Im Entwicklungsprozess von Automobilbeleuchtungssystemen hat sich die Iteration der Lichtquellentechnologie immer um Kernziele wie die Verbesserung der Energieeffizienz, die Leistungsoptimierung und die Verbesserung der Zuverlässigkeit gedreht. Als eine der aktuellen Mainstream -Beleuchtungslösungen, 30W Einstrahl-LED-Scheinwerferbirnen zeigen signifikante Unterschiede in der Leistung der Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Halogen -Scheinwerfern. Dieser Unterschied spiegelt sich nicht nur in der grundlegenden photoelektrischen Umwandlungseffizienzniveau wider, sondern erstreckt sich auch auf mehrere Dimensionen wie die tatsächliche Arbeitseffizienz, den Energieverbrauchsverteilung und die umfassenden Nutzungskosten des gesamten Beleuchtungssystems.
Grundlegende Energieeffizienzmechanismus der Lichtquelle und Unterschied in der Umwandlung von Lichteffizienz
Die Energieeffizienz einer Lichtquelle hängt im Wesentlichen von seiner Fähigkeit ab, elektrische Energie in Lichtenergie umzuwandeln. Dieser Prozess umfasst grundlegende physikalische Mechanismen wie Energieumwandlungseffizienz und Spektralverteilungsmerkmale. Das Arbeitsprinzip traditioneller Halogenscheinwerfer basiert auf thermischer Strahlungslumineszenz, die das Wolframfilament auf einen Hochtemperaturzustand (normalerweise bis zu 2500 bis 3000 K) durch elektrischen Strom erhitzt, so dass das Wolframfilament ein kontinuierliches Spektrum abgibt. Während dieses Prozesses wird jedoch nur eine geringe elektrische Energie (etwa 5% - 10%) in sichtbares Licht umgewandelt, und der größte Teil der verbleibenden Energie wird in Form von Infrarotstrahlung (Wärmeenergie) abgeleitet. Dieses Merkmal mit hohem Wärmeverlust macht die leuchtende Wirksamkeit (leuchtendem Fluss pro Leistung) von Halogenscheinwerfern im Allgemeinen niedrig, im Allgemeinen im Bereich von 15 bis 25 lm/w.
Die 30-W-LED-LED-Scheinwerfer-Glühbirne verwendet einen Halbleiter-Leuchtmechanismus, dessen Kern der elektrolumineszierende Effekt des PN-Übergangs ist. Wenn der Strom durch das Halbleitermaterial durchläuft, rekombine Elektronen und Löcher, um Energie freizusetzen und Photonen zu erzeugen. Die Energieumwandlung dieses Prozesses ist direkter, ohne die Zwischenverbindung der thermischen Strahlung. Die photoelektrische Umwandlungseffizienz moderner LED -Chips kann 30% bis 40% erreichen, und die entsprechende leuchtende Wirksamkeit liegt im Allgemeinen zwischen 80 und 120 lm/w. Ein 30-W-Strom als Beispiel kann eine hochwertige LED-Scheinwerferlampe zu einem leuchtenden Fluss von 2400 bis 3600 LM erzeugen, während ein Halogenscheinwerfer mit derselben Leistung nur einen leuchtenden Fluss von 450-750 lm ausgeben kann. Dieser signifikante Unterschied in der Lichtumwandlungseffizienz bestimmt grundlegend die hierarchische Kluft zwischen den beiden in Bezug auf die Energieeffizienzleistung.
Energieverbrauchszusammensetzung und Energieeffizienz Auswirkung des thermischen Managementsystems
Die tatsächliche Leistung der Energieeffizienz der Lichtquelle wird nicht nur durch die Lichteffizienz der Lichtquelle selbst, sondern auch durch die Energieverbrauchsverteilung und den thermischen Managementmechanismus des gesamten Beleuchtungssystems bestimmt. Aufgrund des extrem hohen Wärmeverlusts herkömmlicher Halogen -Scheinwerfer muss eine große Menge an Wärmeenergie, die während des Betriebs erzeugt wird, durch die natürliche Wärmeableitung des Lampengehäuses abgeleitet werden. Obwohl die thermische Managementstruktur von Halogenlampen relativ einfach ist, bildet dieses Merkmal mit hoher Wärmeerzeugung tatsächlich einen Verlust der versteckten Energieeffizienz - insbesondere wenn das Fahrzeugklimaanlage verläuft, und die von der Lampe emittierte Wärme kann die Last der Klimaanlage im Auto erhöhen, was indirekt zu einem Anstieg des Energieverbrauchs des gesamten Fahrzeugs führt. Darüber hinaus wird das Filament der Halogenlampe in einer Umgebung mit hoher Temperatur allmählich sublimiert, und Wolframatome werden an der Innenwand der Glühbirne abgelagert, was zu einer Abnahme der Lichtübertragung führt. Das Lichtverschlüsselungsphänomen wird mit der Verlängerung der Nutzungszeit intensiviert, wodurch auch die tatsächliche Energieeffizienz bei der langfristigen Verwendung verringert wird.
Obwohl die photoelektrische Umwandlungseffizienz der 30-W-LED-LED-Scheinwerferlampe hoch ist, wird immer noch eine gewisse Energie in Form von Wärme freigesetzt, so Moderne LED-Scheinwerfer verwenden normalerweise eine Verbundwärmedissipationsstruktur aus Kühlkörper, thermischem leitfähigem Silikon und Lüfter (einige High-End-Produkte). Obwohl das thermische Managementsystem selbst eine geringe Menge an Strom verbraucht (z. B. der Stromverbrauch des Lüfters liegt normalerweise bei 1 bis 3 W), kann die effiziente Entwurf des Wärmeableitungen die Temperatur des LED-Chips im idealen Arbeitsbereich von 60 bis 80 ° C steuern, um die durch hohen Temperatur verursachte Lichtwirkungsdämpfung zu vermeiden. Untersuchungsdaten zeigen, dass unter angemessenen Bedingungen für thermische Management die Lichtabfallrate der LED -Scheinwerfer nach 3000 Betriebsstunden in der Regel weniger als 10% beträgt, während die Lichtabfallrate von Halogenlampen nach derselben Anwendungszeit mehr als 30% erreichen kann. Diese langfristige Leichtffizienzstabilität ermöglicht es LED-Scheinwerfern, während ihres gesamten Lebenszyklus eine konsistentere Leistung der Energieeffizienz aufrechtzuerhalten und den tatsächlichen Beleuchtungseffekt und den potenziellen Energieabfall zu vermeiden, der durch Lichtverfall verursacht wird.
Unterschiede in der Energieeffizienzleistung in den tatsächlichen Nutzungsszenarien
Die tatsächliche Leistung der Energieeffizienz von Fahrzeugbeleuchtungssystemen muss in Kombination mit unterschiedlichen Nutzungsszenarien bewertet werden, da der Arbeitszustand der Lichtquelle unter verschiedenen Arbeitsbedingungen direkt den Energieverbrauchsniveau beeinflusst. Herkömmliche Halogen-Scheinwerfer können während des kalten Starts schnell die volle Lichtleistung erreichen, was sie in kurzfristigen Gebrauchsszenarien bequem macht. Aufgrund ihrer schwierigen Lichteffizienz und hohen Wärmeerzeugung erzeugen sie jedoch weiterhin einen hohen Energieverbrauch, wenn sie lange lang kontinuierlich eingesetzt werden (z. B. bei der Nacht auf Autobahnen), und die kontinuierliche Zunahme der Lampentemperatur kann die Lebensdauer des Filaments verkürzen und die Nutzungskosten weiter erhöhen.
30-W-Einzelstrahl-LED-Scheinwerferlampen können zu Beginn des Starts auch schnell den bewerteten leuchtenden Fluss erreichen, und ihre Reaktionszeit beträgt normalerweise weniger als 0,1 Sekunden, was sich nicht signifikant von Halogenlampen unterscheidet. In Szenarien mit häufigen Start-Stop- und Startstopp wie städtischen Straßen spiegelt sich der Energieeffizienzvorteil von LED-Scheinwerfern hauptsächlich im Betrieb mit geringem Stromverbrauch wider-selbst wenn er ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird, ist der Energieverbrauchsschwuktuation relativ gering. In langfristigen Beleuchtungsszenarien wie Autobahnen ist der Energieeffizienzvorteil von LED-Scheinwerfern offensichtlicher: Einerseits ermöglichen die Merkmale der hohen Lichteffizienz 30 W Strom, um Lichthelligkeit zu ermöglichen, die dem herkömmlichen 55-W- oder sogar 70-W-Halogenlampen entspricht und die Strombedürfnisse direkt reduzieren. Andererseits ermöglicht das stabile thermische Managementsystem es ihm, die stabile Lichteffizienz während des langfristigen Betriebs aufrechtzuerhalten und zusätzlichen Energieverbrauch zu vermeiden, das durch Stromausgleich verursacht wird.
Es ist erwähnenswert, dass die Energieeffizienzleistung der beiden unter extremen Umgebungstemperaturen in unterschiedlichem Maße schwanken wird. Die Lichteffizienz herkömmlicher Halogenlampen kann in niedrigen Temperaturumgebungen (wie -20 ° C) leicht verbessert werden, aber seine Hochtemperaturtoleranz ist schlecht. Wenn die Umgebungstemperatur 40 ° C überschreitet, wird die Sublimationsgeschwindigkeit der Filament beschleunigt und der Lichtverfall verschärft. Die Lichteffizienz von LED -Scheinwerfern wird durch Umgebungstemperatur deutlicher beeinflusst: In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen steigt die Vorwärtsspannung von LED -Chips, was zu einem leichten Anstieg des Stromverbrauchs führen kann. Moderne Antriebskreise haben jedoch normalerweise Temperaturkompensationsfunktionen, was die Stromverbrauchsschwankungen innerhalb von 5%steuern kann. Wenn in Hochtemperaturumgebungen ein effizientes thermisches Managementsystem die Chip -Temperatur innerhalb eines angemessenen Bereichs steuern kann, können die LED -Scheinwerfer weiterhin die stabile Lichtleistung aufrechterhalten. Sobald die Wärmeableitung ausfällt, überschreitet die Chip -Temperatur 100 ° C, und die Lichtwirkungsgrad kann stark abgeschwächt werden. Daher muss in den tatsächlichen Vergleiche der Energieeffizienz die Anpassungsfähigkeit von LED-Scheinwerfern in der Umwelt in Kombination mit dem Konstruktionsniveau ihrer thermischen Managementsysteme umfassend bewertet werden, und hochwertige 30-W-LED-Scheinwerfer für LED-Scheinwerfer können in der Regel eine stabilere Energieeffizienzleistung innerhalb eines weiten Temperaturbereichs aufrechterhalten.
Langfristige Energieeffizienzwirtschaft und umfassende Nutzungskosten
Eine weitere wichtige Dimension des Energieeffizienzvergleichs ist die Wirtschaft in der langfristigen Verwendung, die mehrere Faktoren wie Energieverbrauchskosten, Wartungskosten und Ersatzzyklus umfasst. Angenommen, das Fahrzeug fährt 20.000 Kilometer pro Jahr und der Anteil des Nachtfahrens von 30%, beträgt die jährliche Beleuchtungszeit etwa 200 Stunden (berechnet mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 60 km/h). Die Kraft traditioneller Halogen -Scheinwerfer beträgt normalerweise 55 W, und die leuchtende Effizienz wird bei 20 lm/w berechnet, und der jährliche Stromverbrauch beträgt 55 W × 200H = 11 kWh; Der jährliche Stromverbrauch von 30-W-LED-Scheinwerfern mit einem Strahl wird bei 100 lm/w berechnet und der jährliche Stromverbrauch beträgt 30W × 200H = 6 kWh. LED -Scheinwerfer berechnet zum Strompreis von 0,6 Yuan/kWh können LED -Scheinwerfer Stromkosten (11 - 6) × 0,6 = 3 Yuan pro Jahr sparen. Obwohl die Einsparungen allein aus Sicht der Stromkosten gering erscheinen, sind die wirtschaftlichen Gesamtvorteile bei der Berücksichtigung anderer Kostenänderungen, die durch Unterschiede in der Energieeffizienz verursacht werden, offensichtlicher.
In Bezug auf die Wartungs- und Ersatzkosten beträgt die durchschnittliche Lebensdauer herkömmlicher Halogenlampen etwa 500-1000 Stunden. Berechnet nach 200 Stunden pro Jahr müssen sie alle 2-5 Jahre ersetzt werden, und die Kosten für jeden Austausch betragen etwa 20-50 Yuan. Die theoretische Lebensdauer eines 30-W-LED-Scheinwerfs mit einem Strahl kann 30.000 bis 50.000 Stunden erreichen. Bei normalem Gebrauch kann es den Gebrauchsbedarf des Fahrzeugs für mehr als 10 Jahre erfüllen, und es ist fast kein Ersatz erforderlich. Darüber hinaus kann der Rückgang des Beleuchtungseffekts, der durch Lichtverfall von Halogenlampen verursacht wird, die Benutzer dazu veranlassen, sie im Voraus zu ersetzen und die Wartungskosten weiter zu steigern. Aus der Sicht des gesamten Lebenszyklus können die Ersatzkosten eines Fahrzeugs durch die Verwendung von LED -Scheinwerfern während seiner Lebensdauer (berechnet als 10 Jahre) eingespart werden, was in Kombination mit den 30 Yuan in Stromrechnungen einsparenden Vorteile bei umfassender Energieeffizienz und -wirtschaft einen erheblichen Vorteil hat.
Synergistische Beziehung zwischen optischer Leistung und Energieeffizienz
Die Energieeffizienz einer Lichtquelle spiegelt sich nicht nur im Energieverbrauchsniveau wider, sondern die Qualität ihrer optischen Leistung wird sich auch auf den tatsächlichen Beleuchtungseffekt und die Effizienz des Energieverbrauchs auswirken. Aufgrund der Einschränkung des lichtemittierenden Prinzips ist die spektrale Verteilung herkömmlicher Halogenscheinwerfer relativ breit, einschließlich einer großen Menge an Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, während die spektrale Energieverteilung des sichtbaren Lichtteils relativ gleichmäßig ist, aber es fehlen die gezielte spektrale Optimierung. Diese Vollspektrumcharakteristik macht die helle Farbe von Halogenlampen gelblich (die Farbtemperatur beträgt ca. 2800-3200K). Obwohl die Penetration gut ist, ist die Nutzungsrate des leuchtenden Flusses niedrig, insbesondere im Lichtverteilungssystem, eine große Menge Licht muss durch Reflexion und Brechung umverteilt werden, und es tritt bei dem Prozess ein gewisses Maß an Lichtergieverlust auf.
Die spektrale Verteilung von 30W LED-LED-Scheinwerferlampen von LED-LED-LED-Scheinwerfer hat eine stärkere Kontrolle. Durch die Auswahl von Chipmaterialien und Phosphoren können die Farbtemperatur (normalerweise im Bereich von 4000 bis 6500 K) und die spektrale Energieverteilung genau eingestellt werden. Beispielsweise können LED-Scheinwerfer für die Bedürfnisse der Straßenbeleuchtung die blaugrünen Lichtkomponenten im Wellenlängenbereich von 450-550 nm verbessern, die Fähigkeit des menschlichen Auges, Straßendetails zu identifizieren, verbessern und somit bessere Beleuchtungseffekte im gleichen leuchtenden Fluss erzielen. Darüber hinaus ist die Lichtemissionsrichtung der LED als Punktlichtquelle leichter zu steuern. Mit der präzisionsgesteuerten optischen Linse und Reflektor kann der Lichtfluss auf den effektiven Beleuchtungsbereich (wie die Straßenoberfläche und der Bordstein) konzentriert werden, um die ungültige Lichtstreuung zu verringern. Die Testdaten zeigen, dass die LED-LED-Scheinwerfer mit einer hochwertigen 30-W-Einzelstrahl-LED-Scheinwerfer mehr als 85%erreichen kann, während die leuchtende Flussnutzungsrate eines herkömmlichen Halogenscheinwerfs normalerweise zwischen 60%und 70%liegt. Dieser optische Leistungsvorteil ermöglicht es LED -Scheinwerfern, höhere effektive Beleuchtungseffekte mit niedrigerer tatsächlicher Leistung zu erzielen, was seinen Energieeffizienzvorteil aus einer anderen Perspektive widerspiegelt.
