Hoeveel LED’s heeft een zonnelijk straatlicht nodig?

Wat het aantal LED’s eigenlijk zegt

Een LED is een halfgeleidingsapparaat dat elektrische energie omzet in licht, met een gerichte lichtstraling en weinig warmteontwikkeling per LED. De totale lichtuitstoot van een armatuur is het product van het aantal LED’s en de lumen-uitstoot per LED bij de gebruikelijke bedrijfsstroom. Er is niets in deze formule wat erop wijst dat een groter aantal LED’s beter is. Een armatuur met 96 LED’s die allemaal op lage stroom werken kan op papier imponerend lijken, maar een armatuur met 24 LED’s van hogere kwaliteit presteert beter in de praktijk.

De meest voorkomende fout is dat kopers twee lichtarmaturen vergelijken op het aantal LED’s. Een dergelijke vergelijking zegt echter niets over de werkelijke prestaties van de armaturen, maar alleen over de manier waarop de fabrikant de LED’s heeft geplaatst.

De keten die echt bepaalt het aantal lichtarmaturen

In onze BOM (Bill of Materials) wordt het aantal lichtarmaturen bepaald door een keten die begint bij de eisen voor de verlichting van de weg:

1. Doelgerichte verlichtingsniveaus en gelijkmatigheid op de weg, vastgesteld door de verlichtingsberekening.
2. Benodigde lumen ; hieruit wordt het aantal lumen per armatuur bepaald, nadat optische verliezen (lens, bescherming, vervuiling) zijn gemeten.
3. Keuze van de lichtbron : de efficiëntie van de lichtbron en de toepasselijke werkspanning worden hierbij bekeken.
4. Het uiteindelijke aantal lichtarmaturen : dit wordt gekozen om het vereiste lichtflux te bereiken binnen de gestelde thermische beperkingen.

Stappen 1 en 2 zijn technisch bepaald; stap 4 is aritmetisch. Een leverancier die het aantal lichtarmaturen bepaalt, is eigenlijk degene die de uiteindelijke beslissing neemt in deze keten.

Waar het aantal lichtarmaturen echt belangrijk is

Er zijn drie belangrijke beperkingen die de ontwerper beïnvloeden bij de keuze van het aantal lichtarmaturen:

Thermische dichtheid: Als de lichtemitters op een klein oppervlak zijn geplaatst, wordt de temperatuur op de verbindingen tussen deze emitters hoger. Een te hoge temperatuur heeft negatieve gevolgen voor de output en de levensduur van de lichtemitters. Om dit te voorkomen, worden de lichtemitters in een goede lichtarmatuur verspreid over een groter oppervlak in plaats van ze dicht op elkaar te plaatsten.

Kompromis tussen stroomverbruik en efficiëntie: Als elke lichtemitter wordt bediend met een stroom die lager is dan de nominale stroom, wordt de efficiëntie en de levensduur verbeterd. Echter, hiervoor zijn meer lichtemitters nodig om dezelfde lichtstroom te bereiken – dit resulteert in hogere kosten, meer solderingen en meer potentiële foutbronnen.

Redundantie: Met veel lichtemitters is het niet zo opvallend als één diode niet meer werkt. Dit is een argument voor het gebruik van een grotere aantal lichtemitters. Er is echter een belangrijk nadeel: als de stuurunit (driver) niet meer werkt, worden alle 96 lichtemitters tegelijkertijd uitgeschakeld, en de stuurunit is juist de onderdeel die het eerst kapot kan gaan.

Wat je moet vragen in plaats van alleen het aantal LED’s te tellen:

Vier vragen die een echte, functionele ontwerp onderscheiden van een marketinggericht ontwerp:

1. Welke lumenwaarde wordt bereikt bij de werktemperatuur? – En niet de waarde die wordt gemeten in het laboratorium bij 25 °C?
2. Welke stroom loopt door elke lichtemitter, en wat is de gespecificeerde levensduur bij deze stroomsterkte?
3. Hoe wordt de warmte van het circuit naar het behuizing verplaatst, en wat is de temperatuur van de contactpunten bij de nominale uitstoot?
4. Als één lichtemitter niet meer werkt, hoe verloopt de vervanging van deze lichtemitter – en hoe wordt de besturingseenheid vervangen?

Een lichtarmatuur dat alle vier vragen in één paragraaf beantwoordt, is met zorg ontworpen. Een lichtarmatuur dat alleen een groot aantal LED’s bevat, beantwoordt deze vragen echter niet op de gewenste manier. Voor het zelf uitvoeren van de berekeningen voor de verlichting, kunt u onze verlichtingsontwerptool gebruiken; voor complete lichtarmaturen waarbij het aantal LED’s, de optiek en het thermische ontwerp al zijn vastgesteld, kijkt u bij onze all-in-one-zonnelichtarmaturen.

De configuratie die we als referentie gebruiken

Hier vindt u de standaardspecificaties voor woonwegen, parkeerterreinen en kleine openbare ruimtes: dit zijn de typen lichtarmaturen waarbij de prijsdruk groot is en het over-specificeren een veel voorkomend fout is.

Deze unit is niet de helderste op de markt, en dat is ook niet de bedoeling. Het is ontworpen om iedere nacht in gemiddeld zonnig weer te werken. De PIR-sensor verhoogt het vermogen van de LED-lampen tot 100% wanneer iemand voorbijloopt en daarna het vermogen weer terugbrengt wanneer de ruimte leeg is; hierdoor wordt de meeste energie bespaard.

Het energiebudget, stap voor stap

Invoer: Op een zonnige dag levert het zonnepaneel ongeveer 40 W × 4,5 piekzonnuuren × 0,85 systeemefficiëntie = ≈153 Wh per dag. De factor 0,85 houdt rekening met verliezen bij de omvorming van energie, de kabeling en de lader. Dit is de cijfer die we gebruiken voor het budgetteren; op een bewolkte dag kan de energieopname de helft minder zijn.

Opslag: 3,2 V × 36 Ah = 115 Wh beschikbare energie voor het gebruik, voordat de spanning te laag wordt. Let op: de dagelijkse energiebehoef (153 Wh) is groter dan de beschikbare opslag (115 Wh), maar dit is normaal; de overtollige energie zorgt ervoor dat het systeem het door een korte periode van slecht weer kan halen.

Verbruik: De vier verschillende scherpteniveaus hebben het volgende energieverbruik:

Eerst moet je de berekeningen doen: met een batterij van 115 Wh zal deze op zijn uit zijn in 2,5 tot 3 uur bij volle scherpteniveaus. Het is fysiek onmogelijk om de apparatuur de hele nacht op 100% scherpteniveau te gebruiken. Als een technische specificatie anders beweert, betekent dit dat de scherpteniveaus worden verlaagd zonder dat dit wordt gemeld, of dat er een veel grotere batterij wordt gebruikt.

Het scherpteniveau dat het mogelijk maakt om de batterij tot 113 Wh te behouden voor de nacht: Ons standaardprogramma voor een nacht van 8 uur met de referentieapparatuur:

Uur 1–2 na zonsondergang: 50% lichtsterkte. De voetgangersactiviteit piekt net na donker. Twee uur met een lichtsterkte van 20 watt gebruiken ongeveer 40 watt-uur aan energie – genoeg licht om bruikbaar te zijn, maar toch met een gemiddelde energiebehoef om de budgetten te behouden. Uur 3–6: 30% lichtsterkte. Het verkeer neemt af; het is belangrijk dat er nog genoeg zicht is. Vier uur met een lichtsterkte van 12 watt gebruiken ongeveer 48 watt-uur aan energie. Uur 7–8: ‘Motion-mode’: 30% standby-licht en 100% licht wanneer er beweging wordt gedetecteerd. Als er in totaal ongeveer een uur beweging wordt gedetecteerd, kost dit ongeveer 25 watt-uur aan energie.

In totaal worden ongeveer 113 watt-uur aan energie verbruikt, van een accu met een capaciteit van 115 watt-uur. De overgebleven 2 watt-uur zijn bewust zo geregeld; het schema is zo ontworpen dat de accu net onder de maximale capaciteit blijft, zodat een dag met weinig zon niet tot een te donkere nacht leidt. Uit onze ervaring is het schema belangrijker dan de specificaties van de lichtbronnen zelf: twee apparaten met identieke panelen en accu’s kunnen verschillende gebruiksduur hebben, afhankelijk van de manier waarop de controller de energie verbruikt.

Waarom het toevoegen van LED-lampen geen extra licht oplevert

Het toevoegen van LED-lampen verhoogt de lichtsterkte niet direct, omdat de energiebehoef van de apparaten al is aangepast aan de verschillende omstandigheden (tijd van de dag, verkeersintensiteit, etc.). Bovendien kan de energiebehoef per apparaat verschillen afhankelijk van de manier waarop de controller de energie gebruikt. Daarom is het niet altijd nodig om extra LED-lampen te installeren om meer licht te krijgen.

Als je het aantal LED-elementen verdubbelt bij dezelfde stroomtoevoer, krijg je dezelfde lumen uit meer onderdelen, maar er wordt ook meer warmte geproduceerd, waardoor de foutgevallen toenemen. Als je de stroomtoevoer verdubbelt, krijg je meer licht, maar de accu zal sneller leegraken. Het cijfer dat de kosten en de prestaties samen weergeeft, is de ‘efficiëntie’ (lumen per watt): bij een efficiëntie van 100 lm/W kosten 40 W 4.000 lumen; bij een efficiëntie van 70 lm/W kosten dezelfde hoeveelheid licht 57 W, waardoor het hele budget wordt overschreden. Wanneer we een offerte maken, specificeren we eerst de lumen en de efficiëntie (lm/W), en passen we de energiebehoefte daarna aan. Het aantal LED-elementen is een detail van de constructie.

Wat deze gids niet behandelt

Deze gids behandelt alleen het aantal LED-elementen als selectieparameter. Er wordt geen aandacht besteed aan de keuze van lenzen en lichtverdeling (kijk hier voor meer informatie: gids over lenzen en lichtverdeling), de afmeting van de charge-controller of de keuze van de accu.

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。