光伏照明的最佳光源——小功率陶瓷金卤灯 [论文] - 资料频道

光伏照明的最佳光源——小功率陶瓷金卤灯[4]

2008-4-17　　来源：中国照明网　　作者：杨正名张明高光义柴国生　　有24537人阅读

　　在人们耗费了巨大能源生产的巨大电能中有约14%用于照明，这是一项巨大的能耗，为此排放的CO2、SO2的量也是非常惊人的。当前使用的照明光源中仍存在大量最低能效的白炽灯和卤钨灯，如果将此类光源用节能光源替代，则照明用电可以减少2/3，这样我国现在消费的总电量可以减少9%，而CO2和SO2的排放量亦将相应降低。

表　I

点灯状态	冷端温度（℃）	电弧管压降（V）	灯功率（W）	光通量（lm）	光效（lm/w）	色温（Tc）	显色指数（Ra）
竖直	793	54.3	38	2731	71.9	4996	47.9
水平	835	54.3	38	2807	73.9	4830	50.6

　　
　　上表数据表明在两种不同的点燃状态下，同一电弧管的灯压降与功率完全相同，但光效、色温和显色性则有一定差异。这是由于前者主要是由汞气压力决定，两种点燃条件下，汞均已全部蒸发，所以灯压降和灯功率没有差别。但二者冷端温度的不同使得充入电弧管的各类金属卤化物蒸发情况不同，蒸汽成份和密度不同，因而光效、色温、显色指数均产生了明显差异。在点燃裸电弧管的情况下冷端温度较高的水平点燃较竖直点燃为好。

　　将上述同一电弧管封入外石英罩壳（滤除紫外光石英玻壳）并将外罩壳抽空密封（Fig.1），从而消除了电弧管外上升气流的冷却作用、四周气体的传导热损失降到最低，这时的外壳温度场照片示如Fig7，Fig7a为垂直点燃时的温度场，而b、c则为水平点燃时的温度场，其中图c为俯视图。由Fig5 a、b、c所示数据的对比可见竖直或水平点燃时其外壳温度分布差异比电弧管要小也均匀得多，它的最高温度不过250℃（Fig7 c）或230℃(Fig7 a)这个温度与周围空气温差甚小，没有强烈上升气流的冷却作用。粗略估算可知在真空密封情况下，电弧管壳外壁温度比裸露在大气中时应升高100℃~150℃，所以此时电弧管内壁温度应在1200~1250℃之间，这一温度是石英管难以长期承受的，而在这样的温度下各种金属卤化物得以充分蒸发，所以其性能比石英电灯为好。陶瓷金卤灯电弧管加封外罩壳以后的光电参数的测试结果表明在表Ⅱ中。

　　表II所示数据表明外罩壳使电弧管冷端温度上升、更多金属卤化物蒸发，管内气压上升，所以与裸电弧管相比，其灯电压显著提高，同时光效、显色指数等参数均大幅度改进、充分显示出了陶瓷金卤灯的优越性能。表Ⅱ数据还表明成品陶瓷金卤灯竖直点燃和水平点燃时性能差别不大，这是由于外罩壳使电弧管温度特别是冷端温度大幅度提升的结果，两种情况下灯的冷端温度均足以保证金属卤化物充分蒸发，使电弧管中的状态达到了设计要求。但表II数据表明水平点燃时灯压降还是提高了5V，光效和色温略为降低，但显色指数稍稍上升。这是由于与竖直点燃相比水平点燃时电弧管中的冷端温度稍高，金属卤化物蒸发更为充分，蒸汽压力相应升高所至。

表　Ⅱ

点灯状态	电弧压降（V）	灯功率（W）	光通量（lm）	光效（lm/W）	色温 Tc	显色指数Ra
竖直	81.5	39.9	4117.94	103.2	3118	85.4
水平	86.6	39.8	4044.1	101.9	2917	85.7

　　Ⅳ 小功率陶瓷金卤灯是当前光伏照明的最佳灯选

　　实际测试表明目前陶瓷金卤灯的光效仅次于高压钠灯，但是陶瓷灯的显色指数则远高高压钠灯，通常都在85以上并且很容易做到90甚至95。陶瓷金卤灯的寿命很长，即使最难做的20W、39W等超小功率灯种其寿命也能达到8000小时或以上。陶瓷金卤灯虽然是一种超新型的高性能光源，但却有十分传统的结构，其巨大光能集中在很小的中心发光体中，因此很容易与各种现有的成熟高效灯具匹配，产生非常好的照明效果。利用完全成熟的技术可以为这种高性能点状光源很方便地设计出具有理想配光曲线的灯具取得最佳照明效果，例如用一支39W的小功率陶瓷金卤灯配置在现有的150W的高压钠灯路灯灯具中，安装在不同高度时的照明效果示如下表：

表Ⅲ 陶瓷金卤灯与石英金卤灯照度对比测试数据

灯高度(m)	6			10.4			14.5
距中心点距离(m)	0	4	8	0	4	8	0	4	8
35W石英金卤灯(4000K)	50lx	11lx	1.9lx	15lx	9.2lx	5.8lx	6lx	3.4lx	2.9lx
39W陶瓷金卤灯(3000K)	81lx	26lx	9lx	30lx	18lx	9.6lx	15lx	12 lx	6lx

　　上表测试结果表明这对小区的道路照明是十分理想的。表Ⅱ数据还表明有外壳时点燃位置对灯参数影响不大，通常产品说明书大都标明要求竖直燃点，但是我们的数据表明水平点燃略好一些。考虑到电弧管内部情况水平点燃对灯本身更为有利。

　　目前陶瓷金卤灯的制造成本相对较高，但是由于灯的高效、节能和长寿命而使较高的价格得到了充分补偿。光伏照明中的最大制约条件是电能，在这样的条件下，最节能、寿命最长的陶瓷金卤灯自然成为最佳灯选。

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