¿Son realmente estables las farolas LED de alta potencia? ¿Cuál es su actual cuello de botella técnico?
Resumen: Introduce principalmente la comparación de indicadores clave de fuentes y lámparas de iluminación de vías urbanas, realiza un análisis comparativo de los datos obtenidos de la operación de prueba de fuentes de luz LED y lámparas de sodio de alta presión, y habla sobre LED Las perspectivas de desarrollo de las fuentes de luz.
Palabras clave: comparación de indicadores LED, introducción de casos, análisis comparativo
Actualmente, China está creando una sociedad que ahorra recursos y es respetuosa con el medio ambiente, y el concepto de "iluminación verde" se está extendiendo gradualmente. ganando popularidad. Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología y el rápido desarrollo de la tecnología de aplicación de materiales semiconductores, las fuentes de luz LED de baja potencia se han utilizado ampliamente en la iluminación de paisajes, y las farolas LED de alta potencia también están recibiendo cada vez más atención.
Las farolas LED de alta potencia son un nuevo método de iluminación que utiliza bajo voltaje de CC para iluminar grupos de LED y cumplir con los requisitos de iluminación. Tiene las características de alto brillo y buena reproducción cromática. Además, dado que la entrada de las farolas LED es CC de bajo voltaje, se puede combinar con energía solar, lo que hace que las farolas LED solares sean una posibilidad para el futuro alumbrado vial.
1. Comparación de indicadores clave de fuentes y luminarias de iluminación viaria urbana.
1. Eficiencia luminosa: Lm/w por vatio. Es decir, la capacidad de una fuente de luz eléctrica para convertir energía eléctrica en energía luminosa, expresada dividiendo el flujo luminoso emitido por el consumo de energía.
En la actualidad, la eficiencia luminosa de las fuentes de luz LED extranjeras en los Estados Unidos y Japón es de aproximadamente 75 Lm/w, y la producción nacional de LED es de aproximadamente 65 Lm/w.
La eficiencia luminosa de la fuente de luz de sodio de alta presión es de aproximadamente 100 lm/w, y el flujo luminoso por vatio es 25 ~ 35 lm/w mayor que el del LED. La eficiencia luminosa de la lámpara de sodio de alta presión de 400w es tan alta como 120LM/w.
2. Vida útil promedio: en horas. Es decir, el número de horas que tarda un lote de fuentes de luz en dañarse al 50%.
La vida media de las fuentes de luz LED es de más de 50.000 horas, pero hay demasiados factores complejos que afectan la vida en aplicaciones prácticas. Además de los materiales, los procesos de fabricación y las tecnologías de los dispositivos LED, las combinaciones de partículas LED, el diseño de las lámparas, los componentes que soportan los circuitos de control, la disipación de calor, la impermeabilización y la protección contra el polvo, etc. afectarán la vida útil de la fuente de luz LED. Por lo tanto, la vida útil de la fuente de luz LED > 50.000 horas solo puede referirse a la vida útil teórica de la fuente de luz.
La vida media de la fuente de luz de sodio de alta presión es de más de 24.000 horas, y la vida útil de su balastro magnético de ahorro de energía es de más de 50.000 horas. Una vez expirada la vida útil de la lámpara de sodio, el balastro aún se puede utilizar.
3. Coeficiente de utilización de la lámpara: se refiere a la eficiencia de utilización del flujo luminoso emitido por la fuente de luz reflejada por el reflector de la lámpara. Los "Estándares de diseño de iluminación de carreteras urbanas" estipulan que el factor de utilización de la lámpara es del 70%.
La fuente de luz LED tiene un ángulo de emisión de haz pequeño y una fuerte directividad. Se pueden usar cientos o incluso decenas de miles de LED en una lámpara para reemplazar las lámparas de sodio de alta presión. Esto provoca el problema de combinar la fuente de luz LED y la lámpara LED. Además, la potencia y el tamaño de cada LED son demasiado pequeños y la salida del flujo luminoso también es pequeña. Distribuir la luz directamente a la placa reflectante y luego usarla nuevamente es extremadamente ineficaz (no hay datos de prueba, las opiniones se analizan mediante inspección visual).
La fuente de luz de la lámpara de sodio de alta presión es una fuente de luz cilíndrica lineal, que irradia y puede aprovechar la refracción de la luz a través del reflector para la distribución secundaria de la luz, por lo que su utilización. El coeficiente es alto.
4. La lámpara debe tener un rendimiento de distribución de luz de ala de murciélago. Dado que la distancia entre las dos luces en la dirección longitudinal de la carretera es de aproximadamente 40 m, las dos luces deben iluminar la luz a más de 20 m, formando una intersección de luces entre las dos luces y cubriendo el área oscura en la intersección de las dos luces. .
Las luces LED están limitadas por la direccionalidad de la fuente de luz. Las fuentes de luz son demasiado pequeñas y numerosas, lo que dificulta cumplir con los requisitos ideales de distribución de luz en forma de ala de murciélago. Su intensidad de luz máxima está dentro de 15 y la mayor parte de la luz solo brilla en la carretera debajo de la lámpara. No hay forma de cubrir el área oscura entre dos luces. Consulte las curvas de distribución de luz de las dos lámparas en las Figuras 1 y 2 para obtener más detalles.
La fuente de luz de sodio de alta presión no está limitada por la direccionalidad. Forma una forma de ala de murciélago a través de la distribución de luz secundaria y su intensidad de luz máxima es de aproximadamente 60 ~ 65. Puede iluminar direcciones más lejanas y cubrir áreas oscuras entre dos luces.
5. Nivel de protección de la lámpara: IP. Ese es el grado de sellado de las luces a prueba de polvo e impermeables. Los requisitos generales para las lámparas son IP55~IP65, y las lámparas con ambas fuentes de luz pueden cumplir con este requisito.
2. Introducción a casos de prueba de LED en iluminación viaria
Para comprender mejor las características de las farolas LED, realizamos algunos intentos en carreteras secundarias con poco tráfico. flujo en los suburbios de pruebas sexuales de Changzhou y una prueba de seguimiento a corto plazo. La siguiente es una breve introducción a la situación piloto:
Parámetros de la lámpara proporcionados por el fabricante:
① Flujo luminoso de la lámpara: 8000 lúmenes ② Potencia luminosa del LED: 125 W; ③ Consumo de energía: 150 W; ④ Potencia de un solo LED: 1,3 W; ⑤ Chip CREE americano ⑤ Tamaño de la lámpara: 600*296*210.
Datos de pruebas experimentales:
Iluminación media (EAV): 1 8,98L x, uniformidad de iluminación horizontal (Emin/EAV): 0,07.
Punto de prueba 2: Meihua Road, ubicada en la zona de desarrollo de Chonglou. El ancho de esta autopista es de 14 m y las farolas LED de 150 W están dispuestas simétricamente en ambos lados con un espaciado más corto.
Actualmente, nuestra ciudad está eligiendo diferentes soluciones de iluminación en tres calles y experimentando con la instalación de farolas LED de alta potencia.
La situación es la siguiente:
Punto de prueba 1: Ubicado en Minjiang Road, distrito de Nuevo Taipei, el carril para vehículos motorizados tiene 9 m de ancho (consulte la Figura 3 para obtener más detalles). Reemplace tres juegos de farolas convencionales e instale tres juegos de farolas LED de 150w en un lado con un espacio de 33 my una altura de 9 m. En la etapa inicial de instalación, después de la medición real, la iluminación máxima debajo de la lámpara fue de 66,1 Lux y la iluminación promedio fue de 18,98 Lux, lo que puede cumplir con los valores estándar. Sin embargo, a medida que la distancia aumenta, la iluminación debajo de la lámpara cae rápidamente y aparece un punto oscuro obvio entre las dos lámparas (consulte la Figura 4 para obtener más detalles). El valor de iluminación más bajo es de solo 1,4 Lux y la uniformidad es de solo 0,07, lo que está lejos de serlo. (Consulte la Figura 5 para obtener más detalles, la iluminación medida real) es de 27 m y la altura de la lámpara se reduce a 8 m (consulte la Figura 6 para obtener más detalles). Después de 55 días de instalación, la iluminación promedio medida fue de 27,5 Lux y la uniformidad fue de 0,09, que fue ligeramente mejor que la de Minjiang Road, pero su uniformidad aún no fue suficiente para cumplir con los requisitos estándar. A través de mediciones de campo, el valor de iluminación máximo de la farola LED de 150w en dos puntos de prueba puede alcanzar aproximadamente 70Lux, mientras que el valor de iluminación mínimo es de solo 2,1Lux. Se puede ver que la iluminación promedio de este tipo de farola LED de alta potencia puede cumplir con los requisitos de iluminación vial cuando se reduce el espacio entre las lámparas, pero aún es necesario mejorar su uniformidad y el paso de cebra de la carretera es obvio (ver Figura 7, escena nocturna de Meihua Road).
Datos de prueba experimentales:
Iluminación promedio (Eav): 27,5 Lx, iluminación máxima 70,1 Lx, iluminación mínima 2,5 Lx, uniformidad de iluminación horizontal (Emin/EAV): 0,09, densidad de potencia : 0,79W/m2.
Experimento 3: Las farolas instaladas por el propietario del Parque Industrial de Tecnología Electrónica en el Distrito de Nuevo Taipei tienen un ancho de vía de 14 m (consulte la Figura 9 para más detalles), las farolas LED de 125w están dispuestas simétricamente en ambos lados, la distancia al centro de la fuente de luz es de 22 m y el espacio entre las farolas es de 50 m. A modo de comparación, se instalan lámparas de sodio de alta presión de 250 vatios a intervalos en el lado norte (consulte la Figura 11 para obtener más detalles).
Aproximadamente medio año después de la instalación de las lámparas, las mediciones in situ mostraron que la iluminación promedio de las farolas LED era de solo 4,72 lux y la uniformidad de iluminación era de solo 0,04. Casi no hay iluminación en el área media de los dos juegos de farolas LED, y la iluminación mínima es 0,2Lx, pero la iluminación máxima debajo de las luces es 30,7Lx (consulte la Figura 10 para obtener más detalles).
Parámetros técnicos de la lámpara:
Potencia 125W, flujo luminoso total 8000lm. El resto es una incógnita.
Datos de prueba experimentales:
Iluminación promedio (Eav): 4,72Lx, iluminación máxima 30,7Lx, iluminación de la estación de iluminación 0,2Lx, uniformidad de iluminación horizontal (Emin/EAV): 0,04.
Datos de prueba experimentales:
Iluminación promedio (EAV): 7,14 lx, la iluminación máxima de la lámpara de sodio de alta presión es 53,1 Lx, la iluminación a 30 m de distancia de la lámpara es 0,8 Lx, la iluminación máxima de la lámpara LED es 27,4Lx, la iluminación de la lámpara a 15 m es 0,7Lx y la uniformidad de iluminación horizontal (Emin/EAV) es 0,1. Comparativa de lámparas LED y de sodio de alta presión de Meihua Road
Caso del proyecto Meihua Road
Fuente de luz Lámpara de sodio de alta presión 150wLED 400w
Altura de instalación (metros) 8 10
Las farolas están dispuestas simétricamente en ambos lados y dispuestas en un lado.
Espaciamiento entre farolas (metros) 27 35
Ancho de vía (metros) 14 14
Longitud del brazo (metros) 1 1,5
Elevación 10
Iluminación media (lux) 27,5 29,7
Uniformidad 0,09 0,35
3. Análisis preliminar de los efectos del uso real. Farolas LED:
Primero, eficiencia luminosa:
En la actualidad, la eficiencia luminosa promedio de un solo producto LED alcanza los 80 lm por vatio, y la iluminación LED promedio de banda estrecha es de 10 Lx. (la eficiencia luminosa es equivalente a la de una lámpara de halogenuros metálicos). Sin embargo, es necesario eliminar la absorción y pérdida de luz por el cuerpo de la lámpara y la luz que no se puede proyectar en la carretera; para diferentes productos de lámpara, la luz efectiva colocada en el suelo requiere diferentes pruebas del sistema.
2. Uniformidad de la superficie de la carretera:
Desde la perspectiva del principio de la iluminación LED, su directividad determina que la distribución de la intensidad de la luz de las farolas LED es limitada, lo cual es más razonable que Fuentes de alumbrado público convencionales. Existe una diferencia esencial en la forma de iluminación. Por lo tanto, el valor máximo de iluminación debajo de la lámpara suele ser alto, pero al mismo tiempo su iluminación disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia y su área de iluminación afecta directamente su uniformidad. Si se alcanza el indicador integral del nivel de iluminación, se debe acortar la distancia entre las lámparas, lo que conducirá a un aumento en la inversión en postes de luz, una gran cantidad de postes de luz y un problema de inversión único. Por lo tanto, el alumbrado público debe tener un rendimiento de distribución de luz en forma de murciélago. Como se mencionó anteriormente, la curva de distribución de luz de las farolas LED (Figura 1) no cumple con los requisitos para la iluminación vial funcional.
En tercer lugar, densidad de potencia:
Tome Meihua Road como ejemplo. Según los datos de la prueba, si la uniformidad es buena y la distancia entre las farolas no supera los 20 m, entonces la potencia. La densidad alcanzará los 1,07W/m2, algo elevada. Por lo tanto, en términos de principios de iluminación LED, es necesario resolver la contradicción entre uniformidad y densidad de potencia para las luces LED.
4. Vida útil:
La vida útil y el consumo de energía de los productos de alumbrado público LED no deben limitarse a la fuente de luz en sí, sino que deben considerar la vida útil del sistema de todo el aparato fuente de luz. , y todos los dispositivos en su circuito, como aparatos eléctricos de apoyo, sistemas de refrigeración, etc., deben tenerse en cuenta para calcular una vida útil media más científica.
Verbo (abreviatura de verbo) disipación de calor:
Actualmente no existe una forma ideal de resolver el problema de disipación de calor de los chips LED, lo que resulta en una gran atenuación de la luz con el tiempo. Tiene un mayor impacto en la iluminación vial que se enciende continuamente durante la noche durante mucho tiempo, como resultado, la potencia de las farolas LED no se puede exceder en gran medida y su eficiencia lumínica y estabilidad también son muy limitadas. Se puede decir que este método de iluminación no es adecuado para su instalación en carreteras con mucho tráfico.
6. La aplicación a largo plazo requiere más pruebas:
Las farolas LED aún se encuentran en la etapa experimental en Changzhou. Los datos medidos no pueden juzgar completamente su estabilidad óptica debido al corto tiempo. Y aún es necesario ejecutarlo durante un período de tiempo. Realice más pruebas de seguimiento.
En resumen, con el avance de la ciencia y la tecnología, mejorar la eficiencia luminosa de los diodos emisores de luz tiene un gran potencial y se ha convertido en un punto caliente en el campo de la iluminación global. En teoría, los LED de alta eficiencia serán nuevos productos ecológicos, que ahorrarán energía y serán respetuosos con el medio ambiente y sustituirán a las fuentes de luz tradicionales.
Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la iluminación paisajística se ha utilizado ampliamente. Creemos que la iluminación local, la iluminación puntual o la iluminación auxiliar, como luces de jardín y luces de césped con bajos requisitos de iluminación, llevará algún tiempo lograr una iluminación vial funcional a gran escala y una iluminación principal en poco tiempo; Todavía quedan muchos problemas que deben resolverse para lograr el rendimiento de la distribución de la luz en forma de ala de murciélago y la vida útil general de los aparatos con fuente de luz LED.