ประสิทธิภาพของหลอดไฟ LED และของพวกเขา ข้อกำหนด

เบื้องต้น

การใช้ LED ในระบบส่องสว่างกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ทั่วโลก ประมาณ 1/3 ถึง 1/2 ของโคมไฟเชิงพาณิชย์ อุตสาหกรรม และกลางแจ้งทั้งหมดใช้โมดูล LED การประหยัดพลังงานที่เป็นไปได้ของ LED เกิน 50% ซึ่งเมื่อรวมกับอายุการใช้งานที่ยาวนานของโคมไฟ LED จะช่วยลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีระยะเวลาคืนทุนที่สั้นลงสำหรับ LED และโครงการส่องสว่างมีแนวโน้มที่จะเลือกใช้เทคโนโลยีแสงสว่างที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้มากขึ้น.

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การเปลี่ยนแปลงของตลาดไปสู่การใช้ไฟ LED ได้เกิดขึ้นเร็วกว่าที่การวิจัยคาดการณ์ไว้มาก บางครั้งอาจเป็นเรื่องยากที่จะตามทันการพัฒนาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และมาตรฐานไฟส่องสว่างใหม่ๆ ซึ่งมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องหลายมาตรฐาน สิ่งสำคัญสำหรับผู้ตัดสินใจและผู้ใช้คือต้องเข้าใจเทคโนโลยี ประสิทธิภาพ และมาตรฐานของไฟ LED เพื่อที่จะเลือกใช้ไฟ LED ที่มีคุณภาพสูง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยให้ลูกค้าสามารถเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับความต้องการของตนได้เร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยให้มั่นใจว่าโซลูชันไฟส่องสว่างใหม่ที่ใช้จะตรงตามมาตรฐานและข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องอีกด้วย.

มาตรฐานข้อกำหนดประสิทธิภาพของโคมไฟและโคมไฟ LED

ในอุตสาหกรรมไฟ LED การระบุพารามิเตอร์หลักของโคมไฟ LED และการเข้าใจความหมายของแต่ละพารามิเตอร์นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง กฎทั่วไปในสหภาพยุโรปคือ อุปกรณ์ไฟฟ้า (รวมถึงโคมไฟ) สามารถนำมาจำหน่ายและขายได้เพียงในกรณีที่มันปฏิบัติตามข้อกำหนดที่จำเป็นของคำสั่งของสหภาพยุโรปที่เกี่ยวข้อง (ซึ่งได้ถูกแปลเป็นกฎหมายของประเทศแล้ว)แหล่งกำเนิดแสง (โคมไฟ, โมดูล) และอุปกรณ์ติดตั้งไฟต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของคำสั่งแรงดันไฟฟ้าต่ำ, คำสั่งความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC), คำสั่งผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับพลังงาน (ErP) และคำสั่งความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ทั่วไป ดังนั้น ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ (รวมถึงไฟถนน, ไฟสปอร์ตไลท์, ไฟสนามกีฬา และไฟภายในอาคาร) ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนด EMC, EMF, การออกแบบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และข้อกำหนดอื่น ๆ.

คณะกรรมการวิศวกรรมไฟฟ้าสากล (IEC) ได้พัฒนาเกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพสำหรับโคมไฟ LED และโมดูล LED เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพสำหรับผลิตภัณฑ์ LED กำหนดเกณฑ์คุณภาพและระบุเงื่อนไขการวัดที่เป็นที่ยอมรับร่วมกัน ดังนั้น ผู้ที่เกี่ยวข้องหรือมีบทบาทในอุตสาหกรรม LED ทุกคนจึงมีพื้นฐานในการเปรียบเทียบและประเมินประสิทธิภาพของโคมไฟ LED บทความนี้อ้างอิงจากมาตรฐานต่อไปนี้สำหรับโคมไฟ LED และโมดูล LED.

IEC 62722-1:2014 ประสิทธิภาพของหลอดไฟ ส่วนที่ 1: ข้อกำหนดทั่วไป.

IEC 62722-2-1:2014-11 ประสิทธิภาพของโคมไฟ ส่วนที่ 2-1: ข้อกำหนดพิเศษสำหรับโคมไฟ LED.

IEC 62717:2014-12+AMD:2015 ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับโมดูล LED สำหรับการส่องสว่างทั่วไป.

IEC 62031:2020 โมดูล LED สำหรับการส่องสว่างทั่วไป ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับโคมไฟ LED มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับข้อกำหนดของมาตรฐานโมดูล LED ดังนั้นมาตรฐานนี้ควรนำมาพิจารณาด้วยเมื่อประเมินระบบส่องสว่าง LED.

IEC 62778:2014 การประเมินความเสี่ยงจากแสงสีฟ้าสำหรับผลิตภัณฑ์แสงสว่างทุกชนิด.

IEC 13032-1:2004, IEC 13032-2 และ IEC 13032-4:2015 แสงสว่างและการให้แสง: การกระจายแสงและฟลักซ์แสงสว่าง.

ข้อกำหนดประสิทธิภาพพื้นฐาน

กำลังไฟฟ้าขาเข้าที่กำหนดของโคมไฟ LED (เป็นวัตต์)

หากโคมไฟใช้โมดูล LED หรือหลอดไฟ LED ที่สามารถเปลี่ยนได้ จะต้องระบุกำลังไฟฟ้าขาเข้าที่กำหนดและจำนวนโมดูล LED สำหรับโคมไฟที่ใช้โมดูล LED จะต้องระบุกำลังไฟฟ้าขาเข้าที่กำหนดไว้ในข้อมูลจำเพาะของโคมไฟ.

ภายใต้เงื่อนไขของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด อุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนด Ta และฟลักซ์แสง (กำลังแสงที่ส่งออก) 100% หลังจากการเสถียรภาพทางความร้อน กำลังไฟฟ้าที่วัดได้ (W) ของโคมไฟ LED จะต้องไม่เกิน 10% ของกำลังไฟฟ้าที่ประกาศไว้ เมื่อกำลังไฟฟ้าที่ประกาศไว้ <10W ควรมีความแม่นยำถึงหนึ่งตำแหน่งทศนิยมเมื่อกำลังไฟฟ้าขาเข้าที่กำหนด ≥ 10W ควรประกาศเป็นจำนวนเต็ม.

สำหรับโคมไฟที่ใช้เทคโนโลยีความสว่างคงที่ ค่ากำลังไฟฟ้าที่ระบุของระบบไฟ LED จะต้องระบุไว้ตั้งแต่ต้นและสิ้นสุดอายุการใช้งานของโคมไฟ LxBy หรือตามอายุการใช้งานเฉลี่ยของโคมไฟ Lx.

ค่าความสว่างที่ระบุของโคมไฟ LED (ในลูเมน)

ในกรณีของโคมไฟ LED จะต้องมีการระบุค่าความสว่างที่ระบุ (ลูเมน) ในเอกสารของผลิตภัณฑ์ ซึ่งโดยปกติจะหมายถึงค่าความสว่างเริ่มต้นของโคมไฟใหม่ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานเฉพาะ ค่าความสว่างที่ระบุของโคมไฟสามารถกำหนดได้โดยวิธีการคำนวณที่เหมาะสม ค่าความสว่างเริ่มต้นที่วัดได้ของโคมไฟจะต้องไม่ต่ำกว่า 10% ของค่าความสว่างที่ระบุที่เผยแพร่ค่าความสว่างรวมที่ประกาศไว้สำหรับโคมไฟ LED นั้นอ้างอิงจากอุณหภูมิแวดล้อม 25°C เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตั้งค่าค่าความสว่าง โปรดดูมาตรฐาน EN 13032-4.

กำลังและฟลักซ์แสง

ประสิทธิภาพการส่องสว่างของโคมไฟ LED (หน่วย: ลูเมนต่อวัตต์)

ประสิทธิภาพการส่องสว่างของโคมไฟ LED หมายถึงอัตราส่วนของแสงสว่างที่ปล่อยออกมาจากโคมไฟต่อพลังงานที่ใช้ (หน่วย: ลูเมนต่อวัตต์) ซึ่งวัดเป็นลูเมนต่อวัตต์ (lm/W) (วิธีการคำนวณลูเมน) เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงในการผลิตแสงที่มองเห็นได้ โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งประสิทธิภาพการส่องสว่างสูง โคมไฟก็จะสามารถส่องสว่างพื้นที่เป้าหมายได้มากขึ้นด้วยพลังงานที่ต่ำกว่าอย่างไรก็ตาม ในการประเมินประสิทธิภาพของโคมไฟ การพิจารณาประสิทธิภาพการส่องสว่างเพียงอย่างเดียวมักไม่เพียงพอ เนื่องจากปริมาณแสงที่ส่องออกมาจากโคมไฟนั้นรวมถึงแสงที่กระจายออกไปโดยไม่ตรงเป้าหมาย ซึ่งไม่ได้ช่วยในการส่องสว่างบริเวณที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น สำหรับไฟสปอตไลท์ที่มีลำแสงแคบและไฟถนน การพิจารณาไม่เพียงแต่ประสิทธิภาพการส่องสว่างเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาการกระจายความเข้มของแสงด้วย โปรดดูรายละเอียดด้านล่าง.

การกระจายความเข้มแสงของโคมไฟ LED

การกระจายความเข้มของแสงถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวัดมุมแสง (Goniophotometer) และบันทึกไว้ในเอกสารการออกแบบระบบไฟฟ้า (เอกสาร IES หรือ LDT) การกระจายเชิงพื้นที่ของความเข้มของแสงจากแหล่งกำเนิดแสงหรือโคมไฟถูกแทนด้วยเส้นโค้งการกระจายความเข้มของแสง รูปต่อไปนี้แสดงการกระจายความเข้มของแสงของโคมไฟภายในอาคารทางซ้าย และโคมไฟถนนทางขวาหน้าตัดในแกนตั้งแสดงโดยเส้นโค้งการกระจายความเข้มแสง (IDC) ในระนาบ C พร้อมด้วยมุมลำแสง γ ที่เกี่ยวข้อง เส้นโค้งเหล่านี้ต้องแสดงในพิกัดเชิงขั้วเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐาน EN 13032-2 ค่าความเข้มแสงแสดงในหน่วยแคนเดลา (cd) หรือแคนเดลาต่อพันลูเมน (cd/klm).

การกระจายแสง หรือการกระจายความเข้มของแสง

อัตราส่วนการรักษาฟลักซ์แสง

การคงสภาพฟลักซ์แสงหมายถึงการเสื่อมของฟลักซ์แสงเมื่อเวลาผ่านไปอันเนื่องมาจากการเสื่อมสภาพของโคมไฟในระหว่างการใช้งานตามปกติ (ไม่รวมผลกระทบจากปัจจัยภายนอก เช่น สิ่งสกปรก, ออปติกส์ และกระจกน้ำหนักเบา) ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของฟลักซ์แสงที่เสื่อมกับฟลักซ์แสงเริ่มต้นสำหรับการให้แสงสว่างภายนอก ค่าอัตราส่วนการรักษาปริมาณแสงสว่างจะถูกวัดที่ระดับโคมไฟ ค่าอัตราส่วนการรักษาปริมาณแสงสว่างจะถูกกำหนดตามอายุการใช้งานที่กำหนดของโคมไฟ และจะถูกจัดเตรียมโดยผู้ผลิตตามมาตรฐาน IEC 62722-2-1:2014 ตัวอย่างเช่น อายุการใช้งานเฉลี่ย Lx เท่ากับระยะเวลาของโครงการค่าเฉลี่ยอายุการใช้งาน L90 = 100,000 ชั่วโมง หมายความว่า หลังจากใช้งานไป 100,000 ชั่วโมง ปริมาณแสงสว่างที่เหลืออยู่จะเท่ากับ 90% ของปริมาณแสงสว่างเริ่มต้น ซึ่งทำให้ได้ค่าอัตราส่วนการคงสภาพของปริมาณแสงสว่าง = 0.90.

พิกัดสี

พิกัดความอิ่มตัวของสีเป็นการวัดคุณภาพของสีอย่างเป็นวัตถุวิสัย โดยไม่ขึ้นอยู่กับความสว่าง ความอิ่มตัวของสีประกอบด้วยพารามิเตอร์สองตัวที่แยกจากกัน ซึ่งมักเรียกว่า เฉดสี (h) และความอิ่มตัว (s) โดยที่ความอิ่มตัวนี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ ความอิ่มตัว ความเข้ม หรือความบริสุทธิ์ของการกระตุ้น ปริมาณของพารามิเตอร์เหล่านี้สอดคล้องกับการมองเห็นแบบสามสีของมนุษย์ส่วนใหญ่ ซึ่งถูกนำมาใช้โดยแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์สีส่วนใหญ่.

แผนภูมิโครมาติกคือกราฟที่แสดงสีทั้งหมดที่เป็นไปได้ แต่ละสีถูกกำหนดโดยคู่ของพิกัดตัวเลข: พิกัดโครมาติก เราสามารถใช้แผนภูมิโครมาติกเพื่อดูว่าสีของแสงที่แตกต่างกันผสมกันอย่างไร จุดบนขอบของเส้นโค้งในกราฟคือสีสเปกตรัมบริสุทธิ์: สีของรุ้ง เส้นระหว่างจุดสองจุดใด ๆ ในแผนภาพแสดงสีทั้งหมดที่สามารถสร้างได้โดยการผสมสีสองสีนี้ดังนั้น สีใด ๆ ในแผนภาพสามารถได้มาโดยการผสมในวิธีต่าง ๆ สีที่อยู่บริเวณขอบของแผนภาพเท่านั้นที่เป็นสีที่ไม่ซ้ำกัน หากเราขยายแนวคิดนี้ไปสู่การผสมสีสามสี เราจะได้รูปสามเหลี่ยม รูปสามเหลี่ยมนี้เรียกว่าสเปกตรัมสี สเปกตรัมสีแสดงสีทั้งหมดที่สามารถได้มาโดยการผสมสีที่มุมทั้งสามของรูปสามเหลี่ยม ขอบของสเปกตรัมสีคือสีที่สามารถได้มาโดยการผสมสีสองสีที่จุดปลาย.

เอลลิปส์ เดอ มาคาแดม

คุณสมบัติการให้สี

การให้สีแสดงออกผ่านดัชนีการให้สี (Ra) แม้ว่าแหล่งกำเนิดแสงอาจปล่อยแสงสีเดียวกันออกมา แต่การให้สีของแหล่งกำเนิดแสงอาจแตกต่างกันได้เนื่องจากความแตกต่างในองค์ประกอบทางสเปกตรัมของลำแสง ดังนั้น ดัชนีการให้สีทั่วไป Ra จึงถูกนำมาใช้ ซึ่งเป็นมาตรวัดสำหรับการระบุลักษณะการให้สีของแหล่งกำเนิดแสงอย่างเป็นกลางมันบ่งชี้ถึงระดับความสอดคล้องระหว่างสีที่รับรู้ของวัตถุภายใต้แหล่งกำเนิดแสงเฉพาะกับลักษณะของวัตถุภายใต้แหล่งกำเนิดแสงอ้างอิง ตามมาตรฐาน EN 12464-1 แหล่งกำเนิดแสงที่มีค่าดัชนีการแสดงสีต่ำกว่า 80 ไม่ควรใช้ในที่ทำงานที่ผู้คนใช้เวลาอยู่นาน ค่าดัชนีการแสดงสี Ra ที่สูงกว่า 90 ถือว่าดีมาก ในขณะที่ค่า Ra ระหว่าง 80 ถึง 90 ถือว่าดี.

ประสิทธิภาพของสี

ความทนต่อสี

ความทนทานต่อสีสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำโดยใช้พิกัด x และ y ในแผนภูมิสี CIE ในปี 1942 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ McAdam (แมคอดัม) ได้ทำการทดลองกับสี 25 สี โดยใช้ค่าอุณหภูมิสีสัมพันธ์ (correlated color temperatures) ซึ่งวัดจากจุดสีตรงข้ามกันประมาณ 5 ถึง 9 คู่ และบันทึกจุดสองจุดที่สามารถแยกแยะได้จากกันเมื่อมีความแตกต่างของสี ผลการทดลองนำไปสู่ทฤษฎีหลายชุดที่มีขนาดและความยาวแตกต่างกัน ซึ่งรู้จักกันในนามของวงรีแมคอดัม (McAdam ellipses): ทฤษฎีวงรีของแมคอดัม. วงรีแมคอดัม (McAdam ellipse) คือพื้นที่บนแผนภูมิสี CIE ที่มีสีซึ่งตามองมนุษย์ไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างจากสีที่อยู่ตรงกลางของวงรีนั้นได้เส้นรอบวงของวงรีแสดงถึงสีที่สามารถแยกแยะได้ วงรีของ McAdam มักจะขยายใหญ่ขึ้น เช่น เป็นสามเท่า ห้าเท่า หรือเจ็ดเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเดิม วงรี McAdam แบบสามขั้น ห้าขั้น หรือเจ็ดขั้นนี้ใช้เพื่อแยกแยะระหว่างแหล่งกำเนิดแสงสองแหล่ง โดยที่ “ขั้น” แสดงถึงช่วงของความแตกต่างของสีแหล่งกำเนิดแสงที่มีวงรี McAdam สามขั้นแสดงความแปรปรวนน้อยกว่าแหล่งกำเนิดแสงที่มีวงรี McAdam ห้าขั้น ควรระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าความแตกต่างของสีมีขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันแสงสว่างที่แหล่งกำเนิดแสงอยู่ไม่ไกลกันและอาจมองเห็นได้ในเวลาเดียวกัน.

อุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนดของโคมไฟ

ประสิทธิภาพของโคมไฟอาจได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อม อุณหภูมิแวดล้อมมาตรฐาน Ta คืออุณหภูมิสูงสุดที่โคมไฟสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องภายใต้สภาวะการใช้งานปกติ (อาจเกิน 10K ชั่วคราวในระหว่างการทำงาน)เมื่อ Ta = 25°C ไม่จำเป็นต้องมีการประกาศพิเศษสำหรับโคมไฟ; ค่าอุณหภูมิแวดล้อมอ้างอิงอื่น ๆ จำเป็นต้องมีการประกาศ เพื่อแสดงให้เห็นว่าโคมไฟสามารถทำงานได้ตามปกติในอุณหภูมิสูงเป็นระยะเวลานาน มาตรฐาน 62722-2-1 ได้แนะนำพารามิเตอร์ Tq อุณหภูมิ Tq (คุณภาพ) หมายถึงอุณหภูมิแวดล้อมอ้างอิงสูงสุดที่อนุญาตให้ใช้ได้ภายใต้ระดับประสิทธิภาพที่กำหนด (รวมถึงอายุการใช้งานและลักษณะการส่องสว่าง)ตัวอย่างเช่น โคมไฟ ZGSM สามารถทำงานได้ตามปกติที่อุณหภูมิ 50°C เป็นระยะเวลานาน ดังนั้น Tq ที่ระบุไว้คือ 50°C.

มาตรฐานตลอดอายุการใช้งานสำหรับหลอดไฟและโคมไฟ LED

อายุการใช้งานของโคมไฟ LED ไม่ได้ถูกกำหนดโดยจุดล้มเหลวที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันเพียงอย่างเดียวในความเป็นจริง โคมไฟส่วนใหญ่ไม่ได้ล้มเหลวโดยสมบูรณ์ภายในระยะเวลาการทำงานที่กำหนด แต่ความสว่างของมันจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป (กล่าวคือ ปริมาณแสงที่ส่องออกมาลดลง) ซึ่งเรียกว่าการเสื่อมของปริมาณแสงที่ส่องออกมาอย่างค่อยเป็นค่อยไป ดังนั้น อายุการใช้งานของโคมไฟ LED จึงถูกจำกัดโดยปริมาณแสงที่ส่องออกมาลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของ “x[%]” และการล้มเหลวอย่างกะทันหัน การล้มเหลวของอุปกรณ์ควบคุม LED ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในที่นี้นอกเหนือจากการเสื่อมสภาพของ LED แล้ว การลดลงหรือการเสื่อมของฟลักซ์แสงสว่างอาจเกิดจากความล้มเหลวของ LED หรือโมดูล LED แต่ละตัวได้เช่นกัน เกณฑ์อายุการใช้งานของโคมไฟได้รับการอธิบายอย่างละเอียดในมาตรฐาน IEC 62717 และ IEC 62722.

สรุป

ผ่านบทความนี้ เราหวังว่าคุณจะมีความเข้าใจเกี่ยวกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของโคมไฟ LED บ้าง ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเหล่านี้รวมถึงกำลังไฟฟ้า, ลูมินัสฟลักซ์, ประสิทธิภาพการส่องสว่าง, การกระจายแสง, อุณหภูมิสี, ดัชนีการแสดงสี, ความทนทานต่อสี, อายุการใช้งาน (อัตราการคงสภาพลูมินัสฟลักซ์) และอื่นๆ (ปัจจัยการคงสภาพแสงและความล้มเหลวฉับพลัน)พารามิเตอร์เหล่านี้เป็นจุดสำคัญที่ต้องให้ความสนใจในโครงการระบบไฟฟ้าแสงสว่าง และมีความเกี่ยวข้องกับการที่โครงการจะตรงตามข้อกำหนดหรือไม่ รวมถึงประสิทธิภาพทางพลังงาน, ความสว่าง, และการบำรุงรักษาตามปกติ บทความนี้เป็นเพียงการแนะนำอย่างคร่าว ๆ เท่านั้น สำหรับความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น โปรดอ้างอิงเนื้อหาที่เกี่ยวข้องทางออนไลน์.

สินค้าที่เกี่ยวข้อง