Kategoria

Oświetlenie w przemyśle i na drogach

Nieustanny i znaczący postęp technologiczny w produkcji półprzewodnikowych źródeł światła, jakimi są diody Led sprawił, że stały się już pełnowartościowymi źródłami światła, także  w  oświetleniu ogólnym, nie wyłączając oświetlenia drogowego i przemysłowego. Diody elektroluminescencyjne podlegają niezwykle dynamicznemu  i ciągłemu rozwojowi technologicznemu. dzisiejsze rozwiązania są inne niż te sprzed kilku lat, a nawet sprzed roku. Przewiduje się, że diody elektroluminescencyjne, ze względu na specyficzne cechy konstrukcyjne i mimo występowania jeszcze wielu problemów do rozwiązania, pozwolą na osiągnięcie zupełnie nowych standardów w oświetleniu.

Przy oświetleniu drogowym jest programowana regulacja mocy pobieranej, co w konsekwencji powoduje zmniejszenie poboru mocy przez oprawę przy jednoczesnym zmniejszeniu poziomu oświetlenia (zgodne z zaleceniami normy PN-eN 13 201: 2007, gdy natężenie ruchu pojazdów jest znacząco niskie).
Diody Led nie emitują promieniowania ultrafioletowego ani promieniowania podczerwonego. Oznacza to konieczność odprowadzenia dużych ilości ciepła z obudów złącz p-n. realizuje się to przez stosowanie w oprawie radiatorów zapewniających dostatecznie szybkie odprowadzanie ciepła.  Radiatorem często jest odpowiednio zaprojektowana obudowa oprawy. termiczne warunki pracy diody są bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na parametry fotometryczne i na jej trwałość.
Diody oświetleniowe Led są kolejną generacją sztucznych źródeł światła.  Ich ciągły rozwój pozwala przypuszczać, że  w  niedalekiej przyszłości wyprą wiele rodzajów używanych dziś źródeł światła.
Pod względem technicznym można wymienić ich takie cechy:
1. Bardzo duża trwałość. Producenci o uznanej renomie podają średnią trwałość na poziomie 30 000 ÷ 50 000 godzin, przy czym trwałość diod białych jest nieco niższa od trwałości diod o innych kolorach.W  odniesieniu do dotychczas stosowanych źródeł światła zwykle trwałość podaje się jako czas, po którym połowa (50%) źródeł światła wygasa. Dla diod Led tak zdefiniowany parametr nie ma zastosowania, ponieważ będą one świecić w bardzo długim czasie z coraz mniejszym strumieniem świetlnym.  Dlatego dla diod Led przyjęto kryterium spadku strumienia świetlnego do określonego poziomu. Najczęściej jest to 70% początkowej wartości (oznaczenie symbolem L70). Trwałość diod Led jest już wyższa od trwałości najlepszych wysokoprężnych lamp sodowych i kilkakrotnie przewyższa trwałość wysokoprężnych lamp metalohalogenkowych. Należy zaznaczyć, że o trwałości oprawy z diodami Led decydują nie tylko same elementy świecące, ale też elementy układu zasilania, systemu odprowadzania ciepła, układy optyczne itp.
2. Skuteczność świetlna diod emitujących białe światło jest aktualnie (dla warunków produkcji przemysłowej uznanych producentów) na poziomie 80 ÷ 130 lm/W. Każdy miesiąc przynosi nowe informacje o postępach w technologii produkcji diod, poprawiające także ten parametr. Wartości skuteczności świetlnej diod dużej mocy są już wyższe niż mają lampy wysokoprężne sodowe i metalohalogenkowe.
3. Istotnym parametrem jest zachowanie się strumienia świetlnego z upływem czasu eksploatacji. jest to bardzo ważna kwestia, gdyż od tej cechy zależy, jak duży zapas strumienia świetlnego należy przewidzieć w chwili oddawania oprawy oświetleniowej do użytku oświetlenia – dobór odpowiedniej wartości współczynnika zapasu k tak, by pod koniec okresu eksploatacji pozostała wielkość strumienia gwarantowała poziom oświetlenia odpowiedni do potrzeb. Obecnie diody Led dużej mocy charakteryzują się nieco gorszą stabilnością utrzymania strumienia świetlnego niż lampy sodowe i lepszą niż lampy metalohalogenkowe.
4. Długi, bezobsługowy okres eksploatacji jest oparty głównie na przewidywanej trwałości diod Led wyznaczanej w warunkach laboratoryjnych. co do trwałości pozostałych istotnych układów elektronicznych i osprzętu na dziś brak jeszcze doświadczeń eksploatacyjnych mogących wiarygodnie ustalić ten parametr (trwałość układów zasilających).
5. Ze względu na nieduże moce diod Led, w porównaniu do klasycznych lamp stosowanych w oświetleniu drogowym, oprawy oświetlenia ulicznego muszą być oprawami wieloźródłowymi. dlatego układ optyczny musi mieć postać matrycy diodowej, w której diody w grupach świecą w różnym kierunku (na giętej powierzchni, na której montowane są diody) lub wszystkie świecą w tym samym kierunku (mają zamontowane soczewki  o  jednakowym pożądanym rozsyle) przy płaskiej matrycy diodowej. Może się zdarzyć, że spośród tej liczby diod ulegnie statystycznie awarii jedna dioda (grupa diod). Oprawa nadal będzie działała, ponieważ układy sterowania i regulacji czuwać będą nad prawidłowym zasilaniem i temperaturą pracy pozostałych sprawnych elementów świecących oprawy. Dla oprawy o giętej powierzchni montażowej diod kierunek, przy uszkodzonej diodzie, dla którego zaplanowano świecenie będzie pozbawiony światła. Poziom oświetlenia w obu rozwiązaniach konstrukcyjnych układu optycznego będzie zawsze niższy.
6. Bryła fotometryczna oprawy oświetlenia ulicznego jest specyficzna i pozbawiona symetrii obrotowej, jest także inna w kierunku wzdłuż jezdni i inna w poprzek tej jezdni. Po latach wytężonej pracy, żmudnych prób i badań, wysiłki w zakresie konstrukcji układu optycznego zaowocowały w końcu opracowaniami spełniającymi wymagania rozkładu oświetlenia na jezdni.
7. Chromatyczność, rozkład widmowy promieniowania oraz oddawanie barw. Diody Led to przede wszystkim monochromatyczne źródła światła o bardzo wąskim zakresie widma (użyteczna szerokość widma wynosi ok. 20 nm). Są one zatem bezpośrednim źródłem światła barwnego, co jest jedną z największych zalet. Oferta barwnych diod Led została uzupełniona diodami o barwie białej. W zależności od sposobu mieszania składowych podstawowych barw RGB i dobranego luminoforu (różne sposoby uzyskiwania barwy białej) uzyskuje się dość niski wskaźnik oddawania barw (ra < 60) i dobre oddawanie barw (ra > 60). Obecnie stosowane luminofory pozwalają na uzyskanie współczynnika oddawania barw na poziomie 70 ÷ 85, przy czym standardem jest ra= 75.
8. Odporność na wstrząsy, uderzenia i wibracje. zwarta konstrukcja diody półprzewodnikowej (brak wrażliwych na wstrząsy elementów metalowych lub szklanych dla typowych źródeł światła) eliminuje uszkodzenia mechaniczne podczas transportu, montażu i późniejszej eksploatacji opraw z tymi źródłami światła. Ma to szczególne znaczenie dla pracy na trasach komunikacyjnych podlegającym dużym drganiom, głównie ze względu na duże natężenie ruchu drogowego. Nie wpływa to na trwałość i na strumień świetlny.
9. Natychmiastowe bezzwłoczne zadziałanie. Po chwilowym braku napięciu zasilania działanie diod (matrycy diodowej) w oprawie jest natychmiastowe. jest możliwe i ma praktyczne znaczenie zastosowanie czujników ruchu na drodze, na której pojawił się użytkownik tej powierzchni ruchu. tej zalety nie posiadają wysokoprężne lampy wyładowcze.
10. Brak rtęci szkodliwej dla środowiska naturalnego. rtęć jest używana w produkcji wszystkich wyładowczych źródeł światła.
11. Rozwiązania techniczne układów zasilających umożliwiają precyzyjną regulację prądu zasilania diod (i całych opraw) dla uzyskania oczekiwanego emitowanego strumienia świetlnego. Wynik obliczeń poziomu oświetlenia dla projektowanego ciągu komunikacyjnego ma bezpośrednie przełożenie dla ustalenia nastaw parametrów elektrycznych opraw dla uzyskania optymalnego poziomu mocy pobieranej – ścisła zależność strumienia świetlnego w funkcji prądu zasilania diod (matrycy diodowej). Przeciętnie dwukrotne zmniejszenie (zwiększenie) prądu zasilania w stosunku do znamionowego powoduje zmianę dwukrotnie zmniejszenia (zwiększenia) strumienia świetlnego w sposób quasi liniowy.

13. Biała barwa światła może przemawiać za stosowaniem diod Led w oświetleniu zewnętrznym. Od szeregu lat stosowanie białego światła w tego rodzaju oświetleniu jest przedmiotem badań i opracowań technicznych. Reakcja układu widzenia człowieka zależy od zdolności przystosowania się do warunków oświetlenia (poziom, rozkład luminancji). Dla dróg  o wysokich wymaganiach oświetleniowych przystosowanie narządu wzroku (poziom adaptacji) odpowiada praktycznie widzeniu fotopowemu (widzenie związane z czopkami siatkówki oka), tak jak dla wysokich poziomów oświetlenia w ciągu dnia. Widzenie powiązane z pręcikami i niskimi poziomami oświetlenia (w ciągu nocy) to widzenie skotopowe. Poziomy oświetlenia, które są niższe niż światło dzienne, ale wyższe niż całkowita ciemność (warunki podobne do panujących nocą na ulicach miast) odpowiadają widzeniu mezopowemu (zarówno pręciki, jak i czopki biorą udział w procesie widzenia). Przy takim oświetleniu maksimum czułości oka przesuwa się właśnie w stronę fal krótszych. jeśli źródło światła emituje światło z niebieskiego zakresu widma, światło to będzie wychwycone przez pręciki bardziej aktywne w warunkach słabego oświetlenia – oko silniej reaguje na promieniowanie w krótkofalowej części widma. tak więc stosowanie diod Led może być korzystne ze względu na charakter rozkładu ich promieniowania w tej części widma, co ma duże znaczenie dla poziomów oświetlenia dróg o mniejszym znaczeniu komunikacyjnym. konsekwencją tego jest lepsze widzenie przy zastosowaniu diod Led w porównaniu do wysokoprężnych lamp sodowych dla dróg o niskich wymaganiach oświetleniowych.  Testy przeprowadzone w USA  i w  europie w warunkach naturalnych na wybranych grupach mieszkańców dla oceny wpływu widma światła na odczucia efektu oświetleniowego wykazały, że światło białe jest doskonalsze niż żółte pod względem ilości, jakości światła i bezpieczeństwa. Poziom bezpieczeństwa uznawany był za podobny, gdy poziom światła białego (6 500 k) był nawet o około 30% niższy niż światła żółtego wysokoprężnej lampy sodowej. Możliwość obniżenia normatywnych wymagań oświetleniowych dla dróg o niskich wymaganiach oświetleniowych dla instalacji wykorzystujących diody Led jest obecnie w fazie badań i analiz. Wyniki obliczeń wskazują na celowość stosowania opraw z diodami Led szczególnie w oświetlaniu ciągów komunikacyjnych o niskich wymaganiach oświetleniowych – z uzyskanych wyników obliczeń wynika, że od klasy oświetleniowej s4 zastosowanie diod Led umożliwia obniżenie wymagań oświetleniowych o jedną klasę w stosunku do aktualnych wymagań normy PN eN 13201-2. Więcej na temat wymagań i zaleceń w oświetleniu ulic (tutaj)