DOE SSL商品第二輪測試結(jié)果分析及評論
上傳人:未知 上傳時間: 2007-08-30 瀏覽次數(shù): 32 |
所有產(chǎn)品都采用分光輻射測試法(spectroradiometry)、測角光度測量法(goniophotometry),并對溫度測試(對燈具的最高可接近熱點進行測量)及關(guān)閉狀態(tài)功耗進行了研究,但未包括流明衰減測試及其他形式的產(chǎn)品可靠性測試(這些將在以后的測試計劃中進行)。
照明測試實驗室依照LM-79中規(guī)定的檢驗過程對整個SSL燈具進行測試,而不是像傳統(tǒng)測試一樣對燈泡等級(lamp rating)與燈具功效(fixture efficiency)分開測試,或只測不加控制電子元件及散熱片的LED器件和陣列。這一方面是因為目前對LED器件或陣列光通量的測量尚無標準行業(yè)測試流程,另一方面也是由于LED的性能對溫度敏感,不同的燈具設(shè)計對所使用的LED器件或陣列的性能有實質(zhì)性影響,這使得LM-79將整個燈具效率作為評估SSL產(chǎn)品能效的依據(jù)。
表1總結(jié)了CPTP第二輪測試中所有產(chǎn)品的性能(包括光輸出、燈具效率、相關(guān)色溫、顯色指數(shù))。為了對同種產(chǎn)品中不同個體間的差異作初步探查,提供有關(guān)其他照明技術(shù)的基準數(shù)據(jù),并考慮到最初的輪轉(zhuǎn)測試,第二輪中對產(chǎn)品的選取做了安排。
為加強對個體差異性的觀察,第二輪對每種替換燈泡及燈具的兩個樣品都進行了測試。而為了加強不同燈具光源間的直接比較,每款臺燈都提供了LED版及鹵素?zé)舭孀鰧φ?。為研究由于測試儀器及手段不同所帶的差異,四個之前確定的獨立實驗室對替換燈泡及完整的燈具進行了輪轉(zhuǎn)測試。
除了提供依據(jù)LM-79所得的性能外,SSL產(chǎn)品制造廠家公布的光度數(shù)據(jù)也被收集并加以分析以作為對照。
表1. DOE SSL CPTP第二輪測試結(jié)果摘要 | ||||||
燈具及替換燈泡基于LM-79的光度測量(室溫?25º C) |
DOE 測試ID |
總功率 (W) |
光輸出 |
效率 |
相關(guān)色溫(K) |
顯色指數(shù) |
R30 替換燈泡 |
||||||
R30 替換燈泡(暖) |
CPTP 07-08* |
8.8 |
239.1 |
27.1 |
2945 |
71.8 |
R30 替換燈泡(冷) |
CPTP 07-09* |
9.1 |
310.3 |
34.1 |
5973 |
81.9 |
R30 替換燈泡(暖,RGB) |
CPTP 07-13* |
15.6 |
405.6 |
25.9 |
2689 |
14.51 |
R30 替換燈泡(冷,RGB) |
CPTP 07-14* |
13.8 |
351.6 |
25.4 |
4006 |
13.31 |
A-lamp 替換燈泡 |
||||||
A19替換燈泡 |
CPTP 07-06* |
0.7 |
10.3 |
15.7 |
3161 |
70.4 |
A-lamp (~A17)替換燈泡 |
CPTP 07-12* |
1.5 |
19.7 |
13.4 |
252632 |
79.1 |
筒燈Downlight(整個燈具) |
||||||
筒燈 |
CPTP 07-04 |
31.0 |
356.7 |
11.6 |
5964 |
76.4 |
筒燈 |
CPTP 07-05 |
26.2 |
662.2 |
25.3 |
4402 |
76.0 |
作業(yè)燈/臺燈3 |
||||||
作業(yè)燈/臺燈 |
CPTP 07-16 |
4.4 |
74.5 |
16.9 |
5800 |
77.8 |
作業(yè)燈/臺燈 |
CPTP 07-22 |
13.1 |
156.6 |
12.0 |
3204 |
74.3 |
作業(yè)燈/臺燈,鹵素?zé)? |
CPTP 07-10 |
38.3 |
351.2 |
9.2 |
2856 |
99.5 |
其他應(yīng)用 |
||||||
室外墻 |
CPTP 07-01 |
5.6 |
92.2 |
16.3 |
2693 |
68.3 |
冷凍展示箱照明 |
CPTP 07-07* |
40.7 |
1237.0 |
30.5 |
5261 |
69.7 |
帶星號的產(chǎn)品,共有兩個樣品被測試,測試結(jié)果為兩個樣品的平均值。 |
測試結(jié)果分析及評論
一、能源使用和光輸出
第二輪測試所測試的產(chǎn)品范圍比較廣,從功率非常小的A-lamp型替換燈泡(流明值比典型7W白熾燈還?。┑焦β瘦^大的筒燈。效率結(jié)果也有類似的范圍,從功率不敵鹵素?zé)舻墓ぷ鳠?臺燈,到效率、光輸出可與熒光技術(shù)匹敵的筒燈和冰柜展示箱照明燈。
二、對廠商產(chǎn)品資料信任的缺失
在第一輪測試中,我們已經(jīng)了解到廠商產(chǎn)品資料與實際測量的輸出、功率值之間的主要差異,第二輪測試結(jié)果大體上并沒有進步。除兩產(chǎn)品的產(chǎn)品資料數(shù)值與測試值相符外,其他所有產(chǎn)品宣稱的功效和流明輸出都夸大了25%-35%,光輸出則被夸大了30%-95%。某些產(chǎn)品的資料未提供功效及光輸出數(shù)據(jù),卻包含一些可能會被完全誤解的陳述。
產(chǎn)品資料與實際測量值之間的差異可能由以下幾點原因引起:
- 產(chǎn)品資料上的流明輸出及功效值可能為LED器件廠商公布的LED器件的額定性能。直到現(xiàn)在還沒有標準的測試方法來測量獨立的LED器件性能,也沒有可靠一致的方法通過LED器件的性能來直接、精確地預(yù)言LED器件與電源電路、散熱裝置結(jié)合后的性能。
- 有一些產(chǎn)品資料明確指出其中的輸出及功效值為LED器件的而不是整個燈具的。而有一些產(chǎn)品資料卻未明確指出,只留下數(shù)據(jù)讓人猜測。
- 燈具制造商公布的性能數(shù)據(jù)在測量時使用的方法及條件可能與LM-79指定的不同。在某些情況下,廠商可能指定了他們希望依照進行的測試流程?;蛘哌M行測試的實驗室使用了未被LM-79采用的測試流程(LM-79目前仍是標準草案還未予以公布,一些實驗室對其還不熟悉)。
- 燈具廠商公布的數(shù)據(jù)可能符合一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu),但這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與DOE測試項目指定、測試的產(chǎn)品組版本不同。
- 燈具制造商有可能修改數(shù)據(jù)來夸大性能。
三、筒燈及筒燈替換燈泡
忽略異常值,CPTP第二輪測試結(jié)果中LED與類似的CFL(緊湊型熒光燈)射燈比較的大體情況如下:
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡的效率是CFL燈的1/2及3/4
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡的輸出平均是CFL產(chǎn)品 的2/3
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡與CFL相比,平均光束角及張角更小
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡與CFL相比,平均中心強度(Center Beam Candle Power)更高
與類似的白熾射燈(泛光型)相比,結(jié)果如下
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡的效率是白熾燈產(chǎn)品的2-3倍
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡的輸出平均是白熾燈產(chǎn)品的2/3-3/4(盡管一些SSL筒燈的輸出超過白熾筒燈)
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡的光束角平均比白熾燈產(chǎn)品略大(除去一款分布式R30替換產(chǎn)品,SSL產(chǎn)品的平均光束角為72度,而白熾燈的為60度)
- SSL筒燈與SSL R30替換燈泡的平均中心強度是白熾燈產(chǎn)品的3/4
上述數(shù)據(jù)反應(yīng)出LED替換燈泡的聚焦功能仍稍遜于白熾燈,但差別有限。事實上,盡管一些燈泡使用了在半圓內(nèi)發(fā)光的LED,這些LED的發(fā)光卻沒有局限在一個很窄的角度內(nèi)-制造商一般選擇寬視角LED進行方向性照明。這反映出了制造商的選擇:筒燈盡管是提供方向性照明的產(chǎn)品,但卻經(jīng)常被用于大面積照明,因此如果其擁有寬廣的光束角可能會更得使用者的青睞。
四、A-Lamps替換燈
被測試的兩類A-Lamp替換燈表現(xiàn)非常差,光輸出水平均遠低于預(yù)期。其中一個更是因為色溫值而與白光明顯地劃清了界線。
五、SSL作業(yè)燈/臺燈
與第一輪測試相同,測試結(jié)果因產(chǎn)品而異,但大部分都未達到預(yù)期數(shù)值,尤其是考慮進關(guān)閉狀態(tài)功耗后。兩種SSL作業(yè)燈/臺燈的光輸出都小于鹵素或CFL臺燈(是其的1/4-1/2)。相關(guān)色溫及CRI也較低。尤其是兩SSL產(chǎn)品在關(guān)閉狀態(tài)的功耗非常大,使其效率也不如鹵素臺燈(平均使用條件下,如每天使用時間低于5小時)。
六、室外照明燈
第二輪測試中的室外墻燈顯示了使用LED技術(shù)的燈泡設(shè)計優(yōu)勢。由于目前并無室外墻燈基準,基于替換燈泡的瓦數(shù),SSL產(chǎn)品功效是白熾燈及鹵素的2-3倍,是CFL的1/2-3/4。并要注意低溫性能、長壽、可控性對這一應(yīng)用來說,與功效一樣重要。
七、冷凍展示箱照明燈
目前并無關(guān)于冷凍展示箱用CFL燈具損耗或發(fā)出光線的數(shù)據(jù)。盡管如此,該燈具的光效(30.5lm/W @ 25℃)及亮度分布已使其入圍與熒光燈的競爭中。進一步的測試顯示該燈具在低溫時表現(xiàn)出了穩(wěn)定的顏色質(zhì)量,并在-5℃時效率提高了0.8%。最初的熱成像顯示其具有優(yōu)越的熱量管理功能,面向燈具前表面幾乎無任何熱量損失。SSL技術(shù)可能非常適合于這一應(yīng)用。
八、顏色質(zhì)量的測量
SSL色度標準由ANSI C78研究組提出,是對現(xiàn)有熒光燈標準的修正,以期反映出SSL技術(shù)和顏色分檔能力的現(xiàn)況(或在很近的將來的情況)。LED在制作流程中依據(jù)色度進行分檔,這些分檔加入CIE1931色品圖中后以8個四邊形的形式出現(xiàn),與七步MacAdam橢圓不盡相同。8個四邊形中有6個與7步MacAdam橢圓(與目前能源之星照明標準兼容)重疊,SSL產(chǎn)品因此擁有與熒光燈一樣的標稱CCT(相關(guān)色溫),剩余的兩個標稱CCT(4500K和5700K)則未與MacAdam橢圓重合。
標稱CCT的范圍是從2700K到6500K(四方形的最低限和最高限為2600K和7000K),而在第二輪測試中,某種以白光替換燈泡名義出售的產(chǎn)品(尺寸與A17或A19類似)的CCT卻遠超過標稱色溫-有一個體的CCT為14588K而別一個為35938K,這不符合白光的標準定義范圍。其他燈具的CCT最小為2619KK最大為6039K,總跨度達4059K。
燈具的CRI(顯色指數(shù))則從68到84,平均為74。值得注意的是,對某些特定應(yīng)用來說,光源的CRI相對較低也同樣會得到用戶的認可甚至歡迎。讀者最好對顏色質(zhì)量評估的復(fù)雜性及CRI在SSL產(chǎn)品上的局限性有一定的理解。定性的視覺評估可為特定應(yīng)用的燈具的顏色質(zhì)量提供重要的深入理解,尤其是對不使用CRI的RGB燈具。
九、電子設(shè)計
1、關(guān)閉狀態(tài)的功耗
第二輪測試對所有裝有開關(guān)的燈具的關(guān)閉狀態(tài)功耗進行了測量。結(jié)果顯示,每種作業(yè)燈(包括CFL作業(yè)燈)和一種櫥柜燈在關(guān)閉狀態(tài)時消耗了能量。盡管LED臺燈的效率要略好于類似的鹵素臺燈,其關(guān)閉狀態(tài)功耗卻非常高(2.54W),最終使得其效率要低于鹵素?zé)?。且沒有任何一種臺燈證明其在關(guān)閉后必需耗能以維持某項功能。
具體數(shù)值如表2所示:
表 2. 有效的平均功效 |
||||||
|
工作狀態(tài)時的測量功效(lm/W) |
關(guān)斷狀態(tài)時的測量功率(W) |
有效的平均功率 (lm/W) |
|||
每天運行1小時 |
每天運行3小時 |
每天運行5小時 |
||||
CPTP 07-10作業(yè)燈/臺燈 |
鹵素 |
9.2 |
0.16 |
8.4 |
8.9 |
9.0 |
CPTP 07-22 作業(yè)燈/臺燈 |
LED |
12.0 |
2.54 |
2.2 |
5.1 |
6.9 |
CPTP 07-16 作業(yè)燈/臺燈 |
LED |
16.9 |
1.06 |
2.6 |
6.3 |
8.9 |
注意:燈具每年工作的時間越短功效就越低,但耗能也越少 |
2、功率因數(shù)
目前測試的SSL產(chǎn)品的平均功率因數(shù)(PF)為0.7,與能源之星標準草案中要求的最小功率因數(shù)相等。所有集成燈具功率因數(shù)都為0.7或0.7以上,而所有替換燈泡的PF都小于0.7,A-Lamp型替換燈泡的PF甚至低于0.4。
3、再現(xiàn)性和可變性
第二輪測試對每種替換燈泡的兩個樣品進行了測試,以檢測個體之間的可變性。到目前為止,對三種燈具也測試了其可變性。除去光輸出非常?。ǖ陀?0lm)的燈具外,不同個體間光輸出和功效的差異小于4%。至于光輸出非常小的燈具(目前已測試了三種光輸出低于30lm的產(chǎn)品),輸出及效率的個體差異相對較大,平均介于10-15%之間。對于顏色質(zhì)量,CCT值在白光范圍內(nèi)的非RGB產(chǎn)品,其CCT和CRI值平均個體差異為1%或以下。
第二輪測試結(jié)論
關(guān)鍵點:
第二輪測試的SSL產(chǎn)品呈現(xiàn)出了多種的性能。一些SSL筒燈及方向性替換燈泡的光輸出可與白熾燈、CFL筒燈相媲美,效率也大大超過白熾燈,甚至接近些熒光燈具水平。另一方面,一些非方向性替換燈泡(A-Lamps)的表現(xiàn)則非常差,無法產(chǎn)生足夠的光來替換現(xiàn)今使用的燈泡。冷凍展示柜及室外墻燈泡表現(xiàn)得非常好,而SSL臺燈則因關(guān)閉狀態(tài)功耗問題而表現(xiàn)乏力。我們應(yīng)注意的是,SSL產(chǎn)品與傳統(tǒng)光源之間的任何比較都要依賴于特定的性能數(shù)據(jù)。歸納性總結(jié)展現(xiàn)的是SSL技術(shù)及市場的整體發(fā)展,而不應(yīng)作為對SSL燈具做決定的依據(jù)。對SSL產(chǎn)品的性能不能輕易做概括,性能的巨大差異意味著買者將需要分別考慮每種產(chǎn)品的性能,并應(yīng)向制造商要求明確(精確)的燈具性能信息。
而不幸的是,產(chǎn)品資料與實際測得的燈具性能間存在很大的不一致。只有一小部分的產(chǎn)品資料提供了可靠、準確的信息,許多廠家仍在發(fā)布隨意、易引人誤解的宣言。
全方向A型替換燈泡的測試結(jié)果進一步加強了DOE重視整體燈具測試的決定。
下一步測試:
DOE SSL CPTP的下一輪測試將繼續(xù)拓大產(chǎn)品測試種類,下一步的基準測試將提高人們對如何比較不同光源、不同燈具的認知水平。原位測試及流明衰減測試將更好地評估熱量管理效率和所選產(chǎn)品的長期性能表現(xiàn)。
行業(yè)下一步:
問題之一就是關(guān)閉狀態(tài)下的功耗。SSL的小尺寸使其非常適合于臺燈等應(yīng)用,這暗示著SSL在需要開關(guān)的照明應(yīng)用上有很大的潛力。而測試的結(jié)果顯示,算入關(guān)閉狀態(tài)功耗后的SSL產(chǎn)品的節(jié)能水平與現(xiàn)有技術(shù)相比并沒有提高,如果不找到具有成本效率的設(shè)計情況會更糟。
DOE及行業(yè)領(lǐng)先者將把從CFL上吸取的教訓(xùn)用于表現(xiàn)不佳或提供誤導(dǎo)性能的產(chǎn)品上。這一努力可能對了解為什么一些產(chǎn)品表現(xiàn)不佳(光效為LED額定功效的20%-50%)有幫助,或為設(shè)計及相關(guān)產(chǎn)品資料帶來有效的提升。
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