Новости при компонентите за LED осветление – част 2

Eлемент на интелигентните осветителни системи са IOT драйверите с възможност за безжична комуникация

Използването на по-топло бяла светлина има преимущества при опазването на фоточуствителни биологични видове и техния цикъл на нощен живот

Значително е развитието при вторичните оптики за улично осветление. Днес вече се използват оптики от трето поколение с оптимизирано светлоразпределeние

Стефан Стефанов

В първата част на статията, публикувана в бр. 7/2021 на списанието, бяха разгледани новости в елементната база за реализиране на светодиодни медицински (дезинфекционни) системи и за приложение на LED осветлението в градинарството и овощарството. Тук продължаваме с новостите при сградните и улични LED осветителни решения и перспективите пред навлизащата OLED технология.

Интериорно осветление

Според някои проучвания вътрешното осветление понастоящем държи 78% от световния пазар на интелигентно осветление. В рамките на дигитализацията на сградните системи за осветление се откроява сегментът “комфорт и осветление”, който включва “смарт” устройства и източници на светлина в единно решение, даващо възможност да бъде обединявано с други и имащо за цел да подобри жизнената среда.

Елементи на подобни решения са светодиодите с нисък риск от облъчване със синя светлина (455 – 485 nm) по стандарт IEC 62471-2006, група RG-1. Изследвания през последните години установиха, че твърде голямото излагане на синя светлина се свързва със сериозни здравословни рискове, причинени от нарушаване на циркадния ритъм, включително нарушения на съня, депресия, затлъстяване, диабет, сърдечно-съдови заболявания. LED с нисък риск от облъчване със синя светлина обикновено са реализирани в средномощни корпуси 2835 и осигуряват цветна температура 2200 – 3500 K, както и 2200 – 4000 K за корпус 5630 (Таблица 1).

Други елементи на интелигентните осветителни системи са IOT драйверите с възможност за безжична комуникация посредством утвърден стандарт за предаване на данни – ZigBee или Bluetooth. OTi QBM 20/220...240/500 NFC S на OSRAM са характерен пример за захранвания с режим на управление чрез Bluetooth и функция за контрол на интензитета, с NFC програмиране на изходните параметри по ток, и SLEV обхват на напрежение.

Добре познат стандарт за управление е DALI/DALI2, чрез който също се реализира интелигентно управление на осветлението. Драйверите OTi DALI 35/220...240/1A0 NFC TW имат функция коридорно и евакуационно осветление. Лесно се комбинират със светодиоди COB Tunable whitе 2PTU10WN49P53003 на Edison Opto (фиг. 1) или PDSP-8FQL-D2748 на ProLight Opto, като позволяват лесно да се направи симулация на дневна светлина в помещения без прозорци. Драйверите използват два независими един от друг канала, свързани към LED с различна цветна температура, най-често в диапазона 2200 – 4000 K. Чрез софтуер се контролира така, че да се получи междинен резултат – например 3000 K, или да се намали интензитетът на източника, като двете функции са независими една от друга.

Интерес представляват така наречените Dim-to-Warm светодиоди 2PDW13WW49P49001 на Edison Opto (фиг. 2) и PDSR-40FVL-D2030 на ProLight Opto, които се различават от предходното решение по това, че преминаването през диапазона на цветна температура 2000 – 3000 K се постига едновремено с намаляване на интензитета. Това може да бъде реализирано чрез драйвери OTe 18/220…240/350 PC, които лесно се управляват с обикновен димер.

В последните години се разви концепцията Human Centric Lighting, с основна функция грижа и подобряване на настроението и здравето на човека. Насочена към създаване на светлина без трептене, естетически приятна и осигуряваща точно възприятие на цветовете, тя повишава човешката производителност, стимулира бдителността, когнитивните функции и настроение. Към тази концепция са ориентирани значителни усилия на производителите и се смята, че тя ще е в основата на развитието на технологиите за LED осветление през следващото десетилетие.

Сред типичните компоненти за изграждане на Human Centric Lighting системи може да бъде отбелязана вторичната антизаслепяваща оптика с нисък индекс UGR

Сензори, свързани с управлението на драйвера, следят заетостта и движението в помещението, като осветлението се намалява или изключва, а цветната температура се регулира според това коя част на деня е.

LED улично осветление

След цяло десетилетие на развитие на светодиодното осветление за улично осветление все още се отбелязва в редица прочувания носталгия по жълто-оранжевата светлина (1800 K) на HPS лампите. Търсенeто на улично осветление с много топла бяла светлина е характерно за градове с исторически квартали или защитени природни паркове. По-топлата светлина допринася за естетически визуален ефект, като наличните LED технологии постигат около 2200 K и могат да осигурят цветопредаване от Ra 70 – 90 и ефективност 122 lm/W при Inom 350 mA/Tc=85°C. За постигане на още по-топло бяло (1800 K) може да се използва комбинация с PC amber пакет 3535, използващ стандартен син чип и луминофор, като получената светлина е в диапазона 530 – 680 nm (фиг. 4).

Използването на по-топло бяла светлина има преимущества при опазването на фоточуствителни биологични видове и техния цикъл на нощен живот. Организацията IES и Международната асоциация за тъмно небе (IDA) препоръчват 3000 K или по-топло бяло осветление за жилищни райони, райони в близост да природни паркове и за малки населени места. Подходящо решение в този аспект са последното поколение топло бели светодиоди XPGDWT-BS-0000-00LE7 3000K/CRI70 на Cree със светлинна ефективност 172 lm/W при Inom 350 mA/Tc=85°C. Разликата спрямо масово използваните XPGDWT-BS-0000-00N5E (с параметри 4000 – 5000K/CRI70, ефективност 180 lm/W, Inom 350 mA/Tc=85°C) е минимална, но пикът на синя светлина е близо 50% по нисък в полза на топло белите.

Уличното осветление е обект на сериозна дигитализация, като новите поколения драйвери, поддържащи DALI 2 (D4i), позволяват лесно интегриране на сензори за осветеност, движение или камери. Интеграцията на отделните осветители в система за управление става безжично, а мониторингът ще става задължително условие в новоизграждащите се осветителни уредби. Повечето модерни драйвери разполагат с възможност за свързване на термосензор, разположен на светодиодния модул, което позволява поддържане на работната температура до допустимия максимум. Типични за тях са вградената защита от външни пренапрежения 6 до 10 kV, самостоятелната защита от прегряване, ниската консумация в режим на готовност (<0,5 W), програмирането на изходния ток (например чрез NFC) и стойности на Vout в диапазона 35 – 260 V.

Значително е развитието при вторичните оптики за улично осветление. Днес вече се използват оптики от трето поколение с оптимизирано светлоразпределeние Т1-М, LN1, LM1, LM2, LW1 (фиг. 5), осигуряващи равномерна осветеност и постигане на съответния клас улично осветление с по-малка инсталирана мощност. Производителите на вторична оптика предлагат мултиоптики с размер 50x50 mm и съответно 4, 8, 16 оптични гнезда. Новост е оптиката за улично осветление STRADELLA-IP-64-T2, която събира 64 средномощни LED 3030, осигурявайки максимална мощност 64 W при размери 253x74 mm. Сериозно развитие претърпяха и оптиките за LED 5050, които вече са налични за повечето светлоразпределения IESNA Type I, II III.

OLED в осветлението

Органичните светодиоди отдавна претендират да бъдат следващата крачка в осветителните системи, макар засега да са главно технология за дисплеи в потребителската електроника. Сред основните предимства на OLED са по-голямата излъчваща площ и възможността за пространствено огъване. Освен това OLED по дефиниция е дифузен “ламбертиански” излъчвател, при който не е необходимо да се използват допълнителни оптични системи за изравняване на интензитета. Някои от ключовите характеристики в таблица 2 подкрепят мнението, че OLED вероятно ще е изгряващата звезда на следващото поколение осветителни системи.

Все пак, за да се утвърдят, OLED трябва да преодолеят предизвикателствата за намаляване на производствените разходи и комерсиализиране на високите показатели, демонстрирани в лабораторни условия. Засега приложението им в областта на осветлението остава ограничено, въпреки че между 2004 и 2020 г. ефективността се е увеличавала с впечатляващите 28% на година за лабораторни прототипи и 33% за комерсиални или демонстрационни продукти. Настоящият абсолютен рекорд по ефективност е 156 lm/W в рамките на 7-годишен интервал, което представлява 65% от максималната теоретична ефективност от 240 lm/W за бяла светлина. Реално пазарно достъпните OLED панели имат приблизително 90 lm/W което е сериозно изоставане от LED, но според някои прогнози до 2035 г. OLED ще достигнат до 180 lm/W и експлоатационен живот 100 000 часа.