另眼觀察：LED照明談節(jié)能為時(shí)尚早

圖1 　LED技術(shù)與成本發(fā)展趨勢(shì)

注1：LED devices - drive current = 350ma, 1W device, Tj=25℃, batwing distribution, lifetime measured at 70% lumen maintenance.Lumen output is measure in mean lumens
資料來源：DOE(2008)

由于LED近年技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)品單價(jià)快速下滑，讓其在冷凍照明、航空燈、交通號(hào)志燈等市場(chǎng)已經(jīng)取得一定市場(chǎng)占有率。在一般照明市場(chǎng)上，包括筒燈(downlight)、臺(tái)燈(desk lamp)和櫥柜燈(undercabinet fixtures)、投射燈(Spot lighting)以及景觀照明燈產(chǎn)品也陸續(xù)推出，部分產(chǎn)品也已開始取代MR-16、白熾燈泡等傳統(tǒng)光源，讓廠商對(duì)其LED照明未來發(fā)展抱持高度樂觀預(yù)期。

不過在樂觀數(shù)字背后，我們是否曾思考過。如果LED照明如同廠商、市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)所說的美好，為何白熾燈泡、T9日光燈仍然是我們所常見光源？為何我們不容易買到LED照明產(chǎn)品？

LED照明真的比較節(jié)能嗎？

節(jié)能是LED照明搶攻照明市場(chǎng)的主要優(yōu)勢(shì)之一，在電子或平面媒體媒體上經(jīng)?？梢钥吹剑骸?50W LED路燈比250W高壓鈉燈節(jié)能60%”；“目前白光LED發(fā)光效率達(dá)100 lm/W，已超越熒光燈，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越白熾燈”。似乎以目前LED已經(jīng)可以取代所有照明光源。然而，LED照明產(chǎn)品和過去常用的一般照明產(chǎn)品比較真的具有節(jié)能的效果？

對(duì)光源或燈具而言，其能源效率(Efficiency)的定義是指在輸入額定的電壓或電流情況下，光源或燈具所發(fā)出的光通量(單位是流明，lm)除以輸入功率(單位是瓦特，W)的比較值，效率值越高則光源或燈具在使用時(shí)更具有節(jié)能的效果。

一般消費(fèi)者所購(gòu)買的照明產(chǎn)品大致分為光源以及燈具。光源如省電燈泡、熒光燈管、白熾燈泡。燈具如嵌燈、筒燈以及熒光燈具等，其由光源、燈罩、反射板、電控組件(啟動(dòng)器/安定器)等零組件組合而成。燈具為照明終端產(chǎn)品，因此照明產(chǎn)品真正的性能表現(xiàn)，需以燈具為最終衡量基礎(chǔ)。

且在分析兩種燈具是否具有替代可能時(shí)，必須在相同照明質(zhì)量下作比較。舉例而言，一盞27W燈泡色（2700K～3000K）省電燈泡型筒燈燈具，其發(fā)光效率大約是60 lm/W，做成嵌燈燈具其效率大約是38 lm/W，燈具消耗功率約30W，燈具所發(fā)出的光通量大約1134 lm。若要用LED照明取代之，必須達(dá)到相同照明效果(亦即LED燈具所發(fā)出的流明數(shù)也必須達(dá)到1134 lm，而且色溫也必須與原來的燈具相近)，方符合替代要件。

LED照明產(chǎn)品信息可信度？

目前并LED燈具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，再加上LED燈具的制造商，在標(biāo)示LED產(chǎn)品性能時(shí)的誤植或夸大不實(shí)，而誤導(dǎo)了消費(fèi)者對(duì)LED燈具節(jié)能效益的評(píng)估。 常見的狀態(tài)有：(1)未將流明輸出和發(fā)光效率標(biāo)的物標(biāo)明清楚，將LED光源效率誤植為L(zhǎng)ED燈泡或燈具或效率。 (2)通過降低LED燈具輸入功率，來達(dá)成節(jié)能效果，但光輸出卻低于傳統(tǒng)光源，不符合光源替換基本要求。(3)廠商產(chǎn)品標(biāo)示不實(shí)或缺乏清楚信息描述，高估測(cè)量信息并夸大性能。

根據(jù)美國(guó)能源局(U.S. Department of Energy；DOE)半導(dǎo)體照明計(jì)劃(Solid-State Lighting)于2008年1月公布的第四輪固態(tài)照明商品測(cè)試(CALiPER Program)結(jié)果，在其測(cè)量15種LED照明燈具的光輸出與發(fā)光效率，有高達(dá)60%廠商所宣稱產(chǎn)品性能比實(shí)際測(cè)試結(jié)果高30%～600%不等。

當(dāng)廠商所宣稱產(chǎn)品特性與消費(fèi)者實(shí)際使用結(jié)果不一致時(shí)，將影響到消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品信心，使得市場(chǎng)上對(duì)LED照明產(chǎn)品的接受度大打折扣，影響到市場(chǎng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，如何提供完整且正確產(chǎn)品信息，而不是將最高的LED光源效率當(dāng)作燈具并且效率作為廣告宣傳之用，是產(chǎn)業(yè)內(nèi)廠商必須面對(duì)重要課題。

如何真正衡量LED照明節(jié)能效益
　
若進(jìn)一步探討LED燈具是否節(jié)能，必須先了解LED燈具內(nèi)部的組成零件。大多數(shù)的LED燈具必須搭配一組直流的電源供應(yīng)器，才能讓LED燈具發(fā)出穩(wěn)定的光線。而電流供應(yīng)器在進(jìn)行交直流電轉(zhuǎn)換時(shí)，因切換損失與偏壓電流用了許多功耗，會(huì)造成輸入功率損失。

一般而言，LED廠商在標(biāo)示LED發(fā)光效率時(shí)，通常是以環(huán)溫25℃為基準(zhǔn)，但是LED實(shí)際操作時(shí)都遠(yuǎn)高于此，再加上LED本身所產(chǎn)生的熱累積在組件內(nèi)部，造成LED溫度升高而降低LED的發(fā)光效率。另一方面，為了達(dá)到適當(dāng)?shù)恼彰餍Ч?，部分LED照明產(chǎn)品會(huì)利用外加的光學(xué)機(jī)構(gòu)改變LED所發(fā)出的光線，但是使用光學(xué)機(jī)構(gòu)也會(huì)損耗部分LED所發(fā)出的光。因此，評(píng)估LED燈具效率時(shí)應(yīng)該要同時(shí)考慮(1) LED效率；(2)電源供應(yīng)器損耗；(3)LED溫升所造成的損耗；(4)二次光學(xué)與燈具所造成的損失。

LED照明真正節(jié)能嗎？

LED燈具真正節(jié)能嗎？要回答這個(gè)問題基本上要先考慮LED燈具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。目前LED燈具基本上有兩種設(shè)計(jì)邏輯，一是由“替代”角度切入，利用LED光源設(shè)計(jì)出一個(gè)與白熾燈泡或熒光燈管等傳統(tǒng)光源，在外型類似、燈座規(guī)格相同的LED白熾燈泡或LED熒光燈管，在不修改燈具前提下，直接取代傳統(tǒng)光源裝置在燈具上。另一是考慮散熱管理、驅(qū)動(dòng)器、光學(xué)設(shè)計(jì)、LED光源特性與照明需求，以整合性技術(shù)為考慮，設(shè)計(jì)出有別于傳統(tǒng)光源燈具。

根據(jù)DOE自2007年起至今所進(jìn)行近百種LED光源及LED燈具測(cè)試報(bào)告分析，雖然各家廠商所推出產(chǎn)品性能的范圍是相當(dāng)?shù)膹V泛的。但可歸納出，以替代為目的，所開發(fā)出LED熒光燈管與LED熒光燈具，無論在發(fā)光效率與光輸出，離目前普遍使用T8或T5熒光燈管(具)，仍有一大段距離，短期內(nèi)要使用LED替代熒光燈機(jī)會(huì)不大。

圖2 　LED產(chǎn)品與傳統(tǒng)光源/燈具比較

注:上圖左為MR16 Replacement Fixture，上圖右為A-lamp Replacement Lamps，

下圖左為Fluorescent Replacement lamps，下圖右為Fluorescent Replacement Fixture
資料來源：DOE(2008)；

LED白熾燈、LED MR16燈具，在發(fā)光效率部分，相對(duì)于傳統(tǒng)光源來的高，不過其光輸出太低，在主照明等一般照明應(yīng)用領(lǐng)域，不具有取代傳統(tǒng)光源的條件，稱不上“節(jié)能”。若強(qiáng)行使用，僅是用較差照明質(zhì)量，來換取節(jié)能效果，并不合理。以系統(tǒng)整合為基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)LED燈具，由于綜合考慮LED散熱管理、驅(qū)動(dòng)器、光學(xué)、光源指向性等特性，其產(chǎn)品特性相對(duì)于LED替代燈具來的優(yōu)良，且在重點(diǎn)照明或局部照明應(yīng)用上，無論在光輸出與發(fā)光效率均較傳統(tǒng)光源來的優(yōu)良，若將用其取代傳統(tǒng)燈具，具有節(jié)能效果。

DOE近期以6英吋筒燈為基準(zhǔn)，分析在不同光源與燈具設(shè)計(jì)下，其發(fā)光效率與光輸出表現(xiàn)，詳如圖3。其中12W LED筒燈無論在發(fā)光效率與光輸出均較13W省電燈泡所制成筒燈來的優(yōu)秀，但以LED PAR燈搭配傳統(tǒng)燈具結(jié)構(gòu)兩款產(chǎn)品，在現(xiàn)有燈具結(jié)構(gòu)、空間等等限制條件下，特性表現(xiàn)相對(duì)低于省電燈泡。

圖3 　不同光源的6英吋筒燈特性比較

資料來源：DOE(2008)

整體而言，以目前LED照明產(chǎn)品技術(shù)水準(zhǔn)，LED照明產(chǎn)品是否比較節(jié)能，關(guān)鍵在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用領(lǐng)域與對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。如果在主照明應(yīng)用領(lǐng)域，LED照明產(chǎn)品無論在發(fā)光效率與光輸出等特性表現(xiàn)比熒光燈/燈具差，是不具備有節(jié)能效益。

在重點(diǎn)照明或裝飾照明應(yīng)用市場(chǎng)，若能搭配以系統(tǒng)整合為基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)LED燈具，相比白熾燈是具有節(jié)能效益，甚至于可與省電燈泡相競(jìng)爭(zhēng)。不過若采取替代燈具為基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)LED燈具，不具有取代傳統(tǒng)光源的條件，稱不上“節(jié)能”。若強(qiáng)行使用，僅是用較差照明質(zhì)量，來換取節(jié)能效果，并不合理。