Ισχυρές λυχνίες LED στο φωτισμό: χαρακτηριστικά συσκευής και εφαρμογών

Δεδομένου ότι η ανάπτυξη της πρώτης πρακτικά εφαρμόσιμης LED από τον καθηγητή Nick Holonyak του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις το 1962, πέρασε περισσότερο από μισό αιώνα, η επαναστατική εφεύρεση μέχρι σήμερα υποβαθμίζεται προοδευτικά, γίνεται όλο και πιο τέλεια και όλο και πιο τεχνολογική και χρήσιμη.

Η ηλεκτροφωταύγεια μιας μετάπτωσης ημιαγωγού, με τον ανασυνδυασμό των ηλεκτρονίων και των οπών, είναι τώρα η βάση για υπερεπιστημονικές πηγές φωτός. Τα LED, που συχνά ονομάζονται LED (βραχυπρόθεσμα για τη δίοδο εκπομπής φωτός στο Αγγλικό), οι λαμπτήρες αποκτούν σταδιακά σταθερή θέση στην αγορά σύγχρονων τεχνολογιών φωτισμού εξοικονόμησης ενέργειας τόσο για οικιακές ανάγκες όσο και για επιχειρήσεις και ακόμη και για συστήματα φωτισμού δρόμου.

Οι λαμπτήρες LED υπερβαίνουν την ασφάλεια συμπαγείς σωλήνες φθορισμού, που περιέχουν υδράργυρο και λαμπτήρες πυρακτώσεως και τώρα γίνονται τελείως ένα λείψανο του μακρινού παρελθόντος.

Ο κύριος λόγος ότι οι λαμπτήρες πυρακτώσεως αντικαθίστανται από πηγές φωτός LED είναι επειδή ο λαμπτήρας πυρακτώσεως εκπέμπει σε πολύ ευρύ φάσμα, ένα σημαντικό μέρος του οποίου απλά δεν λειτουργεί για φωτισμό. Μόνο το 5% της συνολικής ισχύος που καταναλώνεται από μια λάμπα πυρακτώσεως πηγαίνει στο φωτισμό και τα υπόλοιπα πηγαίνουν στη θέρμανση.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα πολύ ισχυρά LED και οι συστοιχίες LED (μονολιθικά συγκροτήματα) παρουσιάστηκαν πρόσφατα τόσο ευρέως στην αγορά για να αντικαταστήσουν τα βιομηχανικά φωτιστικά. Μια λυχνία LED εκπέμπει σε μια μάλλον στενή περιοχή του φάσματος, για παράδειγμα, ένα πορτοκαλί LED έχει ένα μήκος κύματος στην περιοχή από 590 nm έως 610 nm.

Τα πλεονεκτήματα των πηγών φωτός LED περιλαμβάνουν:

• υψηλή απόδοση φωτός συγκρίσιμη με λαμπτήρες νατρίου (τιμή 160 lumens ανά watt),

• αντοχή και αντοχή σε κραδασμούς, μεγάλη διάρκεια ζωής (έως 100000 ώρες),

• ευρύ φάσμα για την επιλογή της θερμοκρασίας φωτός (από ζεστό 2700 K έως κρύο 6500 K),

• φασματική καθαρότητα που παρέχεται από την ίδια την συσκευή.

Λόγω της χαμηλής αδράνειας, τα φώτα ανάβουν αμέσως σε πλήρη φωτεινότητα, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και η ενεργοποίηση / απενεργοποίηση δεν επηρεάζει σημαντικά τη διάρκεια ζωής των LED. Η γωνία ακτινοβολίας μπορεί να είναι από 15 έως 180 μοίρες.

Η χρήση τέτοιων προϊόντων είναι απολύτως ασφαλής για τους ανθρώπους λόγω της χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, της χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργίας και, φυσικά, της περιβαλλοντικής φιλίας που παρέχεται από την απουσία υδραργύρου και φωσφόρου, καθώς και από το υπεριώδες τμήμα της ακτινοβολίας στο φάσμα. Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι οι υψηλές θερμοκρασίες είναι επιβλαβείς για οποιοδήποτε ημιαγωγό, οπότε δεν πρέπει να επιτρέπετε τη θέρμανση πάνω από 60-70 βαθμούς Κελσίου.

Οι ισχυρές συστοιχίες LED είναι συγκροτήματα διαφόρων κρυστάλλων σε ένα τετράγωνο. Οι κρύσταλλοι ακτινοβολίας που είναι επικαλυμμένοι με φωσφόρο συνδέονται σε σειρά παράλληλα για να βελτιστοποιούν την κατανάλωση ρεύματος.

Η επίπεδη επιφάνεια του μπλοκ είναι μια διαφανής πλαστική επίστρωση, η οποία σας επιτρέπει να εγκαταστήσετε πρόσθετα οπτικά για να δημιουργήσετε το απαραίτητο μοτίβο σκέδασης φωτός. Οι μήτρες παρέχονται με ένα μάλλον χοντρό υπόστρωμα από χαλκό ή αλουμίνιο με οπές στερέωσης για τη συναρμολόγηση της μονάδας σε μια ψύκτρα θερμότητας.

Η λεία επιφάνεια του υποστρώματος εξασφαλίζει την αξιόπιστη επαφή της μονάδας με την ψύκτρα. Η τοποθέτηση πρέπει να γίνεται προσεκτικά, ώστε να μην παραμορφώνεται ή να καταστρέφεται το περίβλημα. Η θερμικά αγώγιμη πάστα πρέπει να εφαρμόζεται σε ολόκληρη την επιφάνεια του υποστρώματος.

Η διατομή των καλωδίων σύνδεσης δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 0,5 τετραγωνικά χιλιοστά και η περιοχή απόσυρσης θερμότητας ανά ρεύμα θα πρέπει να είναι περίπου 20-30 τετραγωνικά εκατοστά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος αντικειμένων 25-35 βαθμών Κελσίου. Τέτοιες μήτρες είναι διαθέσιμες σε διαφορετικές ονομαστικές δυνάμεις, μέχρι 300 watt ή περισσότερο. Βασικά δεν υπάρχουν περιορισμοί στο μέγεθος των πινάκων.

Η μέση τιμή της τάσης λειτουργίας για έναν κρύσταλλο είναι περίπου 3,4 βολτ και η ένταση ρεύματος είναι περίπου 350 milliamps. Αυτές οι τιμές μπορεί να διαφέρουν ελαφρώς, αλλά δεν πρέπει να υπερβείτε την τάση που επιτρέπεται για ένα συγκεκριμένο συγκρότημα, καθώς τα LED έχουν ένα απότομα αυξανόμενο χαρακτηριστικό τάσης ρεύματος και θα καούν γρήγορα εάν το ρεύμα υπερβεί την κρίσιμη τιμή για τον κρύσταλλο.

Η χρήση ενός καλοριφέρ με περιθώριο στην περιοχή είναι η καλύτερη ασφάλιση για τη μακρά, αξιόπιστη και χωρίς προβλήματα λειτουργία του πίνακα LED. Εάν περιορίσετε το ρεύμα μέσω του κρυστάλλου στα 320 milliamps, η φωτεινή ροή θα μειωθεί κατά 3-5%, αλλά ταυτόχρονα η διάρκεια ζωής των κρυστάλλων LED θα αυξηθεί κατά τάξη μεγέθους και οι συνθήκες τροφοδοσίας θα είναι ιδανικές.

Η πηγή ισχύος για τις λυχνίες LED μπορεί να είναι οποιαδήποτε πηγή με σταθεροποίηση του ρεύματος φορτίου και εάν δεν υπάρχει σταθεροποίηση της τρέχουσας κατάστασης, τότε πρέπει να υπάρχει σημαντικό περιθώριο για την υπέρβαση του μέγιστου επιτρεπτού ρεύματος. Η αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας κατά 1 βολτ μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της ισχύος του ρεύματος κατά ένα συντελεστή δύο έως τριών και το αποτέλεσμα θα είναι η υποβάθμιση του κρυστάλλου (ο κρύσταλλος θα καταστραφεί - η ροή φωτός θα μειωθεί) ή το σκούρο φωσφόρο.

Όταν σχεδιάζετε συνδυασμούς ομάδων LED σε παράλληλες σειρές, κατά προτίμηση μια σειρά σύνδεσης για να αποφύγετε υψηλά ρεύματα λειτουργίας.

Εάν η θερμοκρασία λειτουργίας του κρυστάλλου για μεγάλο χρονικό διάστημα υπερβεί τη βέλτιστη τιμή, ο φωσφόρος θα σκουραίνει και θα χάσει τη λειτουργία του υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Η σκουρότητα και η καταστροφή του φωσφόρου μπορεί να προκαλέσει άμεση ηλιακή ακτινοβολία, αν συνεχίσει να επηρεάζει την επιφάνεια του LED.

Είναι επιθυμητό να συμπεριληφθεί ένα θερμικό ρελέ στη σχεδίαση της τροφοδοσίας, τοποθετώντας τον αισθητήρα του στο ψυγείο της λάμπας.

Εάν σχεδιάζετε να χρησιμοποιήσετε μια λυχνία LED το χειμώνα στο δρόμο, πρέπει να λάβετε υπόψη ότι οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές στην παροχή ρεύματος έχουν περιορισμό στη χρήση σε χαμηλές θερμοκρασίες, επομένως η καλύτερη λύση θα ήταν να τοποθετήσετε την παροχή ρεύματος στο δωμάτιο.

Όταν χρησιμοποιείτε μήτρες LED στο δρόμο σε χαμηλές θερμοκρασίες, πρέπει να θυμόμαστε ότι η απόδοση θα αυξηθεί σημαντικά και η απόδοση φωτός θα αυξηθεί κατά 10-20% της ονομαστικής. Και μετά από 500-1000 ώρες λειτουργίας, η έξοδος φωτός σε κάθε περίπτωση θα είναι 5-10 τοις εκατό περισσότερο, αυτό το χαρακτηριστικό των κρυστάλλων ονομάζεται "εφέ κατάρτισης".

Η επιλογή ενός καλοριφέρ για το φωτισμό του δρόμου απαιτεί επίσης ιδιαίτερη προσοχή, δεν πρέπει να περιέχει περιττές προεξοχές, εσοχές και κάμψεις, ώστε η μέγιστη φυσική ροή να μην μπορεί να συσσωρευτεί στην επιφάνεια του.

Είναι επιθυμητό να τοποθετηθεί η μονάδα τροφοδοσίας της λυχνίας έτσι ώστε όλη η υγρασία που συσσωρεύεται στο εσωτερικό του λαμπτήρα να μην επηρεάζει τα ελάχιστα στοιχεία κυκλώματος.

Κάθε χρόνο, η τεχνολογία για την παραγωγή συστοιχιών LED υψηλής ισχύος βελτιώνεται, οι κατασκευαστές αναζητούν τις καλύτερες επιλογές για το φωσφόρο. Αυτή τη στιγμή, οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν κίτρινους φωσφόρους, είναι τροποποιημένες εκδόσεις του γρανίτη υττρίου-αλουμινίου που έχουν προστεθεί με τρισθενή δημήτριο.

Οι τεχνολογίες φωτισμού LED είναι αποτελεσματικές και τα σχέδια τους είναι αρκετά απλά. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε προβολείς, λαμπτήρες, λωρίδες LED, διακοσμητικό φωτισμό και σε απλούς φακούς. Η φωτεινότητα τους φθάνει τα 5000 lm.

Σήμερα, οι μονάδες LED χρησιμοποιούνται για την φωτισμό κτιρίων, δρόμων, διαφημιστικών κατασκευών, σηράγγων και γεφυρών, συντριβάνια, χρησιμοποιούνται για φωτισμό γραφείων και βιομηχανικών χώρων, εσωτερικών χώρων και στοιχείων επίπλων, καθώς και σε διάφορα σύγχρονα σχέδια σχεδιασμού.

Κατά τη διάρκεια των διακοπών, ισχυρά συστήματα φωτισμού LED κοσμούν τις προσόψεις των κτιρίων, των δέντρων και άλλων αντικειμένων. Η αξιοπιστία των πηγών φωτός LED καθιστά δυνατή τη χρήση τους σε χώρους με δυσκολία πρόσβασης για συχνή αντικατάσταση.

Επί του παρόντος, σε πολλές χώρες του κόσμου, ο φωτισμός LED αντικατέστησε γρήγορα άλλους. Πολλές πόλεις σκοπεύουν σύντομα να στραφούν σε φωτισμό οδών LED.