LED灯具的光效.doc

LED灯具的光效茅于海过去我们使用白炽灯的时候都是只知道用多少瓦的灯泡，瓦数越大就越亮。这是对的。然而一个灯的瓦数实际上只是代表它消耗多少电力，并不代表它发多少光。这个问题随着不同类型的灯具的出现而变得越来越重要了。荧光灯的出现就产生了问题，最早使用的荧光灯就是通常所谓的日光灯。好在最通用的日光灯只是1.2m的T8灯管。所以大家也不知道它到底消耗了多少瓦，只知道比一般的白炽灯要省电，其实这种最普通的日光灯的耗电也取决于采用什么样的镇流器。灯管本身都是36瓦的，如果采用国产的电感镇流器，通常还要加上10W的功耗，所以整灯的功耗就是46瓦。一般的用户可能是不知道的。出现“节能灯”以后又出现了新情况，其实所谓的节能灯不过是一种弯曲了的细日光灯，称它为节能灯只是为了用“节能”这个新名词来美化一下而已。最常用的节能灯是8W，其亮度相当于40瓦白炽灯。但是节能灯的最大缺点是含汞，每只可污染180吨水和土壤。然而国家却竭尽全力地推广“节能灯”，在上海甚至于每家每户都由国家送一个白用（不知道是否有大公司在后面驱使），自从国家推广到2012年底，已经有上亿只节能灯报废，已经污染了180亿吨水和土壤，而且这种污染是无法去除的。难怪网上传言中国移民到美国检查身体时发现身体里的汞含量超标100倍，这也不足为奇的了。一 LED球泡灯LED是一种不含汞，光效远高于“节能灯“的灯具，它才是真正的节能灯。它势必会成为照明灯具的主流产品。而且它已经出现了各种形状的灯具，包括可以取代白炽灯的球泡灯，取代日光灯的LED灯管，还有LED吸顶灯，LED筒灯，LED的PAR灯等等。为了节能，各国都定出了禁止生产和销售白炽灯的期限。 澳大利亚：2010年 欧盟、台湾、加拿大：2012年 韩国：2013年 日本：2012年（高能） 美国：2014全面禁止 中国：2016全面禁止，在2014,10,1禁止进口和销售60瓦以上的白炽灯据估计2014年由于美国等多国禁用白炽灯，全球LED球泡灯需求增长86%。所以我们将重点讨论用于取代白炽灯的LED球泡灯。为了使用户易于接受，LED球泡灯特意做成和白炽灯的外形和尺寸类似，灯头也完全一样，以便于替换。而目前国内大量采用LED所消耗的瓦数来作为其主要指标。这形成了一个很大的漏洞，一些光效低下的球泡灯，打出每瓦1元的指标，而稍微好一些的球泡灯则打出每瓦2元的指标。这是非常不科学的性价比指标。因为一些低光效的球泡灯，消耗很大电力但却发不出很大光通量，但也号称大瓦数，听上去好像是好灯泡，实际上却是粗制滥造产品。正确的指标应该是它的发光效率。这是本文要仔细讨论的问题。二 LED的光效所谓发光效率的单位就是每瓦流明数，以lm/W表示，流明是光通量的单位。一般人可能不太理解什么是光通量。我们只要把不同瓦数的白炽灯的流明数列出来就可以知道了。白炽灯瓦数40W60W75W100W125W150W200W流明数480 lm810 lm1100 lm1600 lm2000 lm2400 lm3330 lm所以只要LED球泡灯所发出的流明数和某种白炽灯的流明数相当，那么这个球泡灯就可以取代这种白炽灯。这是老百姓最容易接受的一种方法。所以现在美国、日本的球泡灯的包装盒上都用很大的字标明可以取代多少瓦的白炽灯，这个数字虽然也用W作单位，但是它并不是LED所消耗的瓦数，而是可以取代的白炽灯的瓦数，但是老百姓一看就明白（见下图的Cree公司的球泡灯包装盒，其中100W就是可取代的白炽灯瓦数，而不是LED瓦数）。然而这还不能用来作为LED球泡灯的质量指标。因为为了得到这样的流明数，LED球泡灯所消耗的瓦数是不同的，这取决于LED的光效。虽然，不同时期LED的最高光效（可生产的）是在一定的范围内，但是由于各个生产厂家的技术不同，其光效也是有很大区别的。所以可以说光效是LED的最重要的质量指标，也是各种灯具的最重要的指标。因为不管是什么样的灯具，它们都是把电能转化为光能。而它的电光转换效率也就是光效。消耗同样的电能，当然发出的光通量越大越好。所以发光效率是最重要的质量指标。三 埃菲莱公司的LED球泡灯的光效现在市面上有无数品牌的LED球泡灯，我们为什么要专门介绍埃菲莱公司的球泡灯呢？那是因为埃菲莱公司所特有的技术使得他们生产的球泡灯的光效远远超过一些知名的品牌。下面的比较表列出了埃菲莱公司的球泡灯和一些日本常用的品牌球泡灯的性能比较表。为了和相应的日本球泡灯的指标比较，埃菲莱公司专门托人在日本市场上购买了几种知名品牌的球泡灯回来，因为日本市电电压是100V的，所以还专门开发了100VAC的球泡灯，它和日本品牌LED球泡灯的性能(全部是同一仪器的实测结果)比较列表如下：厂家夏普夏普东芝东芝三菱松下埃菲莱型号DL-LA43NDL-LA63NLDA7N-GLDA9N-GLDA10D-GLDA11D-GLB-1008电源电压100V100V100V100V100V100V100V功率6.1W7.7W7.0W8.8W10.4W11.9W6.5W色温4979K5279K5073K4981K6579K6484K5809K流明数483 lm663 lm543 lm830 lm893 lm895 lm833 lm整灯光效79 lm/W86 lm/W78 lm/W95 lm/W86 lm/W75 lm/W128lm/W显色指数80.681.878.978.580.774.680.0功率因数0.580.580.60.60.60.620.57价钱日元￥1180￥1980￥1080￥1980￥1980￥2480人民币72.49121.6366.34121.63121.63152.34从表中可见，埃菲莱的球泡灯总流明数和东芝的LDA9N-G相当都是830流明以上，可以取代60W白炽灯。但是由于埃菲莱的光效高，所需的输入功率比东芝的还要低2.3W，也就是说，比东芝的类似球泡灯还要节省26%的电能！价钱也会低很多！四 寿命和节电对于普通消费者来说，还应该知道LED的另一个优点是寿命长。虽然理论上的寿命可以高达10万小时，但是由于散热不理想，实际寿命是不可能那么高的，现在公认散热器设计得好的LED灯具的寿命是25,000小时，如果按每天工作3小时，那么相当于22.8年。而白炽灯的寿命如果每天工作3小时的话一般认为只有2年，也就是相当于2000小时左右。所以LED灯的寿命要长10倍，也就是要买10个白炽灯，才能够点22年。目前白炽灯2元一个，那么也要花20元。当然这是需要很长的时间才能体现出来的节约。 LED的另一个最大优点是光效高，光效高意味着省电，这方面对用户是更有价值的。同样我们可以用白炽灯的耗电来看。仍然假定每天点3小时，一年点1095小时。对不同瓦数的白炽灯每年耗电和电费如下表第二和第三列所示（其中电费以￥0.70/度计）。用不同光效（lm/W）的LED球泡灯取代不同瓦数白炽灯时每年所能节省的电费白炽灯瓦数白炽灯耗电度数白炽灯电费60lm/W节省电费80lm/W节省电费100lm/W节省电费120lm/W节省电费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如果换成LED那么可以节省很多电费，具体节省多少，取决于LED的光效。其具体的计算方法如下：以40W白炽灯为例。假定LED灯具的光效是60lm/W（这相当于目前市面上绝大多数的LED灯具的光效），那么，需要采用480/60=8W的功率的球泡灯才可以取代40W的白炽灯。这个8W的球泡灯每天点3小时，一年的电量=8x3x365/1000=8.76，相当的电费为8.76x0.7=6.132元，所节约的电费就等于30.66-6.132=24.528，以此类推就可以得到在各种光效时所节约的电费。由表中可见每年节约的电费是十分可观的。假如用户知道只要用一年以后所省下的电费就可以节省出买一个球泡灯的钱，那么对于目前LED球泡灯的价格还是可以接受的，相当于使用一年就可以把买球泡灯的钱就省出来。所以美国的球泡灯包装盒上都印出了每年可以节约的电费（美国的电费是$0.11/度）。下面就是一个包装盒的例子。这是一个FEIT Electric的17W球泡灯。它可以用来取代100W的白炽灯，而每年的电费为17x3x365x0.11/1000=$2.05，白炽灯的电费为100x3x365x0.11/1000 =$12.05，所以每年节约的电费为$10美元。22.8年总共节约了$228美元。我们建议今后中国的球泡灯（和所有的LED灯具）也都应该在包装盒上印出这些数据来。五 高功率球泡灯现在国际市场上，由于球泡灯需求量大，产量大，价格也随着降低。取代40W白炽灯的球泡灯价格降低了21%，取代60W白炽灯的球泡灯价格降低了28%。但唯独取代更高瓦数白炽灯的价钱还是高居不下。主要原因是球泡灯的尺寸通常要和相当功率的白炽灯尺寸相当。而过去业内流传一个看法，就是球泡灯的功率不可能超过9W，这是受到散热器的大小(美国为A19=19x1/8”60mm，中国为A60=60mm 直径)所决定的。其实由于过去球泡灯的光效低下，所以才有这个瓶颈的限制。随着球泡灯光效的提高这个限制也水涨船高，有可能在同样尺寸的散热器而做成更大功率的球泡灯。因为光效高了以后发热量也相应减小了。下面我们用数字来说明这个问题。假定一个10W的球泡灯，其整灯光效为60 lm/W。也就是在输入10W功率时，它的流明数为600流明。这时候它的电光转换效率大约只有27%，也就是只有27%的电能转换为光能，其余73%都变成了热耗。而假定其驱动恒流源的效率为90%，也就是有1W的功率也转变为热耗。只有9W的功率供给了LED，所以LED的热耗为9x0.73=6.57W，再加上电源的1W热耗，总共是7.57W。这个热耗需要经过散热器散发出去。这种散热器也就是我们在市面上看到9W球泡灯（指LED为9W）的大散热器。其中有1W是电源的热耗，它不会随着LED光效的提高而减少，其所占比例反而会增加（最后第二列）。整灯光效电光效率热耗10W输入总热耗1W所占比例可用于球泡灯瓦数60 lm/W27%73%9x0.73+1=7.57W13.2%10W80 lm/W33%67%9x0.67+1=7.03W14.2%10.77W100 lm/W39%61%9x0.61+1=6.49W15.4%11.66W120 lm/W45%55%9x0.55+1=5.95W16.8%12.7W虽然过去业内认为球泡灯的最大功率限制为9W，也就是散热器能够散去的总热耗为7.57W，但是随着LED的光效提高，可以用于球泡灯的功率也随着提高。也就是说，如果现在能够把LED球泡灯的整灯光效提高到120lm/W，那么即使仍然采用A60的散热器，却有可能用于12.7W的球泡灯。实际上，由于散热器本身散热效果的改进（例如新型的塑包铝散热器），现在A60的散热器已经可以用于15 W的球泡灯了。 六 取代75W和100W白炽灯的LED球泡灯为了取代75W白炽灯只允许使用和它大小相同的A19（或中国的A60）散热器，而为了要取代100W白炽灯只允许使用和它大小相同的A21（或中国的A70）散热器。因而其技术难度是很大的，根据网上资料目前可以生产这两种球泡灯的厂商只有飞利浦。OSRAM, Cree 这三家外国公司和中国埃菲莱公司。它们的型号和参数例举如下表。取代75W白炽灯的LED球泡灯：公司和型号瓦数总流明数光效外壳Amazon价钱每千流明$数每年省电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中国埃菲莱11W1100100 lm/WA602x每年节电$14.02 /k lm$7.71取代100W白炽灯的LED球泡灯公司和型号瓦数总流明数光效外壳Amazon价钱每千流明$数每年省电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中国埃菲莱15W1600106.6 lm/WA702x每年节电$12.81/klm$10.24从表上的数据可知，中国的埃菲莱的球泡灯是其中光效最高的一家也是每千流明$数最低的一家。埃菲莱公司之所以能够得到很高的光效主要得助于采用了效率