新一代搭载磁性低电压介面的发光二极体(LED)照明方案，由于能适应各式各样的灯架，使用者毋须更改既有装潢设计或加装各种转换配件，即可轻易按照自己的需求进行光源配置，因而日益受到住宅和商业照明市场青睐。
能源效率、设计、品质、性能和价位等的组合配置，决定了发光二极体(LED)最终能够从现有技术手上夺取多少商业和住宅应用市场占有率。
传统白炽灯泡的效率十分低落，只有5～10%电能可转化成可用光，其余的全以热量的方式浪费掉。省电日光灯(CFL)虽然效率较高，但是在性能和使用寿命方面达不到理想要求。传统思维一直认为固态照明(Solid State Lighting)虽然具有节能效果，不过照明的品质可能达不到最佳程度。但是，事实上固态照明自推出至今的技术进展十分惊人，LED如今已成为广泛应用中的可行选择。
ZEBRAlliance实验证实 LED有效降低住宅能源负载
几年前，研究单位、民间公司与政府机构共同证明了固态照明能显着降低能源消耗量，同时可提供卓越的照明品质。当时美国橡树岭国家实验室(ORNL)领导进行的零耗能建筑研究联盟(ZEBRAlliance)计画，结果显示了合适的照明设计和技术可进一步达到节能目的，并展示了LED的照明品质和美感。
美国能源部(DOE)、美国橡树岭国家实验室、Schaad公司(Schaad Companies)、田纳西流域管理局(TVA)联同其他商业夥伴携手合作，组成了ZEBRAlliance，目的是评估包括建筑物外壳、暖通空调系统(HVAC)、照明和家用电器等各种子系统的影响，以辨识出最高效能的应用模式。
ZEBRAlliance在邻近国家实验室的美国田纳西州橡树岭建造了四栋住宅房屋，其中住宅1号与2号的大小和外观一致，而住宅3号和住宅4号也有一致的大小和外观，但在结构和子系统设计上采用不同方式。参与者评估的子系统部分包括照明项目。ZEBRAlliance在住宅4号安装了固态LED照明系统，邻接的住宅3号则使用白炽灯泡，同时对两间住宅的能源利用进行了比较。
住宅4号的LED照明，展示出LED能够强化照明系统设计和提供合宜的照明水准，同时减少能源消耗，其目标是让照明设计发挥功能并展现充满美感的吸引力；住宅3号则系配备传统照明，展示厅采用的省电日光灯和直型萤光灯照明，每平方英尺的总照明为2.1瓦(W)。
住宅4号整体配备的LED光源，使用标准GU24插座，将交流线电压LED产品直接固定在容易卡入固定灯架的组件上；每一个灯具都包含单个由首尔半导体公司制造的交流电LED(AC LED)，提供约150流明的暖色光(3,000K)，功率为4瓦，亮度虽远不及今日超过1,000流明以上的LED光源，但是在恰当的照明设计下，仍然能够取得优异的结果。住宅4号的照明设计方法着重于避免浪费能源和出现眩光，透过计算出不同生活空间中的最佳亮度，利用照明显色和数值计算来视觉化发光的样式，产生出每平方英尺小于0.3瓦的总照明效果。
这些住宅在2010至2012年间无人入住，并以自动化和机器人控制进行入住模拟，以期最大限度减少因为入住习惯造成差异的可能性。在这两年间，住宅中的各项能源利用都进行了测量并取得了数据。住宅3号与住宅4号的样式和大小相同，两间住宅都控制在相同的工作周期，而且这两间住宅拥有相同的有线照明电路，因此可公平比较固态照明和省电日光灯的光源(图1、图2)。
图1 ZEBRAlliance实验中3号住宅省电日光灯与4号住宅LED照明系统年度平均用电量比较
图2 ZEBRAlliance实验中3号住宅省电日光灯与4号住宅LED照明系统年度总用电量比较
这四栋住宅在两年间持续受到监测，收集到的现场数据显示，采用LED照明系统的住宅4号的照明能源负载比配置省电日光灯的住宅3号减少55%，证明了LED可实现节能效果，同时展现出整体照明设计方法在每瓦流明以外的审美价值。
在视觉对比上，配备LED的住宅能以较少眩光提供更多工作照明；在可提升外观和光色的区域数方面，也超过了配备省电日光灯的住宅。根据住宅能源评核系统(Home Energy Rating System)，该ZEBRAlliance住宅被评为等级45，表示跟传统守则建造的家庭住宅相比，可达到55%的节能效果。LED能为整个住宅显着降低用电量，例如在主出入口减少42%，在寝室减少65%，在用餐室减少60%，在客厅减少70%，在厨房减少73%。
磁性低电压介面加速LED照明系统开发
除了节约能源，观察LED如何为灯光设计提升价值也很重要。省电日光灯一直是高效照明的主流方案，但是它们无法实现能源节约，也缺乏定向LED灯的设计灵活性。早期设计人员曾尝试将LED加装到现有的照明灯架和遮光罩上，但在照度和阴影等方面都不如预期。高成本和低品质的早期LED照明产品，让习惯经济型白炽灯泡的消费者更加提不起兴趣，虽然使用寿命长和节能获得了初期使用者的青睐，然而当中许多人最终却感觉受骗，因为这些LED产品价格更高，但照明品质竟然更为拙劣。
尽管起步较慢，但统计数字显示LED市场将会成长，预计在2020年以前能满足半数以上的所有照明。产业的焦点已经从有案可稽的节能技术，转向如何生产出消费者想要的美观、功能更强的LED产品。今日的LED技术不用牺牲能效就能发出品质更优且亮度更高的光线，所能提供的好处不只是替换旧产品的价值而已，适当的技术融合提供了转型的平台，甚至能够创造出全新的独特照明设计。
相较于今日的技术，ZEBRAlliance示范住宅中所采用的LED模组虽是低亮度，但是通过恰当置放也可提供充足照明。现在许多新型LED产品更加模组化、更薄、并可以提供与省电日光灯同等或更好的照明品质及美感。下一世代LED晶片提供的光线品质将会显着地提升，目前LED光源的标准配置已经提高到1,000流明。以配备磁性低电压介面的Transcend照明系列为例，使用者可以毫不费力的在现场配置、调整、升级或更换光源，就像以前更换灯泡一样简单。有了电源轨和电源插座，就不需要其他的电源附件。一体化的光源封装包含光学、热管理及电子元件，能够加快新照明设计产品的上市时间。
Transcend系列的低电压光源不但安全，在整个住宅或商业空间内的任何一处都可更容易安装及进行磁性转移。最新的Transcend产品组合由24伏特(V)直流Class 2的电源供应器供电，提供一系列的流明输出、色温及光束角，它们都使用相同的轨道和电源供应器，以适应各式各样的灯架，除了住宅、零售、酒店和商业应用方面所需的装饰性和嵌入式灯架之外，另外还涵盖了橱柜灯、直线吊灯、筒灯架等。照明系统制造商可从一系列的流明输出、显色指数(CRI)和光束角选项中，搭配出更接近传统60?100瓦白炽灯泡的照明水准。
成本/能效更优 LED照明技术持续精进
将LED技术和独立型的模组设计组合起来，便带来了显着改变使用者和照明互动方式的可能性。连续的电源轨或单电源插座及磁光模组，让使用者可制造各种灯光效果和改变亮度或环境氛围。使用者只要沿着所安装磁轨的顶部或底部置放一个模组，或是插入单磁插座上，就可以瞬间产生照明。只要加入光强度更高的模组或增添更多模组数，便可以增加更多光亮。透过重新定位模组的位置，就能很快设定好工作的分段区域，或创造出戏剧性效果。使用者可藉由大胆、现代化和便捷的方法，自行决定个别商业或住宅空间所适合的亮度级数。
设计的创新、品质、易用性及美观性，仍将是开发LED的严峻挑战。LED是低功率光源，可提供节能与设计灵活性的理想结合；然而，其价格因素须透过进一步整合散热器和电源供应器来解决。随着LED提升品质并降低成本，可实现光学部分最佳化。发热的矽晶片可藉由整合低电压磁轨来进行管理，将LED的热量带走，并传递到灯架表面上散发。
新的LED设计远远超出了传统的灯泡系统，新型LED设计易用、有趣，且具备多变的色彩、亮度和色温。采用磁耦合的LED具备12V或24V直流电压，而非传统的120V交流电压，藉由降低电压以实现最高可携性，而不用再花费高安装成本，也不会对使用者产生电击的危险。低电压照明同时减少了LED灯泡中与电源供应有关的电容烧毁危险。
用于LED照明的12V或24V电源能透过多种方式输送，例如太阳能和风能等技术可以储存并使用再生能源，而不用透过另外的外部电源来进行转换。直流电压电源转换的另一个好处，就是能够同步驱动多台设备。在比较传统的住宅家庭中，电源电压转换成低电压时可提供加强控制的机会，同时由于减少多余的电源，因而可降低个别灯架的单位成本。
用于商业性应用照明供电的长期选项包含乙太网路供电(PoE)。如今许多大楼都已经铺设了PoE，以传送电源和数据到电脑、电话、接取点和安全监控摄影机等，要在上述清单加上低压照明和控制也很容易。标准的CAT5e/CAT6电缆和标准的RJ45接头可提供电压又能进行控制，例如调光、紧急照明和公告、能源收集以及安全控制等。
ZEBRAlliance计画让人们一睹技术和科学如何为暖通空调和照明能源的利用带来剧烈变化。选择适当的技术，并且利用固态LED光源的优势，可以提升住宅和商业大楼的照明设计，且平均可比省电日光灯降低高达55%，比传统白炽灯泡降低80%的能源消耗。根据已完成的计画来评估现在的技术发展状况，预测如今的LED技术可再实现额外的45%节能，同时保留所有照明品质的优势，并且能够利用分配式低电压技术进行更精细的控制，额外实现更多节能和性能。
随着可靠和更节能的固态照明产量逐渐攀升，LED对制造商的吸引力已逐渐增加，并在消费者眼中成为更有价值的产品。产业可以期待技术和设计持续不断地改进。用于电源以及控制低电压LED照明的新颖且更优异的方法，可将重要的智慧功能添加到照明系统上，并且加速顾客在投资上的回馈；透过节能、降低能源成本和消除个别的铜线，可彻底改革照明和大楼接受供电、控制和最佳化的方式。
LED成本将随着LED产品成为主流而降低，并成功迈入省电日光灯未能成功跨入也无法提出解决方案的住宅市场。LED固态照明正在迅速成为高品质、可调光及低能源照明的最佳选择。随着时间的推移，就如同这里所展示的，具有能源效率的LED照明必定会冲击至今为止抗拒改变的住宅照明市场。
(本文作者为Molex SSL高阶产品开发经理)
