ال ای دی ها در صنعت روشنایی و نورپردازی به سرعت در حال پیشرفت هستند، اما به همان میزان که گزینه ی مناسبی هستند، می توانند آسیب هایی را به همراه داشته باشند. در ادامه ۱۰ مورد از نکاتی که در شناخت بهتر ال ای دی ها به ما کمک می کنند، را عنوان می کنیم:
ال ای دی ها منابع نوری کوچک و قدرتمندی هستند که در حال متحول کردن دنیای نورپردازی و روشنایی هستند.
ال ای دی – LED مخفف عبارت Light Emitting Diode می باشد، یک قطعه ی الکتریکی است که به تولید نور در یک نیمه هادی منجر می شود. با استفاده از مواد مناسب در تولید یک ال ای دی این قطعه امواج مختلفی از نور مرئی را تولید می کند.
شماتیک کلی یک چیپ ال ای دی
رنگ نور سفید با استفاده از یک چیپ آبی رنگ و اضافه کردن یک لایه زرد رنگ فسفر یا ترکیب دیودها ( چیپ ها ) سبز ، آبی و قرمز به وجود می آید. استفاده از روش اول یعنی ترکیب کردن فسفر در صنعت به دلیل انعطاف پذیری و اثر بخشی بیشتر، متداول است. لایه ی فسفر اضافه شده می تواند به تنهایی بالای هر چیپ اضافه شده یا به صورت لایه ای بالای دیودهای مجتمع قرار بگیرد. هر دو روش یک طیف رنگ خاصی را بسته به لایه ی فسفر اضافه شده تولید خواهند کرد. به طور کلی تکنولوژی ال ای دی ها تکنولوژی جدیدی نیستند در گذشته ما از آنها در بخش های مختلفی مانند ال ای دی سبز و قرمز بر روی یک تلویزیون استفاده می کردیم به این نوع از ال ای دی ها اصطلاحا توان پایین گفته می شود. در طول چند سال اخیر توان چیپ های ال ای دی تا ۱ وات ارتقا یافت این موضوع و بحث را کاهش سطح هزینه ها منجر به استقبال از این تکنولوژی در صنعت روشنایی گردید.
منحنی طیفی ال ای دی
مطالعات بازار انجام شده نشان می دهد تا سال ۲۰۲۰ میلادی حدود ۵۰ % از تجهیزات قدیمی روشنایی با ال ای دی ها جایگزین خواهند شد. از آنجا که ال ای دی گرانتر از منابع روشنایی متداول هستند در نتیجه هزینه ی نهایی این تجهیزات برای مصرف کنندگان بیشتر خواهد شد. ( البته در ادامه خواهیم گفت که در نتیجه ی نهایی و با بررسی تمام عوامل هزینه ی تمام شده ی استفاده از ال ای دی ها از سایر منابع کمتر خواهد بود. ) میزان راندمان ال ای دی ها مانند سایر منابع نوری با واحد لومن بر وات اندازه گیری می شود. انتظارات آن است که تا دهه ی آینده بهره ی نوری این منابع تا ۲۰۰ لومن بر وات برسد هر چند که ممکن است چراغ هایی که چیپ ها در آن ها استفاده می شوند باعث شوند تا این عدد به ۱۶۰ لومن بر وات کاهش پیدا کند.
مقایسه ی آینده بازار منابع نوری مختلف
ال ای دی ها می توانند، کارآمدتر از بسیاری از منابع نوری باشند.
یکی دیگر از ویژگی های ال ای دی ها نسبت به سایر منابع نوری متداول، پخش نور در یک جهت مشخص می باشد. از آنجا که ما اغلب می خواهیم نور به سمت پایین بتابد، ال ای دی ها این ویژگی را دارند تا بتوانند نور را به سمت پایین بدون اتلاف آن در بازتاب دهنده های معمول چراغ ها هدایت کنند. اما اگر به طور مثال بخواهیم نور در هر دوجهت بالا و پایین به صورت همزمان بتابد منابع دیگر مانند لامپ های فلوئورسنت گزینه های بهتری هستند.
عملکرد نوری ال ای دی ها با واحد لومی بر وات اندازه گیری می شود. و بهره ی نوری لامپ های فلوئورسنت با واحد LOR-Light Output Ratio اندازه گیری می شود. این واحد نشان دهنده ی راندمان نوری این منابع است. نرخ بهره نوری ال ای دی ها ممکن است تصور نادرستی از میزان شار نور خروجی کلی چراغ به ما بدهد. هنگامیکه می خواهیم شار نور خروجی یک چراغ با لامپ فلوئورسنت را محاسبه کنیم حتما باید LOR چراغ را همزمان با لومن خروجی لامپ در نظر بگیریم. و در نتیجه باید توجه ویژه ای به تفکیک بین شارنور خروجی یک چراغ و شار نورخروجی ماژول های ال ای دی آن داشته باشیم.
نوع پخش نور منابع ال ای دی و فلوئورسنت
ال ای دی ها به جهت آنکه نیازی به تعویض منبع نوری ندارند، عمر طولانی تر از منابع نوری دیگر دارند.
یکی دیگر از ویژگی های ال ای دی ها طول عمر طولانی آنهاست. به دلیل آنکه قطعات آن جابه جایی ندارند و رشته ای ندارند که آسیب ببیند طول عمر بالایی دارند. که باعث می شوند گزینه ی خوبی برای موقعیت هایی باشد چراغ در ارتفاع بالا نصب می شوند و تعویض لامپ چراغ آسان نیست. به طور معمول طول عمر یک لامپ مدت زمانی عنوان می شود که شار نور خروجی لامپ به ۷۰% شار نور ابتدای عمر آن لامپ کاهش پیدا کند. که به آن اصطلاحا L70 گفته می شود. براساس تعریف L70 طول عمر ال ای دی ها در حدود ۵۰۰۰۰ ساعت تخمین زده می شود. در مدت زمان ۵۰۰۰۰ ساعت لامپ های فلوئورسنتی به ۲ یا ۳ بار تعویض نیاز دارند و هر بار بین ۱۰ تا ۲۵ درصد افت شار نوری خواهند داشت، با این حال در این مدت زمان ال ای دی ها نیازی به تعویض نداشته و حدودا ۳۰ درصد افت شار نوری خواهند داشت. طول عمر درایور در بسیاری از موارد به نوع طراحی سیستم وابسته است. به طور مثال درایور برای مدت زمان ۵۰۰۰۰ ساعت در دمای معینی برای ۵۰۰۰۰ ساعت طول عمر ال ای دی ها مناسب خواهد بود در غیر اینصورت نیاز به تعویض درایور داریم. و باید توجه داشته باشیم تعویض درایور همیشه آسان نیست به خصوص در مواقعی که درایور به راحتی در دسترس نباشد.
light5
مقایسه طول عمر منابع نوری مختلف
طول عمر ال ای دی ها توسط دمای دیود داخلی آنها تعیین می گردد.
دمای داخلی چیپ های ال ای دی بسیار افزایش می یابد، که باعث می شود نور خروجی آن به تدریج کمتر و کمتر بشود. بالاتر بودن دمای داخلی چیپ ها به معنی کاهش سریعتر شدت شارنور خروجی چیپ ال ای دی است. درجه حرارت بالاتر به معنای تخریب چیپ آبی و لایه ی فسفر روی آن و در نتیجه از دست دادن نور خروجی چیپ ال ای دی است، این اتفاق به آرامی و به تدریج می افتد. این بالا رفتن دمای داخلی در دمای طبیعی اطاق اتفاق می افتد مشخص است که هرچه دمای محیط بالاتر باشد دمای داخلی نیز بیشتر افزایش می یابد. برخی مشاهدات نشان می دهد افزایش ۱۰ درجه دما منجر به نصف شدن عمر مفید می گردد. به طور مثال برخی شرکت های سازنده ی تجهیزات روشنایی عنوان می کنند ۱۰ درجه افزایش دمای عمر مفید را تا ۱۰۰۰۰ ساعت نیز کاهش می دهد البته این مثال در مورد همه ی ال ای دی ها صدق نمی کند. مورد دیگری که میزان شدت نور خروجی را تحت تاثیر قرار می دهد جریان عبوری از دیود است. جریان بالاتر منجر به دمای بالاتر و کاهش عمر مفید لامپ خواهد شد. بنابراین مدیریت دمای چیپ ال ای دی نکته ای کلیدی در کنترل طول عمر آنهاست. در چراغ های ال ای دی بدین منظور یک قطعه ی دیگری به اسم هیت سینک به منظور تبادل گرمایی و خنک کردن چراغ بر اساس طول عمر تعیین شده طراحی می شود.
بررسی دمای کار مناسب ال ای دی ها و رابطه آن با طول عمر
ضریب حفظ شار نوری آنها چیزی حدود ۰٫۷ است.
همانطور که گفتیم طول عمر ال ای دی ها L70 است پس LLMF – Lamp Lumen Maintenance Factor – آنها ۰٫۷ خواهد بود. البته برای این افت شار نوری معمولا در مرحله ی اولیه مقداری بیش از حد نیاز شدت نور در نظر گرفته می شود تا پس از افت شار نوری همچنان سطح روشنایی مورد نظر تامین شود. سایر عوامل مرتبط با MF – Maintenance factor – عبارت اند از: LSF – Light Survival Factor – ضریب بقای نور، RSMF – Room Surface Maintenance Factor – ضریب حفظ سطوح اطاق و LMF – Luminaire Maintenance Factor – ضریب نگه داری چراغ ها . با توجه به آنچه گفته شد MF معمولا عددی بین ۰٫۵ تا ۰٫۸ است که البته بستگی به نوع چراغ و نوع نصب آن نیز دارد. ضریب نگه داری نصب تجهیزات با استفاده از لامپ های فلوئورسنتی T8 و ضریب نگه داری ۰٫۷۵کمی بیشتر از ضریب نگه داری تجهیزاتی با لامپ های ال ای دی با ضریب نگه داری ۰٫۷ است. ازآنجا که LLMF برای ال ای دی ها ۰٫۷ است باید نصب تجهیزات روشنایی به میزان ۴۳% بیشتر مد نظر قرار بگیرد ( تقسیم ۱ به ۰٫۷ ) . که این موضوع به مصرف بیشتر انرژی و قیمت بالاتر برای سیستم روشنایی منجر می شود. به همین منظور طراحان روشنایی توجه ویژه ای به منحنی طول عمر و در نظر گرفتن سیستم روشنایی هوشمند خواهند داشت. برخی از چراغ ها L70 بیش از ۵۰۰۰۰ ساعت نیز عمر دارند. بنابراین LLMF بالاتر به معنای از دست رفتن کمتر انرژی خواهد بود. برای مثال LLMF 0.85 به جای ۰٫۷ میزان ۴۳% را به ۱۸% برای افزایش تجهیزات تغییر خواهد داد.
