Новости при компонентите за LED осветление – част 1

Стефан Стефанов

През последното десетилетие светодиодната технология навлезе в почти всички приложими сфери на осветлението по-бързо от всеки източник на светлина преди това. С нарастване на ефективността на новите поколения светодиоди, отпадна необходимостта от големи охладители, а последните генерации на драйвери гарантират ефективност над 90%. Съвременните вторични оптики допринасят чрез подоброто светлоразпределение за намаляване на инсталираните мощности.

Обемът на пазара на осветление се оценява на 118,3 млрд. USD за 2019 г., като се очаква той да достигне 163,7 млрд. USD за 2027 г. Основен движещ фактор са правителствените програми за намаляване на вредните емисии и осъзнатата от потребителите необходимост да заменят остарелите конвенционални източници на светлина с нови по-ефективни, а често и разполагащи с интелигентни функции. В настоящата статия ще разгледаме някои от новостите и предизвикателствата, на които трябва да отговори светодиодната технология.

Медицински приложения

В условията на глобална пандемия от COVID-19 една от първите технологии, използвани в борбата с непознатия вирус, e светодиодната. Широко приложение в създаването на портативни и мобилни средства за дезинфекция на въздух, вода и повърхности намират керамичните LED UAIC0104F3C0C097 с мощност 1 W и поток от 10 mW, произвеждани от Edison Opto, както и UVC 275nm светодиодите N0Q52S05Z-260270 в корпус 3535 с мощност 2 W и поток от 45 mW на Brightek. По-мощни версии са UAIC0507F3C0C009 с корпус 5050, мощност 3 W, поток 60 mW и UAIC0707F3C0C009 с корпус 7070, мощност 5 W и поток 80 mW със стъклена първична оптика (фиг. 1). С експлоатационен живот над 20 000 часа, те са над два пъти по-дълготрайни от конвенционалните UVC източници. Освен това предимство на UVC светодиодите е, че при тяхната работа не се отделя озон.

При създаването на устройства за дезинфекция керамичните UVC светодиоди са предпочитани спрямо аналогичните LED в корпуси 2835 и 3030, чийто живот е далеч по-малък при излъчване на UVC и рядко достига до 2000 часа. Ако се използва вторична оптика, тя трябва да бъде от силикон или друг материал, устойчив на UVC лъчение (популярните PC или PMMA оптики не са приложими с UVC светодиоди). Добър пример е FN17818_VIOLET-12X1-W на Ledil (фиг. 2), изработена от устойчив силикон с 60 градуса ъгъл на светлоразпределение и размери 295 x 42 mm. Дизайнерите на подобни продукти лесно могат да изберат драйвери от типа на AMLDL-3070-RZ на Aimtec или LDD-350LW на MeanWell, които се свързват към акумулаторна батерия или друг източник на постоянно напрежение.

UV светодиодите в клас A (365 – 385 nm) като UAIC0208VCC0C093 (Edison Opto) или N0Q52S35Z (Brightek) намират широко приложение в процеса на съхнене на лепила, лакове и бои. За разлика от UVC, някои UVA LED имат първична оптика от силикон. Светодиодите клас UVB (295 – 310 nm) се използват в медицината при устройства за фототерапевтична светлина.

UVC светодиодите се използват все по-широко и в процесите на стерилизация и дезинфекция при обработка на почви и торове в бързо развиващия се сегмент на

градинарски и овощарски (Horticulture) приложения

Сегментът осветление за градинарски нужди е оценен на 3,2 млрд. USD през 2019 г. и се очаква да достигне над 20,3 млрд. USD през 2030 г., като в основата на бързото му развитие са градското земеделие и оранжериите. Управлението на процеса на фотосинтеза чрез изкуствено осветление на база различни дължини на вълните от видимия спектър (400 – 700 nm), е най-ефективният начин за повишаване на добивите при закрити оранжерии. Важно е да се отбележи, че, за разлика от общото осветление, тук светлинната ефективност се измерва във фотонен поток Photosynthetic Photon Flux – PPF (mmol/s) или фотонна енергия PPF (mmol/J). Сред най-разпространените светодиоди в керамични корпуси 3535 и дължина на вълната 455 nm (Royal Blue) са XP-G3 с номинален 2,77 PPF(mmol/s), XP-G3 S Line 650 – 670 nm (Photo Red) с номинален 2,85 PPF (mmol/s) и XP-E2 720 – 740 nm (Far RED) с 2,2 PPF(mmol/s) на Cree (Табл. 1). Чрез комбинация от тях (фиг. 3) може оптимално да бъде покрит фоточувствителният спектър на растенията, необходим за фотосинтезата.

При създаването на осветители за градинарско осветление нараства и тенденцията да се използват бели светодиоди с цветна температура 3500 – 4000 K и CRI 70 – 90 (Табл. 2), които имат добър PPF/W средно около 3,05 mmol/J в корпуси 2835, 5050. Системите за осветление, базирани на бели светодиоди JB2835B G Class или JR5050 P Class на Cree, имат по-ниска стойност отколкото системите, използващи монохромни цветни светодиоди в комбинации. Основният недостатък и на двете решения е липсата на излъчване в UV спектър в диапазона 385 – 400 nm, което може да се компенсира например с добавянето на 2FX001GX00F02H01 400 – 415 nm (Indigo) и мощност от 1 W 1,9 PPF (mmol/s) на Edison Opto.

Повечето производители на CC (Constant Current) AC/DC драйвери предлагат дву- или четириканални захранвания, чрез управление по DALI или друг интерфейс за контрол на отделните цветове и нивата на интензитет, за създаване на различни сценарии на осветление в съответствие със стадия на растеж на отглежданата култура. OT FIT 380/230-400/1A4 NFC HC L на Osram са драйвери с високо изходно напрежение 150 – 500 V и възможност за регулиране на изходния ток в диапазона 400 – 1400 mA, към които се присъединяват вериги от множество серийно свързани светодиоди. Максималната мощност може да достигне 380 W, като производителят е заложил 100 000 часа експлоатационно време, а ефективността може да достигне до 97%.

Производителите на вторична оптика също развиха отделни линии продукти, ориентирани към оптимизация на "Horticulture" решенията. Типичен пример е CS16619 DAHLIA-TL110 на Ledil (фиг. 4) – вторична оптика със светлоразпределение 120 градуса, оптимизирано да покривa равномерно вертикално и хоризонтално осветяваната повърхност. Размерите ù са 321x81 mm, разполага с над 120 оптични точки и дава възможност инсталираната мощност да достигне до 360 W.

Изработената от поликарбонат или полиметилметакрилат (PMMA) оптика лесно побира както различни по цвят 3535 пакети, така и по-малките 2835 LED, като при тях мощността може да достигне до 125 W.

Статията продължава в следващия брой на сп. Инженеринг ревю