что означает светодиодный светильник
Светодиодное освещение
В течение последнего десятилетия частные лица и владельцы бизнеса все чаще выбирают доступное светодиодное освещение. Серийный выпуск LED-элементов, демонстрирующий высокие темпы роста, отражает оживленный спрос на них.
Что такое светодиодное освещение? Принцип работы светодиода
Светодиод представляет собой прибор на основе полупроводниковых кристаллов с электронно-дырочным переходом. Он создает оптическое излучение в узком диапазоне спектра при пропускании через него электрического тока. Под действием последнего каждый кристалл начинает излучать лучи в спектре RGB, а белый цвет является результатом их смешения. При изменении соотношения цветов получают оттенки белого света от теплого до холодного.
Если говорить о современных светодиодных лампах, то они состоят из следующих элементов:
Преимущества и недостатки светодиодного освещения
Как и другие популярные источники освещения – традиционные и люминесцентные – они тоже имеют достоинства и недостатки. К преимуществам LED светильников относят следующие характеристики:
Светодиодные источники света не нуждаются в регулярном техническом обслуживании и подходят для освещения влажных и пыльных помещений. На их срок службы не влияет частое включение и отключение питания, в отличие от галогенных, люминесцентных и ламп накаливания.
С момента появления на рынке источники света на основе светодиодов непрерывно дешевеют, но до сих пор остаются дорогими на фоне альтернативных решений. Это является их главным и единственным недостатком. Но если учитывать срок службы и уменьшенное потребление энергии, установка LED-освещения будет предпочтительнее с экономической точки зрения.
Характеристики светодиодов
Рабочий ток (мА, миллиамперы)
Светодиодные элементы работают от 10-100 мA и более. Чем мощнее диод, тем выше сила тока ему требуется, но тем больше вероятность перегорания светодиода. Для выпрямления характеристики силы тока используют драйверы. Чем более точно они работают, тем дольше прослужит диод.
Напряжение (В, вольты)
Зависит от полупроводников и других химических элементов, использованных при изготовлении LED-элемента. Их качественные и количественные характеристики напрямую влияют на цвет свечения.
Мощность (Вт, ватты)
Определяется силой тока и напряжением. Чем выше мощность, тем сильнее нагревается светодиод, но тем быстрее он выходит из строя. Чтобы не допустить подобного развития событий, их принудительно охлаждают, устанавливая радиаторы из алюминия или других материалов с похожими характеристиками.
Цветовая температура (К, Кельвин)
Она зависит от материалов изготовления диода. Температура определяет оттенок свечения светодиода. Он может теплым желтым (1 800 – 3 500 К), нейтрально белым (3 600 – 5 000 К) или голубовато-холодным (5 100 К и выше).
Световой поток (лк, люксы)
Определяет интенсивность освещения. Означает, какое количество люмен (единиц светового потока) приходится на единицу мощности, равную 1 Вт.
Угол рассеивания (°, градус)
Он зависит от характеристик рассеивающей линзы. Для одного диода угол рассеивания составляет от 50 до 120 °. Если требуется акцентное (точечное) освещение, используют собирательную линзу. Если угол рассеивания требуется увеличить до 270-360°, изготавливают модульные конструкции.
Как светодиодное освещение помогает экономить?
Мы рассмотрели, насколько выгоднее светодиодные решения на фоне галогенных, люминесцентных и ламп накаливания. Главные плюсы LED в экономическом плане определяются их сроком службы и уменьшенным потреблением энергии. Предлагаем убедиться в этом на примере.
| Световой поток |  Светодиодная лампа |  Энергосберегающая лампа |  Лампа накаливания |
|---|---|---|---|
| 50 лм. | 1 вт. | 4 вт. | 20 вт. |
| 100 лм. | 2 вт. | 5 вт. | 25 вт. |
| 100-200 лм. | 2,5-3 вт. | 6-7 вт. | 30-35 вт. |
| 300 лм. | 4 вт. | 8-9 вт. | 40 вт. |
| 400 лм. | 5 вт. | 10 вт. | 50 вт. |
Возьмем популярную лампу накаливания на 60 Вт. Ближайшей к ней по характеристикам мощности будет светодиодная лампа на 9 Вт. Здесь видна семикратная экономия потребляемой энергии, что отразится на счетах за потребленное электричество. Добавляем к этому преимущество в светоотдаче (78 лм/Вт против 13 лм/Вт) и срок службы, который отличается в 50-100 раз (до 100 000 часов непрерывной работы против 1 000 часов). Отнимаем необходимость в специальной утилизации (для предприятий это не бесплатная услуга) и потребность в замене ламп в результате повреждения – и на выходе получаем экономически обоснованное решение.
Виды светодиодного освещения
Квартирное
Такие лампы устанавливают в люстры, настольные светильники, бра и точечные источники освещения. Их покупают в комплекте со светильниками или отдельно, с целью перейти на экономное потребление электроэнергии.
Офисное
Для офисов и кабинетов светодиоды используются в составе встраиваемых или потолочных накладных светильников. Они дают равномерный рассеянный световой поток со схожими характеристиками на каждом рабочем месте.
Торговое
В этом случае светодиодное освещение играет важную роль в получении прибыли от продаж, так как представляет товар в удачном ракурсе. С этой целью устанавливают светильники-даунлайты, карданные и модульные модели, трековые на шинопроводе и другие виды.
Промышленное
Светодиоды используют в производственных цехах, на складских комплексах, животноводческих фермах. Такие источники света способны выдерживать агрессивные условия эксплуатации: температуру более 35 ° и влажность более 80 %, чрезмерное запыление, регулярное механическое воздействие.
Аварийное
Как запасной вариант, при отключении основного освещения, используют светодиодные светильники на промышленных объектах, в медицинских и развлекательных учреждениях, в торговых сетях. Есть полностью автономные модели и те, которые предназначены для подключения к централизованному электропитанию. Также выделяют категорию эвакуационных аварийных светильников, которые указывают выходные пути в экстренных ситуациях (например, при срабатывании пожарной сигнализации).
Консольное (уличное) и архитектурное
Уличные и архитектурные светильники со светодиодами устанавливают на трассах и городских улицах, парках и вдоль пешеходных дорожек.
LED-элементы в составе лент и отдельных источников освещения используют для подсветки фасадов зданий и скульптур. Для получения различных эффектов применяют оптические системы, отражатели, светильники с углом рассеивания до 180 °. Для выделения архитектурных объектов прибегают к гирляндам, а медиафасады, изготовленные на основе модульных сеток, используют для трансляции рекламы и другого контента.
Прожекторное
Светодиоды являются составными элементами современных прожекторов – приборов дальнего действия с большим охватом: спорткомплексов, паркингов, вокзалов. Количество LED-элементов в них составляет от 30 и более, а мощность варьируется от 20 до 100 Вт. Так достигается высокая концентрация светового потока, позволяющая визуально выделить объекты, расположенные на расстоянии в десятках метров.
Выводы: какое оно, светодиодное освещение?
По основным характеристикам – сроку службы, экономичности, экологичности и параметрам светоотдачи – светодиодное освещение превосходит люминесцентное, галогенное и накаливания. Диоды становятся дешевле в производстве, совершенствуются их конструктивные элементы и одновременно с этим увеличивается популярность. Можно уверенно утверждать: за светодиодными источниками – будущее.
Сложности с выбором светильников?
Типы светодиодных светильников
На основе светодиодов производятся эффективно работающие светильники любых типов — в области как бытового, так и технического освещения. Однако, LED светотехника имеет принципиальные отличия от аналогов, рассчитанных на применение ламп накаливания и газоразрядных ИС. Обзор посвящен типологии светодиодных светильников с акцентом на этих отличиях.
Элементная база
Светодиоды и аппаратная часть бытовых LED лампочек, трековых софитов и промышленных прожекторов значительно отличаются друг от друга. Поэтому перед изучением типов светильников важно разобраться с их элементной базой. Без этого сложно оценивать плюсы и минусы разных коммерческих предложений.
В схеме светотехнических устройств на основе LED выделяются следующие структурные уровни:
Каждый светодиод состоит из подложки, чипа (излучающего кристаллического диода) и оптической линзы или слоя люминофора. Белый свет в диапазоне цветовых температур от 2200 К (теплый) до 6500 К (холодный) генерируется при прохождении излучения от синего или фиолетового светодиода сквозь слой цветного люминофора (обычно желтого или оранжевого цвета). На этом принципе построены все СД кроме RGB.
Объединяет в одном корпусе красный, синий и зеленый диоды под общей линзой. Такие устройства используются в лампах с переключением или регулировкой цвета излучения. С их помощью получают и белый свет, но его спектр далек от приемлемого для длительного восприятия. Поэтому область применения ИС на основе RGB светодиодов — декоративное освещение.
Рис. 1. Лампа с регулировкой цвета излучения
SMD и PCB Star
Устройства, состоящие из одного или нескольких кристаллов в корпусе под линзой или люминофором. Потребляемая мощность SMD (от 1 до 9 чипов) не превышает 1 Вт, а вот PCB Star, хоть и содержат в схеме только 1 кристалл — гораздо более мощные СД (до 10 Вт). Оба этих вида СД отличаются узконаправленным потоком, самой высокой светоотдачей Лм/Вт и рекордным сроком службы.
Рис. 2. СД SMD
Рис. 3. СД COB
Filament
СД, внешний вид которых имитирует нити накала в традиционной лампочке Эдисона. На узкой стеклянной полоске зафиксировано несколько крохотных чипов, и вся полоска покрыта люминофором. Этот вид светодиодов обеспечивает самое равномерное рассеивание света. Недостаток — сравнительно небольшой срок службы.
Рис. 4. СД Filament
Бескорпусные СД
Чипы малого размера и мощности под люминофором, но без корпуса или металлической пластины. Множество таких чипов, смонтированных на пластине (или объемном элементе), находящейся внутри светорассеивающей колбы — самая типичная начинка LED лампочки.
Лампы, ленты и мощные светодиоды как самостоятельные ИС
LED лампы производятся с патронами и штырьевым контактами всех видов. Это позволяет использовать их в светильниках, рассчитанных на ИС других типов. Лампы с негерметичными полимерными колбами делают на базе бескорпусных СД и очень редко — на базе SMD. В лампах LED filament со светодиодными «нитями» используют герметичные стеклянные колбы, наполненные гелием для улучшения теплоотвода.
SMD находят применение в производстве светодиодных лент. СД этого типа используются также в точечных и линейных светильниках.
Рис. 5. СД SMD и светодиодные ленты на их основе
Мощные COB служат главными элементами светодиодных ламп без колб, а в прожекторах и других технических светильниках их монтируют непосредственно на радиаторы охлаждения.
Аппаратная и конструкционная начинка LED светильников
Светодиоды нагреваются меньше, чем лампы накаливания. Почему же тогда радиатор теплоотвода является обязательным элементом конструкции светодиодного светильника? Дело в том, что эффективность (светоотдача) и срок службы светодиода заметно падают, если превышается температурный порог 60 – 70 °C. Радиатор может входить в конструкцию лампы, помещаться в корпус светильника, либо заменять собой этот корпус.
СД работают от постоянного тока низкого напряжения. Поэтому в лампочку или светильник устанавливают драйвер — устройство, выполняющее функции выпрямителя и трансформатора. Драйвер также называют блоком питания.
В схему управления ламп с регулировкой цвета (цветовой температуры) входит контроллер, обеспечивающий избирательное включение отдельных чипов.
Рис. 6. Главные конструктивные элементы LED светильника
В конструкцию некоторых светодиодные ИС включен диммер для изменения яркости свечения. Следует различать светильники с внутренним диммером и диммируемые светодиоды/лампы. Яркость вторых можно изменять внешними диммерами, например, встроенными в выключатели.
Диммеры в LED лампах иногда встраивают не для функционального затемнения, а с целью продления срока их службы. Термореле при повышении температуры выше установленного предела снижает напряжение, подаваемое на светодиоды. Можно рассматривать такой механизм как сомнительную альтернативу эффективным радиаторам охлаждения.
Важную роль в распределении светового потока от СД играют рефлекторы, линзы и рассеиватели. Наряду с аппаратной частью эти элементы определяют эффективность и внешний вид LED светильников.
Функциональные типы LED светильников
Рассмотрим основные группы LED светотехники, уделяя внимание конструкции, элементной базе, функциональным возможностям и сфере применения.
Точечные и узконаправленные софиты
3 основных приема для получения поток света с минимальным углом рассеивания — это применение:
Такие светильники позволяют подсвечивать с необходимой яркостью отдельные зоны и объекты. Находят применение в декоративной и рекламной подсветке, освещении рабочих мест в помещениях с высокими потолками, а также в музеях, галереях и на выставочных экспозициях.
Рис. 7. Софит с рефлектором, обеспечивающим малый угол рассеивания
В экспозиционных софитах системы линз необходимы, так как расстановка экспонатов, их размер и расположение периодически меняются.
Софиты с переменным углом светового потока
Альтернативой дорогим системам оптической фокусировки с помощью линз выступают LED светильники с наборами сменных рефлекторов. Они обычно конструируются по схеме, включающей:
Схема успешно работает в трековых и карданных светильниках. Область применения — коммерческие зоны, офисы, жилой интерьер.
Рис. 8. Софиты типа «комбо» на базе СД COB с набором рефлекторов 15°; 25°; 38°; 60°
Прожекторы и мощные светильники заливающего света
Формально прожектор — это уже рассмотренный узконаправленный софит. Разница заключается в масштабах явления. Прожекторы нужны для освещения зон и объектов большой площади, зачастую — расположенных на значительном удалении. Светильник заливающего света отличается от прожектора более широким углом светового потока. Но внешне устройства этих двух видов могут выглядеть почти одинаково.
Одним светодиодом SMD в мощном прожекторе уже не обойдешься. Востребованы конструкции, основанные на:
Типичный пример светильника заливающего света — плоская панель с радиатором и матрицей с SMD или COB без рефлектора.
Прожекторы нужны для освещения территорий, зданий, площадок хранения техники и других м/c. Востребованы они и в системах внутреннего света — в гаражных боксах, театрах, спортивных и актовых залах.
Светильники верхнего заливающего света часто применяют в офисах, торговых и промышленных зонах с высокими потолками, а также в теплицах и оранжереях большой площади.
Светильники Omni и широкоугольного рассеивания
Термином «Omni» в световом проектировании называют условно-точечные ИС, распространяющие поток света равномерно во всех направления, т.е., сферически. Пример светодиодного источника света, близкого к omni — лампа LED filament с колбой грушевидной формы или типа «свеча» без внутреннего рефлектора. Похожее распределение света дает светодиодная лампа с распределением чипов типа «кукуруза» и матированной колбой.
В жилом, общественном и офисном интерьере источники omni применяются в светильниках традиционного дизайна. Примеры: рожковые люстры классического типа, люстры, бра и торшеры с абажурами, а также светильники с рассеивающими плафонами.
Достаточно поместить ИС omni под конический, полусферический или параболический рефлектор — и мы получим самый распространенный тип технического светильника с широкоугольным световым потоком. Но наибольший экономический эффект дает схема с мощными COB сборками под такими рефлекторами. Широкоугольными LED светильниками на подвесах часто оборудуют склады, промышленные цеха, общественные пространства большой площади. Кроме открытых СД COB в них применяют и LED лампы с люминофором, нанесенным на колбу.
Рис. 10. Широкоугольные параболические подвесные светильники для складских, коммерческих и промышленных помещений
Линейные
Светодиодные светильники данного типа — одно из самых эффективных средств устройства эргономичного и энергосберегающего освещения. Сложно представить что-то более универсальное по своим функциональным возможностям. С помощью линейных LED светильников можно:
Эффективный линейный трековый светильник имеет корпус с охлаждающим оребрением, смонтированную на нем прямоугольную или линейную плату со светодиодами и линейный рассеиватель в виде трубки с овальным или прямоугольным сечением.
Рис. 11. Линейные светодиодные светильники. Сверху — на базе SMD, снизу — на базе линейного COB
Линейные промышленные LED светильники отличаются от офисных и коммерческих более сложной конструкцией корпуса, удовлетворяющей специальным условиям эксплуатации.
Встраиваемые панели
Плоские светодиодные потолочные панели обеспечивают равномерный заливающий свет. В них могут использоваться как SMD, так и COB матрицы. Определяющую роль играет качество светорассеивающего экрана. Светильники этого типа создаются для монтажа на подвесных потолках, так как отдача тепла от радиаторов охлаждения возможна только в подпотолочное пространство.
Большинство серийных моделей LED панелей для подвесных потолков типа «Армстронг» рассчитана на крепление в секциях 600 х 600 мм.
Рис. 12. Типы рассеивания света поликарбонатными экранами встраиваемых LED панелей
Требования к условиям эксплуатации
В плане соответствия условиям эксплуатации LED светильники независимо от своего функционального типа нормируются так же, как и любая другая светотехника. То есть, всем изделиям присваивается определенная категория по:
Сложности с выбором светильников?
Светодиодные светильники
Еще совсем недавно светодиодное освещение не пользовалось большой популярностью. В наши дни ситуация изменилась в корне. Сейчас производители производят довольно широкий ассортимент данного осветительного оборудования.
Освещение светодиодного типа может быть применено в таких ситуациях:
Давайте же более подробно разберемся в том, какие виды такого освещения бывают, и какие особенности их применения нужно учитывать.
Об отличиях и преимуществах
Практически каждый человек знает о том, что у ламп накаливания имеется один серьезный недостаток. Они мерцают. Конечно, это мерцание порой незаметно для человеческого глаза. Тем не менее, оно сильно раздражает. Светодиоды от такого дефекта полностью избавлены. Кроме того, они не распространяют ультрафиолета и инфракрасного света, а это значит, что они не вредят зрению. Данные факторы имеют большое значение, когда дело касается освещения жилой квартиры или дома, помещения, в котором человек много сидит у компьютера, читает, занимается рукоделием.Стоит добавить, что LED-лампочки излучают самое малое количество тепла. Поэтому они почти не нагревают окружающие декоративные элементы и плафон светильника. А еще они совсем не сушат воздух.
Если говорить о цене, то светодиодные светильники стоят намного дороже, чем лампы накаливания. Однако этот недостаток полностью окупается их дизайном и высокой экономичностью. Последний показатель у них даже выше, чем у обычных экономок, к которым мы все привыкли. Поэтому приобретая устройство со светодиодами, вы, прежде всего, переходите на разумный вид экономии электроэнергии. На сегодняшний день во многих странах Европы вводят в действие программы особого вида, подразумевающие использование в быту LED-лампочек. В некоторых странах лампочки накаливания даже полностью запретили. Отметим, что при сравнении с лампочками люминесцентного типа LED-лампочки экономят намного больше электроэнергии. Так, последние могут прекрасно освещать комнату, имея мощность всего в 15 Вт. При этом светоотдача у них равняется 120 Вт. Низкий уровень напряжения, который нужен для полноценного питания лампочки, обеспечивает довольно высокий уровень пожарной безопасности. Стоит также добавить, что у таких энергосберегающих устройств очень высокий период эксплуатации.
Осветительные приборы со светодиодными лампочками изготавливаются в самых разных дизайнерских вариациях. Благодаря этому такие приборы можно смело использовать как в качестве основного источника света, так и в роли дополнительного.
Все достоинства и отличия, которые были перечислены выше, оценит любой пользователь. Это поможет ему сделать логический вывод относительно того, что не комфортные и вредные лампочки накаливания лучше заменить экономичными и безвредными устройствами со светодиодными лампочками. При этом, нисколько не ущемив себя в вопросах изящества и красоты.
О приборах для домашнего освещения
Давайте поговорим более подробно о светодиодном освещении, которое используют в жилых квартирах и домах. Оно делится на несколько видов.
Наружное освещение
Итак, с домашними светильниками мы разобрались. Теперь давайте поговорим о тех моделях, которые применяются при наружном освещении.
О сроке службы
Разные производители дают разные цифровые данные. В среднем же светодиодная лампа может прослужить от тридцати тысяч до ста тысяч часов, то есть от восьми до двадцати семи лет. Все это подсчитывалось с учетом того, что их ежедневно будут эксплуатировать не менее десяти часов. Отметим, что срок службы LED-лампочки зависит от самых разных характеристик. Давайте поговорим о них более подробно.
Первое, от чего зависит срок службы – это уровень качества кристалликов, которые встроены в LED-лампочки. Важно и то, насколько они структурно однородные. В процессе использования кристаллики постепенно портятся. Это может происходить из-за нарушения кристаллической решетки, а также из-за миграции атомов, которые отдают металлы. Последние образуются из электродов.
На участках с поврежденной решеткой кристалликов электрическая энергия выделяется только посредством тепла, но не света. Многие полагают, что такие повреждения могут возникать из-за электричества, которое носит статический характер.
Атомы, которые проникают в кристаллическую структуру, способствуют тому, что образуются потери тока. Ток продолжает двигаться, но без выделения света. Если сила тока и температура воздуха будут повышены, то и атомы будут проникать больше, а сила света заметно уменьшается. Светодиод в такой ситуации быстро испортится. Подобные недостатки относятся к приборам из недорогой ценовой группы. Отметим, что в подобном износе устройства может быть виноват и сам пользователь. Все LED-лампочки оборудованы радиаторами, которые защищают светодиоды от тепла путем отвода. Последнее либо растворяется в воздухе, либо отдается на ту поверхность, к которой привинчен прибор. Если установить светильник, закрыв его колбу, то даже устройство самого высокого уровня качества быстро придет в непригодность. А все из-за того, что будет отсутствовать отвод тепла. Именно по этой причине в подвесные потолки встраивают специальные потолочные светильники в виде панелей.
Плохой тепловой отвод плохо действует на оптику лампочки и ее слой люминофора. Если свет начинает приобретать синеватый оттенок, то это свидетельствует о том, что люминофор пришел в непригодность. Что касается оптической системы, то ее делают либо из пластмассы, либо из силикона. Это значительно снижает уровень светоотдачи светодиодов.