DOE SSL商品測(cè)試計(jì)劃第一輪測(cè)試結(jié)果鼓舞人心
照明測(cè)試實(shí)驗(yàn)室依照LM-79中規(guī)定的檢驗(yàn)過(guò)程對(duì)整個(gè)SSL燈具進(jìn)行測(cè)試,而不是像傳統(tǒng)測(cè)試一樣對(duì)燈泡等級(jí)(lamp rating)與燈具功效(fixture efficiency)分開(kāi)測(cè)試。這一方面是因?yàn)槟壳皩?duì)LED器件或陣列的光通量測(cè)量尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)測(cè)試流程,另一方面也是由于LED性能對(duì)溫度敏感,不同的燈具設(shè)計(jì)對(duì)所使用的LED器件或陣列的性能有實(shí)質(zhì)性影響,導(dǎo)致了LM-79將整個(gè)燈具效率作為評(píng)估SSL產(chǎn)品能效的依據(jù)。
表1總結(jié)了CPTP試測(cè)試和第一輪測(cè)試中所有產(chǎn)品的性能(包括光輸出、燈具效率、相關(guān)色溫、顯色指數(shù))。前4種燈具(06-01、 06-02、 06-03和06-04)已在試測(cè)試中接受了測(cè)試,而第一輪測(cè)試對(duì)06-02和06-04兩種燈具進(jìn)行了附加測(cè)試。
為了對(duì)同種產(chǎn)品中不同個(gè)體間的差異作初步探查,并提供有關(guān)其他照明技術(shù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和LED熱量管理基準(zhǔn)數(shù)據(jù),第一輪中對(duì)產(chǎn)品的選取做了安排。為便于觀察個(gè)體差異性,06-06和06-07產(chǎn)品分A、B兩類。為了提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù),06-11、 07-02和 07-03為同一種產(chǎn)品,不同的是07-02和07-03擁有相同的燈具設(shè)計(jì),但前者使用CFL(緊湊型熒光燈管)作光源,后者使用LED作光源,而06-11與07-03則使用相同類型的 LED光引擎和驅(qū)動(dòng)器,但熱量管理系統(tǒng)和燈具設(shè)計(jì)卻不同。
表1. DOE SSL CPTP第一輪測(cè)試結(jié)果摘要 | ||||||
整個(gè)燈具基于LM-79的光度測(cè)量(室溫25º C) | 光輸出 (lm) | 燈具效率 (lm/W) | 相關(guān)色溫 (K) | 顯色指數(shù) | ||
CPTP 06-01筒燈(Downlight) (制造商公布的LED光效為40 lm/W) | 193 [!--empirenews.page--] | 12.8 | 3012 | 70 | ||
CPTP 06-02櫥柜燈(Under-cabinet light) (制造商公布的LED光效為55 lm/W) | 166 | 16.1 | 3483 | 78.2 | ||
CPTP 06-03筒燈(Downlight) (制造商公布的LED光效為45 lm/W) | 298 | 19.4 | 2724 | 67.3 | ||
CPTP 06-04作業(yè)燈(Task light) (制造商公布的LED光效為36 lm/W) [!--empirenews.page--] | 114 | 11.6 [7.1] | 6392 | 76 | ||
CPTP 06-05 室外照明燈(Outdoor Area light) (制造商公布的LED光效為24 lm/W) | 2638 | 23.9 | 4661 | 20 | ||
CPTP 06-06A 平面安裝燈具 (Surface Mount luminaire) (制造商公布的LED光效為55 lm/W) | A | 960 | 23.5 | 3405 [!--empirenews.page--] | 75 | |
B | 967 | 23.8 | 3414 | 75 | ||
CPTP 06-07A 壁燈/踏板燈 (Wall/Step light) | A | 23.8 | 4.0 | 2833 | 70.3 | |
B | 25.9 | 4.3 | 2874 [!--empirenews.page--] | 69.8 | ||
CPTP 06-08櫥柜燈 | 375 | 21.6 | 7003 | 72.3 | ||
CPTP 06-09作業(yè)燈/臺(tái)燈 (Task/Desk light) | 327.5 | 15.3 [11.6] | 3841 | 84.9 | ||
CPTP 06-10櫥柜燈 | 166 | 32.8 [21.9] | 4103 [!--empirenews.page--] | 77.3 | ||
CPTP 06-11作業(yè)燈/臺(tái)燈 (Task/Desk light) | 215 | 17.0 [8.2] | 5973 | 74 | ||
CPTP 07-02作業(yè)燈/臺(tái)燈 (Task/Desk light) CPTP 07-03作業(yè)燈/臺(tái)燈 (Task/Desk light) | CFL | 236 | 24.2 [13.3] | 3432 | 79 | |
LED | 226 [!--empirenews.page--] | 18.4 [8.6] | 5939 | 74 | ||
方括號(hào)中為調(diào)整過(guò)的效率數(shù)值,考慮了關(guān)閉狀態(tài)功耗(假定每天導(dǎo)通時(shí)間為3小時(shí))對(duì)效率的影響,下文中還就關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的功耗對(duì)平均年效率的影響作了討論。 |
測(cè)試結(jié)果分析及評(píng)論
一、能源使用和光輸出
盡管測(cè)試產(chǎn)品的光輸出和效率不盡相同,整個(gè)的樣品規(guī)模也非常小,但每一種產(chǎn)品中都有光輸出和效率接近其他照明燈具的SSL燈具。忽略異常值,CPTP第一輪測(cè)試結(jié)果中燈具效率的提高證明LED芯片功效的改進(jìn)正慢慢提高商業(yè)化產(chǎn)品的功效。盡管目前SSL產(chǎn)品可能比不上最高效的白熾燈或熒光燈光源,但其光輸出正向特殊應(yīng)用可接受的水平靠攏,效率也開(kāi)始能與一些CFL燈具一較高下(部分由于LED的方向特性)。
1,當(dāng)今的熒光產(chǎn)品擁有不同的光輸出和效率,基于制造商提供的熒光/白熾櫥柜燈的光度數(shù)據(jù),測(cè)試的三種SSL櫥柜燈的每英尺(線性)光輸出與一些白熾/熒光燈產(chǎn)品相當(dāng)。至于能耗,所有SSL櫥柜燈的效率要好于類似的白熾櫥柜燈,有一種還達(dá)到與熒光櫥柜燈相當(dāng)?shù)乃剑晒鉄艄艿墓庑?0-70 lm/W,計(jì)入典型燈具損耗后,緊湊型熒光燈具的效率在20-50 lm/W之間)。
2,對(duì)于四種SSL作業(yè)燈/臺(tái)燈,所有SSL燈具的效率都超過(guò)使用白熾燈泡的作業(yè)燈/臺(tái)燈,且只有一種的光輸出未達(dá)到20W和35W鹵素?zé)舻乃剑⑦_(dá)到類似CFL燈具的二分之一至四分之三。
3,對(duì)于06-06平面安裝燈具來(lái)說(shuō),一個(gè)使用36顆LED的2英尺SSL產(chǎn)品可提供 960lm的光輸出,但將其與熒光平面安裝燈具作比效時(shí)卻需要謹(jǐn)慎。市面上有多種類型的平面安裝燈具,其燈具效率各有不同并可選擇不同效率的熒光燈管作為光源,燈具不同所得的比較結(jié)論不同??紤]兩個(gè)例子:1)使用2根T12熒光燈管的4英尺長(zhǎng)包圍式(Wrap Around)平面安裝燈具;2)一系列平面安裝熒光櫥柜燈具(某些燈具已在樓梯照明等類似應(yīng)用中達(dá)到商業(yè)化)。
4英尺長(zhǎng)、集成90顆LED的06-06產(chǎn)品的光通量大約為2400lm,是例1(4600lm )的一半多一點(diǎn),效率是其三分之一;而與櫥柜平面安裝燈相比,06-06比23款商業(yè)熒光櫥柜燈的平均光輸出要高,其效率也高于效率最低的熒光櫥柜燈,達(dá)到熒光櫥柜燈平均效率的三分之二。
4,對(duì)于06-05室外照明燈,任何一款產(chǎn)品的光輸出為2638lm,而燈具效率達(dá)到24 lm/W。由于市面上有多種類型的室外照明燈(如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈)且特定的應(yīng)用有不同的方向和白光要求,這使得比較SSL與傳統(tǒng)室外燈的光輸出和效率變得困難或不適當(dāng)。
5,壁燈/踏板燈是測(cè)試產(chǎn)品中的“異類”,光效僅為4lm/W。盡管光效仍高于白熾燈,卻與SSL產(chǎn)品當(dāng)前的水準(zhǔn)相差很多,對(duì)這一應(yīng)用的期望值比測(cè)量值高了2-4倍。
制造商在大部分測(cè)試產(chǎn)品的產(chǎn)品資料中提供了LED的光效,并基于這一數(shù)據(jù)推斷燈具的流明輸出水平。這可能造成誤解,因?yàn)閷?shí)際測(cè)量的燈具光效比LED的光效低得多(平均為L(zhǎng)ED光效的三分之一)。在某些產(chǎn)品資料中,制造商通過(guò)提供比較(如相當(dāng)于35W鹵素?zé)簦﹣?lái)暗示輸出水平。如果這一比較是基于LED芯片的光效而不是實(shí)際的燈具輸出,這一信息將對(duì)消費(fèi)者產(chǎn)生極大的誤導(dǎo)。在第一輪測(cè)試中,僅有一種產(chǎn)品的輸出和效率值與測(cè)試結(jié)果相符。
二、顏色質(zhì)量的測(cè)量
第一輪分光放射測(cè)試提供了每種燈具的色坐標(biāo)(chromaticity coordinates )、相關(guān)色溫(CCT)、顯色指數(shù)(CRI)和光譜功率分布(SPD)。相關(guān)色溫最小為 2724K(屬于CCT最熱的范疇,與白熾燈相似)最大為7000K(屬于CCT最冷的范疇),總跨度達(dá)4200K。除一只未使用熒光轉(zhuǎn)換LED技術(shù)外,其他SSL燈具的整體平均顯色指數(shù)為75。
值得注意的是,對(duì)某些特定應(yīng)用來(lái)說(shuō),光源的CRI相對(duì)較低也同樣會(huì)得到用戶的認(rèn)可。另外,CRI不能作為比較不同相關(guān)色溫的燈具的尺子。讀者最好對(duì)顏色質(zhì)量評(píng)估的復(fù)雜性及CRI在SSL產(chǎn)品上的局限性有一定的理解。替代CRI的衡量標(biāo)準(zhǔn)正在制定,但在其未出臺(tái)之前,DOE仍將使用CRI評(píng)定燈具的顯色性。
SSL燈擁有相對(duì)溫暖的色溫和可接受的CRI數(shù)值,表明其有潛力為通用照明應(yīng)用提供合適的顏色質(zhì)量。但一些的產(chǎn)品的色溫相對(duì)較冷,就不太適用大部分通用照明了。在這一階段,觀察員的定性視覺(jué)評(píng)估可為燈具顏色質(zhì)量在特定應(yīng)用中的適應(yīng)性提供重要的深入理解。
三、電子及熱量設(shè)計(jì)
1,關(guān)閉狀態(tài)的功耗
第一輪測(cè)試對(duì)所有裝有開(kāi)關(guān)的燈具的關(guān)閉狀態(tài)功耗進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果顯示,每種作業(yè)燈(包括CFL作業(yè)燈)和一種櫥柜燈在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)消耗了能量,其范圍介于 0.36-2.0W之間。[!--empirenews.page--]
數(shù)據(jù)表明,即使開(kāi)關(guān)打到關(guān)閉狀態(tài)產(chǎn)品依舊消耗能量,從而使產(chǎn)品的實(shí)際功效下降。解決辦法之一就是在燈具上安裝占用感應(yīng)器(occupancy sensor),當(dāng)無(wú)人占用空間時(shí),感應(yīng)器將關(guān)閉墻上插座的電力供應(yīng),而最終的解決方案是開(kāi)關(guān)的電子設(shè)計(jì)需要關(guān)掉電源線路端(墻上插座端)的電力供應(yīng)。真正的燈具效率(有效平均效率)取決于燈具每天使用的小時(shí)數(shù),具體數(shù)值如表2所示:
表 2. 有效的平均功效 | ||||||
工作狀態(tài) 時(shí)的測(cè)量 功效(lm/W) | 關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的測(cè)量功率(W) | 有效的平均功率 (lm/W) | ||||
每天運(yùn)行1小時(shí) | 每天運(yùn)行3小時(shí) | 每天運(yùn)行5小時(shí) | ||||
CPTP 06-04作業(yè)燈 | 11.6 | 0.88 | 3.8 [!--empirenews.page--] | 7.1 | 8.7 | |
CPTP 06-09 作業(yè)燈/臺(tái)燈 | 15.3 | 0.98 | 7.4 | 11.6 | 13.0 | |
CPTP 06-10 櫥柜燈 | 32.8 | 0.36 | 12.4 | 21.9 | 25.8 | |
CPTP 06-11作業(yè)燈/臺(tái)燈 [!--empirenews.page--] | 17.0 | 1.96 | 3.7 | 8.2 | 10.7 | |
CPTP 07-02作業(yè)燈/臺(tái)燈 | CFL | 24.2 | 1.14 | 6.6 | 13.3 | 16.8 |
CPTP 07-03作業(yè)燈/臺(tái)燈 | LED | 18.4 [!--empirenews.page--] | 2.00 | 3.9 | 8.6 | 11.4 |
注意:燈具每年工作的時(shí)間越短功效就越低,但耗能也越少 |
無(wú)論是CFL還是SSL產(chǎn)品,如果每天僅使用幾個(gè)小時(shí)的話,平均功率均要低于某些白熾燈,這顯示了關(guān)閉狀態(tài)下功率消耗的重要性。這一問(wèn)題在使用遙控鎮(zhèn)流器或電源的產(chǎn)品上尤其普遍。
2,功率因數(shù)
目前測(cè)試的SSL產(chǎn)品的平均功率因數(shù)(PF)為0.7,一半產(chǎn)品的功率因數(shù)在 0.75以上,并有四分之一的產(chǎn)品的功率因數(shù)超0.9。對(duì)于SSL燈具來(lái)說(shuō),產(chǎn)品的瓦數(shù)與功率因數(shù)、功效與功率因數(shù)到目前為止并未顯示出相關(guān)性來(lái)。
高功率因數(shù)對(duì)SSL的早期市場(chǎng)進(jìn)入可能是個(gè)好兆頭,它預(yù)示著這一技術(shù)有潛力在替換一大部分照明產(chǎn)品的同時(shí)保持相對(duì)好的功率質(zhì)量。隨著SSL技術(shù)的進(jìn)步,這一良好聲譽(yù)可能會(huì)增加SSL技術(shù)被公用事業(yè)部分熱情接受的機(jī)會(huì)。
3,熱量設(shè)計(jì)
第一輪對(duì)每種燈具外殼的兩個(gè)最熱點(diǎn)進(jìn)行了溫度測(cè)量(使用熱成像攝像機(jī)定位),測(cè)得燈具的平均外殼溫度為47°C,最高溫度為73°C。
對(duì)于大部分產(chǎn)品來(lái)說(shuō),熱量管理使用的散熱裝置可通過(guò)目測(cè)觀察出來(lái)。在許多產(chǎn)品中,燈具本身就有散熱功能,而一些燈具由于使用了不恰當(dāng)?shù)纳嵫b置使得散熱不充分(例如,將散熱裝置封裝在塑料蓋內(nèi)阻擋了空氣流,從而降低散熱裝置的效率)。
不充分的散熱可降低LED產(chǎn)品的功效并導(dǎo)致流明下降速度加快。CPTP的第二輪測(cè)試將包括流明下降測(cè)試,以便更好地評(píng)述熱量管理及其他因素對(duì)SSL商品性能的長(zhǎng)期影響。
4,再現(xiàn)性和可變性
分光輻射測(cè)試法和測(cè)角光度測(cè)量法都可用來(lái)測(cè)量燈具的流明輸出和功效(lm/W)。第一輪測(cè)試使用兩種方法測(cè)得的燈具輸出的平均差異接近1%,只有一種筒燈的差異達(dá)到7%,而兩種方法對(duì)某一特定燈具功效的測(cè)量差接近3%。一種產(chǎn)品在兩家測(cè)試實(shí)驗(yàn)室接受同一測(cè)試,其測(cè)量結(jié)果的差異性非常小。
為了對(duì)某特定產(chǎn)品中的個(gè)體差異性有更深入的理解,06-06 和06-07的產(chǎn)品測(cè)試中對(duì)來(lái)自相同廠家的兩個(gè)單個(gè)個(gè)體進(jìn)行了測(cè)量。盡管這一階段的樣品規(guī)模還太小不能進(jìn)行分析,初步研究顯示其中一種產(chǎn)品的個(gè)體差異可以可以忽略而另一種產(chǎn)品的單個(gè)個(gè)體在功率和輸出上有出入。這可能是由于燈具損耗大及/或LED數(shù)量少(每種燈具使用3顆LED)所引起的。
CPTP的第二輪測(cè)試將擴(kuò)大對(duì)再現(xiàn)性和差異性的測(cè)試,內(nèi)容包括由不同實(shí)驗(yàn)室使用一系列設(shè)備進(jìn)行的測(cè)試,以及對(duì)某種產(chǎn)品多個(gè)個(gè)體的測(cè)試。
5,CFL與SSL產(chǎn)品的直接比較
07-02和07-03產(chǎn)品擁有相同的燈具設(shè)計(jì),前者使用CFL做光源而后者使用LED ,這提供了直接、并行的比較。07-02的測(cè)試功率為9.8W,而07-03的功率為12.3W。兩產(chǎn)品的流明輸出幾乎相同,CRI數(shù)值也都可以接受。SSL產(chǎn)品的燈具效率是CFL產(chǎn)品的四分之三,但卻擁有高達(dá)0.92的功率因數(shù)(CFL的為0.54),CFL的色溫更偏暖一些(3432K對(duì)5939K)。
比較結(jié)果是SSL燈具的能效接近與CFL競(jìng)爭(zhēng)的水平,而SSL的適合性則部分取決于特定應(yīng)用的顏色要求。由于LED芯片設(shè)計(jì)在過(guò)去半年內(nèi)有進(jìn)步,下一代SSL燈具在許多性能上將超過(guò)CFL燈具。
四、第一輪測(cè)試結(jié)論
關(guān)鍵點(diǎn):
第一輪測(cè)試的12種SSL通用照明商品呈現(xiàn)了多種不同的性能。一些SSL商品的光輸出達(dá)到可接受水平,光效也大大超過(guò)白熾燈,計(jì)入方向性和燈具損耗后,其效率甚至與一些熒光燈具相當(dāng)。
當(dāng)今市場(chǎng)上一些產(chǎn)品的光輸出比傳統(tǒng)光源要低,大部分產(chǎn)品的測(cè)試值要低于產(chǎn)品資料中所提供的數(shù)值。但也有一些產(chǎn)品表現(xiàn)相對(duì)較好,其中一小部分的產(chǎn)品資料提供了可靠、準(zhǔn)確的信息。隨著業(yè)內(nèi)專業(yè)人員對(duì)整個(gè)SSL光源性能評(píng)估重要性的認(rèn)識(shí)的加深,新興SSL市場(chǎng)將有更可靠的性能信息做支撐。
下一步測(cè)試:
DOE SSL CPTP的下一輪測(cè)試將繼續(xù)拓大產(chǎn)品測(cè)試種類(包括筒燈和替代燈泡),測(cè)試內(nèi)容將包括更深入的性能測(cè)試和流明維持率測(cè)試(基于IESNA LM-80測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)草案),對(duì)測(cè)試結(jié)果的再現(xiàn)性和可變性進(jìn)行探求,得出更多的基準(zhǔn)-為SSL產(chǎn)品與傳統(tǒng)燈具、居家與商業(yè)產(chǎn)品提供更多的定量比較。測(cè)試總目標(biāo)為提高人們對(duì)如何比較不同光源、不同燈具的認(rèn)知水平。[!--empirenews.page--]
行業(yè)下一步:
在SSL技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展的時(shí)刻,業(yè)內(nèi)團(tuán)體可使用這些測(cè)試數(shù)據(jù)為保護(hù)SSL的潛力做策劃。業(yè)內(nèi)團(tuán)隊(duì)正在不懈地發(fā)展SSL技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)組織與DOE正在制定SSL產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試流程。燈具制造商繼續(xù)整合組件[局部]效率與新LED、LED光引擎新技術(shù),進(jìn)而提高整個(gè)燈具的效率和顏色質(zhì)量。SSL燈具基本性能的提高可通過(guò)良好的熱量管理和電能質(zhì)量特性以及消除關(guān)閉狀態(tài)功耗來(lái)實(shí)現(xiàn)。
第一輪所測(cè)試的產(chǎn)品都為05年或06年初的產(chǎn)品,在光輸出和效率上已經(jīng)逼近 CFL燈具。而LED芯片和光引擎的性能在06年后期和07年初已獲得顯著提高,這預(yù)示著使用最新技術(shù)的下一代SSL商業(yè)燈具將與一大批通用照明產(chǎn)品形成實(shí)質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)。