以目前LED照明產(chǎn)品技術(shù)水準，LED照明產(chǎn)品是否比較節(jié)能，關鍵在于產(chǎn)品設計、應用領域與對應傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。 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、市場調(diào)查機構(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照明發(fā)展現(xiàn)況
照明是人類基本需求，照明也代表經(jīng)濟活動的高低。近年來由于全球經(jīng)濟增長，持續(xù)的城市化，非市區(qū)電力網(wǎng)的擴大建設等因素，帶動了一般建筑物與制造業(yè)建廠增加，都使得照明需求快速增長，耗用能源也持續(xù)增長。
根據(jù)IEA統(tǒng)計，2005年全球人工光源共使用2,651Twh(太瓦-小時)電力，占全球總發(fā)電量19%，總照明成本為US$3560億元，約占全球GDP的1.2%，其中用電成本約為US$2340億元，照明設備和人工成本約為US$1220億元。總計產(chǎn)生1900 百萬噸的CO2排放量，相當于全球70%輕型車排放量。預計在自然增長條件下，2030年全球人工光源電力需求量將增長至4,253Twh ，年復合增長率達1.9% 與馬達、工業(yè)用鍋爐、空調(diào)設備、電力電子等產(chǎn)品相同，照明存在著能源使用效率偏低問題，根據(jù)IEA統(tǒng)計2005年全球人工光源平均發(fā)光效率僅約50lm/W，白熾燈、T12熒光燈等低效率光源，仍然是消費者主要使用產(chǎn)品。然而當T5熒光燈、LED、復金屬燈、冷陰極燈管等各種高效率光源陸續(xù)被開發(fā)出來，照明節(jié)能成為節(jié)能重要發(fā)展目標之一。
在各種節(jié)能與高效率光源中，LED一直為眾人所關注的焦點。特別是LED近年技術(shù)快速增長，近五年來LED發(fā)光效率年復合增長率達56％，商品化白光LED發(fā)光效率已達100lm/W。另一方面，技術(shù)增進，配合亞洲國家大量擴產(chǎn)，使得LED產(chǎn)品單價快速下跌。估計隨著各國政府及廠商對于LED研發(fā)資源投入，2015年LED發(fā)光效率將達188lm/W，遠超過既有光源技術(shù)，成本也可大幅下滑至每千流明僅需2美元的新低價。
圖1 LED技術(shù)與成本發(fā)展趨勢
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)品單價快速下滑，讓其在冷凍照明、航空燈、交通號志燈等市場已經(jīng)取得一定市場占有率。在一般照明市場上，包括筒燈(downlight)、臺燈(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，讓廠商對其LED照明未來發(fā)展抱持高度樂觀預期。
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、市場調(diào)查機構(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照明搶攻照明市場的主要優(yōu)勢之一，在電子或平面媒體媒體上經(jīng)常可以看到：“150W LED路燈比250W高壓鈉燈節(jié)能60%”；“目前白光LED發(fā)光效率達100 lm/W，已超越熒光燈，更遠遠超越白熾燈”。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更具有節(jié)能的效果。
一般消費者所購買的照明產(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。
且在分析兩種燈具是否具有替代可能時，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)品標準，再加上LED燈具的制造商，在標示LED產(chǎn)品性能時的誤植或夸大不實，而誤導了消費者對LED燈具節(jié)能效益的評估。 常見的狀態(tài)有：(1)未將流明輸出和發(fā)光效率標的物標明清楚，將LED光源效率誤植為LED燈泡或燈具或效率。 (2)通過降低LED燈具輸入功率，來達成節(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)品標示不實或缺乏清楚信息描述，高估測量信息并夸大性能。
根據(jù)美國能源局(U.S. Department of Energy；DOE)半導體照明計劃(Solid-State Lighting)于2008年1月公布的第四輪固態(tài)照明商品測試(CALiPER Program)結(jié)果，在其測量15種LED照明燈具的光輸出與發(fā)光效率，有高達60%廠商所宣稱產(chǎn)品性能比實際測試結(jié)果高30%～600%不等。
當廠商所宣稱產(chǎn)品特性與消費者實際使用結(jié)果不一致時，將影響到消費者對產(chǎn)品信心，使得市場上對LED照明產(chǎn)品的接受度大打折扣，影響到市場長遠發(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)廠商必須面對重要課題。
如何真正衡量LED照明節(jié)能效益
若進一步探討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器，才能讓LED燈具發(fā)出穩(wěn)定的光線。而電流供應器在進行交直流電轉(zhuǎn)換時，因切換損失與偏壓電流用了許多功耗，會造成輸入功率損失。
一般而言，LED廠商在標示LED發(fā)光效率時，通常是以環(huán)溫25℃為基準，但是LED實際操作時都遠高于此，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，為了達到適當?shù)恼彰餍Ч?，部分LED照明產(chǎn)品會利用外加的光學機構(gòu)改變LED所發(fā)出的光線，但是使用光學機構(gòu)也會損耗部分LED所發(fā)出的光。因此，評估LED燈具效率時應該要同時考慮(1) LED效率；(2)電源供應器損耗；(3)LED溫升所造成的損耗；(4)二次光學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計邏輯，一是由“替代”角度切入，利用LED光源設計出一個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)動器、光學設計、LED光源特性與照明需求，以整合性技術(shù)為考慮，設計出有別于傳統(tǒng)光源燈具。
根據(jù)DOE自2007年起至今所進行近百種LED光源及LED燈具測試報告分析，雖然各家廠商所推出產(chǎn)品性能的范圍是相當?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替代熒光燈機會不大。
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用領域，不具有取代傳統(tǒng)光源的條件，稱不上“節(jié)能”。若強行使用，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)整合為基礎所設計LED燈具，由于綜合考慮LED散熱管理、驅(qū)動器、光學、光源指向性等特性，其產(chǎn)品特性相對于LED替代燈具來的優(yōu)良，且在重點照明或局部照明應用上，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，分析在不同光源與燈具設計下，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，LED照明產(chǎn)品是否比較節(jié)能，關鍵在于產(chǎn)品設計、應用領域與對應傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。如果在主照明應用領域，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。
在重點照明或裝飾照明應用市場，若能搭配以系統(tǒng)整合為基礎所設計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爭。不過若采取替代燈具為基礎所設計LED燈具，不具有取代傳統(tǒng)光源的條件，稱不上“節(jié)能”。若強行使用，僅是用較差照明質(zhì)量，來換取節(jié)能效果，并不合理。
-小麥
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