Introducción

Por lo general, dividimos la tecnología de fuentes de luz en tres generaciones: la primera generación son fuentes de luz de radiación térmica, la segunda generación son fuentes de luz de descarga de gas y la tercera generación son fuentes de luz de estado sólido, es decir, LED. Desde 2008, los LED se han vuelto gradualmente populares en varios lugares, principalmente porque la tecnología LED tiene muchas ventajas. En primer lugar, la ventaja más significativa de las luces LED es su alta eficiencia energética. En comparación con las lámparas incandescentes tradicionales, la eficiencia de la luz blanca LED es más de cinco veces mayor. Las lámparas LED pueden convertir entre el 40 % y el 50 % de la energía eléctrica en energía luminosa, mientras que las lámparas incandescentes tradicionales solo convierten el 10 % o incluso menos de la energía en luz. Esto muestra claramente que los LED reducen en gran medida el desperdicio de energía y tienen un menor impacto en el medio ambiente al reducir la demanda humana de energía. Además, las luces LED tienen varias ventajas, como una larga vida útil, una amplia gama de colores, ausencia de contaminación por sustancias tóxicas, encendido rápido, tamaño compacto y diseño práctico. Estos factores contribuyen a la creciente prevalencia de los LED en la vida humana cotidiana. Este artículo se centra en cómo mejorar la eficacia luminosa de las luces LED porque creemos que esta es la característica más importante de los LED y mejorar su eficacia luminosa permitirá su uso más amplio”.

¿Qué es la eficacia luminosa?

La eficacia luminosa es la medida de la eficiencia con la que una fuente de luz produce luz visible. Se define como la relación entre el flujo luminoso (medido en lúmenes) y la potencia (medida en vatios), expresada en lúmenes por vatio (lm/W). La alta eficacia luminosa de las luminarias significa que, bajo una entrada de energía dada, se puede obtener una salida de luz más visible y mejores efectos de iluminación. Por lo tanto, la eficacia luminosa de las luminarias es un indicador importante para evaluar el rendimiento y la eficiencia de un dispositivo de iluminación, reflejando el potencial de ahorro de energía y la calidad de iluminación de un sistema de iluminación. En el campo de la iluminación, la “eficacia luminosa de los LED” y la “eficacia luminosa de las luminarias” son dos conceptos relacionados pero distintos.

La eficacia de la luz de los LED se refiere a la eficiencia con la que las fuentes de luz individuales, como los chips LED, convierten la energía eléctrica de entrada en luz visible. Indica el brillo o flujo luminoso producido por los LED por unidad de consumo de energía y normalmente se expresa en lúmenes por vatio (lm/W). Una mayor eficacia de la luz indica una luz más brillante producida por los LED y una mayor eficiencia energética, lo que permite una mayor salida de luz con la misma potencia.

Por otro lado, la eficacia de la luz de las luminarias se refiere a la eficiencia general de utilización de la energía de todo el dispositivo de iluminación, incluidos los LED y otros componentes auxiliares, como reflectores, lentes y radiadores. La eficacia de la luz de las luminarias abarca la eficiencia de las perlas de la lámpara y está influenciada por varios factores, incluida la eficiencia de los propios LED, el diseño óptico, el diseño de disipación de calor y el circuito del controlador LED (eficiencia). Abordar estos factores puede mejorar la eficacia de la luz de las luminarias.

Beneficios de la alta eficacia luminosa

La iluminación LED tiene muchas ventajas debido a su alta eficacia luminosa. Estos son algunos de los beneficios clave:

Ahorro de energía y alta eficiencia: las luminarias LED con alta eficacia luminosa significa que pueden producir más brillo con el mismo consumo de energía. En comparación con las tecnologías de iluminación tradicionales, las luminarias LED logran una mayor utilización de energía, lo que se traduce en ahorros de electricidad. Esto es particularmente significativo para los sistemas de iluminación urbana, ya que reduce los gastos de energía y la demanda de recursos eléctricos.

Larga vida útil y durabilidad: la alta eficacia luminosa significa que las luminarias LED generan un calor relativamente bajo mientras cumplen con los requisitos de iluminación, lo que ayuda a reducir el envejecimiento y el daño a los chips LED. La larga vida útil de las luminarias LED se traduce en menos mantenimiento y menores costos de reemplazo, lo que las hace especialmente adecuadas para sistemas de iluminación a gran escala, como la iluminación de carreteras y áreas urbanas.

Ahorro de costes: debido a la alta eficacia luminosa de las luminarias LED, se requieren menos unidades para las mismas demandas de iluminación. Esto supone un ahorro de costes en cuanto a instalación y mantenimiento, reduciendo el consumo de mano de obra y recursos. La larga vida útil de las luminarias LED también reduce la frecuencia y el costo de reemplazo.

Respetuoso con el medio ambiente: las luminarias LED de alta eficiencia reducen el consumo de energía, lo que se traduce en una menor demanda de combustibles fósiles y menores emisiones de carbono. Además, las luminarias LED no contienen sustancias nocivas como el mercurio, lo que reduce la contaminación ambiental y los riesgos para la salud.

Periodo de recuperación corto: la alta eficacia luminosa de las luminarias LED significa que los requisitos de iluminación se pueden cumplir con un vataje más bajo. Sus características de ahorro de energía hacen que las luminarias LED se utilicen ampliamente en proyectos de contratos de rendimiento energético (EPC) Ayuda a las autoridades municipales o a los propietarios de proyectos a asignar los costos de electricidad ahorrados para inversiones iniciales, y la alta eficiencia de la luz acorta significativamente el período de recuperación.

Estrategias para mejorar la eficacia luminosa

Eficiencia del controlador LED

El principal beneficio de usar un controlador LED de alta eficiencia es el ahorro de energía, y la energía ahorrada por un controlador de alta eficiencia es muy importante a lo largo del ciclo de vida de la fuente de alimentación LED. Una unidad con una eficiencia del 90 % disipa casi la mitad de la energía que disipa una unidad con una eficiencia del 80 %, por lo que los ahorros en el uso de energía durante una vida útil prolongada de 50 000 horas pueden volverse significativos. Cuanto mayor sea la eficiencia de la fuente de alimentación LED, mayor será la relación entre la salida y la entrada, es decir, los chips LED convertirán más energía eléctrica en energía luminosa, como se muestra en la figura a continuación.

Además, para los controladores LED, el mayor desafío puede no ser la eficiencia sino la confiabilidad. Mejorar la confiabilidad del controlador, que es el eslabón más débil entre todos los componentes de una luminaria, plantea un desafío importante, incluidas las limitaciones fundamentales de confiabilidad de muchos subcomponentes del controlador. Se debe considerar explorar la integración de componentes de estado sólido en controladores como una alternativa más confiable, ya que los controladores de estado sólido pueden simplificar el recuento de piezas y reducir las fallas. Además, los controladores de alta eficiencia tienen una menor pérdida de calor y temperaturas, lo que puede aumentar significativamente la vida útil del producto. El calor más alto en los controladores menos eficientes aumenta considerablemente la temperatura de los componentes y, en menor medida, las tasas de falla.

Eficiencia de chips LED

La tecnología LED (diodo emisor de luz) es inherentemente más eficiente energéticamente que las tecnologías de iluminación tradicionales como el sodio de alta presión (HPS) o el haluro metálico (MH). Los LED convierten un mayor porcentaje de energía eléctrica en luz visible, minimizando el calor desperdiciado. La tecnología LED en sí misma todavía tiene mucho margen de mejora. Diferentes calidades y tipos de chips LED tienen diferentes eficiencias en la conversión de energía eléctrica en energía luminosa. El uso de LEDs con alto flujo luminoso o eficacia ayuda a mejorar la eficiencia de la luminaria. Además, si no se pueden utilizar LED con mayor flujo luminoso, la eficiencia de la luz se puede mejorar aumentando el número de LED. Cuando la corriente de activación de la fuente de alimentación es constante, la cantidad de LED aumenta, la potencia permanece sin cambios, la corriente de activación de un solo LED disminuye, el flujo luminoso del LED aumenta y la eficacia luminosa del LED aumenta. Además, la diferencia en la temperatura de color y el índice de visualización de los LED también tiene cierto impacto en el efecto de luz de la perla de la lámpara. Para obtener más información, consulte las especificaciones del proveedor de chips LED. Lo siguiente no es una comparación de la eficiencia de diferentes tecnologías de iluminación y chips LED para convertir energía eléctrica en energía luminosa.

Disipador de calor – disipación de calor

La eficiencia de las lámparas LED está relacionada con su temperatura. En términos generales, cuanto menor sea la temperatura (dentro de un rango razonable), mayor será la eficiencia de la lámpara. Por el contrario, cuanto mayor sea la temperatura, menor será la eficiencia de la lámpara. La caída térmica del LED es un fenómeno en el que la eficiencia luminosa de los diodos emisores de luz (LED) disminuye con el aumento de la temperatura. Esto se manifiesta en que cuando un LED se calienta, se vuelve menos eficiente para convertir la energía eléctrica en luz, lo que resulta en una salida de luz reducida. Algunos investigadores creen que este fenómeno es causado por la recombinación de pares de huecos de electrones en la región activa del LED, lo que genera calor. A medida que aumenta la temperatura del LED, aumenta el número de pares electrón-hueco, lo que genera una mayor generación de calor, lo que conducirá a una disminución de la eficiencia cuántica del LED. La razón real puede ser más complicada, pero solo debemos recordar que la eficiencia del LED disminuirá a medida que aumente la temperatura.

Controlar la temperatura de trabajo del LED significa asegurarse de que la temperatura de trabajo del LED esté siempre dentro de un rango adecuado. Aumentar la corriente aumenta la salida de luz, pero también aumenta el calor. Por el contrario, cuando usamos una corriente de excitación más baja en el diseño de las lámparas LED, el aumento de calor no será tan obvio, para evitar una temperatura excesiva, reducir el deterioro de la luz y prolongar la vida útil del LED. Al mismo tiempo, la corriente de excitación más baja también es muy útil para mejorar la eficiencia de la propia lámpara LED. Pero debemos prestar atención, una corriente de accionamiento más baja significa que necesitamos usar más LED para lograr la potencia de diseño de la lámpara. Para lograr una disipación de calor efectiva y mejorar el rendimiento general de la disipación de calor, las farolas LED para alumbrado público pueden depender de radiadores externos para reducir la temperatura interna y mantener un entorno interno relativamente equilibrado. Al utilizar radiadores externos, el exceso de calor generado por la farola LED se puede disipar de manera eficiente. Este enfoque ayuda a prevenir el sobrecalentamiento y asegura el funcionamiento óptimo de la lámpara. Enumeramos diferentes disipadores de calor en la siguiente figura. Dependiendo de la conexión efectiva entre la placa de circuito impreso y el disipador de calor, podemos mejorar el rendimiento de disipación de calor de la lámpara y garantizar que los chips LED funcionen a una temperatura razonable.

Óptica

El sistema óptico de la luminaria controla y manipula la intensidad y la distribución espacial de la luz aplicada. Se pueden usar varios arreglos de lentes, reflectores y difusores según la aplicación de iluminación, la distribución de luz deseada y el factor de forma del producto de iluminación. Los estudios confirman que el control óptico mejorado a menudo puede usar menos luz total para lograr niveles de iluminancia específicos. Para aplicaciones al aire libre (alumbrado público LED, iluminación de inundación), la distribución adecuada de la luz puede reducir la iluminación excesiva y la iluminación desviada no deseada que se manifiesta como traspaso de luz o deslumbramiento que se emite a la atmósfera y hace que el cielo brille.

En las aplicaciones actuales, las luminarias bien diseñadas pueden experimentar menos del 10 % de pérdida óptica. En términos generales, cuanto menos y más pequeño sea el paquete de LED, más pequeña será la punta y más eficiente será el sistema óptico. El número de capas de la lente, en términos generales, cuanto más medios (lentes y vidrio) atraviesa la luz, mayor es la pérdida. Además, el material de la lente, el uso de reflectores y difusores también inciden en la eficacia luminosa. Por ejemplo, la transmisión de luz de la lente LED hecha de PC es menor que la de la lente hecha de PMMA.

Tendencias en la Eficacia Luminosa de las Luminarias LED

A continuación, enumero la eficacia luminosa de los chips LED en diferentes períodos, así como la eficiencia energética, la transmisión de luz de la lente y el impacto de estos en la eficacia luminosa de la luminaria. Con el avance de la tecnología, creemos que la eficiencia de la luz de las lámparas LED se puede mejorar aún más en el futuro.

Farola LED de ZGSM con diferente eficacia luminosa

Desde su establecimiento en 2005, ZGSM se ha comprometido con el desarrollo de lámparas LED de alta eficiencia. En la actualidad, nuestra empresa ha hecho un buen progreso en el desarrollo de farolas LED. A continuación, enumeramos las farolas LED de ZGSM con diferente eficacia luminosa en diferentes períodos.

Resumen

Este artículo describe principalmente las ventajas de las lámparas LED de alta eficiencia y cómo mejorar la eficiencia lumínica de las lámparas LED. Las lámparas LED de alta eficiencia tienen las ventajas de ahorro de energía, protección del medio ambiente y costos operativos más bajos. Pueden producir efectos de iluminación iguales o más brillantes con menos electricidad, reducir el consumo de energía, reducir las facturas de electricidad y desempeñar un papel positivo en la protección del medio ambiente y la reducción de las emisiones de carbono. En la aplicación de farolas solares, la alta eficiencia de la luz también puede prolongar la vida útil de la batería. Para mejorar la eficacia luminosa de las lámparas LED, podemos elegir chips LED de alta eficiencia y potencia de conducción, optimizar el diseño de disipación de calor y el diseño óptico, etc. Por supuesto, los métodos no se limitan a estos. Las lámparas LED de alta eficiencia lo convierten en una solución de iluminación sostenible y económica. Cada vez más fabricantes están comprometidos con la investigación en esta área, y los compradores y las partes del proyecto también prefieren estas soluciones porque ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente.

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