Leistungsstarke LED-Arrays in der Beleuchtung: Geräte- und Anwendungsfunktionen

Seit der Entwicklung der ersten praktisch anwendbaren LED durch den Professor Nick Holonyak von der Universität von Illinois im Jahr 1962 ist mehr als ein halbes Jahrhundert vergangen. Die revolutionäre Erfindung erfährt jedoch bis heute fortschreitende Veränderungen und wird perfekter, technologischer und nützlicher.

Die Elektrolumineszenz eines Halbleiterübergangs mit der Rekombination von Elektronen und Löchern ist nun die Grundlage für überwirtschaftliche Lichtquellen. LED, oft als LED (kurz für English Light Emitting Diode) bezeichnet, gewinnen allmählich eine stabile Position auf dem Markt moderner energiesparender Beleuchtungstechnologien, sowohl für den Hausbedarf als auch für Unternehmen und sogar für Straßenbeleuchtungssysteme.

LED-Lampen übertreffen die Sicherheit Kompaktleuchtstoffröhren, die Quecksilber und Glühlampen enthalten und nun vollständig zu einem Relikt der fernen Vergangenheit werden.

Der Hauptgrund dafür, dass Glühlampen durch LED-Lichtquellen ersetzt werden, liegt darin, dass die Glühlampe in einem sehr breiten Spektrum emittiert, von dem ein erheblicher Teil einfach nicht für die Beleuchtung funktioniert. Nur 5 Prozent des gesamten Stromverbrauchs einer Glühlampe fließen in die Beleuchtung und der Rest in die Heizung.

Aus diesem Grund sind in letzter Zeit sehr leistungsstarke LEDs und LED-Arrays (monolithische Baugruppen) auf dem Markt so weit verbreitet, dass sie Industrieleuchten ersetzen. Eine LED emittiert in einem ziemlich engen Bereich des Spektrums, beispielsweise hat eine orangefarbene LED eine Wellenlänge im Bereich von 590 nm bis 610 nm.

Die Vorteile von LED-Lichtquellen umfassen:

• hohe Lichtleistung vergleichbar mit Natriumdampflampen (ein Wert von 160 Lumen pro Watt wird erreicht),

• Festigkeit und Vibrationsfestigkeit, lange Lebensdauer (bis zu 100000 Stunden),

• breiter Bereich für die Wahl der Lichttemperatur (von warm 2700 K bis kalt 6500 K),

• spektrale Reinheit, die vom Gerät selbst bereitgestellt wird.

Aufgrund der geringen Trägheit schalten sich die Lichter unabhängig von der Umgebungstemperatur sofort bei voller Helligkeit ein, und das Ein- und Ausschalten hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der LEDs. Der Abstrahlwinkel kann zwischen 15 und 180 Grad liegen.

Die Verwendung solcher Produkte ist für den Menschen aufgrund der niedrigen Versorgungsspannung, der niedrigen Betriebstemperatur und natürlich der Umweltfreundlichkeit durch die Abwesenheit von Quecksilber und Phosphor sowie des ultravioletten Teils der Strahlung im Spektrum völlig sicher. Es ist jedoch zu beachten, dass hohe Temperaturen für jeden Halbleiter schädlich sind. Daher sollten Sie keine Erwärmung über 60-70 Grad Celsius zulassen.

Leistungsstarke LED-Arrays sind Baugruppen aus mehreren Kristallen in einem Block. Mit einem Leuchtstoff beschichtete Strahlungskristalle sind in Reihe parallel geschaltet, um den Stromverbrauch zu optimieren.

Die flache Oberfläche des Blocks ist eine transparente Kunststoffbeschichtung, mit der Sie zusätzliche Optiken installieren können, um das erforderliche Lichtstreuungsmuster zu erzeugen. Die Matrizen werden mit einem ziemlich dicken Kupfer- oder Aluminiumsubstrat mit Befestigungslöchern zur Montage des Geräts auf einem Kühlkörper geliefert.

Die glatte Oberfläche des Substrats gewährleistet einen zuverlässigen Kontakt des Geräts mit dem Kühlkörper. Die Installation sollte sorgfältig durchgeführt werden, um das Gehäuse nicht zu verformen oder zu beschädigen. Wärmeleitende Paste sollte auf die gesamte Oberfläche des Substrats aufgetragen werden.

Der Querschnitt der Verbindungsdrähte sollte nicht weniger als 0,5 Quadratmillimeter betragen, und die Kühlkörperfläche pro Watt sollte bei einer Temperatur von umgebenden Objekten von 25 bis 35 Grad Celsius etwa 20 bis 30 Quadratzentimeter betragen. Solche Matrizen sind mit unterschiedlichen Nennleistungen von bis zu 300 Watt oder mehr erhältlich. Grundsätzlich gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich der Größe der Matrizen.

Der Durchschnittswert der Betriebsspannung für einen Kristall beträgt ungefähr 3,4 Volt und die Stromstärke beträgt ungefähr 350 Milliampere. Diese Werte können geringfügig variieren, Sie sollten jedoch die für eine bestimmte Baugruppe zulässige Spannung nicht überschreiten, da die LEDs eine stark ansteigende Strom-Spannungs-Charakteristik aufweisen und schnell durchbrennen, wenn der Strom den kritischen Wert für den Kristall überschreitet.

Die Verwendung eines Heizkörpers mit einem Flächenrand ist die beste Versicherung für den langen, zuverlässigen und störungsfreien Betrieb der LED-Matrix. Wenn Sie den Strom durch den Kristall auf 320 Milliampere begrenzen, verringert sich der Lichtstrom um 3-5%, gleichzeitig erhöht sich jedoch die Lebensdauer des LED-Kristalls um eine Größenordnung. In der Praxis sind die Bedingungen für seine Stromversorgung ideal.

Die Stromquelle für die LEDs kann eine beliebige Quelle mit Stabilisierung des Laststroms sein. Wenn keine Stromstabilisierung vorliegt, sollte ein erheblicher Spielraum für die Überschreitung des maximal zulässigen Stroms vorgesehen werden. Eine Änderung der Versorgungsspannung um 1 Volt kann zu einer Erhöhung der Stromstärke um den Faktor zwei bis drei führen. Dies führt zu einer Verschlechterung des Kristalls (der Kristall wird beschädigt - der Lichtfluss nimmt ab) oder zu einer Verdunkelung des Leuchtstoffs.

Beim Entwerfen von Kombinationen von LED-Gruppen in Serien-Parallel-Verbindungen vorzugsweise eine Reihenschaltung, um hohe Betriebsströme zu vermeiden.

Wenn die Betriebstemperatur des Kristalls über einen langen Zeitraum den optimalen Wert überschreitet, verdunkelt sich der Leuchtstoff und verliert unter Temperatureinfluss seine Funktion. Verdunkelung und Zerstörung des Leuchtstoffs können direktes Sonnenlicht verursachen, wenn sie weiterhin die Oberfläche der LED beeinträchtigen.

Es ist wünschenswert, ein thermisches Relais in das Design der Stromversorgung einzubeziehen und seinen Sensor am Kühler der Lampe anzubringen.

Wenn Sie im Winter eine LED-Matrix auf der Straße verwenden möchten, müssen Sie berücksichtigen, dass Elektrolytkondensatoren im Netzteil nur bei niedrigen Temperaturen verwendet werden können. Daher ist es am besten, das Netzteil im Raum zu platzieren.

Bei der Verwendung von LED-Matrizen auf der Straße bei niedrigen Temperaturen ist zu beachten, dass der Wirkungsgrad erheblich zunimmt und die Lichtleistung um 10 bis 20 Prozent des Nennwerts steigt. Und nach 500-1000 Betriebsstunden wird die Lichtleistung in jedem Fall um 5-10 Prozent höher sein. Dieses Merkmal der Kristalle wird als „Trainingseffekt“ bezeichnet.

Die Wahl eines Heizkörpers für die Straßenbeleuchtung erfordert ebenfalls besondere Aufmerksamkeit. Er sollte keine unnötigen Vorsprünge, Aussparungen und Biegungen enthalten, damit die natürliche Konvektion maximal ist und sich keine Ablagerungen und Schmutz auf seiner Oberfläche ansammeln können.

Es ist wünschenswert, das Netzteil der Lampe so anzuordnen, dass die gesamte in der Lampe angesammelte Feuchtigkeit die Schaltungselemente nicht im geringsten beeinflusst.

Jedes Jahr wird die Technologie zur Herstellung von Hochleistungs-LED-Arrays verbessert, Hersteller suchen nach den besten Optionen für den Leuchtstoff. Derzeit verwenden die meisten Hersteller gelbe Leuchtstoffe, es handelt sich um modifizierte Versionen von mit dreiwertigem Cer dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat.

LED-Beleuchtungstechnologien sind effektiv und ihre Designs sind recht einfach. Sie werden häufig in Flutlichtern, Lampen, LED-Streifen, dekorativer Beleuchtung und in einfachen Taschenlampen verwendet. Ihre Lichtleistung erreicht 5000 lm.

Heute werden LED-Module zur Beleuchtung von Gebäuden, Straßen, Werbestrukturen, Tunneln und Brücken, Springbrunnen, zur Beleuchtung von Büro- und Industrieräumen, Innenräumen und Möbelelementen sowie in verschiedenen modernen Designprojekten eingesetzt.

Während der Ferien schmücken leistungsstarke LED-Beleuchtungssysteme die Fassaden von Gebäuden, Bäumen und anderen Objekten. Die Zuverlässigkeit von LED-Lichtquellen ermöglicht den Einsatz an schwer zugänglichen Stellen für häufigen Austausch.

Derzeit hat in vielen Ländern der Welt die LED-Beleuchtung andere schnell ersetzt. Viele Städte planen, bald auf LED-Straßenbeleuchtung umzusteigen.