固态照明 (SSL) ,即发光二极管 (LED) 照明,目前显然将取代白炽灯和 FL/CFL 照明,促成的因素包括政府法规、高效率、长寿命及环境问题。各国政府持续逐步淘汰白炽灯泡(例如,欧盟 (EU) 规定 2009 年年底开始禁用 100W 灯泡,2010 年年底开始禁用 75W 灯泡)。剩下的唯一选项便是含有微量汞的 CFL 灯泡和 LED 灯泡,但是,LED 灯泡的成本仍然远高于白炽灯或 CFL。LED 灯泡符合 RoHS(有害物质使用限制)规定,并且不含汞或其他有害物质,因此更环保。
然而,此目标的实现需要各大公司的推动,例如:IKEAc 宣布将首先逐步淘汰白炽灯泡,未来仅供应 CFL 和 LED 灯泡。值得注意的是 LED 的价格将逐渐下降,这有助于降低 LED 灯泡的整体价格,广大的消费者将能够使用寿命更长且更环保的 LED 灯泡,以取代各种老旧的灯泡。由于改用 LED 灯泡的速度加快,因此可以预见未来这些灯泡将内建更多的功能,改变在日常生活中使用灯具的方式。
由于钨丝的发热和冷却特性,传统的白炽灯泡基本上都有特有的相关色温 (CCT)。使用调光器时,这种 CCT 在深度调光时呈现橘红色,而在全功率(无调光)时为亮白色,其调光范围在这两种色温之间变化。使用 LED 时,可以使不同类型的彩色 LED 组合发出各种彩色,以提供与白炽灯泡相似的 CCT,任何 CIE 1931 色度图色彩。另外,也可以增加许多功能,例如,这些灯泡光线输出色彩的调光、分组和改变所用的远程/无线控制,而这些只是初级应用而已。
受益于 LED 照明设备的不仅是家居市场。根据 2008 年美国能源部公布的一份报告,如果全部的美国零售商全面改用 LED 系统做为冷藏展示柜的照明,「…结果将节省 25.4 TWh 的电源,这相当于节省 273.8 TBtu 的能源,等于四座大型火力发电厂一年的用煤量,或者两百多万个家庭一年的用电量。改用 LED 照明的趋势已经持续一段时间,许多大型零售公司都逐渐采用 LED 照明,例如,Walmart 在 2009 年 12 月宣布在 650 家店面中以 LED 更换陶瓷金属卤素灯,Target 在 2010 年年底前在 500 多家店面的展示柜改用 LED 照明,预期每年将省电 1600 万 KWh。
位于波多黎各的 SuperMax 正采用 LED 型照明技术,更换所有商店的照明。Nualight 最近公布的白皮书显示,荧光灯照明使冷藏设备等应用的功耗增加约 25% 至 50%,包括展示柜、冷藏柜、冷藏库和饮料自动贩卖机。LED 照明是这些低温展示设备的理想选择,因为 LED 产生的热量相对相当小。
因此,这些只需要耗用相当少的能源,即可提供相同甚至更好的照明,同时对于压缩机不会造成明显的影响,不需要对冷藏设备进行过多的散热处理。另外,在食品冷冻冷藏过程中使用 LED 照明,可消除因为荧光灯泡破损而造成汞污染的潜在危险。LED 色彩可以根据展示的类型进行调整,而 LED 的寿命比冷藏柜更长。2008 年,Naulight 与 Tesco 签约,负责改造该公司在爱尔兰的 115 家商店,此前已经改造该公司在英国的商店,以及美国商店品牌 Freshandeasy。在英国,Sainsbury's 已经在全部英国的 15000 多个店面冷藏展示柜中安装 LED 照明系统。Sainsbury's 表示各个冷藏柜的节能效果达到 75%。
户外和基础架构市场也正从传统照明设备 LPS、HPS 和水银灯,转向 LED 型照明解决方案。LED 拥有许多优点,例如可调旋光性、立即导通(不需预热时间即可达到最大亮度输出)及低维护成本。目前全世界都在进行许多试验,对停车场照明、路灯和交通号志灯进行升级。美国政府刺激经济资金的协助下,一些城市已经在 2009 年安装 LED 路灯,另外有其他几十个城市也在进行规划。至少有 30 个城市已经提出超过 1.04 亿美元的联邦经济刺激资金申请,以协助实施照明升级。
2009 年,欧盟委员会通过一项规定,明订确实逐步淘汰传统的办公、工业和街道照明灯具,这将在 2012 年产生巨大的影响,其中包括:
˙2010 年:逐步淘汰 T8 卤素磷酸盐荧光灯管
˙2012 年:逐步淘汰T12 荧光 (FL) 灯管
˙2012 年:逐步淘汰高压纳氧灯 (HPS) 标准灯(仅 E27/ E40/ PGZ12 受影响)
˙2012 年:逐步淘汰低效率的金属卤素 (MH) 灯(仅 E27/E40/PGZ12 受影响)。
欧洲的目标是到 2020 年将能源耗用减少 20%,欧盟委员会于 2011 年 2 月宣布规划筹集 1 千万欧元实施两到三个主要的大型计划,示范 LED 照明在光线质量、低耗电量、低作业总成本及用户接受度等方面的许多优点。
首先,需要降低驱动器的成本,才能实现一般照明市场 LED 灯泡和灯具的大众消费规模。许多 LED 芯片和电源 IC 供货商,都在研究如何运用新技术或改良技术,逐渐降低 LED 芯片或驱动器 IC 的成本,以更低的价格提供更高的功效(更高的每瓦流明)。
其次,需要开发能够与目前安装的电源基础架构紧密接合的 LED 驱动器。使用可调光 LED 灯泡时都会出现这种问题,LED 灯泡需要与切相 (phase-cut)调光器一同准确运作,例如前端 (TRIAC 型)与后端调光器(晶体管型)、数位调光器和动作传感器。MR16 型 LED 灯泡需要与目前安装使用的磁性电子变压器兼容(调光),同时也需要与功耗低于传统卤素 MR16 灯泡的 LED 灯泡相容。除了维持灯泡本身高效率之外,满足电子变压器最低功耗需求也存在相当大的挑战。
最后,相较于同类型的白炽灯和 CFL 产品,LED 拥有相当高的弹性,但是需要发展 LED 照明智慧控制技术,才能发挥这种技术的最大价值。这涵盖家用或办公用 LED 灯泡的智慧调光,能够根据照射房间的光线多寡进行调光,也能够根据时段 (黎明、黄昏、夜晚) 改变路灯的亮度。此外,LED 能够立即开启,相较于目前使用的体育场馆照明等设备,完全没有加热时间的需求。
TI 致力于为此重要成长市场提供服务。TI 及其竞争对手共同面临的主要挑战为此市场仍处于起步阶段,因此充满许多变化。市场目前存在的一个主要问题是,世界各地的需求各有不同,例如:输入电压、功率因子、电磁干扰 (EMI)、额定值、成本等。这表示,身为电源控制器和转换器 IC 的制造商,很难达到理论规模经济效益,因为此产业短期内不可能实际开发出真正的通用 LED 灯泡。传统的竞争对手以及许多新厂商都一起加入 LED 照明产业,因此竞争变得相当激烈,而这种状况更加速此市场的新型解决方案产品出现。
这种激烈竞争为市场带来的优点是创新与成本降低,这正是推动此新兴市场发展的两个关键因素。在此市场统一之前,能够找出正确的市场区隔,并加以投资的企业将是竞争的胜出者,最终将只有几家大型企业主导此市场。TI 致力于开发 LED 照明量身打造的产品,这些产品拥有高度弹性,而且能够快速因应各种 LED 照明子市场需求的变化。此市场仍然处于早期试验应用阶段,在未来两到三年时间内将出现急遽的增长。TI 目前正在开发的产品以及正在投入的产能,将使得 TI 在这个激烈且不断增长的市场中成为主流厂商,确保 TI 的广大客户在 LED 照明市场的竞争中获得成功。
参考数据
[1] IKEA to phase out incandescent lighting in all US IKEA stores beginning August 1, 2010, IKEA, June 15, 2010.
[2] Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, Navigant Consulting Inc. September 2008.
[3] Walmart plans LED lighting in 650 stores, relumination, November 12, 2010.
[4] Target Lights Up Savings With LED Retrofit at 500 Stores, Environmental and Energy Management News, April 13, 2010.
[5] Redbird LED completing LED tube lighting retrofit for SuperMax Grocery Store in Puerto Rico, LED Retrofit, February 24, 2010.
[6] Lighting the way to greener retail: A research paper on digital lighting, Nualight, 2008.
[7] Tesco UK shares its perspective on LED lighting, Naulight, February 10, 2011.
[8] Sainsbury's and Tesco opt for LED lighting in freezer cases, NACSè/, Insight, Global Convenience Store Focus, April 2009.
[9] More cities tap stimulus package for LED streetlights, USA Today, March 3, 2009.
[10] UE Lighting Ban, HiTEC LED Lighting Specialists.
[11] Energy Efficiency Policy in the European Union, Institute for Building Efficiency.
[12] Europe seeks proposals for pilot projects on solid-state lighting, LEDs Magazine, March 16, 2011