￥64.39￥66.43125W136.88￥95.81￥70.26￥76.65￥80.48￥83.04如果換成LED那么可以節(jié)省很多電費(fèi)，具體節(jié)省多少，取決于LED的光效。其具體的計(jì)算方法如下：以40W白熾燈為例。假定LED燈具的光效是60lm/W（這相當(dāng)于目前市面上絕大多數(shù)的LED燈具的光效），那么，需要采用480/60=8W的功率的球泡燈才可以取代40W的白熾燈。這個(gè)8W的球泡燈每天點(diǎn)3小時(shí)，一年的電量=8x3x365/1000=8.76，相當(dāng)?shù)碾娰M(fèi)為8.76x0.7=6.132元，所節(jié)約的電費(fèi)就等于30.66-6.132=24.528，以此類推就可以得到在各種光效時(shí)所節(jié)約的電費(fèi)。由表中可見(jiàn)每年節(jié)約的電費(fèi)是十分可觀的。假如用戶知道只要用一年以后所省下的電費(fèi)就可以節(jié)省出買(mǎi)一個(gè)球泡燈的錢(qián)，那么對(duì)于目前LED球泡燈的價(jià)格還是可以接受的，相當(dāng)于使用一年就可以把買(mǎi)球泡燈的錢(qián)就省出來(lái)。所以美國(guó)的球泡燈包裝盒上都印出了每年可以節(jié)約的電費(fèi)（美國(guó)的電費(fèi)是$0.11/度）。下面就是一個(gè)包裝盒的例子。這是一個(gè)FEIT Electric的17W球泡燈。它可以用來(lái)取代100W的白熾燈，而每年的電費(fèi)為17x3x365x0.11/1000=$2.05，白熾燈的電費(fèi)為100x3x365x0.11/1000 =$12.05，所以每年節(jié)約的電費(fèi)為$10美元。22.8年總共節(jié)約了$228美元。我們建議今后中國(guó)的球泡燈（和所有的LED燈具）也都應(yīng)該在包裝盒上印出這些數(shù)據(jù)來(lái)。五 高功率球泡燈現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上，由于球泡燈需求量大，產(chǎn)量大，價(jià)格也隨著降低。取代40W白熾燈的球泡燈價(jià)格降低了21%，取代60W白熾燈的球泡燈價(jià)格降低了28%。但唯獨(dú)取代更高瓦數(shù)白熾燈的價(jià)錢(qián)還是高居不下。主要原因是球泡燈的尺寸通常要和相當(dāng)功率的白熾燈尺寸相當(dāng)。而過(guò)去業(yè)內(nèi)流傳一個(gè)看法，就是球泡燈的功率不可能超過(guò)9W，這是受到散熱器的大小(美國(guó)為A19=19x1/8”60mm，中國(guó)為A60=60mm 直徑)所決定的。其實(shí)由于過(guò)去球泡燈的光效低下，所以才有這個(gè)瓶頸的限制。隨著球泡燈光效的提高這個(gè)限制也水漲船高，有可能在同樣尺寸的散熱器而做成更大功率的球泡燈。因?yàn)楣庑Ц吡艘院蟀l(fā)熱量也相應(yīng)減小了。下面我們用數(shù)字來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。假定一個(gè)10W的球泡燈，其整燈光效為60 lm/W。也就是在輸入10W功率時(shí)，它的流明數(shù)為600流明。這時(shí)候它的電光轉(zhuǎn)換效率大約只有27%，也就是只有27%的電能轉(zhuǎn)換為光能，其余73%都變成了熱耗。而假定其驅(qū)動(dòng)恒流源的效率為90%，也就是有1W的功率也轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷?。只?W的功率供給了LED，所以LED的熱耗為9x0.73=6.57W，再加上電源的1W熱耗，總共是7.57W。這個(gè)熱耗需要經(jīng)過(guò)散熱器散發(fā)出去。這種散熱器也就是我們?cè)谑忻嫔峡吹?W球泡燈（指LED為9W）的大散熱器。其中有1W是電源的熱耗，它不會(huì)隨著LED光效的提高而減少，其所占比例反而會(huì)增加（最后第二列）。整燈光效電光效率熱耗10W輸入總熱耗1W所占比例可用于球泡燈瓦數(shù)60 lm/W27%73%9x0.73+1=7.57W13.2%10W80 lm/W33%67%9x0.67+1=7.03W14.2%10.77W100 lm/W39%61%9x0.61+1=6.49W15.4%11.66W120 lm/W45%55%9x0.55+1=5.95W16.8%12.7W雖然過(guò)去業(yè)內(nèi)認(rèn)為球泡燈的最大功率限制為9W，也就是散熱器能夠散去的總熱耗為7.57W，但是隨著LED的光效提高，可以用于球泡燈的功率也隨著提高。也就是說(shuō)，如果現(xiàn)在能夠把LED球泡燈的整燈光效提高到120lm/W，那么即使仍然采用A60的散熱器，卻有可能用于12.7W的球泡燈。實(shí)際上，由于散熱器本身散熱效果的改進(jìn)（例如新型的塑包鋁散熱器），現(xiàn)在A60的散熱器已經(jīng)可以用于15 W的球泡燈了。 六 取代75W和100W白熾燈的LED球泡燈為了取代75W白熾燈只允許使用和它大小相同的A19（或中國(guó)的A60）散熱器，而為了要取代100W白熾燈只允許使用和它大小相同的A21（或中國(guó)的A70）散熱器。因而其技術(shù)難度是很大的，根據(jù)網(wǎng)上資料目前可以生產(chǎn)這兩種球泡燈的廠商只有飛利浦。OSRAM, Cree 這三家外國(guó)公司和中國(guó)埃菲萊公司。它們的型號(hào)和參數(shù)例舉如下表。取代75W白熾燈的LED球泡燈：公司和型號(hào)瓦數(shù)總流明數(shù)光效外殼Amazon價(jià)錢(qián)每千流明$數(shù)每年省電Philips43216115 W1180 lm78.66 lm/WA21US$17.49$14.82/klm$7.23Osram7891114 W1100 lm78 lm/WA19US$35.28$32.07/k lm$7.35Cree13.5 W1100 lm81.5 lm/WA19US$33.29$30.26/k lm$7.4中國(guó)埃菲萊11W1100100 lm/WA602x每年節(jié)電$14.02 /k lm$7.71取代100W白熾燈的LED球泡燈公司和型號(hào)瓦數(shù)總流明數(shù)光效外殼Amazon價(jià)錢(qián)每千流明$數(shù)每年省電Philips43219519 W1680 lm88.4 lm/WA21US$24.97$14.86 /klm$9.76Osram7896220 W1675 lm83.8 lm/WA21US$42.48$25.36/klm$9.64Cree18 W1600 lm88.8 lm/WA21US$23.99$14.99/klm$9.88中國(guó)埃菲萊15W1600106.6 lm/WA702x每年節(jié)電$12.81/klm$10.24從表上的數(shù)據(jù)可知，中國(guó)的埃菲萊的球泡燈是其中光效最高的一家也是每千流明$數(shù)最低的一家。埃菲萊公司之所以能夠得到很高的光效主要得助于采用了效率