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未來家用照明

本文作者:Rick Zarr 2014-01-20 11:57
导语:

摘要

白熱燈泡問世至今已逾130年,外界認為本應找到效能更高、更經濟實惠的替代品,省電燈泡因高效能而頗受歡迎,但其中卻含有毒水銀,其他如連續式射頻電漿燈泡雖亦進行非商業用途研究,可是亦有問題存在。過往LED燈泡設計相對昂貴,儘管效能極佳,使用壽命卻很短;市場如今希望次世代住宅照明不僅著重於效能,讓LED機會再起,本文檢視目前最頂尖的LED照明,以及推動產業汰換今日白熱燈泡的市場趨力。

 

簡介

人工照明由來已久,讓人們能持續從事需要光線的活動,也延長社交與生產時間;油燈與蠟燭出現後,人工照明讓每日生活不再受日落侷限,工業時代則發明煤氣燈,點燈諸多城市街道,但電燈卻遲至19世紀末才面世,陸續出現弧光燈與白熱燈泡。

 

逾百年來,白熱燈泡遍及世界多數地區家庭,但這項技術所提供的可見光比例很低,其中產生的逾九成光線皆屬不可見光範圍(圖1)。由於白熱燈泡的可見光效能低落,市場上很快出現替代品,螢光燈與低壓金屬燈如今已相當普遍,省電燈泡因為效能較高,常成為環保技術象徵,但其實這種燈泡內含有少量毒性極強的汞金屬。

 


1:白熱燈泡產生的光線多落於不可見的紅外線區域

 

今日照明技術選項廣泛,多數皆著重於提高效能,高壓鈉燈等部分技術效能極高,可達每瓦150流明,主要是因為鈉D-line產生的光線多為可見光,使用壽命更可長達兩萬小時,適用於街道與戶外照明,不過由於光線色澤偏黃,不適合一般照明使用

 

固態照明

過去十年間,LED效能顯著提高,白色LED亮度常可超過每瓦100流明,然而成本卻是一大阻力,美國能源部為此舉辦L-Prize競賽,希望促進市場競爭,並降低LED燈泡生產成本,由飛利浦設計獲獎的60瓦燈泡已上市,許多參賽作品皆改良標準設備,且都與飛利浦的成品相同,使用標準TRIAC調光器即可控制明暗。但是為搭配調光器,以及適應世界各地電壓差異,造成電子設計變得複雜,也抬高燈泡成本;此外,這些作品也只能取代使用標準設備的常見燈泡,例如美國各地家庭普遍使用的嵌壁式照明BR30,這種燈泡使用標準Edison E26 (26 mm)燈座,但只適用於高電壓(110VAC)交流電。

 

此種替代式LED照明必須因應原為白熱燈泡打造的使用環境,如圖一所示,白熱燈泡發出的多數光源為紅外線,會產生熱能,不少餐廳及Kenner(後更名Hasbro)公司早期推出的Easy-Bake烤箱裡,均善用這項特質做為加熱功能。反觀LED光源不會散發廢熱,而得處理熱能,在翻新逾百年前設計的設備時,這也成為另一項挑戰,也因此出現鰭狀物等特殊造型設計,甚至是加入Nuventix SynJet®冷卻技術。

 

未來家用照明

要取代無數效能低落的白熱燈泡,這塊市場顯然龐大,且除了節能需求外,社會上還有其他力量推動家用照明進步,LED除了高效能之外,還有可變色的優點尚未充分發揮。三原色設備可創造各種色彩,改變氣氛與心情,「空間心理學」研究即試圖連結色彩與感受的關係,例如藍色會令人感到放鬆與舒適,波音公司新客機室內照明即運用這項知識,混合藍色與白色LED光源,讓乘客更感到舒適。

 

變換色彩為傳統明暗調整技術增加另一層面,也得控制基礎架構或設備本身,其中一種解決方案是在設備內增加無線技術,如Zigbee6LoPAN802.11 (WiFi)等,再結合標準化通訊協定,如此只需在手機下載行動應用程式,即可改變室內照明色彩與亮度。今日主要障礙在於通訊實體層與協定皆欠缺標準,相較於E26燈座既簡易又普及,無線網路照明設備應用需要標準,業界或許會以商業環境發展優先,但若要推廣至一般住家,仍得需要最基本的標準。

 

建立標準後,也需要新電源系統,一如E-Merge Alliance商業標準提案,也需建置住宅直流電電力網,過去高壓電力傳輸勝過愛迪生的直流電傳輸概念,就是因為降低長距離線損(歐姆定律:高電壓傳導降低電流,減少P=I2R算式內的R數值)。此舉在大規模傳導時無妨,但多數現代裝置均使用低電壓直流電,每項電子設備若附設交流電插頭,內部供電設計都很複雜,將高壓電轉換為適用的直流電。目前已出現多項標準化直流電連結器或家用直流電匯流排提案,但目前尚無標準;此外,直流電插頭標準也能納入其他乙太網路或其他有線通訊標準,結合已普遍建置的實體層。

 

結論

唯有訂定標準,居家照明設計師與供應商等整個產業才會一同邁向更先進的照明技術,包括電源(直流電可能性較大)與通訊都將利用LED照明尚未發揮的優點,而不僅限於效能。未來住家將不必再更換燈泡,居民也能輕鬆調整燈光色彩與心情,就像控制舊白熱燈泡明暗一樣簡單。

 

參考內容

更多LED照明相關資訊請見www.ti.com/led-ca