I udviklingsprocessen for bilbelysningssystemer har iterationen af lyskilde -teknologi altid drejet sig om kernemål såsom forbedring af energieffektivitet, præstationsoptimering og forbedring af pålideligheden. Som en af de nuværende mainstream -belysningsløsninger, 30W enkeltstråle LED-forlygtepærer Vis signifikante forskelle i energieffektivitetsydelse sammenlignet med traditionelle halogenforlygter. Denne forskel afspejles ikke kun i det grundlæggende fotoelektriske konverteringseffektivitetsniveau, men strækker sig også til flere dimensioner, såsom den faktiske arbejdseffektivitet, energiforbrugsfordeling og omfattende brugsomkostninger for hele lyssystemet.
Grundlæggende energieffektivitetsmekanisme for lyskilde og forskel i konvertering af lyseffektivitet
Energieffektiviteten af en lyskilde afhænger i det væsentlige af dens evne til at omdanne elektrisk energi til lysenergi. Denne proces involverer basale fysiske mekanismer såsom energikonverteringseffektivitet og spektrale fordelingskarakteristika. Arbejdsprincippet for traditionelle halogenforlygter er baseret på termisk strålingsluminescens, der opvarmer wolframfilamentet til en tilstand med høj temperatur (normalt op til 2500-3000K) gennem elektrisk strøm, så wolframfilamentet udsender et kontinuerligt spektrum. Imidlertid omdannes kun en lille mængde elektrisk energi (ca. 5% - 10%) til synligt lys under denne proces, og det meste af den resterende energi spredes i form af infrarød stråling (varmeenergi). Denne høje varmetabskarakteristik gør den lysende effektivitet (lysende flux produceret pr. Enhedseffekt) af halogenforlygter generelt lavt, generelt i området 15 - 25 lm/w.
Den 30W enstråle LED-forlygtepære vedtager en halvlederlysemitterende mekanisme, hvis kerne er den elektroluminescerende virkning af PN-krydset. Når strømmen passerer gennem halvledermaterialet, rekombineres elektroner og huller for at frigive energi og generere fotoner. Energikonverteringen af denne proces er mere direkte uden det mellemliggende led mellem termisk stråling. Den fotoelektriske konverteringseffektivitet af moderne LED -chips kan nå 30% - 40%, og den tilsvarende lysende effektivitet er generelt mellem 80 - 120 lm/W. Ved at tage 30W strøm som et eksempel kan en LED-forlygter med høj kvalitet producere en lysende flux på 2400-3600 lm, mens en halogen forlygter af den samme effekt kun kan udsende en lysende flux på 450-750 lm. Denne signifikante forskel i let konverteringseffektivitet bestemmer grundlæggende den hierarkiske kløft mellem de to med hensyn til energieffektivitetsydelse.
Energiforbrugssammensætning og energieffektivitetseffekt af termisk styringssystem
Den faktiske energieffektivitetsydelse af lyskilden bestemmes ikke kun af lyseffektiviteten af selve lyskilden, men også af energiforbrugsfordelingen og termisk styringsmekanisme for hele belysningssystemet. På grund af det ekstremt høje varmetab af traditionelle halogenforlygter, skal en stor mængde varmeenergi, der genereres under drift, spredes gennem den naturlige varmeafledning af lampesygdommen. Selvom den termiske styringsstruktur af halogenlamper er relativt enkel, danner denne høje varmeproduktionskarakteristik faktisk et skjult energieffektivitetstab - især når køretøjets klimaanlæg kører, kan varmen, der udsendes af lampen, øge belastningen af klimaanlægget i bilen, indirekte, hvilket fører til en stigning i energiforbruget i hele køretøjet. Derudover vil glødetråden af halogenlampen gradvist sublimere i et miljø med høj temperatur, og wolframatomer vil blive afsat på den indre væg af pæren, hvilket resulterer i et fald i lys transmission. Det lette henfaldsfænomen intensiveres med udvidelsen af brugstiden, hvilket også reducerer dens faktiske energieffektivitet i langvarig brug.
Selvom den fotoelektriske konverteringseffektivitet af den 30W en-bjælke-LED-forlygtepære er høj, frigøres en vis energi stadig i form af varme, så der kræves et matchende termisk styringssystem for at opretholde chipens arbejdstemperatur. Moderne LED-forlygter bruger normalt en sammensat varmeafledningsstruktur sammensat af køleplade, termisk ledende silikone og ventilatorer (nogle avancerede produkter). Selvom selve det termiske styringssystem forbruger en lille mængde elektricitet (for eksempel er strømforbruget af ventilatoren normalt omkring 1-3W), kan det effektive varmeafledningsdesign kontrollere temperaturen på LED-chip i det ideelle arbejdsområde på 60-80 ℃ for at undgå dæmpning af lyseffektivitet forårsaget af høje temperatur. Forskningsdata viser, at under rimelige termiske styringsbetingelser er den lette forfaldshastighed for LED -forlygter efter 3000 timers drift normalt mindre end 10%, mens den lette henfaldshastighed for halogenlamper kan nå mere end 30% efter den samme brugstid. Denne langsigtede lyseffektivitetsstabilitet gør det muligt for LED-forlygter at opretholde mere konsekvent energieffektivitetsydelse gennem deres livscyklus, hvilket undgår den faktiske lysningseffektnedgang og potentielt energiaffald forårsaget af let forfald.
Forskelle i energieffektivitetsydelse i faktiske brugsscenarier
Den faktiske energieffektivitetsydelse af køretøjsbelysningssystemer skal evalueres i kombination med forskellige brugsscenarier, fordi den arbejdstilstands arbejdstilstand under forskellige arbejdsforhold direkte vil påvirke dets energiforbrugsniveau. Traditionelle halogenforlygter kan hurtigt nå fuld lysudgang under kold start, hvilket gør dem praktiske i kortvarige brugsscenarier. På grund af deres lave lyseffektivitet og produktion af høj varme, vil de dog fortsætte med at generere højt energiforbrug, når de bruges kontinuerligt i lang tid (såsom kørsel på motorveje om natten), og den kontinuerlige stigning i lampetemperatur kan forkorte glødetrådens levetid, hvilket yderligere øger brugsomkostningerne.
30W enkeltstråle LED-forlygtepærer kan også hurtigt nå den nominelle lysende flux i begyndelsen af opstart, og deres responstid er normalt mindre end 0,1 sekunder, hvilket ikke er signifikant forskelligt fra halogenlamper. I scenarier med hyppigt start-stop og start-stop såsom byveje, afspejles energieffektivitetsfordelen ved LED-forlygter hovedsageligt i driften med lavt strømforbrug-selvom det er slukket og derefter tændt igen, er dens energiforbrugssvingning relativt lille. I langsigtede belysningsscenarier som motorveje er energieffektivitetsfordelen ved LED-forlygter mere åbenlyst: På den ene side gør dens høje lyseffektivitetsegenskaber mulighed for 30W strøm at tilvejebringe lysbelysning svarende til traditionelle 55W eller endda 70W halogenlamper, hvilket direkte reducerer strømkravene; På den anden side giver det stabile termiske styringssystem det mulighed for at opretholde stabil lyseffektivitet under langvarig drift, hvilket undgår yderligere energiforbrug forårsaget af strømkompensation.
Det er værd at bemærke, at de to under ekstreme omgivelsestemperaturer vil de to energieffektivitetsydelse svinger i forskellige grader. Lyseffektiviteten af traditionelle halogenlamper kan forbedres lidt i miljøer med lav temperatur (såsom -20 ℃), men dens høje temperaturtolerance er dårlig. Når omgivelsestemperaturen overstiger 40 ℃, accelereres filamentets sublimeringshastighed, og lysets henfald forværres. LEDS -forlygternes lyseffektivitet påvirkes mere markant af omgivelsestemperatur: i miljøer med lav temperatur øges den fremadgående spænding af LED -chips, hvilket kan føre til en svag stigning i strømforbruget, men moderne drivkredsløb har normalt temperaturkompensationsfunktioner, hvilket kan kontrollere strømforbrugssvingninger inden for 5%; I miljøer med høj temperatur, hvis et effektivt termisk styringssystem kan kontrollere chiptemperaturen inden for et rimeligt interval, kan LED -forlygterne stadig opretholde et stabilt lysudgang, men når varmeafbrydelsen mislykkes, overstiger chiptemperaturen 100 ° C, og lyseffektiviteten kan være meget svækket. Derfor skal sammenligningerne af LED-forlygter i faktiske energieffektivitetssammenligning evalueres i kombination med designniveauet for deres termiske styringssystemer, og 30W-stråle-LED-forlygter i høj kvalitet kan normalt opretholde mere stabil energieffektivitetsydelse inden for et bredt temperaturområde.
Langsigtet energieffektivitetsøkonomi og omfattende brugsomkostninger
En anden vigtig dimension af sammenligning af energieffektivitet er økonomien i langvarig brug, som involverer flere faktorer, såsom energiforbrugsomkostninger, vedligeholdelsesomkostninger og udskiftningscyklus. Hvis man antager, at køretøjet rejser 20.000 kilometer om året, og andelen af natkørsel tegner sig for 30%, er den årlige belysningstid ca. 200 timer (beregnet med en gennemsnitlig hastighed på 60 km/t). Kraften i traditionelle halogenforlygter er normalt 55W, og den lysende effektivitet beregnes til 20 lm/w, og det årlige strømforbrug er 55W × 200H = 11 kWh; Det årlige strømforbrug på 30W enkeltstråle LED-forlygter beregnes til 100 lm/w, og det årlige strømforbrug er 30W × 200H = 6 kWh. Beregnet til boligelektricitetsprisen på 0,6 yuan/kWh kan LED -forlygter spare elektricitetsomkostninger (11 - 6) × 0,6 = 3 yuan om året. Selvom besparelserne synes små fra perspektivet af elektricitetsomkostninger alene, er de samlede økonomiske fordele mere åbenlyse, når man overvejer andre omkostningsændringer forårsaget af energieffektivitetsforskelle.
Med hensyn til vedligeholdelse og udskiftningsomkostninger er den gennemsnitlige levetid for traditionelle halogenlamper ca. 500-1000 timer. Beregnet til 200 timers brug om året skal de udskiftes hvert 2-5 år, og omkostningerne ved hver udskiftning er ca. 20-50 yuan. Det teoretiske liv i en 30W-bjælke-LED-forlygte kan nå 30.000-50.000 timer. Under normal brug kan det imødekomme køretøjets brugsbehov i mere end 10 år, og der kræves næsten ingen erstatning. Derudover kan faldet i belysningseffekt forårsaget af let forfald af halogenlamper få brugerne til at erstatte dem på forhånd, hvilket yderligere øger vedligeholdelsesomkostningerne. Fra perspektivet af hele livscyklussen kan udskiftningsomkostningerne for et køretøj gemmes ved at bruge LED -forlygter i løbet af dets levetid (beregnet som 10 år), som kombineret med de 30 yuan, der er gemt i elregninger, har betydelige fordele i omfattende energieffektivitet og økonomi.
Synergistisk forhold mellem optisk ydeevne og energieffektivitet
Energieffektiviteten af en lyskilde afspejles ikke kun i energiforbrugsniveauet, men kvaliteten af dens optiske ydeevne vil også påvirke den faktiske belysningseffekt og energiforbrugseffektivitet. På grund af begrænsningen af det lysemitterende princip er den spektrale fordeling af traditionelle halogenforlygter relativt bred, herunder en stor mængde infrarød og ultraviolet stråling, mens den spektrale energifordeling af den synlige lysdel er relativt ensartet, men mangler målrettet spektral optimering. Denne fuldspektrumkarakteristik gør lysfarven på halogenlamper gullig (farvetemperatur er ca. 2800-3200k). Selvom penetrationen er god, er udnyttelseshastigheden for lysende flux lav, især i lysdistributionssystemet, skal en stor mængde lys omfordeles gennem refleksion og brydning, og en vis mængde lysenergitab vil forekomme i processen.
Den spektrale fordeling af 30W-bjælke-LED-forlygtepærer har stærkere kontrolbarhed. Gennem udvælgelsen af chipmaterialer og fosfor kan farvetemperaturen (normalt i området 4000-6500K) og spektral energifordeling justeres nøjagtigt. For eksempel til vejbelysningsbehov kan LED-forlygter forbedre de blågrønne lyskomponenter i bølgelængdeområdet fra 450-550nm, forbedre det menneskelige øjes evne til at identificere vejoplysninger og således opnå bedre lyseffekter ved den samme lysende flux. Som en punkter lyskilde er LED's lette emission af LED lettere at kontrollere. Med den præcisionsdesignede optiske linse og reflektor kan lysfluxen koncentreres i det effektive belysningsområde (såsom vejoverfladen og kantsten) for at reducere ugyldig lysspredning. Testdata viser, at den lysende fluxudnyttelseshastighed for en højkvalitets-LED-forlygter af høj kvalitet kan nå mere end 85%, mens den lysende fluxudnyttelsesgrad for en traditionel halogenforlygte normalt er mellem 60%og 70%. Denne optiske ydelsesfordel gør det muligt for LED -forlygter at opnå højere effektive lysvirkninger med lavere faktisk effekt, hvilket afspejler dens energieffektivitetsfordel fra et andet perspektiv.
