Výkonné LED pole v osvětlení: funkce zařízení a aplikace

Od vývoje první prakticky použitelné LED dioda profesorem University of Illinois Nickem Holonyakem v roce 1962 uplynulo více než půl století, avšak revoluční vynález dodnes prochází progresivními změnami, stává se dokonalejšími, technologičtějšími a užitečnějšími.

Elektroluminiscence polovodičového přechodu s rekombinací elektronů a děr je nyní základem supereekonomických světelných zdrojů. LED, často nazývané LED (zkratka pro anglickou světelnou diodu), si lampy postupně získávají stabilní pozici na trhu moderních energeticky úsporných osvětlovacích technologií, a to jak pro domácí potřeby, tak pro podniky a dokonce i pro systémy veřejného osvětlení.

LED žárovky překonávají bezpečnost kompaktní zářivky, které obsahují rtuť a žárovky a nyní se stávají zcela pozůstatkem vzdálené minulosti.

Hlavním důvodem, proč jsou žárovky nahrazeny světelnými zdroji LED, je to, že žárovka vyzařuje ve velmi širokém spektru, z čehož významná část na osvětlení prostě nefunguje. Pouze 5 procent z celkové energie spotřebované žárovkou jde na osvětlení a zbytek na vytápění.

Proto jsou na trhu v poslední době tak silně zastoupeny velmi výkonné LED a LED pole (monolitické sestavy), které nahrazují průmyslová svítidla. LED emituje v poměrně úzkém rozsahu spektra, například oranžová LED má vlnovou délku v rozsahu od 590 nm do 610 nm.

Výhody LED světelných zdrojů zahrnují:

• vysoký světelný výkon srovnatelný s sodíkovými výbojkami (je dosaženo hodnoty 160 lumenů na watt),

• pevnost a odolnost proti vibracím, dlouhá životnost (až 100 000 hodin),

• široký rozsah pro volbu teploty světla (od teplých 2700 K do studených 6500 K),

• spektrální čistota poskytovaná samotným zařízením.

Díky nízké setrvačnosti se světlo okamžitě zapne při plném jasu, bez ohledu na okolní teplotu, a zapnutí / vypnutí nemá významný vliv na životnost LED. Úhel záření může být od 15 do 180 stupňů.

Použití takových produktů je pro lidi zcela bezpečné kvůli nízkému napájecímu napětí, nízké provozní teplotě a samozřejmě také šetrnosti k životnímu prostředí, které je zajištěno nepřítomností rtuti a fosforu, jakož i ultrafialovou částí záření ve spektru. Nezapomeňte však, že vysoké teploty jsou škodlivé pro jakýkoli polovodič, takže byste neměli dovolit zahřívání nad 60-70 stupňů Celsia.

Výkonná LED pole jsou sestavy několika krystalů v jednom bloku. Sálavé krystaly potažené fosforem jsou zapojeny do série paralelně, aby se optimalizovala spotřeba proudu.

Plochý povrch bloku je průhledný plastový povlak, který umožňuje nainstalovat další optiku k vytvoření potřebného vzoru rozptylu světla. Matice jsou dodávány s poměrně silným měděným nebo hliníkovým substrátem s montážními otvory pro montáž jednotky na chladič.

Hladký povrch substrátu zajišťuje spolehlivý kontakt jednotky s chladičem. Instalace by měla být prováděna opatrně, aby nedošlo k deformaci nebo poškození krytu. Tepelně vodivá pasta by měla být nanášena na celý povrch substrátu.

Průřez spojovacích vodičů by neměl být menší než 0,5 čtverečních milimetrů a plocha chladiče na watt by měla být asi 20 až 30 čtverečních centimetrů při teplotě okolních objektů 25 až 35 stupňů Celsia. Takové matrice jsou k dispozici s různými jmenovitými výkony, až 300 wattů nebo více. V zásadě neexistují žádná omezení týkající se velikosti matic.

Průměrná hodnota pracovního napětí pro jeden krystal je asi 3,4 voltů a proudová síla je asi 350 miliamps. Tyto hodnoty se mohou mírně lišit, ale neměli byste překročit napětí povolené pro konkrétní sestavu, protože diody LED mají výrazně rostoucí charakteristiku proud-napětí a rychle vyhoří, pokud proud překročí kritickou hodnotu pro krystal.

Použití radiátoru s rozpětím v oblasti je nejlepším pojištěním pro dlouhý, spolehlivý a bezproblémový provoz matice LED. Pokud omezíte proud krystalem na 320 miliamps, světelný tok se sníží o 3-5%, ale současně se životnost LED krystalu zvýší o řádově, v praxi budou podmínky pro jeho napájení ideální.

Zdrojem energie pro LED diody může být jakýkoli zdroj se stabilizací zátěžového proudu, a pokud nedochází ke stabilizaci proudu, měla by být zajištěna významná rezerva pro překročení maximálního povoleného proudu. Změna napájecího napětí o 1 volt může vést ke zvýšení proudové síly o dva až tři a výsledkem bude degradace krystalu (krystal bude poškozen - světelný tok se sníží) nebo ztmavnutí fosforu.

Při navrhování kombinací skupin LED v sériově paralelním zapojení, nejlépe sériovém zapojení, aby se zabránilo vysokým provozním proudům.

Pokud provozní teplota krystalu po dlouhou dobu přesáhne optimální hodnotu, fosfor ztmavne a ztratí svou funkci vlivem teploty. Ztmavnutí a zničení fosforu může způsobit přímé sluneční světlo, pokud bude nadále ovlivňovat povrch LED.

Je žádoucí zahrnout do konstrukce zdroje napájení tepelné relé, které umístí svůj senzor na radiátor lampy.

Pokud plánujete používat matici LED v zimě na ulici, musíte vzít v úvahu, že elektrolytické kondenzátory v napájecím zdroji mají omezení použití při nízkých teplotách, proto nejlepším řešením by bylo umístit napájecí zdroj do místnosti.

Při používání matic LED na ulici při nízkých teplotách je třeba mít na paměti, že účinnost se výrazně zvýší a světelný výkon se zvýší o 10–20 procent nominální hodnoty. A po 500 až 1000 hodinách provozu bude světelný výkon v každém případě o 5 až 10 procent vyšší, tato vlastnost krystalů se nazývá „tréninkový efekt“.

Výběr radiátoru pro pouliční osvětlení vyžaduje zvláštní pozornost, neměl by obsahovat zbytečné výčnělky, vybrání a ohyby, takže přirozená konvekce je maximální a na jejím povrchu se nemohly hromadit nečistoty a nečistoty.

Je žádoucí uspořádat napájecí jednotku lampy tak, aby veškerá vlhkost akumulovaná uvnitř lampy neovlivňovala alespoň obvodové prvky.

Technologie výroby vysoce výkonných LED polí se každým rokem vylepšuje, výrobci hledají nejlepší možnosti pro fosfor. V současné době většina výrobců používá žluté fosfory, jedná se o modifikované verze granátu yttrium-hliník dopovaného trojmocným cerem.

LED osvětlovací technologie jsou efektivní a jejich konstrukce je velmi jednoduchá. Jsou široce používány v reflektorech, lampách, LED páskách, ozdobném osvětlení a v jednoduchých baterkách. Jejich světelný výkon dosahuje 5 000 lm.

LED moduly se dnes používají k osvětlení budov, ulic, reklamních struktur, tunelů a mostů, fontán, k osvětlení kancelářských a průmyslových prostor, bytových interiérů a nábytkových prvků a také v různých moderních projektech.

Během prázdnin zdobí výkonné LED osvětlovací systémy fasády budov, stromů a dalších objektů. Spolehlivost LED světelných zdrojů umožňuje jejich použití na místech, kde je obtížný přístup pro častou výměnu.

V současné době v mnoha zemích světa LED osvětlení rychle nahradilo ostatní. Mnoho měst plánuje brzy přejít na pouliční osvětlení LED.