Autovalaistusjärjestelmien kehitysprosessissa valonlähdeteknologian iteraatio on aina kiertänyt ydintavoitteiden, kuten energiatehokkuuden parantamisen, suorituskyvyn optimoinnin ja luotettavuuden parantamisen, ympärillä. Yhtenä nykyisistä valtavirran valaistusratkaisuista, 30W yhden palkin LED-ajovalojen lamput osoittaa merkittäviä eroja energiatehokkuuden suorituskyvyssä verrattuna perinteisiin halogeenivaloihin. Tämä ero ei heijastu vain fotoelektrisen muuntamistehokkuuden tasolla, vaan myös ulottuu moniin ulottuvuuksiin, kuten koko valaistusjärjestelmän todelliseen työtehokkuuteen, energiankulutuksen jakautumiseen ja kattaviin käyttökustannuksiin.
Valonlähteen energiatehokkuusmekanismi ja valotehokkuuden muuntamisen ero
Valonlähteen energiatehokkuus riippuu olennaisesti sen kyvystä muuntaa sähköenergia kevyeksi energiaksi. Tämä prosessi sisältää fysikaaliset perusmekanismit, kuten energian muuntamisen tehokkuus ja spektrin jakautumisominaisuudet. Perinteisten halogeenin ajovalojen toimintaperiaate perustuu lämpösäteilyn luminesenssiin, joka lämmittää volframihahlan korkean lämpötilan tilaan (yleensä jopa 2500-3000k) sähkövirran kautta, niin että volframilahlan säilyttää jatkuvan spektrin. Kuitenkin vain pieni määrä sähköenergiaa (noin 5% - 10%) muunnetaan näkyväksi valoksi tämän prosessin aikana, ja suurin osa jäljellä olevasta energiasta häviää infrapunasäteilyn muodossa (lämpöenergia). Tämä korkea lämpöhäviöominaisuus tekee halogeenin ajovalojen valaisevan tehokkuuden (valaiseva virtaus yksikköä kohti) yleensä alhaisina, yleensä välillä 15 - 25 lm/W.
30 W: n yhden palkin LED-ajovalojen lamppu käyttää puolijohdevaloa säteilevää mekanismia, jonka ydin on PN-risteyksen elektroluminesoiva vaikutus. Kun virta kulkee puolijohdemateriaalin läpi, elektronit ja reiät yhdistyvät energian vapauttamiseksi ja fotonien tuottamiseksi. Tämän prosessin energian muuntaminen on suorampi, ilman lämpösäteilyn välituotteita. Nykyaikaisten LED -sirujen fotoelektrinen muuntamistehokkuus voi saavuttaa 30% - 40%, ja vastaava valaistus tehokkuus on yleensä välillä 80 - 120 lm/W. Esimerkiksi 30W-tehon ottaminen korkealaatuinen LED-ajovalojen lamppu voi tuottaa valaisevan vuon, joka on 2400-3600 LM, kun taas saman tehon halogeenivalo voi tuottaa vain valaisevan vuon 450-750 LM. Tämä merkitsevä ero valon muuntamistehokkuudessa määrittelee pohjimmiltaan hierarkkisen kuilun näiden kahden välillä energiatehokkuuden suorituskyvyn suhteen.
Lämpöhallintajärjestelmän energiankulutuksen koostumus ja energiatehokkuusvaikutus
Valonlähteen todellinen energiatehokkuus suorituskyky ei määritetä vain itse valonlähteen valon tehokkuuden, vaan myös koko valaistusjärjestelmän energiankulutuksen jakautumisen ja lämmönhallintamekanismin avulla. Perinteisten halogeenin ajovalojen erittäin suuren lämmön menetyksen vuoksi toiminnan aikana syntynyt suuri määrä lämpöenergiaa on hävitettävä lampun kotelon luonnollisen lämmön hajoamisen kautta. Vaikka halogeenilamppujen lämpöhallintarakenne on suhteellisen yksinkertainen, tämä korkean lämmöntuotantoominaisuus muodostaa tosiasiallisesti piilotetun energiatehokkuushäviön - varsinkin kun ajoneuvon ilmastointijärjestelmä on käynnissä, lampun lähettämä lämpö voi lisätä auton ilmastoinnin kuormaa, mikä johtaa epäsuorasti koko ajoneuvon energiankulutuksen lisääntymiseen. Lisäksi halogeenilampun filamentti sublimoi asteittain korkean lämpötilan ympäristössä, ja volframiatomit kerrostuvat polttimon sisäseinämään, mikä johtaa valon läpäisyn vähentymiseen. Valon rappeutumisilmiö lisääntyy käyttöajan pidentämällä, mikä myös vähentää sen todellista energiatehokkuutta pitkäaikaisessa käytössä.
Vaikka 30 W: n yhden palkkien LED-ajovalojen lampun valosähköinen muuntamistehokkuus on korkea, jonkin verran energiaa vapautuu edelleen lämmön muodossa, joten sirun työlämpötilan ylläpitämiseksi tarvitaan vastaava lämpöhallintajärjestelmä. Nykyaikaiset LED-ajovalot käyttävät yleensä komposiittilämmön hajoamisrakennetta, joka koostuu jäähdytyselemenistä, lämmönjohtajasta silikonista ja puhaltimista (joitain huippuluokan tuotteita). Vaikka lämmönhallintajärjestelmä itsessään kuluttaa pienen määrän sähköä (esimerkiksi puhaltimen virrankulutus on yleensä noin 1-3 W), tehokas lämmön hajoamissuunnittelu voi hallita LED-sirun lämpötilaa ihanteellisella työalueella 60-80 ℃ korkean lämpötilan aiheuttaman valon hyötysuhteen vaimennuksen välttämiseksi. Tutkimustiedot osoittavat, että kohtuullisissa lämmönhallintaolosuhteissa LED -ajovalojen valon rappeutumisaste 3000 toiminnan jälkeen on yleensä alle 10%, kun taas halogeenilamppujen valon rappeutumisaste voi saavuttaa yli 30% saman käyttöajan jälkeen. Tämä pitkän aikavälin valon tehokkuuden vakaus antaa LED-ajovaloihin ylläpitää tasaisempaa energiatehokkuuden suorituskykyä koko elinkaarensa ajan välttäen valon rappeutumisen aiheuttaman todellisen valaistusvaikutuksen vähentymisen ja potentiaalienergiajätteet.
Erot energiatehokkuuden suorituskyvyssä todellisissa käyttöskenaarioissa
Ajoneuvovalaistusjärjestelmien todellinen energiatehokkuus suorituskyky on arvioitava yhdessä erilaisten käyttöskenaarioiden kanssa, koska valonlähteen työtila eri työolosuhteissa vaikuttaa suoraan sen energiankulutustasoon. Perinteiset halogeenin ajovalot voivat nopeasti saavuttaa täyden valon tuotannon kylmän aloituksen aikana, mikä tekee niistä käteviä lyhytaikaisissa käytössä olevissa skenaarioissa. Hienon valon hyötysuhteensa ja korkean lämmöntuotannon vuoksi ne kuitenkin tuottavat suurta energiankulutusta, kun niitä käytetään jatkuvasti pitkään (kuten moottoritiellä ajaminen yöllä), ja lampun lämpötilan jatkuva nousu voi lyhentää filamentin käyttöikää, mikä lisää edelleen käyttökustannuksia.
30 W: n yhden palkin LED-ajovalojen lamput voivat myös nopeasti saavuttaa nimellisvalovirran käynnistyksen alussa, ja niiden vasteaika on yleensä alle 0,1 sekuntia, mikä ei ole merkittävästi erilainen kuin halogeenilamput. Skenaarioissa, joissa on usein aloituspysäytys ja start-stop, kuten kaupunkitiet, LED-ajovalojen energiatehokkuusetu heijastuu pääasiassa pienen virrankulutuksen toiminnassa-vaikka se sammutetaan ja kytkeisi sitten uudelleen päälle, sen energiankulutuksen heilahtelu on suhteellisen pieni. Pitkäaikaisissa valaistusskenaarioissa, kuten moottoriteissä, LED-ajovalojen energiatehokkuusetu on ilmeisempi: sen voimakkaat valon tehokkuusominaisuudet mahdollistavat 30 W: n voimaa, jotta saadaan valaistus kirkkaus, joka vastaa perinteisiä 55W- tai jopa 70W halogeenilamppuja, vähentäen suoraan tehovaatimuksia; Toisaalta vakaa lämmönhallintajärjestelmä antaa sille mahdollisuuden ylläpitää vakaa valon tehokkuus pitkäaikaisen toiminnan aikana välttäen energiankorvauksen aiheuttamaa ylimääräistä energiankulutusta.
On syytä huomata, että äärimmäisissä ympäristön lämpötiloissa näiden kahden energiatehokkuus suorituskyky vaihtelee vaihtelevassa määrin. Perinteisten halogeenilamppujen valon tehokkuutta voi parantaa hiukan matalan lämpötilan ympäristöissä (kuten -20 ℃), mutta sen korkea lämpötilan sietokyky on heikko. Kun ympäristön lämpötila ylittää 40 ℃, filamentin sublimaation nopeus kiihtyy ja valon rappeutuminen pahenee. Ympäristön lämpötila vaikuttaa merkittävästi LED -ajovalojen valon tehokkuuteen: LED -sirujen eteenpäin suuntautuva jännite kasvaa matalassa lämpötilassa, mikä voi johtaa voimankulutuksen vähäiseen lisääntymiseen, mutta nykyaikaisissa käyttöpiireissä on yleensä lämpötilan kompensointifunktioita, mikä voi hallita tehonkulutuksen vaihtelua 5%: n sisällä; Korkeassa lämpötilaympäristössä, jos tehokas lämmönhallintajärjestelmä voi hallita sirun lämpötilaa kohtuullisella alueella, LED -ajovalot voivat silti ylläpitää vakaata valonlähtöä, mutta kun lämmön hajoaminen epäonnistuu, sirun lämpötila ylittää 100 ° C ja valon hyötysuhde voi olla huomattavasti heikentynyt. Siksi todellisissa energiatehokkuusvertailuissa LED-ajovalojen ympäristön sopeutumiskyky on arvioitava kattavasti yhdessä niiden lämpöhallintajärjestelmien suunnittelutason kanssa, ja korkealaatuiset 30 W: n yhden palkin LED-ajovalot voivat yleensä ylläpitää vakaampaa energiatehokkuuden suorituskykyä laajalla lämpötila-alueella.
Pitkäaikainen energiatehokkuustalous ja kattava käyttökustannus
Toinen tärkeä energiatehokkuusvertailun ulottuvuus on pitkäaikaisen käytön talous, johon sisältyy useita tekijöitä, kuten energiankulutuskustannukset, ylläpitokustannukset ja korvausjakso. Olettaen, että ajoneuvo kulkee 20 000 kilometriä vuodessa ja yöajon osuus on 30%, vuotuinen valaistusaika on noin 200 tuntia (laskettu keskimäärin 60 km/h). Perinteisten halogeenien ajovalojen teho on yleensä 55 W, ja valaistustehokkuus lasketaan nopeudella 20 lm/W, ja vuotuinen virrankulutus on 55 W × 200H = 11 kWh; 30 W: n yhden palkin LED-ajovalojen vuotuinen virrankulutus lasketaan 100 LM/W ja vuotuinen virrankulutus on 30 W × 200h = 6 kWh. Asuinasuuntaisen sähkön hinnalla 0,6 yuan/kWh, LED -ajovalot voivat säästää sähkökustannuksia (11 - 6) × 0,6 = 3 yuania vuodessa. Vaikka säästöt vaikuttavat pieniltä pelkästään sähkökustannusten näkökulmasta, yleiset taloudelliset hyödyt ovat selvempiä, kun otetaan huomioon muut energiatehokkuuserojen aiheuttamat kustannusmuutokset.
Huolto- ja korvauskustannusten suhteen perinteisten halogeenilamppujen keskimääräinen käyttöikä on noin 500-1000 tuntia. Niiden vuodessa laskettuna 200 tuntia, ne on vaihdettava 2–5 vuoden välein, ja kunkin vaihdon kustannukset ovat noin 20-50 yuania. 30 W: n yhden palkin LED-ajovalojen teoreettinen elämä voi olla 30 000-50 000 tuntia. Normaalissa käytössä se voi vastata ajoneuvon käyttötarpeisiin yli 10 vuoden ajan, ja melkein mitään korvaamista ei tarvita. Lisäksi halogeenilamppujen kevyen rappeutumisen aiheuttama valaistusvaikutuksen lasku voi kehottaa käyttäjiä korvaamaan ne etukäteen, kasvattaen edelleen huoltokustannuksia. Koko elinkaaren näkökulmasta ajoneuvon korvauskustannukset voidaan säästää käyttämällä LED -ajovaloja sen käyttöiän aikana (laskettuna 10 vuotta), jolla yhdistettynä sähkölaskuissa pelastettuun 30 yuaniin on merkittäviä etuja kattavassa energiatehokkuudessa ja taloudessa.
Synergistinen suhde optisen suorituskyvyn ja energiatehokkuuden välillä
Valonlähteen energiatehokkuus ei heijastu vain energiankulutustasolla, vaan sen optisen suorituskyvyn laatu vaikuttaa myös todelliseen valaistusvaikutukseen ja energian hyödyntämiseen. Valoa säteilevän periaatteen rajoittamisen vuoksi perinteisten halogeenien ajovalojen spektrinen jakautuminen on suhteellisen laaja, mukaan lukien suuri määrä infrapuna- ja ultraviolettisäteilyä, kun taas näkyvän valoosan spektrisen energian jakautuminen on suhteellisen tasainen, mutta siitä puuttuu kohdennettu spektrinen optimointi. Tämä koko spektrin ominaisuus tekee halogeenilamppujen vaalean värin kellertävästä (värilämpötila on noin 2800-3200K). Vaikka levinneisyys on hyvä, valaisevan vuon käyttöaste on alhainen, etenkin valonjakelujärjestelmässä, suuri määrä valoa on jaettava uudelleen heijastumisen ja taittumisen avulla, ja prosessissa tapahtuu tietyn määrän valon energian menetystä.
30 W: n yhden palkin LED-ajovalojen lamppujen spektrijakauma on voimakkaampi. Sirusmateriaalien ja fosforien valinnan avulla värilämpötila (yleensä alueella 4000-6500K) ja spektrinergian jakautumisella voidaan säätää tarkasti. Esimerkiksi tienvalaistustarpeisiin LED-ajovalot voivat parantaa sinivihreitä valokomponentteja aallonpituusalueella 450-550Nm, parantaa ihmisen silmän kykyä tunnistaa tien yksityiskohdat ja saavuttaa siten paremmat valaistusvaikutukset samalla valaisevalla vuoteella. Lisäksi pistevalolähteenä LED -valonpäästösuunta on helpompi hallita. Tarkkuuden suunnittelulla optisella linssillä ja heijastimella valovirta voidaan keskittyä tehokkaaseen valaistusalueelle (kuten tienpinnalle ja jalkakäytävälle) virheellisen valon sironnan vähentämiseksi. Testitiedot osoittavat, että korkealaatuisen 30 W: n yhden palkkien LED-ajovalojen valaiseva vuon käyttöaste voi saavuttaa yli 85%, kun taas perinteisen halogeenin ajovalojen valaiseva vuon käyttöaste on yleensä välillä 60%-70%. Tämä optinen suorituskyvyn etu antaa LED -ajovalot saavuttaa korkeammat tehokkaat valaistusvaikutukset alhaisemmalla tehokkaalla, mikä heijastaa sen energiatehokkuusetu toisesta näkökulmasta.
