أداء مصابيح LED و المتطلبات

تمهيدي

يتزايد استخدام مصابيح الدايود المبتعث للضوء في الإضاءة بسرعة. فعلى الصعيد العالمي، يستخدم نحو ثلث إلى نصف جميع تركيبات الإضاءة التجارية والصناعية والخارجية وحدات الدايود المبتعث للضوء، وتتجاوز الوفورات المحتملة في الطاقة التي تحققها مصابيح الدايود المبتعث للضوء 501 تيرابايت إلى 3 تيرابايت، وهو ما يقلل إلى حد كبير من تكاليف التشغيل والصيانة إلى جانب العمر الطويل لتركيبات الدايود المبتعث للضوء. وينتج عن ذلك فترة استرداد أقصر لمصابيح الدايود المبتعث للضوء، كما أن مشاريع الإضاءة تميل أكثر إلى اختيار تقنية الإضاءة الصديقة للبيئة هذه.

في السنوات الأخيرة، كان انتقال السوق إلى إضاءة (ليد) في السنوات الأخيرة أسرع بكثير مما تنبأت به الأبحاث. فمن الصعب في بعض الأحيان مواكبة تطور الإلكترونيات ومعايير الإضاءة الجديدة، ويتم تحديث معايير متعددة باستمرار. من المهم لصناع القرار والمستخدمين فهم تكنولوجيا إضاءة (ليد) والأداء والمعايير الخاصة بها من أجل اختيار إضاءة (ليد) عالية الجودة. لا يسمح ذلك للعملاء باختيار التجهيزات المناسبة لاحتياجاتهم بشكل أسرع فحسب، بل يضمن أيضًا أن حل الإضاءة الجديد الذي تم اختياره يلبي معايير ومتطلبات الإضاءة ذات الصلة.

معايير متطلبات أداء مصابيح وفوانيس LED

في صناعة إضاءة (ليد)، من المهم تحديد المعلمات الرئيسية لمصباح (ليد) وفهم معنى كل معلمة. القاعدة العامة في الاتحاد الأوروبي هي أن المعدات الكهربائية (بما في ذلك وحدات الإنارة) لا يمكن تسويقها وبيعها إلا إذا كانت تفي بالمتطلبات الأساسية للتوجيهات الأوروبية ذات الصلة (مترجمة إلى قانون وطني). وتخضع مصادر الإضاءة (وحدات الإنارة ووحدات الإنارة) وتركيبات الإضاءة لتوجيهات الجهد المنخفض، وتوجيهات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC)، والتوجيهات المتعلقة بالطاقة (ErP) والتوجيهات العامة لسلامة المنتجات. ولذلك، يجب أن تتوافق هذه المنتجات (بما في ذلك مصابيح الشوارع والأضواء الكاشفة وإضاءة الملاعب والإضاءة الداخلية) مع متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي والتوافق الكهرومغناطيسي والتصميم البيئي وغيرها من المتطلبات.

طورت اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) معايير الأداء لمصابيح الدايود المبتعث للضوء ووحدات الدايود المبتعث للضوء، وتحدد معايير الأداء لمنتجات الدايود المبتعث للضوء معايير الجودة وتحدد شروط القياس المشتركة المتفق عليها. وبالتالي، فإن جميع المشاركين أو النشطين في صناعة مصابيح LED لديهم أساس لمقارنة وتقييم أداء مصابيح LED. وتستند هذه المقالة إلى المعايير التالية لمصابيح LED ووحدات LED.

المواصفة القياسية IEC 6272222-1:2014 أداء المصباح الجزء 1: المتطلبات العامة.

IEC 6272222-2-1:2014-11 أداء وحدات الإنارة الجزء 2-1: المتطلبات الخاصة لمصابيح LED.

آي إيك 6271717:2014-12+AMD:2015 متطلبات الأداء لوحدات LED للإضاءة العامة.

IEC 62031:2020 وحدات (ليد) للإضاءة العامة. ترتبط متطلبات الأداء لمصابيح (ليد) مباشرةً بأحكام معيار وحدات (ليد)؛ ولذلك، يجب أخذ هذا المعيار في الاعتبار أيضًا عند تقييم أنظمة إضاءة (ليد).

IEC 62778:2014 تقييم مخاطر الضوء الأزرق لجميع منتجات الإضاءة.

IEC 13032-1:2004 و IEC 13032-2 و IEC 13032-4:2015 الإضاءة والضوء: توزيع الضوء والتدفق الضوئي.

متطلبات الأداء الأساسية

طاقة الإدخال المقدرة لمصابيح LED (بالواط)

إذا كانت وحدة الإنارة تستخدم وحدات/مصابيح LED قابلة للاستبدال، يجب الإعلان عن طاقة الإدخال المقدرة وعدد وحدات LED. وبالنسبة لوحدات الإنارة التي تستخدم وحدات الدايود المبتعث للضوء، يجب الإعلان عن طاقة الإدخال المقدرة في مواصفات وحدة الإنارة.

في ظل ظروف الجهد المقنن ودرجة الحرارة المحيطة المقدرة Ta والتدفق الضوئي 100% (خرج الضوء) بعد التثبيت الحراري، يجب ألا تتجاوز طاقة الإدخال المقيسة (W) لمصباح LED 10% من طاقة الإدخال المقدرة المعلنة. عندما تكون طاقة الإدخال المقدرة <10 وات، يجب أن تكون دقيقة حتى خانة عشرية واحدة. عندما تكون طاقة الإدخال المقدرة ≥ 10 وات، يجب الإعلان عنها كعدد صحيح.

بالنسبة لمصابيح الإنارة التي تستخدم تقنية التدفق الضوئي الثابت، يجب الإعلان عن معامل القدرة المقدرة لإضاءة LED في بداية ونهاية عمر المصباح LxBy، أو على أساس متوسط عمر المصباح Lx.

التدفق الضوئي المقدر لمصابيح LED (باللومن)

في حالة مصابيح LED، يجب الإعلان عن التدفق الضوئي المقدر (لومن) في وثائق المنتج. يشير هذا عادةً إلى التدفق الضوئي الأولي لمصباح جديد في ظروف تشغيل محددة. يمكن تحديد تصنيف التدفق الضوئي لمصباح الإنارة بطريقة حسابية مناسبة. يجب ألا تقل قيمة التدفق الضوئي الأولي المقاس لمصباح الإنارة عن 10% من التدفق الضوئي المقدر المنشور. تستند قيم التدفق الضوئي الكلي المعلن عنها لمصابيح LED إلى درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يذكر خلاف ذلك. لمزيد من المعلومات حول تحديد قيم التدفق الضوئي (ما يسمى بالتحديد المطلق للإضاءة)، يرجى الرجوع إلى المعيار EN 13032-4.

الطاقة والتدفق الضوئي

الفعالية المضيئة لمصابيح LED (الوحدة: لومن/ثانية)

تشير الفعالية المضيئة لمصابيح LED إلى نسبة التدفق الضوئي المنبعث من وحدة الإنارة إلى الطاقة المستهلكة (الوحدة: لومن/وات)، وتقاس بوحدة لومن لكل واط (lm/W) (طريقة حساب اللومن). وهي مقياس لكفاءة مصدر الضوء في إنتاج الضوء المرئي. بشكل عام، كلما زادت فعالية الإضاءة كلما زادت فعالية الإضاءة كلما زادت قدرة وحدة الإنارة على إضاءة المنطقة المستهدفة بقدرة أقل. ومع ذلك، لتقييم أداء وحدة الإنارة، لا يكفي في كثير من الأحيان النظر في فعالية الإضاءة وحدها، حيث أن ناتج التجويف لمصباح الإنارة يشمل أيضًا الضوء الشارد الذي لا يساهم في إضاءة المنطقة المستهدفة. على سبيل المثال، بالنسبة للأضواء الكاشفة ذات الشعاع الضيق وأضواء الشوارع، من المهم مراعاة ليس فقط فعالية الإضاءة ولكن أيضًا توزيع شدة الضوء؛ انظر أدناه للحصول على التفاصيل.

توزيع شدة الضوء لمصابيح LED

يتم تحديد توزيع شدة الضوء باستخدام مقياس غونيوفوتوميتر ويتم تسجيله في وثيقة تصميم الإضاءة (وثيقة IES أو وثيقة LDT). يتم تمثيل التوزيع المكاني لشدة الضوء من مصدر الضوء أو وحدة الإنارة بمنحنى توزيع شدة الضوء. يُظهر الشكل أدناه توزيع شدة الضوء من وحدة إنارة داخلية على اليسار وضوء الشارع على اليمين. يتم تمثيل المقطع العرضي على المحور الرأسي بمنحنيات توزيع شدة الضوء (IDC) في المستوى C مع زاوية الشعاع المرتبطة بها γ. يجب تمثيل هذه المنحنيات بالإحداثيات القطبية لتتوافق مع EN 13032-2. يتم التعبير عن قيم شدة الضوء بالشمعدان (cd) أو الشمعدان لكل ألف لومن (cd/كيلومتر).

توزيع الضوء أو توزيع شدة الضوء

نسبة الحفاظ على التدفق الضوئي الضوئي

تصف صيانة التدفق الضوئي اضمحلال التدفق الضوئي مع مرور الوقت بسبب تقادم وحدة الإنارة أثناء التشغيل العادي (وهذا يستثني تأثيرات العوامل الخارجية مثل الأوساخ والبصريات والزجاج خفيف الوزن). ويتم تعريفه على أنه نسبة التدفق الضوئي المتضائل إلى التدفق الضوئي الأولي. بالنسبة للإضاءة الخارجية، يتم قياس نسبة الحفاظ على التدفق الضوئي على مستوى وحدة الإنارة. سيتم تحديد نسبة الحفاظ على التدفق الضوئي على أساس العمر الافتراضي المقدر لمصباح الإنارة وسيتم توفيرها من قبل الشركة المصنعة وفقًا للمواصفة IEC 62722-2-1:2014. على سبيل المثال، متوسط العمر الافتراضي Lx يساوي مدة المشروع. متوسط العمر الافتراضي L90 = 100,000 ساعة يعني أن التدفق الضوئي المتبقي بعد 100,000 ساعة يساوي 90% من التدفق الضوئي الأولي، مما ينتج عنه نسبة صيانة التدفق الضوئي = 0.90.

إحداثيات اللون

إن إحداثيات اللونية هي مقياس موضوعي لجودة اللون، وهي مستقلة عن الإضاءة. تتكون اللونية من معلمتين منفصلتين، وغالبًا ما يشار إليهما باسم تدرج اللون (h) والكروما (s)، حيث يُعرف الأخير أيضًا باسم التشبع أو اللونية أو الشدة أو نقاء الإثارة. وتتبع كميات هذه المعلمات رؤية معظم الناس ثلاثية الألوان التي تفترضها معظم نماذج علم الألوان.

المخطط اللوني هو رسم بياني يوضح جميع الألوان الممكنة. يُعرَّف كل لون بزوج من الإحداثيات العددية: الإحداثيات اللونية. يمكننا استخدام المخطط اللوني لنرى كيف تمتزج ألوان الضوء المختلفة. النقاط الموجودة على حواف المنحنيات في الرسم البياني هي الألوان الطيفية النقية: ألوان قوس قزح. يوضح الخط بين أي نقطتين في الرسم البياني جميع الألوان التي يمكن أن تنتج عن مزج هذين اللونين. وبالتالي، يمكن الحصول على أي لون في الرسم البياني عن طريق مزجه بطرق مختلفة. فقط الألوان الموجودة عند حواف الشكل هي ألوان فريدة من نوعها. إذا وسعنا هذه الفكرة لتشمل مزج ثلاثة ألوان، نحصل على مثلث. يسمى هذا المثلث التدرج اللوني. يُظهر التدرج اللوني كل الألوان التي يمكن الحصول عليها من خلال مزج الألوان في الزوايا الثلاث. أما حواف التدرج اللوني فهي الألوان التي يمكن الحصول عليها من خلال مزج لونين عند نقطة النهاية.

إليبسيس دي ماك آدم

خاصية تجسيد اللون

يتم التعبير عن تجسيد اللون من خلال مؤشر تجسيد اللون (Ra). على الرغم من أن مصادر الضوء قد تنبعث منها نفس لون الضوء، إلا أنه قد تكون هناك اختلافات في تجسيد اللون لمصدر الضوء بسبب الاختلافات في التركيب الطيفي لحزمة الضوء. لذلك، تم تقديم مؤشر تجسيد اللون العام Ra، والذي يوفر مقياسًا لتحديد خصائص تجسيد اللون لمصدر الضوء بشكل موضوعي. ويشير إلى درجة التطابق بين اللون المدرك لجسم ما تحت مصدر ضوء معين ومظهره تحت مصدر ضوء مرجعي. وفقًا للمعيار EN 12464-1، يجب عدم استخدام مصادر الضوء ذات مؤشر تجسيد اللون أقل من 80 في أماكن العمل التي يقضي فيها الأشخاص فترات طويلة من الوقت. تُعتبر قيمة مؤشر تجسيد اللون Ra التي تزيد عن 90 بشكل عام جيدة جدًا، بينما توصف قيمة Ra التي تتراوح بين 80 و90 بأنها جيدة.

أداء الألوان

تحمل اللون

يمكن تحديد تفاوت الألوان بدقة باستخدام إحداثيات x و y في مخطط الألوان CIE. في عام 1942، أجرى العالم ماك آدم (McAdam) تجارب على 25 لونًا باستخدام درجات حرارة الألوان المترابطة، وقاس حوالي 5 إلى 9 نقاط متقابلة لكل نقطة لونية، وسجل النقطتين اللتين يمكن تمييزهما عن بعضهما البعض عند وجود اختلاف في اللون. وكانت النتيجة سلسلة من النظريات ذات الأحجام والأطوال المتفاوتة والمعروفة باسم أشكال ماك آدم البيضاوية: نظرية ماك آدم للقطع الناقص. القطع الناقص من McAdam هو منطقة من مخطط ألوان CIE تحتوي على لون لا يمكن للعين البشرية تمييزه عن اللون الموجود في مركز القطع الناقص. يمثل مخطط القطع الناقص اللون الذي يمكن تمييزه. عادةً ما يتم تكبير الأشكال البيضاوية للقطع الناقص في ماك آدم، على سبيل المثال، إلى ثلاثة أو خمسة أو سبعة أضعاف قطرها الأصلي. وتستخدم أشكال ماك آدم البيضاوية هذه المكونة من ثلاث أو خمس أو سبع خطوات للتمييز بين مصدرين للضوء، حيث تمثل “الخطوة” نطاق الاختلافات اللونية. يُظهر مصدر الضوء الذي يحتوي على قطع ناقص من ثلاث خطوات من القطع الناقص ماك آدم تباينًا أقل من مصدر الضوء الذي يحتوي على قطع ناقص من خمس خطوات من ماك آدم. يجب توخي الحذر بشكل خاص للتأكد من أن اختلاف اللون صغير، خاصة في تطبيقات الإضاءة حيث لا تكون مصادر الضوء متباعدة وقد تُرى في نفس الوقت.

درجة الحرارة المحيطة المحددة لمصباح الإنارة

يمكن أن يتأثر أداء وحدة الإنارة بدرجة الحرارة المحيطة. درجة الحرارة المحيطة الاسمية Ta هي درجة الحرارة القصوى التي يمكن عندها تشغيل وحدة الإنارة بشكل مستمر في ظروف التشغيل العادية (قد تتجاوز لفترة وجيزة 10 كيه أثناء التشغيل). عندما تكون درجة الحرارة المحيطة الاسمية Ta = 25 درجة مئوية، لا يلزم الإعلان عن وحدة الإنارة بشكل خاص؛ أما قيم درجة الحرارة المحيطة الاسمية الأخرى فيجب الإعلان عنها. ولإثبات أن وحدة الإنارة قادرة على التشغيل العادي في درجات حرارة مرتفعة لفترات طويلة من الزمن، يقدم المعيار 62722-2-1 المعلمة Tq. تشير درجة حرارة Tq (الجودة) إلى أقصى درجة حرارة محيطة اسمية مسموح بها عند مستوى محدد من الأداء (بما في ذلك العمر المتوقع وخصائص الإضاءة). على سبيل المثال، يمكن أن تعمل وحدة الإنارة ZGSM بشكل طبيعي عند درجة حرارة 50 درجة مئوية لفترات زمنية طويلة، وبالتالي فإن Tq الاسمي = 50 درجة مئوية.

معايير العمر الافتراضي لمصابيح وفوانيس LED

لا يتم تحديد عمر وحدة إنارة LED بمجرد نقطة فشل مفاجئة. في الواقع، معظم وحدات الإنارة لا تفشل تمامًا خلال فترة تشغيل معينة، ولكن سطوعها يتناقص بمرور الوقت (أي أن ناتج الضوء يتناقص)، وهو ما يشار إليه بالتضاؤل التدريجي لخرج الضوء. وبالتالي، فإن العمر الافتراضي لمصباح الدايود المبتعث للضوء محدود بشكل أساسي بانخفاض التدفق الضوئي إلى ما دون الحد الأدنى المحدد مسبقًا “x[%]” وبتعطل مفاجئ. لا يتم النظر هنا في تعطل جهاز التحكم في مصابيح LED. وبالإضافة إلى اضمحلال مصابيح الدايود المبتعث للضوء، قد يكون سبب انخفاض أو اضمحلال التدفق الضوئي أيضًا هو فشل مصابيح الدايود المبتعث للضوء الفردية أو وحدات الدايود المبتعث للضوء. معايير العمر الافتراضي للمصابيح موصوفة بالتفصيل في المواصفة القياسية IEC 62717 وIEC 62722.

تلخيص

من خلال هذه المقالة، نأمل أن يكون لديك بعض الفهم لمتطلبات أداء مصابيح LED. وتتضمن متطلبات الأداء هذه الطاقة والتدفق الضوئي وفعالية الإضاءة وتوزيع الضوء ودرجة حرارة اللون ومؤشر تجسيد اللون وتفاوت الألوان والعمر الافتراضي (معدل الحفاظ على التدفق الضوئي) وغيرها (عامل الحفاظ على الضوء والفشل المفاجئ). هذه المعلمات هي النقاط الرئيسية التي يجب التركيز عليها في مشروع الإضاءة، وهي تتعلق بما إذا كان المشروع يفي بالمتطلبات، بما في ذلك كفاءة الطاقة والإنارة والصيانة الروتينية. تُعد هذه المقالة مجرد مقدمة موجزة، وللحصول على فهم أكثر تعمقًا، يُرجى الرجوع إلى المحتوى ذي الصلة على الإنترنت.

المنتجات ذات الصلة