V procesu vývoje systémů automobilového osvětlení se iterace technologie světelného zdroje vždy točila kolem základních cílů, jako je zlepšení energetické účinnosti, optimalizace výkonu a zlepšení spolehlivosti. Jako jedno ze současných řešení pro osvětlení hlavního proudu, 30 W LED LED LED žárovky Vykazují významné rozdíly ve výkonu energetické účinnosti ve srovnání s tradičními světlomety halogenu. Tento rozdíl se neřeší pouze v základní úrovni efektivity fotoelektrické konverze, ale také se rozšiřuje na více rozměrů, jako je skutečná pracovní účinnost, rozdělení spotřeby energie a komplexní náklady na využití celého systému osvětlení.
Základní mechanismus energetické účinnosti zdroje světla a rozdíl v konverzi účinnosti světla
Energetická účinnost světelného zdroje v podstatě závisí na jeho schopnosti přeměnit elektrickou energii na světelnou energii. Tento proces zahrnuje základní fyzikální mechanismy, jako je účinnost přeměny energie a charakteristiky spektrálního distribuce. Pracovní princip tradičních halogenových světlometů je založen na tepelném záření luminiscence, která zahřívá vlákno wolframu do stavu s vysokou teplotou (obvykle až 2500–3000k) prostřednictvím elektrického proudu, takže vlákno wolframu vydává kontinuální spektrum. Během tohoto procesu je však přeměněno pouze malé množství elektrické energie (asi 5% - 10%) na viditelné světlo a většina zbývající energie se rozptýlí ve formě infračerveného záření (tepelná energie). Tato charakteristika vysoké tepelné ztráty způsobuje, že světelný účinnost (světelný tok produkovaný na jednotku výkonu) halogenových světlometů obecně nízkých, obecně v rozmezí 15 - 25 lm/h.
30W LED LED LED LED LED žárovka přijímá polovodičový mechanismus emitujícího světla, jehož jádrem je elektroluminiscenční účinek křižovatky PN. Když proud prochází polovodičovým materiálem, elektrony a otvory rekombinují, aby uvolnily energii a generovaly fotony. Převod energie tohoto procesu je přímější, bez přechodného spojení tepelného záření. Fotoelektrická konverzní účinnost moderních čipů LED může dosáhnout 30% - 40% a odpovídající světelná účinnost je obecně mezi 80 - 120 lm/W. Jako příklad vezme napájení 30 W, vysoce kvalitní žárovka LED světlometu může produkovat světelný tok 2400-3600 LM, zatímco halogenový světlomet stejného výkonu může vydat pouze světelný tok 450-750 lm. Tento významný rozdíl v účinnosti konverze světla zásadně určuje hierarchickou mezeru mezi nimi z hlediska výkonnosti energetické účinnosti.
Složení spotřeby energie a energetická účinnost dopad systému tepelného řízení systému
Skutečná výkonnost energetické účinnosti zdroje světla není určena pouze účinností světla samotného zdroje světla, ale také distribucí spotřeby energie a mechanismem tepelného řízení celého osvětlovacího systému. Vzhledem k extrémně vysoké tepelné ztrátě tradičních halogenových světlometů je třeba rozptýlit velké množství tepelné energie generované během provozu přirozeným rozptylem tepla krytu lampy. Ačkoli je struktura tepelné správy halogenových lamp relativně jednoduchá, tato charakteristika vysoké výroby tepla ve skutečnosti tvoří skrytou ztrátu energetické účinnosti - zejména když je v provozu klimatizační systém vozidla, může teplota lampu zvýšit zatížení klimatizace v automobilu, což nepříznivě vede ke zvýšení spotřeby energie celého vozidla. Kromě toho se vlákno halogenové lampy postupně sublimuje v prostředí s vysokou teplotou a atomy wolframu budou uloženy na vnitřní stěnu žárovky, což povede ke snížení propustnosti světla. Fenomén rozpadu světla se zintenzivní prodloužení doby použití, což také sníží jeho skutečnou energetickou účinnost při dlouhodobém využití.
Přestože je efektivita fotoelektrické konverze 30W žárovky s jedním paprskem LED vysoká, určitá energie se stále uvolňuje ve formě tepla, takže pro udržení pracovní teploty čipu je nutný odpovídající systém tepelného řízení. Moderní LED světlomety obvykle používají složenou strukturu rozptylu tepla složenou z tepelných dřezů, tepelného vodivého silikonu a ventilátorů (některé špičkové produkty). Ačkoli samotný systém tepelné správy spotřebovává malé množství elektřiny (například spotřeba energie ventilátoru je obvykle kolem 1-3W), účinný návrh rozptylu tepla může kontrolovat teplotu LED čipu v ideálním pracovním rozmezí 60-80 ℃, aby se zabránilo útlumu světla způsobené vysokou teplotou. Výzkumná data ukazují, že za přiměřených podmínek tepelného řízení je rychlost rozpadu světlometů LED světlometů po 3000 hodinách provozu obvykle menší než 10%, zatímco rychlost rozpadu halogenových lamp může dosáhnout více než 30% po stejné době. Tato dlouhodobá stabilita účinnosti světla umožňuje udržovat konzistentnější výkon energetické účinnosti v průběhu jejich životního cyklu a zabránit skutečnému poklesu světelného efektu a potenciálnímu odpadu energie způsobeného rozpadem světla.
Rozdíly ve výkonu energetické účinnosti ve scénářích skutečného použití
Skutečná výkonnost energetické účinnosti systémů osvětlení vozidel musí být vyhodnocena v kombinaci s různými scénáři používání, protože pracovní stav zdroje světla za různých pracovních podmínek přímo ovlivní úroveň spotřeby energie. Tradiční halogenové světlomety mohou rychle dosáhnout plného světla během studeného startu, což je činí vhodných ve scénářích krátkodobého používání. Avšak vzhledem k jejich nízkému světlu a vysoké tvorbě tepla budou i nadále generovat vysokou spotřebu energie, pokud se používají nepřetržitě po dlouhou dobu (jako je jízda na dálnicích v noci) a nepřetržité zvyšování teploty lamp může zkrátit životnost vlákna, což dále zvyšuje náklady na použití.
30W žárovky LED LED LED LED LED mohou také rychle dosáhnout jmenovitého světelného toku na začátku spuštění a jejich doba odezvy je obvykle menší než 0,1 sekundy, což se významně neliší od halogenových lamp. Ve scénářích s častým start-stop a start-stop, jako jsou městské silnice, se výhoda energetické účinnosti LED světlometů odráží hlavně v provozu s nízkou spotřebou energie-i když je vypnuta a poté znovu zapnuta, její spotřebu energie je relativně malá. V dlouhodobých scénářích osvětlení, jako jsou dálnice, je zřejmá výhoda energetické účinnosti LED světlometů: na jedné straně jeho vysoká vlastnost účinnosti světla umožňují 30w výkonu poskytovat jasnost osvětlení ekvivalentní tradičním 55W nebo dokonce 70 W halogenovým lampům, což přímo snižuje požadavky na výkon; Na druhé straně stabilní systém tepelného řízení mu umožňuje udržovat stabilní účinnost světla během dlouhodobého provozu a zabránit další spotřebě energie způsobené kompenzací energie.
Stojí za zmínku, že při extrémních okolních teplotách bude výkon energetické účinnosti těchto dvou kolísat v různé míře. Světlo účinnost tradičních halogenových lamp může být mírně vylepšena v prostředí s nízkým teplotou (jako je -20 ℃), ale jeho vysoká teplotní tolerance je špatná. Když okolní teplota přesáhne 40 ℃, zrychlí se rychlost sublimace vlákna a rozpad světla se zhoršuje. Účinnost světla LED světlometů je významněji ovlivněna okolní teplotou: v prostředí nízké teploty se zvýší napětí LED čipů, což může vést k mírnému zvýšení spotřeby energie, ale moderní pohonné obvody mají obvykle funkce kompenzace teploty, které mohou kontrolovat kolísání spotřeby energie v rámci 5%; V prostředích s vysokým teplotou, pokud může účinný systém tepelné správy ovládat teplotu čipu v přiměřeném rozsahu, mohou LED světlomety stále udržovat stabilní výstup světla, ale jakmile selže rozptyl tepla, teplota čipu přesahuje 100 ° C a účinnost světla může být výrazně zmírněna. Proto ve skutečném srovnání energetické účinnosti musí být environmentální přizpůsobivost LED světlometů komplexně vyhodnocena v kombinaci s konstrukční úrovní jejich tepelných systémů pro správu a vysoce kvalitní 30W jednorázové LED světlometů může obvykle udržovat stabilnější výkon energetické účinnosti v široké teplotě.
Dlouhodobá ekonomika energetické účinnosti a komplexní náklady na použití
Další důležitou dimenzí srovnání energetické účinnosti je ekonomika při dlouhodobém používání, která zahrnuje více faktorů, jako jsou náklady na spotřebu energie, náklady na údržbu a náhradní cyklus. Za předpokladu, že vozidlo cestuje 20 000 kilometrů ročně a podíl noční jízdy představuje 30%, je roční doba osvětlení asi 200 hodin (vypočtená při průměrné rychlosti 60 km/h). Síla tradičních halogenových světlometů je obvykle 55 W a světelná účinnost se počítá při 20 lm/W a roční spotřeba energie je 55 W × 200H = 11 kWh; Roční spotřeba energie 30 W s jedním paprskem LED světlomety se počítá při 100 lm/W a roční spotřeba energie je 30 W × 200 h = 6 kWh. LED LED světlomety, vypočtené za cenu elektřiny rezidenční elektřiny 0,6 juan/kWh, mohou ušetřit náklady na elektřinu (11 - 6) × 0,6 = 3 juan ročně. Ačkoli úspory se zdají být malé z pohledu samotných nákladů na elektřinu, celkové ekonomické přínosy jsou zřejmé při zvažování dalších změn nákladů způsobené rozdíly v energetické účinnosti.
Pokud jde o náklady na údržbu a výměnu, průměrná životnost tradičních halogenových lamp je asi 500-1000 hodin. Vypočítané při 200 hodinách používání ročně je třeba je vyměnit každé 2-5 let a náklady na každou náhradu jsou asi 20-50 juanů. Teoretický život 30w-paprskového LED světlometu může dosáhnout 30 000–50 000 hodin. Při normálním používání může vyhovět potřebám používání vozidla déle než 10 let a není vyžadována téměř žádná náhrada. Kromě toho pokles osvětlovacího účinku způsobený lehkým rozpadem halogenových lamp může uživatelům přimět, aby je nahradili předem, což dále zvyšuje náklady na údržbu. Z pohledu celého životního cyklu lze náklady na výměnu vozidla ušetřit pomocí LED světlometů během jeho životnosti (vypočtené jako 10 let), které v kombinaci s 30 juanskými ušetřenými účty za elektřinu mají významné výhody v komplexní energetické účinnosti a ekonomice.
Synergický vztah mezi optickým výkonem a energetickou účinností
Energetická účinnost zdroje světla se odráží nejen na úrovni spotřeby energie, ale kvalita jeho optického výkonu také ovlivní skutečný efekt osvětlení a účinnost využití energie. Vzhledem k omezení principu emitujícího světla je spektrální rozdělení tradičních halogenových světlometů relativně široké, včetně velkého množství infračerveného a ultrafialového záření, zatímco distribuce spektrální energie viditelné světelné části je relativně jednotná, ale postrádá cílenou spektrální optimalizaci. Tato charakteristika plného spektra způsobuje, že světlá barva halogenových lamp nažloutá (teplota barev je asi 2800-3200k). Ačkoli je pronikání dobré, rychlost využití světelného toku je nízká, zejména v systému distribuce světla, je třeba přerozdělit velké množství světla prostřednictvím odrazu a lomu a v procesu dojde k určitému množství ztráty světelné energie.
Spektrální distribuce 30W žárovky s jedním paprskem LED má silnější ovladatelnost. Při výběru čipových materiálů a fosforů lze teplotu barev (obvykle v rozmezí 4000-6500K) a distribuce spektrální energie přesně upravovat. Například pro potřeby osvětlení silnic mohou LED světlomety zlepšit modrozelené světelné komponenty v rozsahu vlnových délek 450-550nm, zlepšit schopnost lidského oka identifikovat detaily silnice a tak dosáhnout lepších světelných efektů na stejném světelném toku. Kromě toho je jako zdroj bodového světla směr emise světla snáze ovládat. S přesností navrženým optickým čočkou a reflektorem může být světelný tok koncentrován v efektivní osvětlené oblasti (jako je povrch vozovky a obrubník), aby se snížil neplatný rozptyl světla. Testovací data ukazují, že rychlost využití toku světelného toku vysoce kvalitního LED světlometu s jedním paprskem 30 W může dosáhnout více než 85%, zatímco rychlost využití toku tradičního halogenu je obvykle mezi 60%a 70%. Tato výhoda optického výkonu umožňuje LED světlometům dosáhnout vyšších účinných světelných efektů s nižší skutečnou energií, což odráží výhodu energetické účinnosti z jiné perspektivy.
