Pasaules apgaismojuma tirgū ir notikušas radikālas pārmaiņas, ko veicina arvien pieaugošā gaismas diožu (LED) tehnoloģija. Šī cietvielu apgaismojuma (SSL) revolūcija būtiski mainīja tirgus ekonomiku un nozares dinamiku. SSL tehnoloģija nodrošināja ne tikai dažādus produktivitātes veidus, bet arī pāreja no parastajām tehnoloģijām uz LED apgaismojumu būtiski maina arī to, kā cilvēki domā par apgaismojumu. Parastās apgaismojuma tehnoloģijas galvenokārt tika izstrādātas vizuālo vajadzību apmierināšanai. Ar LED apgaismojumu gaismas bioloģiskās ietekmes pozitīva stimulēšana uz cilvēku veselību un labklājību pievērš arvien lielāku uzmanību. LED tehnoloģiju parādīšanās arī pavēra ceļu apgaismojuma un lietiskā interneta (IoT) konverģencei, kas paver pilnīgi jaunu iespēju pasauli. Sākumā ir bijis liels neskaidrības par LED apgaismojumu. Strauja tirgus izaugsme un milzīga patērētāju interese rada neatliekamu vajadzību novērst šaubas par tehnoloģiju un informēt sabiedrību par tās priekšrocībām un trūkumiem.
Kā darbojas gaismas diodes?
Gaismas diode ir pusvadītāju pakete, kas sastāv no gaismas diodes matricas (mikroshēmas) un citiem komponentiem, kas nodrošina mehānisku atbalstu, elektrisko savienojumu, siltuma vadītspēju, optisko regulēšanu un viļņa garuma pārveidošanu. LED mikroshēma būtībā ir pn savienojuma ierīce, ko veido pretēji leģēti pusvadītāju slāņi. Parasti izmantotais saliktais pusvadītājs ir gallija nitrīds (GaN), kam ir tieša joslas sprauga, kas nodrošina lielāku radiācijas rekombinācijas iespējamību nekā pusvadītāji ar netiešu joslas spraugu. Kad pn pāreja ir nobīdīta virzienā uz priekšu, elektroni no n-tipa pusvadītāju slāņa vadītspējas joslas pārvietojas pāri robežslānim p-savienojumā un rekombinējas ar caurumiem no p-tipa pusvadītāju slāņa valences joslas. diodes aktīvais apgabals. Elektronu caurumu rekombinācija liek elektroniem nonākt zemākas enerģijas stāvoklī un atbrīvo lieko enerģiju fotonu (gaismas pakešu) veidā. Šo efektu sauc par elektroluminiscenci. Fotons var transportēt visu viļņu garumu elektromagnētisko starojumu. No diodes izstarotās gaismas precīzus viļņu garumus nosaka pusvadītāja enerģijas joslas sprauga.
Gaismai, ko rada elektroluminiscence LED mikroshēmā, ir šaurs viļņu garuma sadalījums ar tipisku joslas platumu dažu desmitu nanometru. Šaurjoslas emisijas rezultātā gaismai ir viena krāsa, piemēram, sarkana, zila vai zaļa. Lai nodrošinātu plaša spektra baltās gaismas avotu, LED mikroshēmas spektrālās jaudas sadalījuma (SPD) platums ir jāpaplašina. Elektroluminiscence no LED mikroshēmas tiek daļēji vai pilnībā pārveidota ar fotoluminiscenci fosforos. Lielākā daļa balto gaismas diožu apvieno īsa viļņa garuma starojumu no InGaN zilajām mikroshēmām un atkārtoti izstaroto ilgāka viļņa garuma gaismu no fosfora. Fosfora pulveris ir izkliedēts silīcija, epoksīda matricā vai citās sveķu matricās. Fosforu saturošā matrica ir pārklāta uz LED mikroshēmas. Balto gaismu var iegūt arī, sūknējot sarkano, zaļo un zilo fosforu, izmantojot ultravioleto (UV) vai violeto LED mikroshēmu. Šajā gadījumā iegūtā baltā krāsa var nodrošināt izcilu krāsu atveidi. Taču šī pieeja cieš no zemas efektivitātes, jo lielā viļņa garuma maiņa, kas saistīta ar UV vai violetas gaismas pārveidošanu uz leju, ir saistīta ar lieliem Stoksa enerģijas zudumiem.
LED apgaismojuma priekšrocības
Pirms vairāk nekā gadsimta kvēlspuldžu izgudrojums radīja revolūciju mākslīgajā apgaismojumā. Pašlaik mēs esam liecinieki digitālā apgaismojuma revolūcijai, ko nodrošina SSL. Pusvadītāju apgaismojums nodrošina ne tikai nepieredzētu dizainu, veiktspēju un ekonomiskus ieguvumus, bet arī nodrošina daudz jaunu lietojumu un vērtību piedāvājumu, kas iepriekš tika uzskatīti par nepraktiskiem. Atdeve no šo priekšrocību iegūšanas ievērojami atsvērs salīdzinoši augstās LED sistēmas uzstādīšanas sākotnējās izmaksas, par kurām tirgū joprojām pastāv zināmas vilcināšanās.
1. Energoefektivitāte
Viens no galvenajiem attaisnojumiem pārejai uz LED apgaismojumu ir energoefektivitāte. Pēdējo desmit gadu laikā ar fosforu pārveidotu balto LED pakešu gaismas efektivitāte ir palielinājusies no 85 lm/W līdz vairāk nekā 200 lm/W, kas atbilst elektriskās uz optiskās jaudas pārveidošanas efektivitāti (PCE) vairāk nekā 60 procentu pie standarta darba strāvas. blīvums 35 A/cm2. Neskatoties uz InGaN zilo gaismas diožu, luminoforu (efektivitāte un viļņa garums atbilst cilvēka acs reakcijai) un paketes (optiskā izkliede/absorbcija) efektivitātes uzlabojumiem, ASV Enerģētikas departaments (DOE) saka, ka PC-LED joprojām ir vairāk vietas. Zilā sūkņa gaismas diodēm praktiski jābūt iespējamiem efektivitātes uzlabojumiem un gaismas jaudai aptuveni 255 lm/W. Augsta gaismas efektivitāte neapšaubāmi ir milzīga LED priekšrocība salīdzinājumā ar tradicionālajiem gaismas avotiem — kvēlspuldzēm (līdz 20 lm/W), halogēnām (līdz 22 lm/W), lineārām dienasgaismas (65-104 lm/W), kompaktajām dienasgaismas spuldzēm. (46-87 lm/W), indukcijas fluorescējošs (70-90 lm/W), dzīvsudraba tvaiki (60-60 lm/W), augstspiediena nātrijs (70-140 lm/W) , kvarca metālu halogenīds (64-110 lm/W) un keramikas metālu halogenīds (80-120 lm/W).
2. Optiskās piegādes efektivitāte
Papildus būtiskiem gaismas avota efektivitātes uzlabojumiem spēja sasniegt augstu gaismekļu optisko efektivitāti ar LED apgaismojumu vispārējiem patērētājiem ir mazāk zināma, taču apgaismojuma dizaineri to ļoti vēlas. Gaismas avotu izstarotās gaismas efektīva novadīšana līdz mērķim ir bijusi liela dizaina problēma nozarē. Tradicionālās spuldzes formas lampas izstaro gaismu visos virzienos. Tas izraisa to, ka liela daļa lampas radītās gaismas plūsmas tiek iesprostoti gaismeklī (piemēram, ar atstarotājiem, difuzoriem) vai izplūst no gaismekļa virzienā, kas nav noderīgs paredzētajam lietojumam vai vienkārši aizskar aci. HID gaismekļi, piemēram, metālu halogenīds un augstspiediena nātrijs, parasti ir aptuveni 60–85 procenti efektīvi, novirzot lampas radīto gaismu no gaismekļa. Nereti ir gadījumi, kad padziļināti lejasgaismas lukturi un troferi, kas izmanto fluorescējošus vai halogēnus gaismas avotus, piedzīvo 40-50 procentus optiskos zudumus. LED apgaismojuma virziena raksturs ļauj efektīvi piegādāt gaismu, un gaismas diožu kompaktais formas faktors ļauj efektīvi regulēt gaismas plūsmu, izmantojot kombinētās lēcas. Labi izstrādātas LED apgaismojuma sistēmas var nodrošināt optisko efektivitāti, kas lielāka par 90 procentiem.
3. Apgaismojuma vienmērīgums
Vienmērīgs apgaismojums ir viena no galvenajām prioritātēm iekštelpu un āra zonu/ceļu apgaismojuma dizainā. Viendabīgums ir apgaismojuma attiecību mērs apgabalā. Labam apgaismojumam jānodrošina vienmērīgs lūmenu sadalījums pa darba virsmu vai apgabalu. Ekstrēmas spilgtuma atšķirības, kas rodas nevienmērīga apgaismojuma dēļ, var izraisīt redzes nogurumu, ietekmēt uzdevumu izpildi un pat radīt bažas par drošību, jo acij ir jāpielāgojas virsmām ar atšķirīgu spilgtumu. Pārejas no spilgti apgaismotas zonas uz ļoti atšķirīgu spilgtumu radīs īslaicīgu redzes asuma zudumu, kam ir liela ietekme uz drošību āra lietojumos, kur ir iesaistīta transportlīdzekļu satiksme. Lielās iekštelpu telpās vienmērīgs apgaismojums veicina augstu vizuālo komfortu, ļauj elastīgi veikt uzdevumu atrašanās vietas un novērš nepieciešamību pārvietot gaismekļus. Tas var būt īpaši izdevīgi rūpnieciskos un komerciālos objektos, kur gaismekļu pārvietošana rada ievērojamas izmaksas un neērtības. Gaismekļiem, kas izmanto HID lampas, ir daudz lielāks apgaismojums tieši zem gaismekļa nekā zonām, kas atrodas tālāk no gaismekļa. Tas rada sliktu viendabīgumu (tipiskā max/min attiecība 6:1). Apgaismojuma dizaineriem ir jāpalielina ķermeņu blīvums, lai nodrošinātu, ka apgaismojuma vienmērīgums atbilst minimālajām konstrukcijas prasībām. Turpretim liela gaismas izstarojošā virsma (LES), kas izveidota no maza izmēra LED masīva, rada gaismas sadalījumu ar vienmērīgu attiecību, kas ir mazāka par 3:1 max/min, kas nozīmē labākus vizuālos apstākļus, kā arī ievērojami samazinātu skaitu. instalācijas uzdevuma zonā.
4. Virziena apgaismojums
Virziena izstarojuma modeļa un lielā plūsmas blīvuma dēļ gaismas diodes ir pēc būtības piemērotas virziena apgaismojumam. Virziena gaismeklis koncentrē gaismas avota izstaroto gaismu virzītā starā, kas nepārtraukti virzās no gaismekļa uz mērķa zonu. Šauri fokusēti gaismas stari tiek izmantoti, lai, izmantojot kontrastu, izveidotu svarīguma hierarhiju, lai izvēlētos objektus izceltu no fona un pievienotu objektam interesi un emocionālu pievilcību. Virziena gaismekļi, tostarp prožektori un prožektori, tiek plaši izmantoti akcentu apgaismojuma lietojumos, lai uzlabotu pamanāmību vai izceltu dizaina elementu. Virziena apgaismojums tiek izmantots arī lietojumprogrammās, kur ir nepieciešams intensīvs stars, lai palīdzētu veikt sarežģītus vizuālos uzdevumus vai nodrošinātu liela attāluma apgaismojumu. Produkti, kas kalpo šim mērķim, ietver lukturīšus, prožektorus, sekošanas punktus, transportlīdzekļu braukšanas gaismas, stadionu prožektorus utt. LED gaismeklis spēj nodrošināt pietiekami daudz gaismas jaudas neatkarīgi no tā, vai izveidot ļoti labi definētu "cieto" staru kūli, lai radītu lielu dramatisku efektu. COB gaismas diodes vai izmest garu staru tālumā ar lieljaudas gaismas diodēm.
5. Spektrālā inženierija
LED tehnoloģija piedāvā jaunu iespēju kontrolēt gaismas avota spektrālās jaudas sadalījumu (SPD), kas nozīmē, ka gaismas sastāvu var pielāgot dažādiem lietojumiem. Spektrālā vadāmība ļauj konstruēt apgaismojuma produktu spektru, lai piesaistītu konkrētas cilvēka vizuālās, fizioloģiskās, psiholoģiskās, augu fotoreceptoru vai pat pusvadītāju detektora (ti, HD kameras) reakcijas vai šādu reakciju kombināciju. Augstu spektrālo efektivitāti var sasniegt, maksimāli palielinot vēlamo viļņu garumu un noņemot vai samazinot kaitīgās vai nevajadzīgās spektra daļas konkrētam lietojumam. Baltās gaismas lietojumos LED SPD var optimizēt noteiktajai krāsu precizitātei un korelētajai krāsu temperatūrai (CCT). Ar daudzkanālu, vairāku izstarotāju dizainu LED gaismekļa radītā krāsa var būt aktīvi un precīzi kontrolējama. RGB, RGBA vai RGBW krāsu sajaukšanas sistēmas, kas spēj radīt pilnu gaismas spektru, rada bezgalīgas estētiskās iespējas dizaineriem un arhitektiem. Dinamiskās baltās sistēmas izmanto vairāku CCT gaismas diodes, lai nodrošinātu siltu aptumšošanu, kas atdarina kvēlspuldžu krāsu īpašības, kad tās ir aptumšotas, vai nodrošina regulējamu balto apgaismojumu, kas ļauj neatkarīgi kontrolēt gan krāsu temperatūru, gan gaismas intensitāti. Uz cilvēku vērsts apgaismojums, kas balstīts uz regulējamu balto LED tehnoloģiju, ir viens no virzieniem, kas ir pamatā lielākajai daļai jaunāko apgaismojuma tehnoloģiju attīstības.
6. Ieslēgšanās/izslēgšana
Gaismas diodes iedegas ar pilnu spilgtumu gandrīz uzreiz (no viencipara līdz desmitiem nanosekundēm), un to izslēgšanas laiks ir desmitos nanosekundēs. Turpretim kompakto dienasgaismas spuldžu uzsilšanas laiks jeb laiks, kas nepieciešams, lai spuldze sasniegtu pilnu gaismas jaudu, var ilgt līdz 3 minūtēm. HID lampām ir nepieciešams vairākas minūtes iesildīšanās periods, pirms tiek nodrošināta izmantojama gaisma. Karstā atsākšana rada daudz lielākas bažas nekā sākotnējā iedarbināšana metālu halogenīdu lampām, kas savulaik bija galvenā tehnoloģija, ko izmantoja augsta līmeņa apgaismojumam un lieljaudas prožektoru apgaismojumam industriālajos objektos, stadionos un arēnās. Strāvas padeves pārtraukums objektā ar metālu halogenīdu apgaismojumu var apdraudēt drošību, jo metālu halogenīdu spuldžu karstās iedegšanas process ilgst līdz 20 minūtēm. Tūlītēja palaišana un karstā iedarbināšana nodrošina gaismas diodes unikālā stāvoklī, lai efektīvi veiktu daudzus uzdevumus. Gaismas diožu īsais reakcijas laiks sniedz lielu labumu ne tikai vispārīgiem apgaismojuma lietojumiem, bet arī plašs speciālo lietojumu klāsts. Piemēram, LED gaismas var darboties sinhronizēti ar satiksmes kamerām, lai nodrošinātu neregulāru apgaismojumu kustīga transportlīdzekļa tveršanai. Gaismas diodes ieslēdzas par 140 līdz 200 milisekundēm ātrāk nekā kvēlspuldzes. Reakcijas laika priekšrocība liecina, ka LED bremžu gaismas ir efektīvākas nekā kvēlspuldzes, novēršot sadursmes no aizmugures. Vēl viena gaismas diožu priekšrocība pārslēgšanas darbībā ir pārslēgšanas cikls. Gaismas diožu kalpošanas laiku neietekmē bieža pārslēgšana. Tipiski LED draiveri vispārējā apgaismojuma lietojumos ir paredzēti 50,{12}} pārslēgšanas cikliem, un ir neparasti, ka augstas veiktspējas LED draiveri iztur 100,000, 200,000 vai pat 1 miljonu. pārslēgšanas cikli. Gaismas diodes kalpošanas laiku neietekmē ātra cikliskuma (augstas frekvences pārslēgšana). Šī funkcija padara LED gaismas labi piemērotas dinamiskam apgaismojumam un izmantošanai ar apgaismojuma vadības ierīcēm, piemēram, noslogotības vai dienas gaismas sensoriem. No otras puses, bieža ieslēgšana/izslēgšana var saīsināt kvēlspuldžu, HID un dienasgaismas spuldžu kalpošanas laiku. Šiem gaismas avotiem parasti ir tikai daži tūkstoši pārslēgšanas ciklu visā to nominālajā kalpošanas laikā.
7. Aptumšošanas iespēja
Spēja radīt gaismas atdevi ļoti dinamiskā veidā nodrošina gaismas diodes perfektu aptumšošanas kontroli, savukārt dienasgaismas un HID spuldzes labi nereaģē uz aptumšošanu. Luminiscences spuldžu aptumšošanai ir jāizmanto dārgas, lielas un sarežģītas shēmas, lai uzturētu gāzes ierosmes un sprieguma apstākļus. HID lampu aptumšošana novedīs pie īsāka kalpošanas laika un priekšlaicīgas lampas atteices. Metālu halogenīdu un augstspiediena nātrija spuldzes nevar aptumšot zem 50 procentiem no nominālās jaudas. Tie arī reaģē uz aptumšošanas signāliem ievērojami lēnāk nekā gaismas diodes. LED aptumšošanu var veikt vai nu ar pastāvīgu strāvas samazināšanu (CCR), kas ir labāk pazīstams kā analogā aptumšošana, vai arī izmantojot LED impulsa platuma modulāciju (PWM), AKA digitālo aptumšošanu. Analogā aptumšošana kontrolē piedziņas strāvu, kas plūst cauri gaismas diodēm. Šis ir visplašāk izmantotais aptumšošanas risinājums vispārējam apgaismojumam, lai gan gaismas diodes var nedarboties labi pie ļoti zemām strāvām (zem 10 procentiem). PWM aptumšošana maina impulsa platuma modulācijas darba ciklu, lai radītu vidējo vērtību tā izejā pilnā diapazonā no 100 procentiem līdz 0 procentiem. Gaismas diožu aptumšošanas vadība ļauj pielāgot apgaismojumu cilvēka vajadzībām, palielināt enerģijas ietaupījumu, iespējot krāsu sajaukšanu un CCT regulēšanu un pagarināt LED kalpošanas laiku.
8. Vadāmība
Gaismas diožu digitālais raksturs atvieglo sensoru, procesoru, kontrolleru un tīkla saskarņu nemanāmu integrāciju apgaismojuma sistēmās, lai īstenotu dažādas viedās apgaismojuma stratēģijas, sākot no dinamiskā apgaismojuma un adaptīvā apgaismojuma līdz jebkuram IoT. LED apgaismojuma dinamiskais aspekts svārstās no vienkāršas krāsu maiņas līdz sarežģītiem gaismas šoviem simtiem vai tūkstošiem individuāli vadāmu apgaismojuma mezglu un sarežģītas video satura tulkošanas, lai parādītu LED matricu sistēmās. SSL tehnoloģija ir lielas savienotu apgaismojuma risinājumu ekosistēmas pamatā, kas var izmantot dienasgaismas novākšanu, noslodzes noteikšanu, laika kontroli, iegulto programmējamību un tīklam pievienotas ierīces, lai kontrolētu, automatizētu un optimizētu dažādus apgaismojuma aspektus. Apgaismojuma vadības migrēšana uz IP tīkliem ļauj inteliģentām, sensoru noslogotām apgaismojuma sistēmām sadarboties ar citām ierīcēm IoT tīklos. Tas paver iespējas radīt plašu jaunu pakalpojumu, priekšrocību, funkcionalitātes un ieņēmumu plūsmu klāstu, kas palielina LED apgaismojuma sistēmu vērtību. LED apgaismojuma sistēmu vadību var īstenot, izmantojot dažādus vadu un bezvadu sakaru protokolus, tostarp apgaismojuma vadības protokolus, piemēram, 0-10V, DALI, DMX512 un DMX-RDM, ēku automatizācijas protokolus, piemēram, BACnet, LON, KNX. un EnOcean, un protokoli, kas izvietoti uz arvien populārākās tīkla arhitektūras (piemēram, ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Dizaina elastība
Gaismas diožu mazais izmērs ļauj ķermeņu dizaineriem izveidot gaismas avotus tādās formās un izmēros, kas piemēroti daudziem lietojumiem. Šī fiziskā īpašība dod dizaineriem lielāku brīvību izteikt savu dizaina filozofiju vai veidot zīmola identitāti. Elastība, kas izriet no tiešas gaismas avotu integrācijas, piedāvā iespējas radīt apgaismojuma produktus, kas nodrošina perfektu formas un funkcijas saplūšanu. LED gaismas ķermeņus var izveidot, lai izjauktu robežas starp dizainu un mākslu lietojumiem, kur tiek izmantots dekoratīvs fokusa punkts. Tos var arī izstrādāt, lai atbalstītu augstu arhitektūras integrācijas līmeni un apvienotos jebkurā dizaina kompozīcijā. Cietvielu apgaismojums veicina jaunas dizaina tendences arī citās nozarēs. Unikālās stila iespējas ļauj transportlīdzekļu ražotājiem izstrādāt atšķirīgus priekšējos un aizmugurējos lukturus, kas piešķir automašīnām pievilcīgu izskatu.
10. Izturība
Gaismas diode izstaro gaismu no pusvadītāju bloka, nevis no stikla spuldzes vai caurules, kā tas ir mantotajās kvēlspuldzēs, halogēnās, dienasgaismas spuldzēs un HID spuldzēs, kurās gaismas radīšanai tiek izmantoti pavedieni vai gāzes. Cietvielu ierīces parasti tiek montētas uz metāla serdeņa iespiedshēmas plates (MCPCB), un savienojumu parasti nodrošina lodēti vadi. Bez trausla stikla, bez kustīgām daļām un bez kvēldiega plīsuma, LED apgaismojuma sistēmas ir īpaši izturīgas pret triecieniem, vibrācijām un nodilumu. LED apgaismojuma sistēmu cietvielu izturībai ir acīmredzamas vērtības dažādos lietojumos. Rūpniecības objektos ir vietas, kur gaismas cieš no pārmērīgas vibrācijas, ko rada lielas iekārtas. Gaismekļiem, kas uzstādīti pie brauktuvēm un tuneļiem, ir jāiztur atkārtotas vibrācijas, ko rada smago transportlīdzekļu, kas brauc garām ar lielu ātrumu. Vibrācija veido tipisku darba dienu darba lukturiem, kas uzstādīti uz būvniecības, kalnrūpniecības un lauksaimniecības transportlīdzekļiem, mašīnām un iekārtām. Pārnēsājamie gaismekļi, piemēram, kabatas lukturīši un kempinga laternas, bieži ir pakļauti kritienu ietekmei. Ir arī daudz lietojumu, kur saplīsušas lampas rada apdraudējumu pasažieriem. Visām šīm problēmām ir vajadzīgs izturīgs apgaismojuma risinājums, un tieši to var piedāvāt cietvielu apgaismojums.
11. Produkta kalpošanas laiks
Ilgs kalpošanas laiks ir viena no galvenajām LED apgaismojuma priekšrocībām, taču apgalvojumi par ilgu kalpošanas laiku, pamatojoties tikai uz LED komplekta (gaismas avota) kalpošanas laika metriku, var būt maldinoši. LED paketes, LED lampas vai LED gaismekļa (gaismas ķermeņu) lietderīgās lietošanas laiks bieži tiek minēts kā brīdis, kad gaismas plūsmas jauda ir samazinājusies līdz 70 procentiem no sākotnējās jaudas jeb L70. Parasti gaismas diožu (LED komplektu) kalpošanas laiks L70 ir no 30,000 līdz 100,000 stundām (pie Ta=85 grādiem). Tomēr LM-80 mērījumi, ko izmanto, lai prognozētu LED pakešu L70 kalpošanas laiku, izmantojot TM-21 metodi, tiek veikti, LED paketēm nepārtraukti darbojoties labi kontrolētos darbības apstākļos (piemēram, vidē ar kontrolētu temperatūru). un tiek piegādāts ar pastāvīgu līdzstrāvas piedziņas strāvu). Turpretim LED sistēmas reālās pasaules lietojumos bieži saskaras ar lielāku elektrisko pārspriegumu, augstāku krustojuma temperatūru un skarbākiem vides apstākļiem. LED sistēmām var rasties paātrināta lūmena uzturēšana vai tieša priekšlaicīga kļūme. Parasti LED spuldžu (spuldžu, lampu) kalpošanas laiks L70 ir no 10,000 līdz 25,000 stundām, integrēto LED gaismekļu (piemēram, augstceltņu apgaismojuma, ielu apgaismojuma, lejasgaismas) kalpošanas laiks ir no 30, 000 stundas un 60,000 stundas. Salīdzinot ar tradicionālajiem apgaismojuma produktiem — kvēlspuldze (750-2, 000 stundas), halogēna spuldze (3,000-4, 000 stundas), kompaktā dienasgaismas spuldze (8, 000-10 ,000 stundas) un metālu halogenīdu (7,500-25,000 stundas), LED sistēmas, jo īpaši integrētie gaismekļi, nodrošina ievērojami ilgāku kalpošanas laiku. Tā kā LED gaismām praktiski nav nepieciešama apkope, samazinātas uzturēšanas izmaksas kopā ar lielu enerģijas ietaupījumu, ko rada LED gaismekļu izmantošana to pagarinātajā kalpošanas laikā, nodrošina pamatu lielai ieguldījumu atdevei (ROI).
12. Fotobioloģiskā drošība
Gaismas diodes ir fotobioloģiski droši gaismas avoti. Tie nerada infrasarkano (IR) emisiju un izstaro nenozīmīgu ultravioletās (UV) gaismas daudzumu (mazāk nekā 5 uW/lm). Kvēlspuldzes, dienasgaismas spuldzes un metālu halogenīdu spuldzes pārvērš attiecīgi 73 procentus, 37 procentus un 17 procentus no patērētās enerģijas infrasarkanajā enerģijā. Tie izstaro arī elektromagnētiskā spektra UV apgabalā — kvēlspuldzes (70-80 uW/lm), kompaktās dienasgaismas (30-100 uW/lm) un metālu halogenīdu (160-700 uW/lm). . Pie pietiekami augstas intensitātes gaismas avoti, kas izstaro UV vai IR gaismu, var radīt fotobioloģisku apdraudējumu ādai un acīm. UV starojuma iedarbība var izraisīt kataraktu (parasti caurspīdīgas lēcas apduļķošanos) vai fotokeratītu (radzenes iekaisumu). Īslaicīga augsta līmeņa IR starojuma iedarbība var izraisīt acs tīklenes termiskus bojājumus. Ilgstoša lielu infrasarkanā starojuma devu iedarbība var izraisīt stikla pūtēja kataraktu. Termiskais diskomforts, ko izraisa kvēlspuldžu apgaismojuma sistēma, jau sen ir kaitinājums veselības aprūpes nozarē, jo parastās ķirurģiskās darba gaismas un zobārstniecības operatoru gaismas izmanto kvēlspuldzes gaismas avotus, lai radītu gaismu ar augstu krāsu precizitāti. Šo gaismekļu radītais augstas intensitātes stars nodrošina lielu siltumenerģijas daudzumu, kas pacientiem var radīt ļoti neērtības.
Neizbēgami, diskusija par fotobioloģisko drošību bieži koncentrējas uz zilās gaismas apdraudējumu, kas attiecas uz tīklenes fotoķīmiskiem bojājumiem, kas rodas starojuma iedarbības rezultātā viļņu garumā, galvenokārt no 400 nm līdz 500 nm. Izplatīts nepareizs uzskats ir tāds, ka gaismas diodes, visticamāk, var izraisīt zilās gaismas bīstamību, jo lielākajā daļā ar fosforu pārveidoto balto gaismas diožu tiek izmantots zils LED sūknis. DOE un IES ir skaidri norādījuši, ka LED produkti neatšķiras no citiem gaismas avotiem, kuriem ir tāda pati krāsu temperatūra attiecībā uz zilās gaismas bīstamību. Fosfora pārveidotās gaismas diodes nerada šādu risku pat saskaņā ar stingriem vērtēšanas kritērijiem.
13. Radiācijas efekts
Gaismas diodes rada starojuma enerģiju tikai redzamajā elektromagnētiskā spektra daļā no aptuveni 400 nm līdz 700 nm. Šis spektrālais raksturlielums nodrošina LED gaismām vērtīgas priekšrocības salīdzinājumā ar gaismas avotiem, kas rada starojuma enerģiju ārpus redzamās gaismas spektra. Tradicionālo gaismas avotu radītais UV un IR starojums ne tikai rada fotobioloģisku apdraudējumu, bet arī noved pie materiāla degradācijas. UV starojums ir ārkārtīgi kaitīgs organiskajiem materiāliem, jo starojuma fotonu enerģija UV spektra joslā ir pietiekami augsta, lai radītu tiešus saites sadalīšanas un fotooksidācijas ceļus. Rezultātā radušies hromofora traucējumi vai iznīcināšana var izraisīt materiāla pasliktināšanos un krāsas maiņu. Muzeju lietojumprogrammām ir jāfiltrē visi gaismas avoti, kas rada UV, kas pārsniedz 75 uW/lm, lai samazinātu mākslas darbu neatgriezeniskus bojājumus. IR neizraisa tāda paša veida fotoķīmiskus bojājumus, ko izraisa UV starojums, bet tomēr var veicināt bojājumus. Objekta virsmas temperatūras paaugstināšana var izraisīt paātrinātas ķīmiskās aktivitātes un fiziskas izmaiņas. Augstas intensitātes IR starojums var izraisīt virsmas sacietēšanu, gleznu krāsas maiņu un plaisāšanu, kosmētikas līdzekļu bojāšanos, dārzeņu un augļu izžūšanu, šokolādes un konditorejas izstrādājumu kušanu utt.
14. Ugunsdrošība un sprādzienbīstamība
Ugunsgrēka un ekspozīcijas bīstamība nav LED apgaismojuma sistēmu īpašība, jo LED pārvērš elektroenerģiju elektromagnētiskajā starojumā, izmantojot elektroluminiscenci pusvadītāju paketē. Tas ir pretstatā mantotajām tehnoloģijām, kas rada gaismu, karsējot volframa pavedienus vai ierosinot gāzveida vidi. Kļūme vai nepareiza darbība var izraisīt ugunsgrēku vai sprādzienu. Metālu halogenīdu lampas ir īpaši pakļautas sprādziena riskam, jo kvarca loka caurule darbojas augstā spiedienā (520 līdz 3100 kPa) un ļoti augstā temperatūrā (900 līdz 1100 grādi). Nepasīvās loka caurules atteices, ko izraisa spuldzes kalpošanas laika beigu apstākļi, balasta atteices vai nepareizas lampas un balasta kombinācijas izmantošana, var izraisīt metālu halogenīdu spuldzes ārējās spuldzes lūzumu. Karstie kvarca fragmenti var aizdedzināt uzliesmojošus materiālus, degošus putekļus vai sprādzienbīstamas gāzes/tvaikus.
15. Redzamās gaismas komunikācija (VLC)
Gaismas diodes var ieslēgt un izslēgt ar frekvenci, kas ir ātrāka nekā cilvēka acs spēj noteikt. Šī neredzamā ieslēgšanas/izslēgšanas iespēja paver jaunu apgaismojuma produktu pielietojumu. LiFi (Light Fidelity) tehnoloģijai bezvadu sakaru nozarē ir pievērsta liela uzmanība. Tas izmanto gaismas diožu "ON" un "OFF" secības, lai pārsūtītu datus. Salīdzinot pašreizējās bezvadu sakaru tehnoloģijas, kas izmanto radioviļņus (piemēram, Wi-Fi, IrDA un Bluetooth), LiFi sola tūkstoš reižu plašāku joslas platumu un ievērojami lielāku pārraides ātrumu. LiFi tiek uzskatīts par pievilcīgu IoT lietojumprogrammu apgaismojuma visuresamības dēļ. Katru LED gaismu var izmantot kā optisko piekļuves punktu bezvadu datu saziņai, ja vien tā draiveris spēj pārveidot straumējamo saturu ciparu signālos.
16. Līdzstrāvas apgaismojums
Gaismas diodes ir zemsprieguma, ar strāvu darbināmas ierīces. Šis raksturs ļauj LED apgaismojumam izmantot zemsprieguma līdzstrāvas (DC) sadales tīklu priekšrocības. Palielinās interese par līdzstrāvas mikrotīkla sistēmām, kas var darboties neatkarīgi vai kopā ar standarta komunālo tīklu. Šie maza mēroga elektrotīkli nodrošina uzlabotas saskarnes ar atjaunojamās enerģijas ģeneratoriem (saules, vēja, kurināmā elementu utt.). Lokāli pieejamā līdzstrāvas jauda novērš nepieciešamību pēc aprīkojuma līmeņa maiņstrāvas-līdzstrāvas jaudas pārveidošanas, kas ir saistīta ar ievērojamu enerģijas zudumu un ir izplatīta kļūmes vieta maiņstrāvas LED sistēmās. Augstas efektivitātes LED apgaismojums savukārt uzlabo uzlādējamo bateriju vai enerģijas uzglabāšanas sistēmu autonomiju. Tā kā uz IP balstīta tīkla saziņa iegūst impulsu, Power over Ethernet (PoE) parādījās kā mazjaudas mikrotīkla iespēja nodrošināt zemsprieguma līdzstrāvu pa to pašu kabeli, kas nodrošina Ethernet datus. LED apgaismojumam ir skaidras priekšrocības, lai izmantotu PoE instalācijas priekšrocības.
17. Darbība ar aukstu temperatūru
LED apgaismojums ir lieliski piemērots aukstā temperatūras vidē. Gaismas diode pārveido elektrisko jaudu optiskā jaudā, izmantojot injekcijas elektroluminiscenci, kas tiek aktivizēta, kad pusvadītāju diode ir elektriski nobīdīta. Šis palaišanas process nav atkarīgs no temperatūras. Zema apkārtējās vides temperatūra atvieglo gaismas diožu radītā siltuma izkliedi un tādējādi atbrīvo tos no termiskās krituma (optiskās jaudas samazināšana paaugstinātā temperatūrā). Turpretim luminiscences spuldzēm darbība aukstā temperatūrā ir liels izaicinājums. Lai iedarbinātu dienasgaismas spuldzi aukstā vidē, elektriskā loka palaišanai ir nepieciešams augsts spriegums. Luminiscences spuldzes arī zaudē ievērojamu daļu no nominālās gaismas jaudas, ja temperatūra ir zemāka par sasalšanu, savukārt LED gaismas vislabāk darbojas aukstā vidē — pat līdz -50 grādiem. Tāpēc LED gaismas ir ideāli piemērotas lietošanai saldētavās, ledusskapjos, saldētavās un āra apstākļos.
18. Ietekme uz vidi
LED gaismas rada ievērojami mazāku ietekmi uz vidi nekā tradicionālie apgaismojuma avoti. Zems enerģijas patēriņš nozīmē zemas oglekļa emisijas. Gaismas diodes nesatur dzīvsudrabu un tādējādi rada mazāk vides sarežģījumus ekspluatācijas laika beigās. Salīdzinājumam, dzīvsudrabu saturošu dienasgaismas spuldžu un HID spuldžu likvidēšana ietver stingru atkritumu apglabāšanas protokolu izmantošanu.
LED apgaismojuma trūkumi un izaicinājumi
Neesiet sajūsmā par LED apgaismojuma sniegtajām priekšrocībām. Lai gan šī tehnoloģija noteikti ir ievērojams sasniegums elektriskā apgaismojuma vēsturē, tā rada savas problēmas. Apgaismojuma nozare saskaras ar tāda mēroga izaicinājumu, ar kādu tai vēl nekad nav nācies saskarties. Cietvielu apgaismojums mainīja dizaina un inženierijas filozofiju. Apgaismojuma sistēmas vairs nav mēms apgaismojums, tās ir attīstījušās par spēka elektroniku. Citiem vārdiem sakot, apgaismojuma sistēmu projektēšana ir nepieredzēti sarežģīta. Gaismas diodes ir pašsasilstoši, strāvu jutīgi un gaismas intensīvi pusvadītāju gaismas avoti. Tas rada vislielākās bažas par LED apgaismojumu — LED sistēmas veiktspēja un uzticamība lielā mērā ir atkarīga no daudzdimensionāla darba. LED paketes metrika ir tikai viens no LED apgaismojuma sistēmas holistiskā dizaina un sistēmu inženierijas aspektiem. Iestājas daudzi citi savstarpēji atkarīgi faktori, tostarp siltuma vadība, piedziņas strāvas regulēšana un optiskā vadība.
Atzveltnes krēslu eksperti bieži sastāda garu LED apgaismojuma trūkumu sarakstu. Un, lai stāsts būtu sensacionāls, viņi nekad neaizmirsīs pieminēt, ka LED apgaismojums var izraisīt zilās gaismas bīstamību. Baltā gaisma būtībā ir dažādu krāsu joslu viļņu garumu maisījums. Visiem baltajiem ar vienādu krāsu izskatu neatkarīgi no gaismas avotiem, no kuriem gaisma tiek izstarota, redzamajā spektrā ir aptuveni vienāda zilo viļņu garuma proporcija. Baltās gaismas krāsu izskatu var raksturot kā korelētu krāsu temperatūru (CCT). Gaismas avota zilais saturs parasti atbilst tā CCT. Jo augstāks ir CCT, jo augstāks ir zilo viļņu garumu īpatsvars. Tādos pašos spilgtuma un apgaismojuma apstākļos zilais starojums no 3000 K LED izstrādājuma ir tikpat zems kā no 3000 K kvēlspuldzes, un zilais starojums no 6000 K LED izstrādājuma ir tikpat augsts kā no 6000 K luminiscences spuldzes. Tāpat kā ar citiem gaismas avotiem, zilās gaismas bīstamība reti ir saistīta ar baltām gaismas diodēm. Spēja izveidot baltās gaismas spektrālo sastāvu ir milzīga LED tehnoloģijas priekšrocība. Ar LED apgaismojumu var izveidot jebkuru gaismas spektrālo sastāvu, kas pozitīvi ietekmē cilvēka veselību un labklājību. Uz cilvēku orientēts apgaismojums, galvenā tehnoloģiju tendence, kas veicina apgaismojuma nozares izaugsmi, izmanto LED sistēmu CCT regulēšanas spēju, lai pielāgotu zilā starojuma daudzumu veselīgam baltās gaismas spektram.
Patiesībā LED apgaismojumam ir tikai daži būtiski trūkumi.
Vispazīstamākais LED apgaismojuma trūkums ir tas, ka gaismas diodes rada blakusproduktu - siltumu. Gaismas diodes sauc par pārdošanas sildīšanas ierīcēm, jo tās rada siltumu ierīces komplektā, nevis izstaro siltumu infrasarkanās enerģijas veidā. Apmēram puse no gaismas diodei padotās elektriskās enerģijas tiek pārvērsta siltumā, kas jāvada un jākonvecē pa fizisku siltuma ceļu. Nespēja uzturēt ierīces savienojuma temperatūru zem noteiktās robežas, var paātrināt atteices mehānismu kinētiku, piemēram, atomu defektu rašanos un augšanu diodes aktīvajā apgabalā, iekapsulanta karbonizāciju un dzeltēšanu, kā arī plastmasas iepakojuma korpusa krāsas maiņu. Pārsniedzot maksimālo nominālo savienojuma temperatūru, LED kalpošanas laiks tiks samazināts par 30 procentiem līdz 50 procentiem par katru 10 °C savienojuma temperatūras paaugstināšanos.
Nezināmākais un arī lielākais LED apgaismojuma trūkums ir tas, ka gaismas diodes ir smalka spēka elektronika. Viņi ir ārkārtīgi izvēlīgi attiecībā uz ēdienu — piedziņas strāvu. Gaismas diodēm to augstā jutība pret strāvu ir abpusgriezīgs zobens. Tas nodrošina apgaismojuma sistēmu izcilu vadāmību, bet arī padara piedziņas strāvas regulēšanu ārkārtīgi sarežģītu. Ļoti nelielas piedziņas strāvas izmaiņas izraisīs gaismas jaudas svārstības. Gaismas diodes ir ar līdzstrāvu darbināmas ierīces, tomēr tās bieži ir jābaro ar maiņstrāvas avotu. Maiņstrāvas viļņu formas nepilnīga nomākšana pēc labošanas var izraisīt atlikušo pulsāciju (atlikušo periodisko variāciju) strāvas izvadē no draivera uz gaismas diodēm. Šī pulsācija izraisa gaismas diožu mirgošanu divreiz biežāk nekā ienākošā līnijas spriegums, ti, 100 Hz vai 120 Hz. Gaismas diožu elektriskā un termiskā savstarpējā atkarība arī sarežģī slodzes regulēšanu. Paaugstinoties savienojuma temperatūrai, samazinās tiešais spriegums, kā arī tiek samazināta gaismas diodei piegādātā elektriskā jauda. No otras puses, jo lielāka ir piedziņas strāva, jo lielāks ir atkritumu siltums, kas rodas pusvadītāja matricā. Gaismas diodes pārsniegšana var izraisīt priekšlaicīgu gaismas diodes atteici termiskās noplūdes dēļ. Tomēr visbīstamākos draudus gaismas diodēm rada elektriskās pārslodzes (EOS). EOS rodas, ja piedziņas strāva vai spriegums pārsniedz komponenta maksimālās nominālās vērtības. Ir daudzi iespējamie elektrisko pārspriegumu avoti, tostarp elektrostatiskā izlāde (ESD), ieslēgšanas strāva vai cita veida pārejoši jaudas pārspriegumi. Tāpēc gaismas diožu neaizsargātība pret dažāda veida elektriskiem spriegumiem rada nepieciešamību stingri regulēt piedziņas strāvu.
Trešais trūkums ir tas, ka gaismas diodēm ir augsts plūsmas blīvums. Koncentrētie virziena gaismas avoti var radīt atspīdumu. Liels spilgtums redzes laukā traucē redzi (invaliditātes atspīdums) vai rada kairinājuma vai sāpju sajūtu (diskomforta atspīdums). Gaismas konstrukcijā var iekļaut papildu optiku, lai mazinātu atspīdumu, taču tās bieži rada lielus optiskos zudumus.
Pēdējais, bet ne mazāk svarīgais ir tas, ka sistēmas dizaina sarežģītība rada augstākas LED produktu pirmās izmaksas, salīdzinot ar mantotajiem apgaismojuma produktiem. Tas padara izmaksu optimizāciju par svarīgu gaismekļu projektēšanas procesa sastāvdaļu. Ja izmaksu spiediens pārsniedz produktu veiktspēju un uzticamību, radīsies virkne problēmu.
