Piața globală a iluminatului a trecut printr-o transformare radicală condusă de adoptarea în creștere masivă a tehnologiei cu diode emițătoare de lumină (LED). Această revoluție a iluminatului în stare solidă (SSL) a modificat fundamental economia de bază a pieței și dinamica industriei. Nu numai că tehnologia SSL a permis diferite forme de productivitate, ci și tranziția de la tehnologiile convenționale la iluminatul cu LED-uri schimbă profund și modul în care oamenii gândesc despre iluminat. Tehnologiile convenționale de iluminat au fost concepute în primul rând pentru a răspunde nevoilor vizuale. Cu iluminarea LED, stimularea pozitivă a efectelor biologice ale luminii asupra sănătății și bunăstării oamenilor atrage atenția din ce în ce mai mult. Apariția tehnologiei LED a deschis, de asemenea, calea pentru convergența dintre iluminat și Internetul lucrurilor (IoT), care deschide o lume cu totul nouă de posibilități. La început, a existat o mare confuzie cu privire la iluminarea cu LED-uri. Creșterea ridicată a pieței și interesul uriaș al consumatorilor creează o nevoie presantă de a clarifica îndoielile legate de tehnologie și de a informa publicul cu privire la avantajele și dezavantajele acesteia.
Cum funcționează LED-urile?
Un LED este un pachet semiconductor care cuprinde o matriță LED (cip) și alte componente care asigură suport mecanic, conexiune electrică, conducție termică, reglare optică și conversie a lungimii de undă. Cipul LED este practic un dispozitiv de joncțiune pn format din straturi semiconductoare compuse dopate opus. Semiconductorul compus utilizat în mod obișnuit este nitrura de galiu (GaN) care are o bandă interzisă directă, permițând o probabilitate mai mare de recombinare radiativă decât semiconductorii cu o bandă interzisă indirectă. Când joncțiunea pn este polarizată în direcția înainte, electronii din banda de conducție a stratului semiconductor de tip n se deplasează prin stratul limită în joncțiunea p și se recombină cu găurile din banda de valență a stratului semiconductor de tip p din regiunea activă a diodei. Recombinarea electron-gaură face ca electronii să cadă într-o stare de energie mai scăzută și să elibereze excesul de energie sub formă de fotoni (pachete de lumină). Acest efect se numește electroluminiscență. Fotonul poate transporta radiații electromagnetice de toate lungimile de undă. Lungimile de undă exacte ale luminii emise de diodă sunt determinate de banda interzisă de energie a semiconductorului.
Lumina generată prin electroluminiscență în cipul LED are o distribuție îngustă a lungimii de undă cu o lățime de bandă tipică de câteva zeci de nanometri. Emisiile în bandă îngustă au ca rezultat lumina cu o singură culoare, cum ar fi roșu, albastru sau verde. Pentru a oferi o sursă de lumină albă cu spectru larg, lățimea distribuției spectrale a puterii (SPD) a cipului LED trebuie lărgită. Electroluminiscența de la cipul LED este convertită parțial sau complet prin fotoluminiscență în fosfor. Majoritatea LED-urilor albe combină emisia cu lungime de undă scurtă de la cipurile albastre InGaN și lumina cu lungime de undă mai lungă reemisă de la fosfor. Pulberea de fosfor este dispersată într-o matrice de siliciu, epoxidice sau alte matrice de rășină. Matricea care conține fosfor este acoperită pe cipul LED. Lumina albă poate fi produsă și prin pomparea fosforului roșu, verde și albastru folosind un cip LED ultraviolet (UV) sau violet. În acest caz, albul rezultat poate obține o redare superioară a culorii. Dar această abordare suferă de o eficiență scăzută, deoarece schimbarea mare a lungimii de undă implicată în conversia în jos a luminii UV sau violete este însoțită de o pierdere mare de energie Stokes.
Avantajele iluminatului cu LED
Invenția lămpilor cu incandescență în urmă cu peste un secol a revoluționat iluminatul artificial. În prezent, asistăm la revoluția iluminatului digital activată de SSL. Iluminatul bazat pe semiconductori nu oferă doar un design, performanță și beneficii economice fără precedent, dar permite și o multitudine de aplicații noi și propuneri de valoare considerate anterior nepractice. Revenirea din recoltarea acestor avantaje va depăși cu mult costul inițial relativ ridicat al instalării unui sistem LED, asupra căruia există încă o oarecare ezitare pe piață.
1. Eficiență energetică
Una dintre principalele justificări pentru migrarea către iluminatul LED este eficiența energetică. În ultimul deceniu, eficiența luminoasă a pachetelor LED albe convertite în fosfor a crescut de la 85 lm/W la peste 200 lm/W, ceea ce reprezintă o eficiență de conversie a puterii electrice în optice (PCE) de peste 60%, la un curent de funcționare standard. densitate de 35 A/cm2. În ciuda îmbunătățirilor aduse eficienței LED-urilor albastre InGaN, fosforului (eficiența și lungimea de undă se potrivesc cu răspunsul ochiului uman) și pachetul (împrăștiere/absorbție optică), Departamentul de Energie al SUA (DOE) spune că rămâne mai mult spațiu pentru PC-LED. îmbunătățiri ale eficienței și eficiențe luminoase de aproximativ 255 lm/W ar trebui să fie practic posibile pentru LED-urile cu pompe albastre. Eficiența luminoasă ridicată reprezintă, fără îndoială, un avantaj copleșitor al LED-urilor față de sursele tradiționale de lumină - incandescent (până la 20 lm/W), halogen (până la 22 lm/W), fluorescent liniar (65-104 lm/W), fluorescent compact (46-87 lm/W), fluorescent prin inducție (70-90 lm/W), vapori de mercur (60-60 lm/W), sodiu la presiune înaltă (70-140 lm/W) , halogenură metalică de cuarț (64-110 lm/W) și halogenură metalică ceramică (80-120 lm/W).
2. Eficiența livrării optice
Dincolo de îmbunătățirile semnificative ale eficienței sursei de lumină, capacitatea de a obține o eficiență optică ridicată a corpurilor de iluminat cu iluminare cu LED este mai puțin cunoscută consumatorilor generali, dar foarte dorită de designerii de iluminat. Livrarea eficientă a luminii emise de sursele de lumină către țintă a reprezentat o provocare majoră de proiectare în industrie. Lămpile tradiționale în formă de bec emit lumină în toate direcțiile. Acest lucru face ca o mare parte din fluxul luminos produs de lampă să fie prins în corpul de iluminat (de exemplu, de reflectoare, difuzoare) sau să scape din corpul de iluminat într-o direcție care nu este utilă pentru aplicația dorită sau pur și simplu ofensătoare pentru ochi. Corpurile de iluminat HID, cum ar fi halogenurile metalice și sodiul de înaltă presiune, sunt în general eficiente între 60% și 85% în direcționarea luminii produse de lampă în afara corpului de iluminat. Nu este neobișnuit ca lămpile încastrate și trofferele care utilizează surse de lumină fluorescentă sau cu halogen să sufere pierderi optice de 40-50 procente. Natura direcțională a luminii LED permite livrarea eficientă a luminii, iar factorul de formă compact al LED-urilor permite reglarea eficientă a fluxului luminos folosind lentile compuse. Sistemele de iluminat LED bine concepute pot oferi o eficiență optică mai mare de 90%.
3. Uniformitatea iluminării
Iluminarea uniformă este una dintre prioritățile de top în proiectarea de iluminare a zonelor interioare și a zonelor exterioare / drumuri. Uniformitatea este o măsură a relațiilor de iluminare pe o zonă. Iluminarea bună ar trebui să asigure distribuția uniformă a lumenilor incidenti pe o suprafață sau o zonă de lucru. Diferențele extreme de luminanță rezultate din iluminarea neuniformă pot duce la oboseală vizuală, pot afecta performanța sarcinii și chiar pot prezenta o problemă de siguranță, deoarece ochiul trebuie să se adapteze între suprafețele cu diferență de luminanță. Tranzițiile de la o zonă puternic iluminată la una cu luminanță foarte diferită va provoca o pierdere tranzitorie a acuității vizuale, care are implicații mari de siguranță în aplicațiile în aer liber în care este implicat traficul de vehicule. În spațiile interioare mari, iluminarea uniformă contribuie la un confort vizual ridicat, permite flexibilitatea locațiilor sarcinilor și elimină nevoia de relocare a corpurilor de iluminat. Acest lucru poate fi deosebit de benefic în instalațiile industriale și comerciale înalte, unde sunt implicate costuri substanțiale și inconveniente în mutarea corpurilor de iluminat. Corpurile de iluminat care folosesc lămpi HID au o iluminare mult mai mare direct sub corpul de iluminat decât zonele mai îndepărtate de acesta. Aceasta are ca rezultat o uniformitate slabă (raport tipic max/min 6:1). Proiectanții de iluminat trebuie să mărească densitatea corpurilor de iluminat pentru a se asigura că uniformitatea iluminării îndeplinește cerințele minime de proiectare. În schimb, o suprafață mare de emitere a luminii (LES) creată dintr-o serie de LED-uri de dimensiuni mici produce o distribuție a luminii cu o uniformitate mai mică de 3:1 raport max/min, ceea ce se traduce prin condiții vizuale mai mari, precum și un număr semnificativ redus. de instalații peste zona de activitate.
4. Iluminare direcțională
Datorită modelului lor de emisie direcțională și densității mari de flux, LED-urile sunt potrivite în mod inerent pentru iluminarea direcțională. Un corp de iluminat direcțional concentrează lumina emisă de sursa de lumină într-un fascicul direcționat care se deplasează neîntrerupt de la corp de iluminat către zona țintă. Fasciculele de lumină focalizate îngust sunt folosite pentru a crea o ierarhie de importanță prin utilizarea contrastului, pentru a face anumite caracteristici să iasă din fundal și pentru a adăuga interes și atracție emoțională unui obiect. Corpurile de iluminat direcționale, inclusiv spoturile și proiectoarele, sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile de iluminare de accent pentru a spori proeminența sau a evidenția un element de design. Iluminarea direcțională este, de asemenea, folosită în aplicațiile în care este nevoie de un fascicul intens pentru a ajuta la îndeplinirea sarcinilor vizuale solicitante sau pentru a oferi iluminare pe distanță lungă. Produsele care servesc acestui scop includ lanterne, proiectoare, spoturi de urmărire, lumini de conducere pentru vehicule, proiectoare de stadion etc. Un corp de iluminat cu LED-uri poate aduce suficientă putere în puterea sa luminoasă, fie pentru a crea un fascicul „dur” foarte bine definit pentru o dramă mare cu LED-uri COB sau pentru a arunca un fascicul lung în depărtare cu LED-uri de mare putere.
5. Inginerie spectrală
Tehnologia LED oferă noua capacitate de a controla distribuția spectrală a puterii (SPD) a sursei de lumină, ceea ce înseamnă că compoziția luminii poate fi adaptată pentru diverse aplicații. Controlabilitatea spectrală permite spectrului de la produsele de iluminat să fie proiectat pentru a angaja răspunsuri umane specifice vizuale, fiziologice, psihologice, fotoreceptoare de plante sau chiar detectoare cu semiconductor (adică, cameră HD) sau o combinație de astfel de răspunsuri. Eficiența spectrală ridicată poate fi atinsă prin maximizarea lungimilor de undă dorite și prin eliminarea sau reducerea porțiunilor dăunătoare sau inutile ale spectrului pentru o anumită aplicație. În aplicațiile cu lumină albă, SPD-ul LED-urilor poate fi optimizat pentru fidelitatea prescrisă a culorii și temperatura de culoare corelată (CCT). Cu un design multicanal, multi-emițător, culoarea produsă de corpurile de iluminat LED poate fi controlată activ și precis. Sistemele de amestecare a culorilor RGB, RGBA sau RGBW care sunt capabile să producă un spectru complet de lumină creează posibilități estetice infinite pentru designeri și arhitecți. Sistemele de alb dinamic utilizează LED-uri multi-CCT pentru a oferi o reglare caldă care imită caracteristicile de culoare ale lămpilor incandescente atunci când sunt reduse, sau pentru a oferi iluminare albă reglabilă care permite controlul independent atât al temperaturii culorii, cât și al intensității luminii. Iluminatul centrat pe om, bazat pe tehnologia LED alb reglabil, este unul dintre impulsurile din spatele celor mai recente dezvoltări tehnologice de iluminat.
6. Pornire/oprire
LED-urile se aprind la luminozitate maximă aproape instantaneu (într-o singură cifră până la zeci de nanosecunde) și au un timp de oprire în zeci de nanosecunde. În schimb, timpul de încălzire sau timpul necesar becului pentru a atinge puterea maximă de lumină a lămpilor fluorescente compacte poate dura până la 3 minute. Lămpile HID necesită o perioadă de încălzire de câteva minute înainte de a furniza lumină utilizabilă. Reactivarea la cald este o preocupare mult mai mare decât pornirea inițială a lămpilor cu halogenuri metalice, care au fost cândva principala tehnologie folosită pentru iluminatul înaltă și iluminatul de mare putere în instalațiile industriale, stadioane și arene. O întrerupere a curentului pentru o instalație cu iluminare cu halogenuri metalice poate compromite siguranța și securitatea, deoarece procesul de reactivare la cald al lămpilor cu halogenuri metalice durează până la 20 de minute. Pornirea instantanee și repornirea la cald oferă LED-uri într-o poziție unică pentru a îndeplini în mod eficient multe sarcini. Nu numai aplicațiile generale de iluminat beneficiază foarte mult de timpul scurt de răspuns al LED-urilor, ci și o gamă largă de aplicații de specialitate beneficiază de această capacitate. De exemplu, luminile LED pot funcționa în sincronizare cu camerele de trafic pentru a oferi iluminare intermitentă pentru captarea vehiculului în mișcare. LED-urile se aprind cu 140 până la 200 de milisecunde mai repede decât lămpile incandescente. Avantajul timpului de reacție sugerează că luminile de frână cu LED sunt mai eficiente decât lămpile cu incandescență în prevenirea coliziunilor din spate. Un alt avantaj al LED-urilor în operațiunea de comutare este ciclul de comutare. Durata de viață a LED-urilor nu este afectată de comutarea frecventă. Driverele LED obișnuite pentru aplicațiile de iluminat general sunt evaluate pentru 50 de cicluri de comutare000 și este neobișnuit ca driverele LED de înaltă performanță să suporte 100,000, 200,000 sau chiar 1 milion cicluri de comutare. Durata de viață a LED-ului nu este afectată de ciclul rapid (comutarea de înaltă frecvență). Această caracteristică face ca luminile LED să fie potrivite pentru iluminarea dinamică și pentru utilizarea cu comenzile de iluminare, cum ar fi senzorii de ocupare sau de lumină naturală. Pe de altă parte, pornirea/oprirea frecventă poate scurta durata de viață a lămpilor cu incandescență, HID și fluorescente. Aceste surse de lumină au, în general, doar câteva mii de cicluri de comutare de-a lungul duratei lor nominale de viață.
7. Capacitate de atenuare
Capacitatea de a produce o ieșire de lumină într-un mod foarte dinamic oferă LED-urilor perfect controlului luminozității, în timp ce lămpile fluorescente și HID nu răspund bine la estompare. Reglarea lămpilor fluorescente necesită utilizarea unor circuite costisitoare, mari și complexe pentru a menține condițiile de excitare a gazului și de tensiune. Diminuarea lămpilor HID va duce la o durată de viață mai scurtă și o defecțiune prematură a lămpii. Lămpile cu halogenuri metalice și cu sodiu de înaltă presiune nu pot fi reglate sub 50 procente din puterea nominală. De asemenea, ele răspund la semnalele de estompare substanțial mai lent decât LED-urile. Dimmerarea LED-ului poate fi realizată fie prin reducerea curentului constant (CCR), care este mai bine cunoscută sub denumirea de gradare analogică, fie prin aplicarea modulării lățimii impulsului (PWM) LED-ului, AKA digital dimming. Dimmerarea analogică controlează curentul de comandă care trece prin LED-uri. Aceasta este cea mai utilizată soluție de reglare a luminii pentru aplicații generale de iluminat, deși LED-urile pot să nu funcționeze bine la curenți foarte mici (sub 10 la sută). Reglarea PWM variază ciclul de funcționare al modulării lățimii impulsului pentru a crea o valoare medie la ieșirea sa pe o gamă completă de la 100% la 0%. Controlul luminozității LED-urilor permite alinierea luminii cu nevoile umane, maximizarea economiilor de energie, permite amestecarea culorilor și reglarea CCT și extinde durata de viață a LED-urilor.
8. Controlabilitate
Natura digitală a LED-urilor facilitează integrarea perfectă a senzorilor, procesoarelor, controlerului și interfețelor de rețea în sistemele de iluminat pentru implementarea diferitelor strategii de iluminare inteligentă, de la iluminare dinamică și iluminare adaptivă la orice va aduce IoT în continuare. Aspectul dinamic al luminii LED variază de la schimbarea simplă a culorii la spectacole de lumină complicate prin sute sau mii de noduri de iluminare controlabile individual și traducerea complexă a conținutului video pentru afișare pe sistemele cu matrice LED. Tehnologia SSL se află în centrul ecosistemului mare de soluții de iluminat conectate, care poate utiliza captarea luminii naturale, detectarea gradului de ocupare, controlul timpului, programabilitatea încorporată și dispozitivele conectate la rețea pentru a controla, automatiza și optimiza diferite aspecte ale iluminatului. Migrarea controlului luminii către rețelele bazate pe IP permite sistemelor de iluminat inteligente, încărcate de senzori, să interopereze cu alte dispozitive din rețelele IoT. Acest lucru deschide posibilități pentru crearea unei game largi de noi servicii, beneficii, funcționalități și fluxuri de venituri care sporesc valoarea sistemelor de iluminat cu LED. Controlul sistemelor de iluminat cu LED-uri poate fi implementat folosind o varietate de protocoale de comunicație cu fir și fără fir, inclusiv protocoale de control al luminii, cum ar fi 0-10V, DALI, DMX512 și DMX-RDM, protocoale de automatizare a clădirilor, cum ar fi BACnet, LON, KNX și EnOcean și protocoale implementate pe arhitectura mesh din ce în ce mai populară (de exemplu, ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Flexibilitatea proiectării
Dimensiunea redusă a LED-urilor permite proiectanților de corpuri de iluminat să transforme sursele de lumină în forme și dimensiuni potrivite pentru multe aplicații. Această caracteristică fizică oferă designerilor mai multă libertate de a-și exprima filozofia de design sau de a compune identități de brand. Flexibilitatea rezultată din integrarea directă a surselor de lumină oferă posibilități de a crea produse de iluminat care poartă o fuziune perfectă între formă și funcție. Corpurile de iluminat cu LED-uri pot fi create pentru a estompa granițele dintre design și artă pentru aplicațiile în care este comandat un punct focal decorativ. Ele pot fi, de asemenea, proiectate pentru a susține un nivel înalt de integrare arhitecturală și pentru a se integra în orice compoziție de design. Iluminatul în stare solidă conduce la noi tendințe de design și în alte sectoare. Posibilitățile unice de stil permit producătorilor de vehicule să proiecteze faruri și stopuri distinctive care conferă mașinilor un aspect atrăgător.
10. Durabilitate
Un LED emite lumină dintr-un bloc de semiconductor, mai degrabă decât dintr-un bec sau un tub de sticlă, așa cum este cazul lămpilor cu incandescență, cu halogen, fluorescente și HID, care utilizează filamente sau gaze pentru a genera lumină. Dispozitivele cu stare solidă sunt în general montate pe o placă de circuit imprimat cu miez metalic (MCPCB), cu conexiune asigurată de obicei prin cabluri lipite. Fără sticlă fragilă, fără piese în mișcare și fără rupere a filamentului, sistemele de iluminare cu LED-uri sunt, prin urmare, extrem de rezistente la șocuri, vibrații și uzură. Durabilitatea în stare solidă a sistemelor de iluminat cu LED are valori evidente într-o varietate de aplicații. În cadrul unei instalații industriale, există locații în care luminile suferă de vibrații excesive de la mașinile mari. Corpurile de iluminat instalate de-a lungul drumurilor și tunelurilor trebuie să suporte vibrațiile repetate cauzate de vehiculele grele care trec cu o viteză mare. Vibrația alcătuiește ziua obișnuită de lucru a luminilor de lucru montate pe vehicule, mașini și echipamente de construcții, minier și agricole. Corpurile de iluminat portabile, cum ar fi lanternele și felinarele de camping, sunt adesea supuse impactului picăturilor. Există, de asemenea, multe aplicații în care lămpile sparte prezintă un pericol pentru ocupanți. Toate aceste provocări necesită o soluție de iluminat robustă, care este exact ceea ce poate oferi iluminatul în stare solidă.
11. Durata de viață a produsului
Durata de viață lungă iese în evidență ca unul dintre avantajele de top ale iluminatului cu LED, dar afirmațiile privind durata lungă de viață bazate exclusiv pe măsurarea duratei de viață pentru pachetul LED (sursa de lumină) pot fi înșelătoare. Durata de viață utilă a unui pachet cu LED-uri, a unei lămpi LED sau a unui corp de iluminat LED (corpuri de iluminat) este adesea menționată ca momentul în care fluxul luminos de ieșire a scăzut la 70% din puterea sa inițială, sau L70. De obicei, LED-urile (pachetele LED) au durate de viață L70 între 30,000 și 100,000 ore (la grade Ta=85). Cu toate acestea, măsurătorile LM-80 care sunt utilizate pentru prezicerea duratei de viață L70 a pachetelor LED folosind metoda TM-21 sunt efectuate cu pachetele LED funcționând continuu în condiții de funcționare bine controlate (de exemplu, într-un mediu cu temperatură controlată și alimentat cu un curent continuu de acţionare constant). Prin contrast, sistemele LED din aplicațiile din lumea reală sunt adesea provocate de suprasolicitare electrică mai mare, temperaturi mai ridicate ale joncțiunilor și condiții de mediu mai dure. Sistemele cu LED-uri pot avea o întreținere accelerată a lumenului sau o defecțiune prematură. În general, lămpile cu LED (becuri, tuburi) au o durată de viață L70 cuprinsă între 10,000 și 25,000 ore, corpurile de iluminat LED integrate (de exemplu, lumini înalte, lumini stradale, downlight-uri) au durate de viață între 30, 000 ore și 60,000 ore. În comparație cu produsele de iluminat tradiționale — incandescent (750-2,000 ore), halogen (3,000-4,000 ore), fluorescent compact (8,000-10 ,000 ore) și cu halogenuri metalice (7,500-25,{000 ore), sistemele LED, în special corpurile de iluminat integrate, asigură o durată de viață substanțial mai lungă. Deoarece luminile LED nu necesită practic întreținere, costurile reduse de întreținere, împreună cu economiile mari de energie din utilizarea luminilor cu LED-uri pe durata de viață extinsă, oferă o bază pentru o rentabilitate ridicată a investiției (ROI).
12. Siguranța fotobiologică
LED-urile sunt surse de lumină fotobiologic sigure. Acestea nu produc emisii infraroșii (IR) și emit o cantitate neglijabilă de lumină ultravioletă (UV) (mai puțin de 5 uW/lm). Lămpile incandescente, fluorescente și cu halogenuri metalice transformă 73%, 37% și, respectiv, 17% din energia consumată în energie infraroșu. De asemenea, emit în regiunea UV a spectrului electromagnetic - incandescent (70-80 uW/lm), fluorescent compact (30-100 uW/lm) și halogenuri metalice (160-700 uW/lm) . La o intensitate suficient de mare, sursele de lumină care emit lumină UV sau IR pot prezenta pericole fotobiologice pentru piele și ochi. Expunerea la radiațiile UV poate provoca cataractă (încețoșarea cristalinului în mod normal limpede) sau fotokeratită (inflamația corneei). Expunerea de scurtă durată la niveluri ridicate de radiații IR poate provoca leziuni termice ale retinei ochiului. Expunerea pe termen lung la doze mari de radiații infraroșii poate induce cataracta suflatorului de sticlă. Disconfortul termic cauzat de sistemul de iluminat cu incandescență a fost mult timp o supărare în industria sănătății, deoarece luminile convenționale pentru operații chirurgicale și luminile pentru operații dentare folosesc surse de lumină incandescentă pentru a produce lumină cu fidelitate ridicată a culorilor. Fascicul de intensitate ridicată produs de aceste corpuri de iluminat furnizează o cantitate mare de energie termică care poate face pacienții foarte inconfortabil.
În mod inevitabil, discuția despre siguranța fotobiologică concentrează adesea pericolul luminii albastre, care se referă la o deteriorare fotochimică a retinei rezultată din expunerea la radiații la lungimi de undă în principal între 400 nm și 500 nm. O concepție greșită obișnuită este că LED-urile pot avea mai multe șanse să provoace pericol de lumină albastră, deoarece majoritatea LED-urilor albe transformate în fosfor utilizează o pompă cu LED albastru. DOE și IES au precizat că produsele LED nu sunt diferite de alte surse de lumină care au aceeași temperatură de culoare în ceea ce privește pericolul de lumină albastră. LED-urile convertite cu fosfor nu prezintă un astfel de risc nici măcar în baza unor criterii stricte de evaluare.
13. Efectul radiațiilor
LED-urile produc energie radiantă numai în porțiunea vizibilă a spectrului electromagnetic de la aproximativ 400 nm până la 700 nm. Această caracteristică spectrală conferă luminilor LED un avantaj valoros de aplicare față de sursele de lumină care produc energie radiantă în afara spectrului luminii vizibile. Radiația UV și IR de la sursele tradiționale de lumină nu numai că prezintă pericole fotobiologice, dar duce și la degradarea materialului. Radiația UV este extrem de dăunătoare pentru materialele organice, deoarece energia fotonică a radiației în banda spectrală UV este suficient de mare pentru a produce scindarea directă a legăturilor și căile de fotooxidare. Perturbarea sau distrugerea rezultată a cromoforului poate duce la deteriorarea și decolorarea materialului. Aplicațiile muzeale necesită ca toate sursele de lumină care generează UV peste 75 uW/lm să fie filtrate pentru a minimiza deteriorarea ireversibilă a operei de artă. IR nu induce același tip de daune fotochimice cauzate de radiațiile UV, dar pot contribui totuși la daune. Creșterea temperaturii suprafeței unui obiect poate duce la o activitate chimică accelerată și la modificări fizice. Radiațiile IR la intensități mari pot declanșa întărirea suprafeței, decolorarea și crăparea picturilor, deteriorarea produselor cosmetice, uscarea legumelor și fructelor, topirea ciocolatei și a produselor de cofetărie etc.
14. Siguranța la incendiu și explozie
Pericolele de incendiu și expunere nu sunt o caracteristică a sistemelor de iluminat cu LED, deoarece un LED convertește energia electrică în radiație electromagnetică prin electroluminiscență într-un pachet de semiconductor. Acest lucru este în contrast cu tehnologiile vechi care produc lumină prin încălzirea filamentelor de tungsten sau prin excitarea unui mediu gazos. O defecțiune sau o funcționare necorespunzătoare poate duce la un incendiu sau o explozie. Lămpile cu halogenuri metalice sunt în mod special predispuse la riscul de explozie, deoarece tubul cu arc de cuarț funcționează la presiune ridicată (520 până la 3.100 kPa) și temperatură foarte ridicată (900 până la 1.100 de grade). Defecțiunile tubului arc nepasiv cauzate de condițiile de sfârșit de viață ale lămpii, de defecțiuni ale balastului sau de utilizarea unei combinații necorespunzătoare lampă-balast pot provoca ruperea becului exterior al lămpii cu halogenuri metalice. Fragmentele fierbinți de cuarț pot aprinde materiale inflamabile, praf combustibil sau gaze/vapori explozivi.
15. Comunicare cu lumină vizibilă (VLC)
LED-urile pot fi pornite și oprite la o frecvență mai rapidă decât o poate detecta ochiul uman. Această capacitate invizibilă de pornire/oprire deschide o nouă aplicație pentru produsele de iluminat. Tehnologia LiFi (Light Fidelity) a primit o atenție considerabilă în industria comunicațiilor fără fir. Utilizează secvențele „ON” și „OFF” ale LED-urilor pentru a transmite date. În comparație cu tehnologiile actuale de comunicații fără fir care utilizează unde radio (de exemplu, Wi-Fi, IrDA și Bluetooth), LiFi promite o lățime de bandă de o mie de ori mai mare și o viteză de transmisie semnificativ mai mare. LiFi este considerată o aplicație IoT atrăgătoare datorită omniprezentei luminii. Fiecare lumină LED poate fi folosită ca punct de acces optic pentru comunicarea de date fără fir, atâta timp cât driverul său este capabil să transforme conținutul în flux în semnale digitale.
16. Iluminat DC
LED-urile sunt dispozitive de joasă tensiune, acționate de curent. Această natură permite iluminatului LED să profite de rețelele de distribuție cu curent continuu (DC) de joasă tensiune. Există un interes din ce în ce mai accelerat pentru sistemele de microrețea DC care pot funcționa fie independent, fie împreună cu o rețea de utilități standard. Aceste rețele electrice la scară mică oferă interfețe îmbunătățite cu generatoarele de energie regenerabilă (solare, eoliene, pile de combustie etc.). Alimentarea DC disponibilă la nivel local elimină nevoia de conversie a puterii AC-DC la nivel de echipament, care implică o pierdere substanțială de energie și este un punct obișnuit de defecțiune în sistemele LED alimentate cu AC. Iluminarea LED de înaltă eficiență îmbunătățește, la rândul său, autonomia bateriilor reîncărcabile sau a sistemelor de stocare a energiei. Pe măsură ce comunicațiile de rețea bazate pe IP câștigă avânt, Power over Ethernet (PoE) a apărut ca o opțiune de microrețea de putere redusă pentru a furniza energie CC de joasă tensiune prin același cablu care furnizează datele Ethernet. Iluminarea LED are avantaje clare pentru a valorifica punctele forte ale unei instalații PoE.
17. Funcționare la temperatură rece
Iluminatul cu LED excelează în medii cu temperatură rece. Un LED convertește puterea electrică în putere optică prin electroluminiscență de injecție care este activată atunci când dioda semiconductoare este polarizată electric. Acest proces de pornire nu depinde de temperatură. Temperatura ambientală scăzută facilitează disiparea căldurii reziduale generate de LED-uri și astfel le scutește de cădere termică (reducerea puterii optice la temperaturi ridicate). În schimb, funcționarea la temperaturi scăzute este o mare provocare pentru lămpile fluorescente. Pentru a porni lampa fluorescentă într-un mediu rece, este necesară o tensiune ridicată pentru a porni arcul electric. Lămpile fluorescente își pierd, de asemenea, o cantitate substanțială din puterea de lumină nominală la temperaturi sub nivelul de îngheț, în timp ce luminile cu LED-uri funcționează cel mai bine în medii reci, chiar și până la -50 grade . Prin urmare, luminile cu LED-uri sunt potrivite în mod ideal pentru utilizarea în congelatoare, frigidere, unități de depozitare la rece și aplicații în aer liber.
18. Impactul asupra mediului
Luminile LED produc un impact semnificativ mai mic asupra mediului decât sursele tradiționale de iluminat. Consumul redus de energie se traduce prin emisii scăzute de carbon. LED-urile nu conțin mercur și astfel creează mai puține complicații de mediu la sfârșitul vieții. În comparație, eliminarea lămpilor fluorescente și HID care conțin mercur implică utilizarea unor protocoale stricte de eliminare a deșeurilor.
Dezavantaje și provocări ale iluminatului cu LED
Nu vă entuziasmați de multitudinea de beneficii oferite de iluminatul cu LED-uri. Deși această tehnologie este cu siguranță o realizare marcantă în istoria iluminatului electric, ridică probleme proprii. Industria iluminatului se confruntă cu o provocare de o amploare cu care nu a mai trebuit să se confrunte până acum. Iluminatul în stare solidă a modificat filosofia de proiectare și inginerie. Sistemele de iluminat nu mai sunt iluminatoare stupide, ele au evoluat în electronică de putere. Cu alte cuvinte, proiectarea sistemelor de iluminat este fără precedent. LED-urile sunt surse de lumină semiconductoare cu autoîncălzire, sensibile la curent și cu intensitate luminoasă. Acest lucru dă naștere la cea mai mare preocupare a iluminatului cu LED - performanța și fiabilitatea unui sistem LED se bazează în mare măsură pe o lucrare multidimensională. Valorile pachetului LED sunt doar un aspect al designului holistic și al ingineriei sistemelor unui sistem de iluminat cu LED. Mulți alți factori interdependenți intră în joc, inclusiv managementul termic, reglarea curentului de antrenare și controlul optic.
Experții în fotolii întocmesc adesea o listă lungă de dezavantaje pentru iluminatul cu LED. Și pentru a face povestea senzațională, nu ar uita niciodată să menționeze că iluminarea cu LED-uri poate induce pericole de lumină albastră. Lumina albă este practic un amestec de lungimi de undă din diferite benzi de culoare. Toți albii cu același aspect de culoare, indiferent de sursele de lumină din care este emisă lumina, au aproximativ aceeași proporție de lungimi de undă albastre în spectrul vizibil. Aspectul de culoare al luminii albe poate fi caracterizat ca având o temperatură de culoare corelată (CCT). Conținutul de albastru al unei surse de lumină corespunde, în general, CCT-ului acesteia. Cu cât este mai mare CCT, cu atât este mai mare proporția de lungimi de undă albastre. În aceleași condiții de luminanță și iluminare, radiația albastră de la un produs LED de 3000 K este la fel de scăzută ca cea de la o lampă incandescentă de 3000 K, iar radiația albastră de la un produs LED de 6000 K este la fel de mare ca cea de la o lampă fluorescentă de 6000 K. Ca și în cazul altor surse de lumină, pericolul luminii albastre este rareori o preocupare pentru LED-urile albe. Capacitatea de a proiecta compoziția spectrală a luminii albe este un avantaj imens al tehnologiei LED. Cu iluminarea LED, poate fi produsă orice compoziție spectrală a luminii care contribuie pozitiv la sănătatea și bunăstarea umană. Iluminatul centrat pe om, o tendință tehnologică majoră care stimulează creșterea industriei de iluminat, recoltează capacitatea de reglare CCT a sistemelor LED pentru a ajusta cantitatea de radiație albastră pentru un spectru sănătos de lumină albă.
De fapt, iluminatul cu LED are doar câteva dezavantaje intrinseci.
Cea mai cunoscută slăbiciune a iluminatului cu LED este că LED-urile produc un produs secundar - căldură. LED-urile sunt numite dispozitive de vânzare-încălzire deoarece generează căldură în pachetul dispozitivului, mai degrabă decât să radieze căldură sub formă de energie infraroșu. Aproximativ jumătate din energia electrică furnizată unui LED este convertită în căldură, care trebuie să fie condusă și convectivă printr-o cale termică fizică. Eșecul de a menține temperatura joncțiunii dispozitivului sub o limită stabilită poate accelera cinetica mecanismelor de defecțiune, cum ar fi generarea de defect atomic și creșterea în regiunea activă a diodei, carbonizarea și îngălbenirea încapsulantei și decolorarea carcasei pachetului de plastic. Dincolo de temperatura maximă nominală a joncțiunii, durata de viață a unui LED va fi redusă cu 30% până la 50% pentru fiecare creștere cu 10 grade C a temperaturii joncțiunii.
Cea mai necunoscută și, de asemenea, cea mai mare slăbiciune a iluminatului cu LED este că LED-urile sunt electronice delicate de putere. Sunt extrem de pretențioși în ceea ce privește hrana - curentul de acționare. Pentru LED-uri, sensibilitatea lor mare la curentul direct este o sabie cu două tăișuri. Oferă sistemelor de iluminat o controlabilitate superioară, dar de asemenea face ca reglarea curentului de conducere să fie extrem de dificilă. O modificare foarte mică a curentului de antrenare va determina fluctuația ieșirii luminii. LED-urile sunt dispozitive alimentate cu curent continuu, totuși acestea trebuie adesea alimentate cu o sursă de curent alternativ. Suprimarea incompletă a formei de undă alternativă după rectificare poate duce la o ondulare reziduală (variație periodică reziduală) a curentului de ieșire de la driver către LED-uri. Această ondulație face ca LED-urile să pâlpâie la o frecvență de două ori mai mare decât tensiunea liniei de intrare, adică 100Hz sau 120Hz. Interdependența electrică și termică a LED-urilor adaugă, de asemenea, complexitate reglării sarcinii. Pe măsură ce temperatura joncțiunii crește, tensiunea directă scade, puterea electrică furnizată LED-ului este, de asemenea, redusă. Pe de altă parte, cu cât curentul de antrenare este mai mare, cu atât căldura reziduală generată la matrița semiconductoare este mai mare. Suprasolicitarea pentru ceea ce este evaluat un LED poate duce la defectarea timpurie a LED-ului din cauza evadării termice. Cu toate acestea, cea mai dăunătoare amenințare la adresa LED-urilor vine din cauza suprasolicitarilor electrice (EOS). Un EOS apare atunci când curentul sau tensiunea unității depășesc valorile nominale maxime ale componentei. Există multe surse posibile de suprasolicitari electrice, care includ descărcări electrostatice (ESD), curent de pornire sau alte tipuri de supratensiuni tranzitorii. Vulnerabilitatea LED-urilor la diferite tipuri de solicitări electrice necesită, prin urmare, o reglare strictă a curentului de antrenare.
Un al treilea dezavantaj este că LED-urile au o densitate mare a fluxului. Sursele de lumină concentrată de lumină direcțională pot crea orbire. Luminanța ridicată în câmpul vizual interferează cu vederea (strălucire cu handicap) sau provoacă o senzație de iritație sau durere (strălucire de disconfort). Optica suplimentară pentru atenuarea strălucirii poate fi încorporată în designul corpurilor de iluminat, dar adesea duc la pierderi optice mari.
Nu în ultimul rând, complexitatea crescută a designului sistemului duce la un prim cost mai mare al produselor LED în comparație cu produsele de iluminat vechi. Acest lucru face ca optimizarea costurilor să fie o parte importantă a procesului de proiectare a corpurilor de iluminat. Atunci când presiunea costurilor depășește performanța și fiabilitatea produselor, va apărea un flux de probleme.
