În procesul de dezvoltare a sistemelor de iluminare auto, iterația tehnologiei sursă de lumină a rotit întotdeauna în jurul obiectivelor de bază, cum ar fi îmbunătățirea eficienței energetice, optimizarea performanței și îmbunătățirea fiabilității. Ca una dintre soluțiile actuale de iluminare, Bulbi cu un singur fascicul cu un singur fascicul cu o singură fascicul prezintă diferențe semnificative în ceea ce privește performanța eficienței energetice în comparație cu farurile tradiționale cu halogen. Această diferență nu se reflectă numai în nivelul de eficiență de conversie fotoelectrică de bază, ci se extinde și la dimensiuni multiple, cum ar fi eficiența reală de lucru, distribuția consumului de energie și costurile de utilizare cuprinzătoare a întregului sistem de iluminat.
Mecanism de bază al eficienței energetice a sursei de lumină și diferența de conversie a eficienței ușoarei
Eficiența energetică a unei surse de lumină depinde în esență de capacitatea sa de a converti energia electrică în energie ușoară. Acest proces implică mecanisme fizice de bază, cum ar fi eficiența conversiei energetice și caracteristicile distribuției spectrale. Principiul de lucru al farurilor tradiționale cu halogen se bazează pe luminiscența radiațiilor termice, care încălzește filamentul de tungsten la o stare de temperatură ridicată (de obicei până la 2500-3000k) prin curent electric, astfel încât filamentul de tungsten emite un spectru continuu. Cu toate acestea, doar o cantitate mică de energie electrică (aproximativ 5% - 10%) este transformată în lumină vizibilă în timpul acestui proces, iar cea mai mare parte a energiei rămase este disipată sub formă de radiații infraroșii (energie termică). Această caracteristică ridicată a pierderii de căldură face eficacitatea luminoasă (fluxul luminos produs pe unitatea de putere) a farurilor halogenului, în general scăzut, în general în intervalul 15 - 25 lm/w.
Bulbul de far LED cu un singur fascicul de 30W adoptă un mecanism de emisie a luminii semiconductor, al cărui miez este efectul electroluminescent al joncțiunii PN. Când curentul trece prin materialul semiconductor, electronii și găurile se recombină pentru a elibera energie și a genera fotoni. Conversia energetică a acestui proces este mai directă, fără legătura intermediară a radiațiilor termice. Eficiența de conversie fotoelectrică a cipurilor LED moderne poate ajunge la 30% - 40%, iar eficacitatea luminoasă corespunzătoare este în general între 80 - 120 lm/w. Luând o putere de 30W ca exemplu, un bec de faruri LED de înaltă calitate poate produce un flux luminos de 2400-3600 LM, în timp ce un far cu halogen de aceeași putere nu poate decât să producă un flux luminos de 450-750 lm. Această diferență semnificativă a eficienței conversiei ușoare determină fundamental decalajul ierarhic dintre cei doi în ceea ce privește performanța eficienței energetice.
Compoziția consumului de energie și impactul eficienței energetice al sistemului de management termic
Performanța reală a eficienței energetice a sursei de lumină nu este determinată doar de eficiența luminii a sursei de lumină în sine, ci și de mecanismul de distribuție a consumului de energie și de gestionarea termică a întregului sistem de iluminat. Datorită pierderilor de căldură extrem de ridicate a farurilor tradiționale cu halogen, o cantitate mare de energie termică generată în timpul funcționării trebuie să fie disipată prin disiparea naturală a căldurii a carcasei lămpii. Deși structura de gestionare termică a lămpilor cu halogen este relativ simplă, această caracteristică de generare de căldură ridicată formează de fapt o pierdere de eficiență energetică ascunsă - mai ales atunci când sistemul de aer condiționat al vehiculului funcționează, căldura emisă de lampă poate crește încărcarea aerului de aer condiționat în mașină, ceea ce duce indirect la o creștere a consumului de energie al întregului vehicul. În plus, filamentul lămpii cu halogen se va sublimat treptat într -un mediu de temperatură ridicată, iar atomii de tungsten vor fi depuși pe peretele interior al becului, ceea ce duce la o scădere a transmiterii luminii. Fenomenul de descompunere ușoară se va intensifica odată cu prelungirea timpului de utilizare, ceea ce va reduce, de asemenea, eficiența energetică reală în utilizarea pe termen lung.
Deși eficiența de conversie fotoelectrică a becului de far LED cu un singur fascicul cu o singură fascicul este ridicat, este încă eliberată o anumită energie sub formă de căldură, astfel încât un sistem de gestionare termică potrivită este necesar pentru a menține temperatura de lucru a cipului. Farurile LED moderne folosesc de obicei o structură de disipare a căldurii compozite compusă din chiuvete de căldură, silicon conductor termic și ventilatoare (unele produse de înaltă calitate). Deși sistemul de gestionare termică în sine consumă o cantitate mică de energie electrică (de exemplu, consumul de energie al ventilatorului este de obicei în jur de 1-3W), proiectarea eficientă de disipare a căldurii poate controla temperatura cipului LED în intervalul de lucru ideal de 60-80 ℃ pentru a evita atenuarea eficienței ușoare cauzate de temperatura ridicată. Datele de cercetare arată că, în condiții rezonabile de gestionare termică, rata de descompunere ușoară a farurilor LED după 3000 de ore de funcționare este de obicei mai mică de 10%, în timp ce rata de descompunere ușoară a lămpilor cu halogen poate atinge mai mult de 30% după același timp de utilizare. Această stabilitate pe eficiență ușoară pe termen lung permite farurilor LED să mențină performanțe mai consistente de eficiență energetică pe parcursul ciclului lor de viață, evitând scăderea efectivă a efectului de iluminare și deșeurile de energie potențiale cauzate de descompunerea ușoară.
Diferențe în performanța eficienței energetice în scenarii de utilizare reală
Performanța eficientă a eficienței energetice a sistemelor de iluminare a vehiculelor trebuie evaluată în combinație cu scenarii de utilizare diferite, deoarece starea de lucru a sursei de lumină în diferite condiții de muncă va afecta direct nivelul consumului de energie. Farurile tradiționale cu halogen pot ajunge rapid la ieșirea completă a luminii în timpul Start Cold, ceea ce le face convenabile în scenarii de utilizare pe termen scurt. Cu toate acestea, datorită eficienței lor scăzute de lumină și a generarii ridicate de căldură, acestea vor continua să genereze un consum ridicat de energie atunci când sunt utilizate continuu pentru o lungă perioadă de timp (cum ar fi conducerea pe autostrăzi noaptea), iar creșterea continuă a temperaturii lămpii poate scurta durata de viață a filamentului, crescând în continuare costurile de utilizare.
Bulbii de far cu un singur fascicul cu o singură fascicul de 30W pot ajunge rapid la fluxul luminos nominal la începutul pornirii, iar timpul de răspuns al acestora este de obicei mai mic de 0,1 secunde, ceea ce nu este semnificativ diferit de lămpile cu halogen. În scenarii cu start-stop și start-stop, cum ar fi drumurile urbane, avantajul eficienței energetice a farurilor LED se reflectă în principal în funcționarea consumului de energie scăzută-chiar dacă este oprit și apoi pornit din nou, fluctuația consumului de energie este relativ mică. În scenarii de iluminare pe termen lung, cum ar fi autostrăzile, avantajul eficienței energetice a farurilor LED este mai evident: pe de o parte, caracteristicile sale ridicate de eficiență a luminii permit 30W de putere să ofere luminozitate de iluminare echivalentă cu lămpile tradiționale de 55W sau chiar 70W halogen, reducând direct cerințele de putere; Pe de altă parte, sistemul de gestionare termică stabilă îi permite să mențină eficiența ușoară stabilă în timpul funcționării pe termen lung, evitând consumul suplimentar de energie cauzat de compensarea energiei electrice.
Este demn de remarcat faptul că, sub temperaturi extreme de ambientale, performanța eficienței energetice a celor doi va fluctua în diferite grade. Eficiența ușoară a lămpilor tradiționale cu halogen poate fi ușor îmbunătățită în medii la temperaturi scăzute (cum ar fi -20 ℃), dar toleranța sa la temperatură ridicată este slabă. Când temperatura ambientală depășește 40 ℃, viteza de sublimare a filamentului este accelerată și căderea ușoară este agravată. Eficiența ușoară a farurilor LED este mai semnificativ afectată de temperatura ambiantă: în medii la temperaturi scăzute, tensiunea înainte a cipurilor LED crește, ceea ce poate duce la o ușoară creștere a consumului de energie, dar circuitele moderne de acționare au de obicei funcții de compensare a temperaturii, care pot controla fluctuațiile consumului de energie la 5%; În medii la temperaturi ridicate, dacă un sistem de gestionare termică eficient poate controla temperatura cipului într -un interval rezonabil, farurile LED pot menține în continuare o putere de lumină stabilă, dar odată ce disiparea căldurii eșuează, temperatura cipului depășește 100 ° C, iar eficiența luminii poate fi foarte atenuată. Prin urmare, în comparațiile reale de eficiență energetică, adaptabilitatea mediului a farurilor LED trebuie evaluată în mod cuprinzător în combinație cu nivelul de proiectare al sistemelor lor de gestionare termică, iar farurile LED cu un singur fascicul de 30W de înaltă calitate poate menține de obicei performanțe mai stabile de eficiență energetică într-o gamă largă de temperatură.
Economie de eficiență energetică pe termen lung și costuri de utilizare cuprinzătoare
O altă dimensiune importantă a comparației eficienței energetice este economia în utilizarea pe termen lung, care implică mai mulți factori, cum ar fi costul consumului de energie, costul de întreținere și ciclul de înlocuire. Presupunând că vehiculul parcurge 20.000 de kilometri pe an, iar proporția de conducere pe timp de noapte reprezintă 30%, timpul anual de iluminare este de aproximativ 200 de ore (calculat cu o viteză medie de 60 km/h). Puterea farurilor tradiționale halogene este de obicei 55W, iar eficiența luminoasă este calculată la 20 LM/W, iar consumul anual de energie este de 55W × 200H = 11 kWh; Consumul anual de energie electrică de faruri LED cu o singură fascicul de 30W este calculat la 100 lm/w, iar consumul anual de energie este de 30W × 200H = 6 kWh. Calculat la prețul rezidențial al energiei electrice de 0,6 yuani/kWh, farurile LED pot economisi costuri de energie electrică (11 - 6) × 0,6 = 3 yuani pe an. Deși economiile par mici doar din perspectiva costurilor de energie electrică, beneficiile economice generale sunt mai evidente atunci când se iau în considerare alte schimbări de costuri cauzate de diferențele de eficiență energetică.
În ceea ce privește costurile de întreținere și înlocuire, durata de viață medie a lămpilor tradiționale cu halogen este de aproximativ 500-1000 de ore. Calculate la 200 de ore de utilizare pe an, acestea trebuie înlocuite la fiecare 2-5 ani, iar costul fiecărui înlocuitor este de aproximativ 20-50 de yuani. Viața teoretică a unui far cu LED cu un singur fascicul de 30W poate ajunge la 30.000-50.000 de ore. Sub utilizare normală, poate satisface nevoile de utilizare ale vehiculului de mai mult de 10 ani și aproape nu este necesară o înlocuire. În plus, scăderea efectului de iluminare cauzată de descompunerea ușoară a lămpilor cu halogen îi poate determina pe utilizatori să le înlocuiască în avans, crescând în continuare costurile de întreținere. Din perspectiva întregului ciclu de viață, costul de înlocuire al unui vehicul poate fi economisit prin utilizarea farurilor LED în timpul duratei sale de viață (calculată ca 10 ani), care, combinată cu cele 30 de yuani economisite în facturile de energie electrică, are avantaje semnificative în eficiența energetică și economie completă.
Relația sinergică între performanța optică și eficiența energetică
Eficiența energetică a unei surse de lumină nu se reflectă numai în nivelul consumului de energie, dar calitatea performanței sale optice va afecta, de asemenea, efectul real de iluminare și eficiența utilizării energiei. Datorită limitării principiului care emite lumină, distribuția spectrală a farurilor tradiționale cu halogen este relativ largă, incluzând o cantitate mare de radiații cu infraroșu și ultraviolete, în timp ce distribuția de energie spectrală a părții de lumină vizibilă este relativ uniformă, dar nu are optimizare spectrală vizibilă. Această caracteristică cu spectru complet face ca culoarea deschisă a lămpilor cu halogen să fie gălbui (temperatura culorii este de aproximativ 2800-3200k). Deși penetrarea este bună, rata de utilizare a fluxului luminos este scăzută, în special în sistemul de distribuție a luminii, o cantitate mare de lumină trebuie redistribuită prin reflecție și refracție și o anumită cantitate de pierdere de energie ușoară va avea loc în proces.
Distribuția spectrală a becurilor de far LED cu un singur fascicul de 30W are o controlabilitate mai puternică. Prin selecția materialelor și fosforelor de cip, temperatura culorii (de obicei în intervalul 4000-6500K) și distribuția spectrală a energiei poate fi ajustată cu precizie. De exemplu, pentru nevoile de iluminare rutieră, farurile LED pot îmbunătăți componentele luminoase albastru-verde în intervalul lungimii de undă de 450-550nm, să îmbunătățească capacitatea ochiului uman de a identifica detaliile rutiere și, astfel, să obțină efecte de iluminare mai bune la același flux luminos. În plus, ca sursă de lumină punctuală, direcția de emisie a luminii LED -ului este mai ușor de controlat. Cu lentila și reflectorul optic conceput cu precizie, fluxul de lumină poate fi concentrat în zona de iluminare eficientă (cum ar fi suprafața drumului și bordura) pentru a reduce împrăștierea luminii nevalide. Datele de testare arată că rata de utilizare a fluxului luminos a unui far cu LED cu un singur fascicul cu o singură fascicul de înaltă calitate poate atinge mai mult de 85%, în timp ce rata de utilizare a fluxului luminos al unui far tradițional cu halogen este de obicei între 60%și 70%. Acest avantaj de performanță optică permite farurilor LED să obțină efecte de iluminare eficiente mai mari cu o putere reală mai mică, reflectând avantajul său de eficiență energetică dintr -o altă perspectivă.
