כמה נורות LED נדרשות לאור חוץ סולארי?

מה באמת מרמז לנו מספר הנורות LED?

נורה LED היא מכשיר חצי-מוליקולרי שמתמיר אנרגיה חשמלית לאור, עם פליטה כיוונית של אור וייצור מינימלי של חום לכל נורה. הסהרה הכוללת של המוצר היא תוצאה מכפלת מספר הנורות LED בסהרה של כל נורה באופן פרטי בהספקת הזרם שבו היא פועלת. שום פרמטר באותה פורמולה אינו מעיד על כך שמספר גדול יותר של נורות LED יספק תוצאה טובה יותר. מוצר עם 96 נורות LED שכל אחת מהן פועלת בזרם נמוך עשוי להיראות מרשים על הפרקט, אך מוצר עם 24 נורות LED בעלות יעילות גבוהה יכול להציג ביצועים טובים יותר בפועל.

ההשוואה הנפוצה ביותר היא בין מוצרים שונים על בסיס מספר הנורות LED שבהם. השוואה כזו אינה משקפת כלום מלבד את הדרך שבה כל יצרן בנה את מערכת הנורות שלו.

השרשרת המפרידה בין המספרים המשפיעים לבין אלה שלא משפיעים

ברשימת החומרים (BOM – Bill of Materials) שלנו, המספרים שנקבעים מגיעים משרשרת שמתחילה בדרך:

1. רמת התאורה המבוקשת והאחידות שלה על פני הדרך, שנקבעת במהלך החישובים התאוריים.
2. הלומנים הנדרשים , שמסמנים את כמות האור שצריך לפלוט המכשיר התאורי לאחר הפסדי אור (בגלל עדשות, כיסויים או לכלוך).
3. בחירת המקור האור – בהתחשב ביעילותו ובטווח הפליטה האופטי המתאים לזרם החשמלי המתוכנן.
4. המספר הסופי של המכשירים התאוריים , שנבחר כך שיספק את הפלוקס המבוקש במסגרת התקציב התרמי.

השלבים 1 ו-2 הם חלק מהתהליך ההנדסי; השלב 4 הוא פעילות מתמטית פשוטה. ספק שמסתמך במספרים המתקבלים במהלך התהליך ההנדסי מכיר בכך שהוא מוכר בעצם את האלמנט האחרון באותה שרשרת.

המקומות שבהם המספרים באמת משנים דבר

שלושה מגבלות משמעותיים מגבילים את אפשרויות המעצב…

• צפיפות תרמית: כאשר המשדרים מרוכזים על לוח קטן, הטמפרטורה בנקודות החיבור עולה, וטמפרטורה זו משפיעה לרעה הן על הפליטה והן על אורך החיים של המשדרים. ניהול הפצה החום הוא הסיבה שמסגרות איכותיות מפזרות את המשדרים במקום להצמיד אותם בצורה צפופה.
• הקושי בבחירת עוצמת הזרימה: הפעלת כל משדר בטמפרטורה נמוכה יותר מהטמפרטורה המומלצת משפרת את היעילות ואת אורך החיים שלו, אך דורשת מספר גדול יותר של משדרים כדי להשיג אותו פלוקס – מה שמביא לעלויות גבוהות יותר, יותר נקודות לחיבור וסיכויים גדולים יותר לכשל.
• החשיבות הריבועיות של הריבוננות: כאשר יש מספר רב של משדרים, כשדיוד אחד נשבר, זה לא משפיע על התפקוד של השאר. זו הסיבה האמיתית להשתמש במספר גדול יותר של משדרים. אולם חשוב לזכור שכשהמדחף (driver) שאחראי להפעלת המשדרים נשבר, כל 96 המשדרים נפגעים במקביל, והמדחף הוא החלק שבפועל נשבר.

מה לשאול במקום להתמקד רק במספר ה-LEDs

ארבעה שאלות שמבדלות בין עיצוב אמיתי למסגרת שנוצרה רק למטרות מסחריות:

1. אילו עוצמות אור (בלומנים) מתקבלות בטמפרטורת הפעולה? – ולא הערך שנמדד במעבדה ב-25°C.
2. איזה זרם חשמלי זורם אל כל אפקטור (emitter), ומה החיים המוערכים של האפקטור באותו זרם?
3. איך מועבר החום מהלוח האלקטרוני למכל המכשיר, ומה הטמפרטורה בנקודת החיבור (junction temperature) בעת הפעולה במתן הפלטה מרביתה (rated output)?
4. אם אפקטור אחד נשבר, מה קורה במערכת? – ואיך מחליפים את האפקטור הפגוע?

מכשיר שמספק תשובות לכל ארבעת השאלות באותו פסק טקסט נוצר באופן מתוכנן בקפדנות. מכשיר שמכיל מספר רב מדי של אפקטורי LED אינו מספק תשובות מפורטות לכל השאלות. כדי לבצע בעצמכם את החישובים הנדרשים להגדרת מערכת התאורה, שתמשו בכלי העיצוב שלנו /app-lighting-design; למכשירים מוכנים שכוללים בתוכם את המספר הנדרש של אפקטורי LED, האופטיקה והעיצוב התרמי, ראו את סדרת המנורות החשמליות השמשיות השלמות שלנו /all-in-one-solar-street-light.

ההגדרות שאנו משתמשים בהן כמסגרת מראה

(Reference specifications): הנה המאפיינים הסטנדרטיים לדרכים פרטיות, מקומות חנייה ואזורים ציבוריים קטנים – קטגוריה שבה לחץ המחירים גבוה, והגדרת תכונות מעל הנדרשת היא טעות נפוצה.

פריט	הגדרות המפרטים של המוצר
פאנל סולרי	פאנל חד-גרעיני בעל עוצמת פליטה של 40 ואט
פליטת אור LED	כ-4,000 לומנים (שקולים עוצמת פליטה של 40 ואט מאור LED)
סוללה	סוללת ליתיום-חומר פוספטי-ברזלי (LiFePO₄) בטענה של 3.2 וולט ו-36 אמפירים, קיבולת של כ-115 ואט-שעה (Wh)
טמפרטורת צבע	4000 קלוין (לבן ניטרלי)
שליטה	ארבעה רמות של עוצמת אור, מעקב אחר נקודת הכוח המרבית (MPPT – Maximum Power Point Tracking), מגל תנועה אינפרא-אדום פאסיבי (PIR)

היחידה הזו איננה הבהירה ביותר בשוק, ולא נועדה להיות כך. היא תוכננה לעבוד כל לילה בתנאי שמש טיפוסיים. מגל התנועה (PIR) מעלה את עוצמת האור ל-100% כשמישהו עובר לידה ומוריד אותה חזרה כשהאזור ריק, ומכאן מתקבלת רוב החיסכון באנרגיה במהלך הלילה.

התקציב האנרגטי, שורה אחר שורה

הכנסות: ביום שמשי, הפאנל מספק כ-40 ואט × 4.5 שעות של שמש מרבית × קייפות של 0.85 (כ-153 ואט-שעה ליום). המספר 0.85 משקף את ההפסדים בתהליך ההמרה, בכבלים ובמעקל השליטה; זו המספר שאנו משתמשים בו לחישובי התקציב. ביום מעונן, הכנסות האנרגטיות יכולות להירד פי שני.

אחסון: 3.2 וולט × 36 אמפירים = 115 ואט-שעה (Wh) של אנרגיה זמינה לשימוש לפני שהמערכת נכבית עקב רמת וולטאג נמוכה. שימו לב לפער: הכנסה יומית (153 ואט-שעה) גדולה מכמות האנרגיה שנשמרת (115 ואט-שעה), וזה טבעי – העודף מספיק כדי שהמערכת תתפקד במהלך תקופות קצרות של מזג אוויר קשה.

הצריכה באנרגיה: ארבעת מצבי תאורה שונים צורכים כמויות אנרגיה הבאות:

מצב תאורה	צריכת אנרגיה
100%	≈40 וואט
70%	≈28 וואט
50%	≈20 וואט
30%	≈12 וואט

קודם כל דבר, עשו את החישובים הבסיסיים: במצב של תאורה מלאה, בטריה בעלת קיבולת של 115 ואט-שעה תתרוקן בתוך 2.5 עד 3 שעות. שימוש מתמשך כל הלילה ברמת תאורה מלאה (100%) באמצעות מערכת זו בלתי אפשרי מבחינה פיזית. כל מסמך תכנון שמציע אחרת עומד בסתירה – או שהמערכת משנה אוטומטית את רמת התאורה לרמה נמוכה יותר מבלי לומר לכם זאת, או שהוא מציין בטריה גדולה יותר.

התוכנית שמאפשרת ל-113 ואט-שעה של אנרגיה להישאר זמינות כל הלילה: התוכנית הסטנדרטית שלנו לשימוש במערכת במשך 8 שעות לילה:

• שעות 1–2 לאחר השקיעה: רמת תאורה 50%. הפעילות של ההולכים גדלת מיד לאחר החשך. שתי שעות של פעולה במתקן בעל עוצמת אור של 20 וואט צריכות כ-40 ואט-שעה של אנרגיה – מספיק כדי שהתאורה תהיה יעילה, אך במידה מתונה כדי לשמור על תקציב האנרגיה.
• שעות 3–6: רמת תאורה 30%. התנועה פוחתת; החשיבות העיקרית היא ראייה ברקע. ארבע שעות של פעולה במתקן בעל עוצמת אור של 12 וואט צריכות כ-48 ואט-שעה של אנרגיה.
• שעות 7–8: מוד תנועה; רמת תאורה 30% במצב עומד, ו-100% במקרה שמתגלה תנועה. אם יש תנועה במהלך כשעה בסך הכול, ההוצאות על אנרגיה הן כ-25 ואט-שעה.

בסך הכול: כ-113 ואט-שעה של אנרגיה, מתוך בטריה בעלת קיבולת של 115 ואט-שעה. ה-2 ואט שנשארים מתוכננים במתכוון – הלוח הזמן מותאם כך שהבטריה לא תתרוקן במהירות ביום עם שמש חלשה. לדעתנו, הלוח הזמן חשוב יותר מהמקורות האור; שתי יחידות עם פנלי תאורה ובטריות זהים יכולות להשתנות בכמות הזמן של פעולה שלהן בהתאם לאופן שהמכשיר מנצל את האנרגיה.

מדוע הוספת נורות LED אינה מגדילה את רמת התאורה?

הוספת נורות LED אינה מגדילה את רמת התאורה מכמה סיבות:

1. נורות LED לרוב צריכות פחות אנרגיה לפעולה מאשר מקורות אור אחרים.
2. התאורה שנוצרת על ידי נורות LED עשויה להיות פחות ברורה מבחינה חזותית מאשר תאורה חזקה יותר.
3. התאורה שנוצרת על ידי נורות LED עשויה להיות מתאימה יותר לתנאי תאורה נמוכים (כמו בחושך).
4. התאורה שנוצרת על ידי נורות LED עשויה להיות ידידותית יותר לסביבה מבחינת פליטת חום.

אם תכפילו את מספר הדיודים הפולטים אור (emitters) באותו זרם גירוש (drive current), תקבלו אותו מספר לומנים (lumens) מכמות גדולה יותר של חלקים, אך גם יותר חום ושיעור כישלונות גבוה יותר. אם תכפילו את עוצמת הגירוש (drive power), תקבלו תאורה חזקה יותר, אך הסוללה תתרוקן לפני חצי הלילה. המדד שמשלב בין עלות לביצועים הוא היעילות (efficiency), שמודגשת באופן של לומנים לוואט (lumens per watt): ברמה של 100 לומנים לוואט, 40 וואט יספקו 4,000 לומנים; ברמה של 70 לומנים לוואט, אותו רמה של אור תצריך 57 וואט, מה שמביא לכישלון כל התקציב המתוכנן. כאשר אנו מציעים מוצרים, אנו מציינים ראשית את הלומנים ואת היעילות (לומנים לוואט), ולאחר מכן מתאימים את צריכת האנרגיה בהתאם. מספר הדיודים הפולטים אור הוא פרט טכני שנקבע במהלך תהליך הייצור.

מה לא מכסה המדריך הזה

המדריך הזה מספק מידע על מספר הדיודים הפולטים אור כפרמטר לבחירה, אך אינו מכסה את בחירת העדשות והאופן בו האור מתפזר (ראו את המדריך שלנו עדשות והפצה של אור), את הגודל המתאים של מעגלי השליטה בטעילה (charge controllers), או את בחירת הסוללות.

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。