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智能“光”点栏目 | 年节电49.38度!提光效与减功率不矛盾?

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2023-08-21 作者: 来源: 浏览量: 网友评论: 0
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摘要: 人眼对光色的认定是变化的。以变化无定数作为认定标准本身就是一种不定数或是宽松的。不是因为看见一小部分不合理的光色照明就可以以偏概全否定所有好的照明效果的。

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好的光色离不开好COB(Chip on Board),

好COB还需要适合的驱动电流配合


COB LED(Chip on Board LED)是一种LED技术,它将多个LED芯片集成在同一个基板上,形成一个高亮度、高密度的光源。通过COB技术,多个LED芯片可以同时发光,从而提供更强的光输出和更好的照明效果。COB的主要参数有:电流、功率、光通量、光色、显色性。


1、先来看看电流:

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驱动电流减小到70-80%,光通量却减少不多,却得到四大好处:

1)光衰减缓,

2)寿命延长,

3)稳定提高,

4)电能利用提高


2、再看看功率:

1)先探讨一下功率和光效是对等的么?

电能转化分为二个方面:光和热。而光和热是不对等的。因为功率和光效不是对等的概念。

功率(Power)是指照明设备消耗的电功率,通常以瓦特(W)为单位。

它表示了照明设备的能量消耗大小,与设备使用的电流和电压有关。

光效(Luminous efficacy)是指照明设备产生的可见光能量输出与其消耗的电功率之间的比值。通常以流明/瓦特(lm/W)为单位。光效越高,表示单位电功率能够产生更多的可见光,因此光效高的照明设备能够在相同功率消耗下提供更高的亮度。

在选择照明设备时,我们通常希望光效越高越好,因为这意味着在相同功率下能够获得更亮的光照。然而,功率和光效并不是直接相关的,同一功率的照明设备可能具有不同的光效。因此,在选择照明设备时,除了关注功率外,还应关注其光效指标,以获得更高的亮度和更高的能量利用效率。

照明设备的反射装置、透镜等结构设计也对提高光效进行了很好帮助。

2)同等功率提高照明装置的光效的实践:

(1)选择高效的光源:不同类型的光源具有不同的光效。LED光源相比传统的白炽灯和荧光灯光效更高。

(2)优化光学设计:照明装置的光学设计会直接影响光效。优化反射器、透镜等光学部件的设计,可以提高光线的收集和传输效率,减少能量的损失,提高光效。

(3)控制散光和漏光:避免光线的散射和漏光也是提高光效的重要因素。通过采用反射镜、防反射涂层等措施,有效地控制光线的散射和漏光,使更多的光能集中在需要照明的区域,提高光效。

(4)良好的散热设计:照明装置的散热也会影响其光效。当照明装置温度过高时,其光效可能会降低。因此,合理设计散热结构,保证照明装置有效散热,避免过热对光效的影响。

小结:通过选择高效光源、优化光学设计、控制散光和漏光、采用良好的散热设计可以在同等功率下提高照明装置的光效,提供更高的亮度和更高的能量利用效率。

另外优化照明设计和控制光的照射光束和方向,得到光的有效应用也是最好的主动节能和照明效果收益。


实例验证:


1)减少功率、提高光效,节约能效,可以减少营运费用

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35.54W-26.52W=9W(节能功率)

9.02x15X365/ 1000=49.38度 (按1盏灯每天营业点15小时,点365天/年,除以千瓦小时,年节电49.38度

2702lm-2221lm=481lm 照度提高21.65%。

每盏射灯灯功率减小9W,一年可省电49.38度电,按每度电1元计算,就省了4938元,照度提高21%,意味着视亮度更舒服。假如一个中型卖场平均使用200盏射灯,一年就可节约电费9876元。科学配比才是节约超市营销成本的最佳方案。上图是上海三本2019年青岛零售博览会摄取。


2)光效和功率科学配用

先看一个案例:同一COB提高电流的实验

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450mA=2788 89.2℃

590mA=3048 130.4℃

760mA=2802 211.9℃(国内某知名鉴定研究中心资料-450mA-760mA实验)


(1)LED芯片在760mA和450mA下点亮时,2802与2788亮度几乎相当,温度却相差122.7℃。右图红色图示的热量越来越亮,代表热量连续上升;

(2)芯片在达到最大发光强度时,相比额定电流下点亮发光强度提升9.3%,温度却升高46.2%,少量电能转换成光,大部分转换成热量;

(3)提高温度的代价是牺牲寿命、加快光衰,所谓“亮度”是短命的伪亮度。定位合适的电流很重要。建议增加电流保留系数,延长LED使用寿命。

(4)LED量子效率下降效应告诉我们,大电流过了临界点,温度上升,相对光强反而下行,结论得不偿失。超电流使用增加的是热能不是光能。超电流使用短期内并不能看到祸害,初始光通量还可能有所提高,在投标时业主还会觉得更亮而先行采纳,殊不知降低寿命、加快光衰的后果严重性(有素养的大厂大多不敢让COB电流密度过载)。

结论:驱动电流对LED光通量、光衰和寿命都有一定的影响。较高的驱动电流会得到较高的初始光通量,但也可能引起较快的光衰和减少寿命。


一般情况下,不同驱动电流下LED的光通量、光衰和寿命统计:

A、70%驱动电流:通常会产生减低的光通量,得到较低的光衰率和较长的寿命。

B、80%驱动电流:会产生较高的光通量,相对较低的光衰率和较长的寿命。

C、90%驱动电流:会进一步提高光通量,但可能引起更快的光衰和稍微缩短寿命。

D、100%驱动电流:通常会得到最高的初始光通量,但也可能加快光衰和减短COB寿命。

B、C档电能利用率最高,又延缓光衰、延长使用寿命。三本照明经常采用光通量高的COB,使用70-75%额定电流,光效好,寿命长,节能即由此而来。科学使用COB有数据支持。追求的是效率和COB的稳定性。推高电流牺牲效率和寿命得到的是伪光效。


三本照明在选择驱动电流时首先考虑光通量要求、成本预算和预期寿命等因素。使用较低的驱动电流(如70-75%)可以在一定程度上平衡光通量、光衰和寿命,以实现较好的节能效果和经济实惠。因为推高驱动电流来获得更高的初始光通量,导致光衰速度加快和寿命缩短的几率是非常大的。这是风险大收益小的浪费行为。好光色首先要落实的是安全、稳定的经济效益。当COB电流密度过载时,COB的初始亮度通常会增加,但这可能会使COB光效、寿命衰减开始。


因为:过载电流会导致COB芯片的温度升高,超过其设计的承受范围,可能导致以下问题:

(1)光色偏移:COB芯片的颜色可能发生变化,呈现出与正常工作时不同的色温和色彩;

(2)寿命缩短:过载会加速COB芯片的老化过程,降低其使用寿命并增加故障风险;

(3)光衰加剧:过载会加速COB的光衰过程,使其光效降低;

(4)故障风险:过载可能导致COB芯片失效,出现亮度不均、闪烁甚至完全失去照明效果的情况。


要避免COB电流密度过载,应将电流控制在COB芯片的额定范围内。在设计和应用COB照明系统时,需要仔细考虑合适的电流输出、散热措施和驱动电源的选择,以确保COB芯片能够正常工作并提供稳定的照明效果。

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COB光色偏移,墙面光色因衰减不一呈多种光色


光色效果是提升顾客兴奋度和购买欲望的开始


光色效果验证的依据

1)先来看色温:TC ( Color Temperature )黑体辐射温度

色温:白光的光色。室内照明色温范围是2700K-6000K。

标准黑体加热,温度升高至某一程度时,光的颜色各不相同,黑体呈现由红--橙红--黄--黄白--白--蓝白的渐变过程。光源发射的光的颜色与某个黑体色相同时,这个黑体温度色温。单位:"K"(kelvin)。测试的坐标值越靠近普朗克曲线的光源色越好。黑体的绝对温度称为色温,而不是光源表面的自然温度。

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2)大自然色温随时间而变化(笔者对大自然天光进行了测试和记录)

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3)LED光色受大自然启发同样丰富多彩,为商业照明增色。把阳光移入室内--全光谱照明开始

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4)阳光是多彩的,生鲜水果对光谱色的反应也是多彩的

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上面的案例告诉我们:光色通过物体吸收和反射得到的人眼识别结果,同样的光色在不同颜色商品的吸收反射下,人眼看到的是不一样的颜色;光色在不同颜色配色下,商品更醒目度表现会更突出,会明显影响和改变人的认知。一副美的彩色画与黑白画只是表现不同。


5)相关色温 (CCT)Correlated Color Temperature

LED照明光源的光色并不能恰好都在黑体辐射线上,于是相关色温就出来了。在均匀色品图上用距离最短的温度来表示光源的相关色温。当光源发出光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时,该黑体温度就称为该光源的相关色温。LED封装工艺特点,每批次产品的色温有公差(Δuv),所以,LED光源的色温采用相关色温(CCT)表示。

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CIE 1960中,光源与普朗克轨迹的距离,+ , -符号表示在普朗克轨迹的上方或是下方。Duv 在CIE 1960 座标系里色彩偏移普朗克轨迹的距离与方向,同时判断CCT 与Duv,可以更直觉的了解完整的白光色度信息。同温异色是LED应用的变化,一切由实际场景需要决定。

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6)色容差

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色彩的偏移变化由色容差(SDCM)来进行判定。1个SDCM的色容差是难以发现,2到4个SDCM的色容差表示差异不明显(临界点)5个SDCM以上的色容差表示颜色有明显差异,SDCM的值越小,表示色彩偏移越小。

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49个3000K LED灯的色温变化图示,人眼对光谱颜色的差别感受性是非均匀性


世界范围的色容差的标准因此也不同

1、能源之星ANSI C78.376 ,色容差≤7SDCM;(7阶)

2、欧盟标准IEC60081 ,色容差≤7SDCM;

3、国标GB10682-2002,色容差≤5SDCM;(5阶)


7)照度与色温配比不同,人的感受影响(荷兰:克鲁特霍夫Kruithof )

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闷热和寒冷感觉

暖色(低色温)光源产生的低照明水平可以使室内形成缓和的气氛,冷色(高色温)光源产生的高照明水平可形成工作的室内所需要的活泼气氛。

暖色调散射光(3000K、橙、红)让人觉得愉悦、放松;冷色调散射光(4100K)让人感觉空间干净,通透。紫、蓝光低照度时让人心情沉重、抑郁。

聚光照明(饱和暖色调-橙、红)轻松、欢快,饱和冷色调;(紫、蓝)会产生迷人吸引力,特别是光束、颜色按一定节律变化时。


8)显色指数CRI

显色指数是物体在光源下的感受与在太阳光下的感受的真实度百分比。(演色性)

显色指数高的光源对颜色的表现较逼真,呈现的物体愈接近自然原味。

显色指数用Ra表示,范围:0-100,Ra数值越接近100,显色性越高,被照物体表面的固有色泽还原越好,显色越低,失真越大。

显色性高的光源发光效率会降低,光源耗电会增加,不太重要的场合,可考虑降低显色性要求:如楼梯过道、机房等。同样的物体光源显色不同,差异很大。CRI的测量值是由规定的14块颜色样品在被测光源下,呈现出的外貌与标准的参考光源下呈现出的外貌之间的差异来决定的。

光源颜色有两层意思:

1、光源色表颜色(人眼直接看到的光源颜色),

2、光源显色能力(光源照射到物体上的客观效果)

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一般显色指数:测R1到R8的传统的连续性光谱Ra

特殊显色指数:R9-R15(饱和色、鲜艳)

Re是R1-R15的平均值

显色指数有15种颜色,R1,淡灰红色;R2,暗灰黄色;R3:饱和黄绿色;R4,中等黄绿色;R5,淡蓝绿色;R6,淡蓝色;R7,淡紫蓝色;R8,淡红紫色;R9,饱和红色;R10,饱和黄色;R11,饱和绿色;R12,饱和蓝色;R13,白种人肤色;R14,树叶绿;R15,黄种人肤色。取前8种常见颜色的显色指数记为Ra,最大值为100。R1-15记为CRI 。

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CRI<75草莓颜色失真,明显误导顾客,cri>80-95才能显示生鲜真实颜色

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