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節能減碳熱潮下 正面思考如何提升LED道路照明可靠性

2009/08/19 10:18

近年來在全球環保潮流之下,LED照明產業迅速興起,有許多科技公司投入此新興產業,但由於LED照明信賴性能標準未能即時訂定、妥為規範,導致大量產品無法通過考驗、嚴重光衰收場,主要原因是無設計理論性研究為檢視支柱,因而造成使用業主疑慮,也因此推遲產業發展時機。LED照明解決方案供應商鑫源盛科技(Thermalking),提供了高性能LED路燈多項元件至燈具系統的各項重要技術指標規格資料,供業界參考。

LED晶片與封裝元件發光效率關鍵技術指標部分,首要之LED晶片與封裝元件關鍵技術,美、日廠商均已量產突破發光效率100~120lm/W以上,超越傳統最高效率的HID光源(發光效率90~110lm/W),解決目前所有燈具總體光效不足45lm/W問題,滿足道路照明壽命長、光衰低,符合國際標準平均照度,達25~40Lux規格與節能30~60%需求。

LED發光效率、溫升與壽命規格關鍵技術指標部分,檢視CREEOsram LED等業者所公佈的資料,其晶片PN結工作溫度Tj85,方能確保工作壽命達5萬小時,且晶片PN結至本身導熱片(Tjs)溫升為ΔT6~15之間,另外LED光效率與工作溫度成反比性能特性,每升高10,就會導致光衰5~8%並且壽命減半的嚴重後果,與一般宣傳LED可工作於100壽命可達10萬小時以上的觀念相去甚遠。

LED路燈系統熱傳散熱環境溫度關鍵技術指標部分,此類燈具系統工作溫度不得高於85-10=75;臺灣LED道路燈具規範CNS15233規定,耐久性試驗環境溫度為50,因此路燈散熱系統溫升必須小於ΔT25。以鑫源盛科技150W LED路燈為例,熱傳散熱系統溫升測試低達ΔT13,計算其熱阻值Tr=0.08/W,而多數業界廠商設計系統溫升測試ΔT30~40,計算其熱阻值Tr=0.2~0.26/W;以相同條件下鑫源盛科技的產品較其他廠商產品壽命將增長2倍且亮度增加15%以上。另外以鑫源盛科技350W LED燈具測試,其散熱系統溫升仍能達成ΔT15,熱阻值Tr0.04/W

LED路燈系統熱傳散熱關鍵技術部份,電子機器設備熱傳、散熱方法有適用于小功率自然散熱方法,目前如MR16/PAR301~70W產品,系統溫升已高達30~40。若超過100W仍使用自然散熱方法,就如同目前市面上大部分產品,必須使用大量鋁合金材料增加導熱量和超大的熱交換面積,體積重量動輒230Kg,非但增加燈具成本更增添了燈杆燈具安全懸掛的風險。自然散熱的定律為使用越重越大面積的金屬材料來降低溫度,效果越好,但僅鋁合金材料成本即增加60~200元新臺幣/公斤,若干廠商號稱使用熱管或回路熱管即可達到散熱效果,這是不切實際的,不論是熱管或者是回路熱管都只有熱傳導的功能並沒有散熱的功能,若要達到良好散熱必須使用相對瓦數的有效散熱面積也就是必須增加大面積的金屬材料來做熱交換;否則必須改用工業級高信賴性冷氣機空調、電腦CPU等高階大功率產品所使用之主動強制散熱方法,高效率、軍規的小風扇壽命保證7萬小時,並具備IP65防水防塵等級,再加上熱導管與散熱鋁鰭片等適當的原件與合理的機構設計,經過測試燈具系統溫升可低達ΔT12~15,與自然散熱方法比較降溫達20,壽命將增加2倍且光效率亮度增加15%以上。

LED路燈系統可靠性、耐久性 環境適應性能測試指標部分,一般LED燈具產品設計均未考慮到落塵防護系統,室外道路用燈具必需完全防止砂塵暴、膠質懸浮物、重力落塵堆積於散熱結構,以避免導致LED過熱燒毀之問題。若散熱結構朝向天面導致落塵堆積,熱累積無法發散,將可能產生LED光衰及燒毀狀況。要解決以上問題,可設計採用散熱結構朝向地面來因應。其他抗鹽霧測試等等,鑫源盛科技現有產品經戶外測試時間2萬小時後,光衰<10%、狀況良好。主幹道路照明光學設計亦可達到世界標準,即10公尺高燈杆必須平均照亮橫幅40公尺的長型路面,解決高難度光學鏡片設計,達到高寬比1:4之要求。另外核心燈芯技術模組亦達到了輕巧化,不需依賴燈殼做為散熱體,因此燈體外型設計可任意變化形狀,達成各城市美觀特色。

做為一個高科技節能照明產業的從業人員必須認清,良好的燈具散熱包含熱傳導、均溫性、熱交換等複雜的熱傳學基礎,並非坊間某些廠商號稱使用太空科技或奈米科技等單一原件或材料就能解決,LED路燈的性能必須要有科學的理論做支撐、完善的設計為方針、良好的制程為基礎,最後在以第三公正單位的檢測報告為依據,這樣才不會一再發生光衰退貨阻礙產業發展的惡性循環,臺灣鑫源盛科技願意與業界廠商共同分享多年來的研究成果以及專利技術,其中包含了強制散熱、向下散熱、液態散熱等三項發明專利與數十項新型專利,只希望兩岸照明同業能共同攜手照亮全世界

 

鑫源盛科技技術總監 管新寧Ph.D.

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回應(2)
怡如2009/11/19 12:30 回應

學問好比腸胃裡的食物,裝下多少並不重要,吸收多少才重要。. ....

vandyke2009/11/18 12:05 回應

節能減碳…唉,希望別讓我們的孩子活在水深火熱之中…

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