Deformacja i starzenie soczewek LED: wpływ na oświetlenie uliczne

Jak deformacja wpływa na rozkład światła

Soczewka to wytworzona metodą obróbki mechanicznej powierzchnia optyczna. Jej elementy są zaprojektowane tak, aby każdy promień światła skierował się we wskazaną zonę. Obliczenia przy projektowaniu soczewki zakładają, że jej powierzchnia pozostanie nienaruszona. Gdy soczewka się deformuje, jej struktura zmienia się, co powoduje, że światło przechodzi po innych torach niż zakładano. Światło, które powinno dotrzeć na odległość 30 metrów, skupia się na odległości 15 metrów, co powoduje, że część drogi pozostaje w ciemności.

Istnieją trzy typowe problemy, które występują w przypadku uszkodzonych soczewek:

– Lokalne wygięcia lub wypukłości powstałe pod wpływem ciepła, najczęściej na powierzchni panelu LED. Z powodu nich światło skierowuje się w jednym kierunku, powodując powstanie ciemnej strefy na przeciwnej stronie. – Wygięcia na powierzchni soczewki sprawiają, że cała struktura światłowodów jest nierówna, co skutkuje przesuwaniem światła po powierzchni lub wprost do okien. – Deformacje spowodowane montażem: nadmierna siła przy przykręceniu uszczelnień lub wygięcie obudowy powodują, że soczewka przyjmuje kształt, który nie został przewidziany żadnym modeliem termicznym.

Stopień odchylania od normalnego rozkładu światła zależy od intensywności deformacji, a jej położenie ma istotne znaczenie: jeśli deformacja występuje w centrum soczewki, to zmienia maksymalną intensywność światła; jeśli natomiast znajduje się blisko jej krawędzi, to przesuwa granicę rozprostранia światła.

Jakie są konsekwencje tych deformacji na prawdziwych ulicach?

Na głównych drogach w miastach, gdzie ruch jest intensywny i projektowanie zakłada jednolitą rozłożenie światła, dochodzi do deformacji – pojazdy w jednym pasie jadą w jasnym świetle, a w sąsiednim w ciemnym. Kierowcy interpretują ten kontrast jako zagrożenie, której nie mogą się uchronić, co powoduje wzrastającą zmęczenie podczas jazdy. Na drogach mieszkańców, na których po drodze poruszają się piesi i rowerzyści, ciemne obszary maskują dziury i kamienie na drodze. Oba te problemy wynikają z tego samego powodu: jednolitość, którą obiecał projekt, już nie istnieje.

Jak starzenie wpływa na wydajność światła

PMMA (polimetylometakrylat) o wysokiej jakości optycznej ma na początku przepuszczalność światła na poziomie około 92% w widzialnym obszarze spektrum. Pod wpływem długoterminowego oddziaływania promieni UV, zmian temperatury oraz wilgoci jego molekularne łańcze degradują, co powoduje spadanie przepuszczalności światła. W tym samym czasie dochodzi do dwóch zdarzeń: materiał pochłania większą część światła emitowanego diodami LED, a mikropęknięcia i zanieczyszczenia na powierzchni rozpraszają resztę światła. Obie te zmiany są trwałe i wpływają negatywnie na efektywność oświetlenia drogi.

PC (polikarbonat) to kolejny popularny materiał na soczewki, wybierany wtedy, gdy ważniejsza jest odporność na uderzenia niż jasność obrazu. Pod wpływem promieni UV polikarbonat szybciej żółknie, ale zachowuje swoją odporność na uderzenia przez dłuższy czas. Żaden z tych materiałów nie będzie zachowywać swoich właściwości w niewentylowanych, na słońce eksponowanych obiektach, dlatego decyzja o wyborze materiału soczewki powinna być podejmowana w ramach projektowania urządzenia, a nie podczas samej jego kupienia. Nasze dokumenty referencyjne dotyczące soczewek oraz przewodnik po materiałach używanych w urządzeniach oświetleniowych opisują, jak dokonujemy tego wyboru.

Konsekwencją starzenia się soczewki jest to, że publikowany plik z danymi fotometrycznymi (format IES) przestaje odzwierzać właściwości aktualnego urządzenia oświetleniowego – pomiarы zostały przeprowadzone z użyciem nowej soczewki. Jeśli ten plik zostanie wprowadzony do programu do symulacji, model oświetlenia może przecenić wydajność starłego urządzenia, a to może mieć istotne znaczenie, szczególnie w kontekście projektów oświetlenia drogowego. Proces symulacji oświetlenia jest tak wiarygodny, jak dokładność pliku z danymi fotometrycznymi, które do niego wprowadzamy.

Starzenie się soczewek i renderowanie koloru

Indeks odwzorowania koloru (CRI – Color Rendering Index) mierzy, jak wiernie źródło światła odwzorowuje kolory obiektów. Starzejące soczewki nie tylko przygaszają spektrum światła, ale także zmieniają jego strukturę: degradujący materiał wchłania światło nierównomiernie w zależności od długości fal, więc światło docierające na ulicę nie odpowiada temu, które emituje dioda LED. W efekcie pogorsza się rozróżnianie kolorów, co ma negatywny wpływ na wszystkie elementy wyposażenia, które są kolorowe – od sygnałów po znaki drogowe. Kierowca, patrzący na otoczenie w środowisku z zmienionym spektrum światła, otrzymuje identyczne ilości fotonów, ale w innej ich kombinacji, co powiększa możliwość pomyłki.

Blask: oba te problemy powodują jego występowanie

Właściwie działające soczewki kontrolują kąt rozproszenia światła i chronią diodę LED przed bezpośrednim widzeniem pod dużymi kątami. Zniszczenia soczewek zakłócają tę funkcję – promieni światła, które wcześniej były blokowane, teraz docierają prosto do oczu kierowców i pieszych. Starzenie soczewek wpływa również na ich właściwości rozproszenia światła: szorstka, zamglona powierzchnia rozpraszają światło, a to rozproszenie stanowi właśnie blask.

Blask światła to najpilniejszy symptom awarii soczewki lampy. Nie musi on doprowadzić do ślepoty – wystarczy, aby zmniejszył ostrość widzenia na tę krótką chwilę, przez którą można przeocenić przechodzącego na przejściu dla pieszych. Ze wszystkich możliwych awarii soczewek jest to właśnie ta, którą traktujemy jako najbardziej naglą. Lampa może wciąż mierzyć intensywność światła (w jednostkach lux) mimo występowania tego problemu.

Co sprawdzamy i kiedy wymieniamy soczewki?

W przypadku naszych lamp inspekcja jest dość prosta – wystarczy latarka oraz godzina światła dziennego:

1. Zmiany koloru soczewki (żółkienie) – widoczne żółkienie jest powodem wymienienia soczewki; nie chodzi tu o estetyczne aspekty.
2. Nierówne powierzchnie soczewki – sprawdzenie jej równości za pomocą prostokąta może wykazać wykrzywienia, które oko nie dostrzega.
3. Pęknięcia i pęknięcia na powierzchni soczewki , szczególnie rozprzestrzeniane od punktów montażu.
4. Stan uszczelki – uszczelka, która utraciła sprężność, może doprowadzić do przecieku światła oraz deformacji lampy.

Jeśli wykryjemy jakiekolwiek odstępstwa od norm, natychmiast wymienimy soczewkę.

Zamień soczewkę, a nie cały element świetlówki, jeśli obudowa i płyta LED są w dobrym stanie. Do takich przypadków dostępne są specjalne zestawy do wymieniania soczewek, a nasza linia produktów przeznaczona do modernizacji świetlówek do modernizacji świetlówek obejmuje najpopularniejsze modele obudów. Jeśli płyta LED też uległa uszkodzeniom, jedynym rozwiązaniem jest wymiana całej świetlówki. Nie możemy twierdzić, że nowa soczewka przywróci funkcjonalność świetlówki sprzed dziesięciu lat.

Co na tej stronie nie jest opisane:

Na tej stronie opisano tylko procesy starzenia soczewek. Nie uwzględniono spadu jasności emitowanej przez diody LED, który jest zależny od innych faktorów (np. wpływu promieni UV, temperatury obudowy oraz jakości materiałów). Ponadto nie podano żadnych zaleceń dotyczących okresu wymieniania soczewek w zależności od lokalnych warunków klimatycznych, ponieważ ten okres zależy od tych samych czynników. Jeśli chodzi o wybór materiałów używanych do produkcji świetlówek, linia produktów „All-in-one Solar Street Light” [Solar Street Light”] prezentuje kombinacje soczewek i obudów, które wykorzystujemy w naszych produktach.