Kolik LED diod potřebuje solární pouliční svítidlo?

Co vám počet LED diod skutečně říká

LED dioda je polovodičové zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na světlo s určitým směrem výstupu světla a nízkou produkcí tepla na jednotku diody. Výkon svítidla je dán součinem počtu LED diod a světelných jednotek (lumenů) na jednotku diody při určitém napájecím proudu. V tomto vzoru není nic, co by vyšší počet LED diod nutně znamenal lepší výkon svítidla. Svítidlo s 96 diodami, které pracují při nízkém proudu, může na papíře vypadat impozantně, ale svítidlo s 24 diodami a kvalitnějšími diodami bude ve skutečnosti vykazovat lepší výkon při použití na ulici.

Nejčastější chybou je, když zákazníci porovnávají svítidla na základě počtu LED diod. Takové porovnání však nic neukazuje o skutečném výkonu svítidel, ale pouze o tom, jakým způsobem každá firma svítidla vyrobila.

Sada kritérií, která skutečně určují počet osvětlovacích zařízení

V našem seznamu potřebných materiálů (BOM – Bill of Materials) vychází počet osvětlovacích zařízení z řetězce, který začíná u požadavků na osvětlení silnice:

1. Cílová úroveň osvětlenosti a její rovnoměrnost na vozovce, určená na základě výpočtů osvětlení.
2. Požadovaný světelný výkon – tento parametr určuje výkon jednotlivých osvětlovacích zařízení po odečtení optických ztrát (skla, krytů, nečistot).
3. Výběr zdrojů světla – zohledňuje účinnost zdrojů světla a jejich vhodnost pro daný provozní proud.
4. Počet osvětlovacích zařízení – konečný parametr, který musí být zvolen tak, aby byl dosažen požadovaný světelný výkon v rámci určeného tepelného rozpočtu.

Kroky 1 a 2 spadají do oblasti inženýrství; krok 4 je aritmetický výpočet. Dodavatel, který určuje počet potřebných osvětlovacích zařízení, ve skutečnosti prodává právě tento „konečný výsledek“ tohoto procesu.

Kde počet osvětlovacích zařízení skutečně hraje roli

Tři reálné omezení omezují možnosti projektantů při plánování osvětlení:

Tepelná hustota: Světla uspořádaná na malé ploše se ve spojovacích místech zahřívají více, a vysoká teplota omezuje jak výkon, tak i životnost světel. Správné řešení problémů s odváděním tepla spočívá v rovnoměrném rozložení světel, nikoli v jejich hromadném uspořádání na malém prostoru. Kompromis mezi výkonem a spotřebou energie: Při provozu každého světla pod jeho nominálním průtokem se zlepšuje účinnost a životnost, avšak je potřeba více světel k dosažení stejného světelného toku – což znamená vyšší náklady, více pájených spojů a také více možností selhání. Výhody většího počtu světel: Při použití velkého počtu světel je selhání jediného diodu prakticky neviditelné. To je hlavní důvod pro použití většího počtu světel. Je však třeba vzít v úvahu, že selhání řadiče, který ovládá všechna světla, může způsobit okamžité vypnutí všech 96 světel; řadič je totiž ten prvek, který skutečně selhává.

Co se mělo by zeptat místo pouhého počítání počtu LED diod: Čtyři otázky, které odlišují skutečně kvalitní design od pouhého marketingového řešení:

1. Jaké je osvětlení vyzařované při provozní teplotě? – Ne ta hodnota z laboratoře při 25 °C, ale ta hodnota při reálných provozních podmínkách.
2. Jaký proud prochází každým výstupním článkem (emiterem) a jaká je jeho nominální životnost při tomto proudu?
3. Jak se teplo odvádí z desky k pouzdru svítidla a jaká je teplota v místě spojení výstupních článků při nominálním výkonu?
4. Pokud jeden z výstupních článků selže, jaký bude následující postup při opravě svítidla – a jak se výstupní článek nahradí?

Svítidlo, které odpoví na všechny tyto otázky v jednom odstavci, je dobře navržené. Svítidlo, které obsahuje pouze velké množství LED diod, takové není. Pro vlastní výpočet potřebných parametrů osvětlení použijte náš nástroj pro návrh osvětlení; pro kompletní svítidla, u kterých jsou počet diod, optika a tepelné vlastnosti již předem vyřešeny, se podívejte na naši řadu kompletních solárních uličních svítidel.

Konfigurace, kterou používáme jako referenci

Zde jsou běžné specifikace pro rezidenční ulice, parkoviště a malé veřejné prostory – jedná se o typ svítidel, u kterých je cenový tlak významný a nadměrné specifikace jsou běžnou chybou.

Položka	Konfigurace referenčního modelu
Solární panel	40 W, monokrystalický
Výkon LED diod	≈4 000 lumínů (výkon LED diod ≈40 W)
Baterie	3,2 V, 36 Ah, typ LiFePO₄ (lithium-iron phosphate), kapacita ≈115 Wh
Teplota barvy světla	4000 K (neutralní bílá)
Ovládání	Čtyři úrovně jasnosti, kontroler nabíjení typu MPPT (Maximum Power Point Tracking), senzor pohybu typu PIR (passive infrared)

Tento produkt není nejsvětlejší na trhu a ani nemá být. Je navržen tak, aby fungoval každou noc za průměrného slunečního záření. Senzor PIR zvýší výkon na 100 %, když někdo projde kolem, a poté ho sníží zpět na původní hodnotu, když je oblast prázdná – právě díky tomuto mechanismu dochází k většině úspor energie během noci.

Energetický rozpočet, řádek po řádku

Vstup: V slunný den dodává solární panel přibližně 40 W × 4,5 hodin maximálního slunečního záření × 0,85 (účinnost systému) = ≈153 Wh za den. Číslo 0,85 zahrnuje ztráty při přeměně energie, vedení a provozu kontroleru; toto číslo používáme při sestavování energetického rozpočtu. V oblačný den se tato hodnota může snížit na polovinu.

Uložení energie: Kapacita baterie je 3,2 V × 36 Ah = 115 Wh, což je množství energie dostupné před dosažením hranice nízkého napětí. Všimněte si, že denní spotřeba energie (153 Wh) překračuje kapacitu baterie (115 Wh), což je normální – přebytečná energie pomáhá systému přežít krátké období špatného počasí.

Spotřeba energie: Čtyři úrovně jasu spotřebovávají energii následovně:

Úroveň jasu	Spotřeba energie
100%	≈40 W
70%	≈28 W
50%	≈20 W
30%	≈12 W

Nejprve prověřte matematiku: při plném jasu se baterie o kapacitě 115 Wh vyprázdní za 2,5 až 3 hodiny. Při plném využití zařízení po dobu celé noci je to fyzicky nemožné. Jakékoli specifikace, které tvrdí opak, buď zahrnují funkci stmívání bez upozornění, nebo uvádějí mnohem větší kapacitu baterie.

Plán stmívání, který umožňuje baterii vydržet celou noc: Náš výchozí program pro noční provoz trvající 8 hodin na referenčním zařízení…

– 1.–2 hodina po západu slunce: Jas 50 %. Pohyb chodců dosahuje svého vrcholu těsně po setmění. Dva hodiny provozu za použití svítidel o výkonu 20 W spotřebují přibližně 40 Wh energie – to je dostatek světla pro praktické využití a zároveň úspora nákladů. – 3.–6 hodina: Doprava klesá; důležitá je pouze viditelnost v okolí. Čtyři hodiny provozu za použití svítidel o výkonu 12 W spotřebují přibližně 48 Wh energie. – 7.–8 hodina: Režim detekce pohybu; světla jsou v pohotovostním režimu (30 % jasu) a plný výkon je aktivován pouze v případě detekce pohybu. Pokud dojde k detekci pohybu během celé doby 1 hodiny, celková spotřeba energie činí přibližně 25 Wh.

Celková spotřeba energie: přibližně 113 Wh z baterie o kapacitě 115 Wh. Zbývajících 2 Wh jsou záměrně vyhrazeny jako rezerva – takový rozvrh je navržen tak, aby baterie nikdy nebyla vybitá během jednoho dne se slabým sluncem. Podle našich zkušeností je důležitější samotný rozvrh než typ použitých svítidel: dvě jednotky se stejnými panely a bateriemi mohou mít rozdílnou dobu provozu v závislosti na způsobu, jakým ovladač spravuje spotřebu energie.

Proč přidání LED diod nezvyšuje celkový úroveň osvětlení? Přidání LED diod sice zvyšuje celkový počet světelných zdrojů, ale ne nutně i úroveň osvětlení. Efekt osvětlení závisí také na výkonu svítidel, jejich úhlu osvětlení a dalších faktorech. Kromě toho může být přidání LED diod spojeno s vyšší spotřebou energie, pokud nejsou správně navrženy a použity. Proto není přidání LED diod vždy vhodné z hlediska úspor energie.

Pokud zdvojnásobíte počet světelných diod při stejné příkonové hladině napájení, dosáhnete stejného množství světla z více diod, ale zároveň vznikne více tepla a zvýší se i míra poruch. Pokud zdvojnásobíte příkon napájení, dosáhnete většího světelného výkonu, avšak baterie se vybije ještě před půlnocí. Údaj, který současně odráží náklady i výkonnost, je „účinnost“ – tedy počet lumenů na watt: při účinnosti 100 lm/W stojí 40 W 4 000 lumenů; při účinnosti 70 lm/W stejné množství světla stojí 57 W, což způsobí, že celý rozpočet překročí své limity. Při udávání parametrů specifikujeme nejprve počet lumenů a účinnost (lm/W), poté nastavíme parametry energetického systému podle toho. Počet světelných diod je pouze technický detail při sestavování produktu.

Co tento průvodce nezahrnuje

Tato stránka se zabývá pouze počtem světelných diod jako výběrovým parametrem. Nezahrnuje výběr čoček a systémů distribuce světla (viz náš průvodce čočkami a distribucí světla), výběr nabíječek či výběr baterií.

适用范围 ：以上讲解 LED 数量与亮度的关系（并非越多越亮，取决于总流明与配光）。本文是概念讲解，不替代具体项目的照度计算。本文不提供具体型号的流明参数。