في إضاءة الطرق, مع تطوير تكنولوجيا LED الأبيض, يستمر التدفق المضيء في LED واحد. سيصبح اتجاهًا لمصابيح LED لتحل محل مصادر الإضاءة التقليدية لأضواء الشوارع LED. يسمى توزيع شدة الضوء لمصدر الضوء في جميع اتجاهات الفضاء بتوزيع الضوء. إن التوزيع الممتاز للضوء لمصابيح الشوارع LED سوف يستفيد بشكل كامل من كفاءة الإضاءة. إن التغطية الضوئية لأضواء الشوارع المتعددة ستجعل الإضاءة تشمل جميع المناطق. غالبًا ما يكون توزيع الإضاءة لأضواء الشوارع LED أفضل من توزيع أضواء الشوارع التقليدية, وهي إحدى المزايا المهمة لأضواء الشوارع LED. يمكن أن تؤدي الأبحاث حول توزيع الضوء لمصابيح الشوارع LED إلى زيادة معدل استخدام الضوء بشكل كبير وتقليل هدر الطاقة, وهو أمر ذو أهمية كبيرة لنظام إضاءة الطريق.
خصائص ومتطلبات توزيع ضوء الشارع LED
خصائص شكل توزيع الضوء لمصباح الشارع LED
إذا لم يكن هناك توزيع للضوء لمصدر ضوء LED, سيكون الضوء مبعثرًا جدًا. عندما تستخدم على الطريق, ستكون مساحة سطح الطريق المضاءة بواسطة ضوء الشارع LED بقعة كبيرة جدًا. بهذه الطريقة, يسطع جزء من الضوء على المنطقة الواقعة خارج سطح الطريق, مما يسبب كمية معينة من النفايات. من الصعب على هذا النوع من مصابيح الشوارع LED إضاءة سطح الطريق بالكامل. كما هو مبين في الشكل 1(أ).
بعد توزيع إنارة الشوارع LED, شكل بقعة الضوء مستطيل, كما الشكل 1(ب). سوف يسطع الضوء على الطريق بشكل متساوٍ نسبيًا, مما يضمن عدم وجود نقاط عمياء على الطريق. بعد توزيع إنارة الشوارع LED, عرض إشعاع الضوء قريب من عرض الطريق. يؤدي هذا إلى الاستفادة الكاملة من الضوء ويمكنه إضاءة الطريق بالكامل.
قمعيار شارع متطلبات توزيع الإضاءة
تشمل الطرق بشكل رئيسي الطرق السريعة, الطرق الرئيسية, الطرق الرئيسية الثانوية والطرق الفرعية. هذه الطرق لها تصنيفات مختلفة, ظروف الطريق المختلفة, ومتطلبات مختلفة لإضاءة الطريق. تتميز مصابيح الشوارع الموجودة على هذه الطرق بكثافات وتدفقات ضوئية مختلفة, وتختلف أيضًا تكلفة مصابيح الشوارع المستخدمة.
تحتاج الطرق السريعة والطرق الرئيسية عمومًا إلى مصابيح الشوارع ذات الطاقة العالية والتدفق الضوئي الكبير. وتحتاج الطرق الرئيسية والفرعية إلى مصابيح شوارع ذات طاقة منخفضة وتدفق ضوئي منخفض. في الوقت الحالي, لا يوجد ما يكفي من مصابيح الشوارع LED المستخدمة على الطرق السريعة والطرق الرئيسية. على الرغم من أن مصابيح الشوارع LED تتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بأضواء الشوارع التقليدية, تكنولوجيا أضواء الشوارع LED ليست ناضجة بشكل خاص. بجانب, تكلفة مصابيح الشوارع LED التي تنتجها العديد من الشركات المصنعة مرتفعة نسبيًا. تكنولوجيا LED لا تزال بحاجة إلى مزيد من التطوير.
منحنى توزيع الضوء لمصابيح الشوارع LED
غالبًا ما يشار إلى التوزيع المكاني لكثافة الإضاءة بمنحنى توزيع الضوء. تحت مصباح الشارع, يجب أن تكون شدة الضوء هي الحد الأدنى, وكلما زادت زاوية الارتفاع θ, تزداد شدة الضوء. العلاقة الوظيفية هي:
إنه, تعبير منحنى توزيع الضوء. يظهر الرسم التخطيطي لمنحنى توزيع الضوء المثالي لمصباح واحد لإضاءة الطريق في الشكل 2.
بسبب تعقيد التصميم البصري, فمن الصعب أن يتوافق شكل توزيع الضوء تمامًا مع العلاقة الوظيفية. يمكن أن ينخفض نطاق الإسقاط للزاوية θ, ويمكن أيضًا تقليل المسافة بين المصابيح للحصول على إضاءة موحدة. بشكل عام, ومن المؤمل أنه بعد توزيع الضوء, زاوية واسعة “جناح الخفاش” يمكن تحقيق توزيع الضوء.
مخطط توزيع ضوء الشارع LED وتحليله
مخطط توزيع الضوء مصابيح الشوارع LED يجب أن تلبي متطلبات إضاءة الطريق. وهذا يتطلب أن يكون حجم فتحة مصابيح الشوارع LED قريبًا من عرض الطريق. إذا كانت صغيرة جدًا, لن تكون هناك أضواء في بعض المناطق. إذا كانت كبيرة جدًا, وسوف يسبب التلوث الضوئي وهدر الطاقة. لمصابيح الشوارع, يعد تكافؤ الإضاءة وحجم الفتحة معلمتين مهمتين لتوزيع ضوء مصابيح الشوارع. إن تصميم توزيع الضوء لمصابيح الشوارع LED يدور أيضًا حول هاتين المعلمتين.
توزيع الضوء الأساسي لأضواء الشوارع LED
التوزيع الأول للضوء لمصابيح الشوارع LED هو بشكل أساسي عملية التعبئة والتغليف في عملية تصنيع مصابيح الشوارع LED. العبوات المختلفة لمصابيح الشوارع LED لها تأثير كبير على كفاءة الإضاءة. تكنولوجيا نقل الضوء الممتازة يمكن أن تقلل من فقدان الضوء وتزيد من كفاءة الضوء. تلعب عملية تعبئة العدسات لمصابيح الشوارع LED دورًا مهمًا في التوزيع الأول للضوء لمصابيح الشوارع.
إذا كانت مصابيح الشوارع LED تعتمد تقنية تعبئة العدسات ذات الرأس المزدوج, سوف تنكسر العدسة رأس مصباح LED, وسوف ينبعث الضوء في “جناح الخفافيش” شكل. بعد طرق المعالجة اللاحقة, يمكن تحقيق أضواء الشوارع LED “جناح الخفافيش” توزيع الضوء ككل. يظهر في الشكل هيكل توزيع الضوء الأساسي ومنحنى توزيع الضوء للعدسة ذات الرأسين 3(أ) والشكل 3(ب). يصبح تصميم هذه العدسة جوهر توزيع الضوء الأساسي.
توزيع الضوء الثانوي لأضواء الشوارع LED
تستخدم مصابيح الشوارع LED العدسات أو العاكسات لتعديل اتجاه انتقال الضوء. تسمى هذه العملية توزيع الضوء الثانوي لأضواء الشوارع LED.
يحتوي التوزيع الثانوي للضوء لمصابيح الشوارع LED بشكل أساسي على الشروط التالية.
عدسة الانعكاس الكلي LED لتوزيع الضوء الثانوي
ينبعث الضوء من وسط كثيف بصريا نسبيا إلى وسط متناثر بصريا نسبيا. عندما تكون زاوية الحادث أكبر من الزاوية الحرجة, سوف يحدث الانعكاس الكلي. توجد عدسة انعكاس كاملة متماثلة ذات محور كامل في مصابيح الشوارع LED لتقييد الضوء ضمن نطاق معين. تسمى هذه الطريقة بتوزيع الضوء الثانوي LED لعدسة الانعكاس الكلي. تعمل طريقة توزيع الضوء هذه على زيادة معدل استخدام الضوء. على سبيل المثال, يعد التحكم في زاوية الشعاع ضمن نطاق ± 30 درجة مفيدًا لمزيد من تصميم توزيع الضوء. تظهر عدسة الانعكاس الكلي في الشكل 4.
عدسة سطحية ذات شكل حر لتوزيع الضوء الثانوي LED
تختلف عن عدسة الانعكاس الكلي المتناظرة ذات المحور الكامل, تتميز العدسة السطحية ذات الشكل الحر بأطوال مختلفة لتوزيع الضوء على المحور X والمحور Y, ويعتمد عنصرًا بصريًا سطحيًا مستطيلًا حر الشكل مع توزيع الضوء. يهدف هذا التصميم إلى تلبية متطلبات إضاءة الطريق بشكل أفضل. على سبيل المثال, إذا كانت هناك حاجة إلى طول إضاءة أطول على اتجاه المحور السيني, يمكن زيادة زاوية توزيع الضوء على المحور X. إذا لم يكن من الضروري أن يكون طول الإضاءة طويلاً على المحور Y, يمكن أن تنخفض زاوية توزيع الضوء. من أجل تحقيق تأثير توزيع الضوء, يحتوي تصميم السطح المنحني على جودة فنية عالية. من أجل تحقيق أفضل النتائج, غالبًا ما تقوم الشركة المصنعة بإجراء اختبارات متعددة.
عدسة خارجية وعاكس LED لتوزيع الضوء الثانوي
طريقة توزيع الضوء هذه بسيطة نسبيًا. استخدام العاكسات المكافئة والعدسات البصرية, الضوء المنبعث من طريقة توزيع الضوء هذه أسوأ بكثير من الطريقتين المذكورتين أعلاه, لكن طريقة توزيع الضوء هذه بسيطة ورخيصة.
رتوزيع الضوء الثالثي لإضاءة الشوارع LED
هناك العديد من وحدات وحدة LED مرتبة ومدمجة على مصابيح الشارع LED. من أجل تلبية متطلبات إضاءة الطريق, من الضروري إجراء توزيع الضوء العالي على مصباح الشارع LED. قام توزيع الضوء الأول والثاني بإجراء تعديلات جيدة نسبيًا على ضوء وحدات وحدة LED, وتوزيع الضوء الثالثي هو لترتيب وحدات وحدة LED بشكل معقول. هناك عدة طرق لتوزيع الضوء العالي.
(1) توزيع الضوء المسطح
يستخدم هذا النوع من مصابيح الشوارع LED عنصرًا بصريًا ذو سطح حر (عدسة أو كوب عاكس) مع توزيع ضوء مستطيل غير متماثل في اتجاه XY. منذ أن تم الانتهاء من توزيع الضوء المستطيل على عنصر بصري LED واحد, يحتاج فقط إلى ترتيب وحدات LED على اللوحة.
(2) توزيع الضوء المنحني
يتم ترتيب مصابيح LED متعددة لتشكيل وحدة LED. تستخدم مصابيح LED الموجودة على وحدة LED عدسة انعكاس إجمالية متناظرة أو كوب عاكس لتوزيع الضوء. عرض زاوية الإشعاع لتوزيع الضوء من خلال العدسة أو الكوب العاكس يكفي لتغطية الطريق. من خلال ترتيب وحدات LED على السطح المنحني, وضبطه, يمكن للمصباح توليد نمط ضوء مستطيل تقريبًا في اتجاه الطريق.
(3) توزيع الضوء متعدد الطيات
ضوء LED لديه اتجاهية جيدة. من أجل الحصول على توزيع أفضل لإضاءة الطريق, تم تصميم اتجاهات إسقاط LED لكل مجموعة لإضاءة المناطق الخاصة بها. الطريقة البسيطة نسبيًا هي اعتماد طريقة السطح على شكل حرف V. في تصميم توزيع الضوء متعدد الطيات, توجد مصابيح LED عالية الطاقة لكل مجموعة في مصباح الشارع على مستويات مختلفة. عن طريق ضبط الزوايا النسبية لكل مجموعة, يمكن للمصباح الحصول على خصائص إخراج الضوء وتأثير الإضاءة المستطيلة التقريبية, الذي يلبي معايير إضاءة الطريق. تين. 7(ج) هو رسم تخطيطي لمصباح الشارع LED متعدد الطيات.
(4) توزيع الضوء على شكل كوب عاكس
إن تصميم عاكس LED يحقق خصائص الإخراج لإضاءة الشوارع. تم تصميم العاكس غير المتماثل في اتجاه المحور XY بشكل منفصل لمصباح LED واحد. هذا الحل مشابه لتوزيع الضوء المسطح. ولكنه يختلف عن استخدام عاكس سطحي حر الشكل للحصول على خرج ضوء قريب من “جناح الخفاش” شكل, تم تصميم وترتيب عاكسات متعددة للحصول على نفس تأثير إضاءة الطريق.
تحليل مخطط توزيع الضوء لمصابيح الشوارع LED
بغض النظر عن تكييف الوسائل التقنية أو المخطط, طالما أن خصائص خرج الضوء تلبي متطلبات معايير إضاءة الطريق الليلية, هذه التكنولوجيا أو المخطط له قيمة استخدام جيدة. كل من توزيعات الضوء المذكورة أعلاه لها مزايا وعيوب, كما هو مبين في الجدول التالي. غالبًا ما يتطلب نظام توزيع الضوء مجموعات متعددة وتصميمات متكررة للوفاء بالمعايير. على سبيل المثال, مزيج من توزيع الضوء الأساسي LED (عملية تغليف العدسات) وتوزيع الضوء الثانوي للمصابيح, مزيج من وحدة توزيع الضوء الثانوي LED وتوزيع الضوء الثالث للمصابيح, التوزيع الثانوي للضوء من عاكسات مصابيح الشوارع LED, إلخ.
مقارنة مخططات توزيع الضوء
مقارنة مخططات توزيع الضوء | |||
| مخطط توزيع الضوء | ميزة | العيب | |
| توزيع الضوء الأساسي | اعتماد عملية التعبئة والتغليف عدسة مزدوجة | منحنى توزيع ضوء جناح الخفافيش جيد | العدسات المعبأة لها تنوع ضعيف |
| عدسة الانعكاس الكلي | تصميم المكونات ومعالجتها بسيط نسبيًا | تركيبة متعددة الحبوب, متوسط التوحيد | |
| توزيع الضوء الثانوي | عدسة ذات شكل حر | التوحيد الجيد ومنحنى توزيع ضوء جناح الخفاش | يعد تصميم المكونات ومعالجتها أكثر تعقيدًا |
| عدسة خارجية وعاكس | تصميم المكونات ومعالجتها بسيط نسبيًا | فقدان ناتج الضوء مرتفع نسبيًا | |
| توزيع الضوء الثالث | توزيع الضوء المسطح | الهيكل الميكانيكي, تبديد الحرارة والتحكم في الطاقة بسيط نسبيًا, والتوحيد العام أفضل | يصعب استخدامه عندما تكون الطرق مختلفة تمامًا
|
| توزيع الضوء المنحني | ضبط انحناء القوس لضبط توزيع الضوء | تصميم تبديد الحرارة وحامل المصباح أكثر تعقيدًا | |
| توزيع الضوء متعدد الطيات | الجمع بين مستوى تبديد الحرارة وسطح قوس التثبيت جيد, مما يقلل من صعوبة العملية | من الصعب ضبط الزاوية | |
| توزيع الضوء على شكل كوب عاكس | الاستفادة الكاملة من الضوء المتسرب من المنطقة المحيطة, ومعدل إخراج الضوء مرتفع, على غرار توزيع الضوء المسطح | يعد تصميم الأكواب العاكسة ذات الشكل الحر أكثر تعقيدًا | |
في الوقت الحالي, تتطور مصابيح LED ذات الضوء الأبيض من نوع الطاقة في اتجاه المصابيح أحادية الشريحة وعالية الطاقة. بسبب عنق الزجاجة لتبديد الحرارة رقاقة, من الصعب نسبيًا على مصابيح LED أحادية الشريحة وعالية الطاقة مع حزم متعددة الرقائق تبديد الحرارة. وستكون كفاءة الإضاءة أيضًا منخفضة نسبيًا.
ماذا تختار
لذلك, مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل التعبئة والتغليف, تبديد الحرارة, كفاءة مضيئة, وتجسيد اللون, عادةً ما تختار مصابيح الشوارع قوة LED واحدة 1 إلى عدة واط وتأثير مضيء 90-100 م/ث. يتم تحقيق الطاقة الإجمالية من خلال طريقة هجينة متعددة العناصر. من حيث توزيع الضوء لمصابيح الشوارع LED, أولاً, يتم ترتيب مصابيح LED ذات التوزيع الأفضل للضوء الأساسي بشكل معقول على نفس المستوى. ثم, العناصر البصرية السطحية ذات الشكل الحر (العدسات أو الكؤوس العاكسة) يتم تطبيقها على مصابيح LED الموجودة على المستوى ككل لإجراء توزيع الضوء الثانوي. يقلل هذا الحل من فقدان ضوء LED الناتج ويحسن كفاءة المصابيح. ما هو أكثر من ذلك, إنه يبسط التصميم النسبي وصعوبة المعالجة للمصابيح ويضمن التوحيد, الإضاءة ونمط الضوء لسطح الطريق. لذلك, هذا البرنامج لديه آفاق بحثية جيدة.
ملخص
يعد تصميم توزيع الضوء لمصابيح الشوارع LED أحد المفاتيح لتطبيق إضاءة الطريق LED. حتى في التصميم المستقبلي لإضاءة المدينة الذكية, ستكون نقطة أساسية. تحلل هذه المقالة بشكل أساسي مخطط توزيع الضوء لأضواء الشوارع LED وتوفر حلاً مثاليًا. التوزيع غير المعقول لمصابيح الشوارع LED يمكن أن يكون أ المشكلة الرئيسية لإضاءة الشوارع LED. ولكن مع التطور المستمر لتقنية LED, سيكون احتمال استخدام مصابيح الشوارع LED المستخدمة في إضاءة الطرق أكثر إشراقًا.
