Berapa Banyak LED Yang Diperlukan Untuk Sebuah Lampu Jalan Tenaga Suria?

Apa Sebenarnya Yang Dapat Diketahui Dari Jumlah LED?

LED adalah peranti semikonduktor yang mengubah tenaga elektrik menjadi cahaya, dengan arah pancaran yang tertentu dan pengeluaran haba yang rendah untuk setiap LED. Kuasa keluaran lampu adalah hasil daripada jumlah LED dikalikan dengan jumlah lumin yang dihasilkan oleh setiap LED pada arus penggeraknya. Tiada faktor dalam formula tersebut yang menunjukkan bahawa jumlah LED yang lebih tinggi lebih baik. Sebuah lampu dengan 96 LED yang beroperasi pada arus rendah mungkin kelihatan menarik pada kertas, tetapi lampu dengan 24 LED yang menggunakan LED berkualiti tinggi akan memberikan prestasi yang lebih baik di lapangan.

Komen yang sering kita terima adalah pembeli yang membandingkan dua jenis lampu berdasarkan jumlah LED yang digunakan. Perbandingan tersebut sebenarnya tidak memberikan maklumat yang berguna, kerana ia hanya menunjukkan cara setiap pengilang menyusun susunan LED dalam lampu tersebut.

Rantaian spesifikasi yang sebenarnya menentukan jumlah lampu yang diperlukan

(Dalam senarai keperluan peralatan kami, jumlah lampu ditentukan oleh rantaian spesifikasi yang bermula dari aspek jalan raya):

1. Kecerahan dan keseragaman cahaya yang diinginkan di atas jalan raya, yang ditentukan melalui pengiraan sistem pencahayaan.
2. Jumlah lumin yang diperlukan untuk mencapai kecerahan yang diinginkan, yang seterusnya menentukan jumlah lumin yang diperlukan oleh setiap lampu setelah mengambil kira kehilangan cahaya akibat faktor seperti lensa, penutup lampu, dan kotoran.
3. Pemilihan jenis lampu – berdasarkan kecekapan pencahayaan dan arus elektrik yang digunakan.
4. Jumlah lampu yang sebenarnya diperlukan – dipilih untuk memenuhi sasaran fluks cahaya dalam batas anggaran penggunaan tenaga (thermal budget).

Langkah 1 dan 2 merupakan proses reka bentuk yang melibatkan prinsip kejuruteraan; langkah 4 merupakan proses aritmetik. Pembekal yang menentukan jumlah lampu yang diperlukan sebenarnya sedang menjual produk yang sesuai dengan keperluan pengguna akhir.

Di mana jumlah lampu benar-benar memainkan peranan penting

(Terdapat tiga faktor yang benar-benar membatasi kebebasan perancang dalam menentukan jumlah lampu yang diperlukan):

• Kepadatan haba (Thermal density): Apabila pemancar cahaya diletakkan berhampiran satu sama lain pada papan kecil, suhu di kawasan persimpangan menjadi lebih tinggi, yang seterusnya menurunkan keluaran cahaya dan jangka hayat pemancar tersebut. Pengurusan penyebaran haba adalah penting; oleh itu, pemancar sebaiknya disusun dengan jarak yang sesuai, bukan diletakkan berhampiran satu sama lain.

• Kompromi antara arus penggerak (Drive current trade-off): Menggunakan arus yang lebih rendah daripada arus nominal setiap pemancar dapat meningkatkan kecekapan dan jangka hayatnya, tetapi memerlukan lebih banyak pemancar untuk mencapai jumlah fluks yang sama. Ini menyebabkan peningkatan kos, peningkatan jumlah sambungan solder, dan peningkatan risiko kegagalan.

• Kesan kegagalan komponen (Redundancy effect): Dengan penggunaan banyak pemancar, kegagalan satu dioda tidak akan terlalu ketara. Namun, kegagalan komponen penggerak (driver) boleh menyebabkan semua 96 pemancar gagal sekaligus, dan komponen penggerak itulah yang sebenarnya menjadi penyebab kegagalan tersebut.

Apa yang perlu ditanya, bukan sekadar menghitung jumlah LED…

Empat soalan yang dapat membezakan reka bentuk yang berkualiti daripada sekadar susunan komponen yang ditujukan untuk tujuan pemasaran:

1. Berapakah jumlah “lumen” yang dihasilkan pada suhu operasi biasa (bukan pada suhu makmal 25°C)?
2. Berapakah arus yang mengalir melalui setiap pemancar (emitter), dan berapakah jangka hayat yang ditentukan untuk arus tersebut?
3. Bagaimanakah haba dipindahkan dari papan elektronik ke badan lampu, dan berapakah suhu pada titik penghubungan (junction temperature) pada keluaran yang ditentukan?
4. Jika salah satu pemancar rosak, bagaimanakah proses penggantian komponen tersebut dilakukan?

Sebuah perangkat yang dapat menjawab semua empat soalan ini dalam satu ayat sahaja merupakan perangkat yang direka dengan teliti. Sebaliknya, perangkat yang hanya terdiri daripada sejumlah besar LED tidak akan mampu menjawab soalan-soalan tersebut dengan lengkap. Untuk mengira keperluan pencahayaan sendiri, gunakan alat reka bentuk pencahayaan kami (lighting design tool); untuk perangkat pencahayaan solar yang lengkap, di mana jumlah LED, aspek optik, dan reka bentuk termal telah ditentukan terlebih dahulu, lihat siri produk kami (all-in-one solar street lights).

Konfigurasi yang kami gunakan sebagai rujukan

Berikut adalah spesifikasi umum untuk jalan perumahan, tempat letak kereta, dan kawasan awam yang kecil – kategori perangkat pencahayaan di mana tekanan harga sangat tinggi, dan over-specification (menentukan spesifikasi yang lebih tinggi daripada yang diperlukan) merupakan kesilapan yang sering berlaku:

Unit ini bukan yang paling terang di pasaran, dan memang tidak dimaksudkan untuk menjadi begitu. Ia direka untuk beroperasi setiap malam dalam keadaan sinar matahari yang sederhana. Sensor PIR akan meningkatkan keluaran kepada 100% apabila seseorang melalui kawasan tersebut, dan kemudian mengurangkannya kembali apabila kawasan itu kosong; inilah cara utama penjimatan tenaga berlaku pada waktu malam.

Anggaran tenaga, langkah demi langkah

Input. Pada hari yang cerah, panel suria menghasilkan kira-kira 40 W × 4.5 jam puncak sinar matahari × 0.85 (kecekapan sistem) = ≈153 Wh sehari. Angka 0.85 ini termasuk kehilangan semasa proses konversi tenaga, penghantaran, dan penggunaan kawalan; angka ini digunakan untuk perancangan anggaran. Pada hari yang mendung, pengeluaran tenaga boleh berkurangan separuh.

Penyimpanan Bateri: Kapasiti bateri adalah 3.2 V × 36 Ah = 115 Wh, yang boleh digunakan sebelum voltan bateri turun ke tahap rendah. Perlu diperhatikan bahawa jumlah tenaga yang diperlukan setiap hari (153 Wh) melebihi kapasiti penyimpanan bateri (115 Wh), dan ini adalah perkara yang normal; lebihan tenaga tersebut membantu sistem untuk bertahan semasa keadaan cuaca buruk yang singkat.

Penggunaan Tenaga: Empat tahap kecerahan menggunakan tenaga seperti berikut:

Perlu dihitung terlebih dahulu: Dengan kecerahan penuh, bateri berkapasiti 115 Wh akan kehabisan dalam masa 2.5 hingga 3 jam. Menjalankan peranti pada kecerahan penuh sepanjang malam adalah mustahil secara fizikal. Sebarang spesifikasi yang menyatakan sebaliknya adalah tidak tepat, sama ada kerana sistem menggunakan mekanisme penyesuaian kecerahan tanpa memberitahu pengguna atau kerana bateri yang digunakan mempunyai kapasiti yang jauh lebih besar.

Jadual Penyesuaian Kecerahan untuk Memanjangkan Tempoh Penggunaan Bateri: Program lalai kami untuk penggunaan peranti selama 8 jam pada malam hari adalah sebagai berikut:

• Masa 1–2 jam selepas matahari terbenam: Kecerahan 50%. Aktiviti pejalan kaki mencapai puncak sebaik sahaja gelap. Dua jam dengan penggunaan kuasa 20 W ≈ 40 Wh – cukup cahaya untuk kegunaan harian, dan penggunaan tenaga yang sederhana untuk menjimatkan perbelanjaan.
• Masa 3–6 pagi: Kecerahan 30%. Lalu lintas berkurangan; kejelasan pandangan menjadi keutamaan. Empat jam dengan penggunaan kuasa 12 W ≈ 48 Wh.
• Masa 7–8 malam: Mod gerakan (motion mode), keadaan standby dengan 30% kuasa, dan 100% kuasa apabila ada pergerakan dikesan. Jika terdapat pergerakan sepanjang kira-kira satu jam, penggunaan tenaga adalah sekitar 25 Wh.

Jumlah keseluruhan: kira-kira 113 Wh, berbanding dengan bateri yang berkapasiti 115 Wh. Baki 2 Wh sengaja ditinggalkan; jadual penggunaan tenaga disusun sedemikian rupa agar bateri tidak kehabisan sepenuhnya, supaya tidak berlaku keadaan gelap pada hari dengan sinar matahari yang lemah. Berdasarkan pengalaman kami, jadual penggunaan tenaga lebih penting daripada jenis lampu yang digunakan: dua unit dengan panel dan bateri yang sama boleh mempunyai masa operasi yang berbeza, bergantung pada cara kawalan mengatur penggunaan tenaga.

Mengapa menambahkan LED tidak meningkatkan kecerahan?

Jika anda menggandakan jumlah komponen pemancar cahaya (emitters) sambil mengekalkan arus penggerak yang sama, anda akan mendapat jumlah cahaya (lumens) yang sama, tetapi dengan lebih banyak komponen yang digunakan, yang seterusnya menyebabkan lebih banyak haba dihasilkan dan kadar kegagalan yang lebih tinggi. Jika anda menggandakan kuasa penggerak (drive power), anda akan mendapat lebih banyak cahaya, tetapi bateri akan kehabisan tenaga sebelum tengah malam. Angka yang menggambarkan keseimbangan antara kos dan prestasi adalah “efisiensi” (efficiency), iaitu jumlah cahaya (lumens) per watt (lm/W): pada kadar 100 lm/W, 40 W dapat menghasilkan 4,000 lumens; pada kadar 70 lm/W, jumlah cahaya yang sama memerlukan 57 W, yang akan menyebabkan bajet keseluruhan meningkat secara drastik. Ketika kami memberikan cadangan, kami akan menyatakan spesifikasi berdasarkan jumlah lumens dan nilai lm/W terlebih dahulu, kemudian menyesuaikan saiz sistem tenaga (energy loop) yang sesuai. Jumlah komponen LED hanyalah butiran teknikal yang berkaitan dengan proses pemasangan.

Apa yang tidak dibincangkan dalam panduan ini:

Panduan ini hanya membincangkan jumlah komponen LED sebagai parameter pemilihan. Ia tidak membincangkan pemilihan lensa dan sistem pengedaran cahaya (lihat panduan kami tentang lensa dan pengedaran cahaya: /learn-how-to-choose-light-distribution-for-low-power-solar-street-lights), penentuan saiz pengawal pengecasan (charge controller), atau pemilihan bateri.

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。