LED Sokak Lambası İkincil Optik Eşleştirme Becerileri

Enerji tasarrufu, emisyon azaltımı ve sürdürülebilir kentsel kalkınma küresel arayışında, LED sokak lambaları geleneksel yüksek basınçlı sodyum lambaların yerini yavaş yavaş almış ve kentsel yol aydınlatma sistemlerinin çekirdeği haline gelmiştir. Yüksek ışık verimliliği, uzun hizmet ömrü, iyi karartma özelliği ve çevre koruma avantajları sayesinde LED'ler, yol aydınlatmasına devrim niteliğinde bir yükseltme getirmiştir. Ancak, LED çipler tarafından yayılan ışık doğal olarak düzensiz dağılım ve geniş ışın açılarıyla dağılır. Etkili bir optik kontrol olmadan, yol aydınlatmasının aydınlatma düzgünlüğü, parlama kontrolü ve ışık kullanım verimliliği için katı gereksinimlerini karşılamak zordur. LED sokak lambası performansını optimize etmede önemli bir bağlantı olan ikincil optik tasarım, aydınlatma kalitesini iyileştirme ve enerji tasarrufu hedeflerini gerçekleştirmenin temel odağı haline gelmiştir.

İkincil optik, birincil optik (çiplerden maksimum ışık çıkarma için kapsülleme tasarımı) temelinde, harici optik bileşenler (mercekler, reflektörler vb. gibi) aracılığıyla LED'ler tarafından yayılan ışığın yeniden dağıtılması ve kontrol edilmesi sürecini ifade eder. Temel amacı, ışığı gerekli aydınlatma alanına yoğunlaştırmak, geçersiz ışık saçılmasını azaltmak, ışık dağıtım eğrilerini optimize etmek ve nihayetinde yüksek aydınlatma kalitesi ile düşük enerji tüketimi arasında denge sağlamaktır. Bu makale, mühendislik uygulamaları ve ürün optimizasyonu için pratik rehberlik sağlamak üzere, LED sokak lambası ikincil optiklerinin temel eşleştirme becerilerini, bileşen seçimini, şema tasarımını, sahne uyarlamasını ve yaygın sorunların çözümünü ayrıntılı olarak ele alacaktır.

İkincil optik eşleştirmeyi gerçekleştirmeden önce, optik tasarımın yönünü doğrudan belirleyen yol aydınlatmasının temel gereksinimlerini açıklığa kavuşturmak gerekir. Odaklanılacak temel göstergeler aşağıdaki hususları içerir:

• Aydınlatma ve Düzgünlük: Yol sınıfına (ana yol, ikincil ana yol, tali yol, yaya yolu) göre, gerekli ortalama aydınlatmayı ve düzgünlüğü (genellikle minimum aydınlatmanın ortalama aydınlatmaya oranı U1 ≥ 0,4) belirlemek için uluslararası standartlara (CIE) ve yerel spesifikasyonlara (CJJ 45-2015 gibi) bakın. Örneğin, kentsel ana yollar, sürüş güvenliğini sağlamak için daha yüksek ortalama aydınlatma (20-30 lx) ve düzgünlük gerektirirken, yaya yolları standardı uygun şekilde azaltabilir (5-10 lx).
• Parlama Kontrolü: Sokak lambalarından gelen parlama, sürücülerin ve yayaların görsel konforunu ciddi şekilde etkileyecek ve hatta potansiyel güvenlik tehlikelerine neden olacaktır. İkincil optikler aracılığıyla yatay ve yukarı yönlerdeki ışık yoğunluğunu kontrol etmek ve sahneye göre uygun kesme türlerini (tam kesme, yarı kesme, kesme yok) seçmek gerekir.
• Işık Kullanım Verimliliği: İkincil optiklerin temel amacı, ışık kaybını azaltmaktır. LED'ler tarafından yayılan ışık, aydınlatma etkisini sağlarken enerji kullanım verimliliğini artırmak için mümkün olduğunca yol yüzeyine yoğunlaştırılmalı, gökyüzüne veya ilgili olmayan çevre alanlarına dağılması önlenmelidir.
• Çevresel Uyarlanabilirlik: Yol genişliği, lamba direği yüksekliği, montaj aralığı, yol yüzeyi yansıtma özelliği ve çevredeki binalar gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Örneğin, dar eski şehir şeritleri ve geniş kentsel ana yollar tamamen farklı ışık dağıtım şemaları gerektirir.

İkincil optik bileşenlerin (mercekler ve reflektörler) seçimi, eşleştirme etkisini doğrudan etkiler. Farklı bileşenlerin kendi özellikleri ve uygulanabilir senaryoları vardır ve gerçek ihtiyaçlara göre seçilmeleri ve birleştirilmeleri gerekir.

Mercekler, LED sokak lambalarında en sık kullanılan ikincil optik bileşenlerdir ve kırılma yoluyla ışığın yeniden dağıtılmasını gerçekleştirirler. Yapısal tasarıma göre, aşağıdaki türlere ayrılabilirler:

• Toplam İç Yansıma (TIR) Mercekleri: Toplam iç yansıma prensibine dayanarak, ışık optik olarak daha yoğun bir ortamdan optik olarak daha seyrek bir ortama yayıldığında ve geliş açısı kritik açıdan büyük olduğunda, LED'lerin dağılmış ışığını etkili bir şekilde toplayabilen ve yeniden yönlendirebilen toplam iç yansıma meydana gelir. Avantajları yüksek ışık kullanım verimliliği (%90 veya daha fazla), düzgün ışık dağılımı ve kompakt yapıdır. Orta ve yüksek güçlü LED sokak lambaları için uygundur ve temel ışık dağıtım ihtiyaçlarını karşılamak için ışın açısını ±30° içinde ayarlayabilir.
• Serbest Biçimli Yüzey Mercekleri: Bu, X ve Y eksenlerinde asimetrik dikdörtgen ışık dağılımı ile tasarlanmış yüksek hassasiyetli bir optik bileşendir. Belirli yol ihtiyaçlarına göre özelleştirilmiş ışık dağılımını gerçekleştirebilir. Örneğin, X ekseninde (±60° yol uzunluğu yönünün aydınlatma gereksinimlerini karşılayan) ve Y ekseninde ±30°'lik düzgün ışık dağılımı üretebilir ve yol aydınlatması için uygun olan "yarasa kanadı" ışık dağılımını oluşturabilir. Avantajları güçlü özelleştirme, farklı yol genişliklerine ve şekillerine mükemmel uyum ve iyi parlama kontrol etkisidir. Üst düzey LED sokak lambaları ve özel yol kesimleri (rampa ve kavşaklar gibi) için ilk tercihtir. Serbest biçimli yüzey merceklerinin tasarımı genellikle ışık kaynağının ışık dağılımını hedef aydınlatma yüzeyiyle eşleştirmek için diferansiyel denklem yöntemi ve çok parametreli optimizasyon gibi yöntemleri benimser.
• Dizi Mercekleri: Çoklu küçük merceklerden oluşur, çok çipli dizi düzenine sahip LED sokak lambaları için uygundur. Her küçük mercek bir LED çipine karşılık gelir, bu da her çipin bağımsız ışık kontrolünü gerçekleştirebilir ve ardından gerekli genel ışık dağılımını oluşturmak için entegre edilebilir. Avantajları esnek ışık dağılımı ayarı ve iyi düzgünlüktür, bu da çok çipli düzenlemeden kaynaklanan düzensiz ışık dağılımı sorununu önleyebilir. 1W'dan birkaç watt'a kadar LED çiplerinden oluşan büyük güçlü LED sokak lambaları için uygundur.

Mercek seçerken, ışın açısı ve ışık dağıtım türünü dikkate almanın yanı sıra, malzemeye de dikkat edilmelidir. PC (polikarbonat) ve PMMA (polimetil metakrilat) en sık kullanılan malzemelerdir. PC, iyi darbe direncine ve yüksek sıcaklık direncine sahiptir, dış mekan sert ortamları için uygundur; PMMA daha yüksek ışık geçirgenliğine (>%92) sahiptir, ancak zayıf darbe direncine sahiptir, nispeten kararlı montaj ortamları için uygundur.

Reflektörler, yansıma yoluyla ışığın yeniden dağıtımını gerçekleştirir ve genellikle tek mercek ışık dağıtımının kusurlarını telafi etmek için merceklerle birlikte kullanılır. Yüzey şekline göre, parabolik reflektörler, eliptik reflektörler ve düzensiz reflektörler olarak ayrılabilirler:

• Parabolik Reflektörler: LED'lerin dağılmış ışığını paralel ışığa dönüştürebilirler, bu da güçlü uzun mesafe ışınlama kapasitesine sahiptir. Uzun mesafe aydınlatmaya ihtiyaç duyan yol kesimleri (kentsel ana yollar ve otoyollar gibi) için uygundur, ancak ışık dağıtım düzgünlüğü nispeten zayıftır, bu nedenle ışınlama mesafesi ve düzgünlük arasındaki dengeyi sağlamak için genellikle merceklerle birlikte kullanılır.
• Düzensiz Reflektörler: Gerekli ışık dağıtım eğrisine göre tasarlanmış olup, asimetrik ışık dağılımını gerçekleştirebilir ve özel aydınlatma ihtiyaçları olan yol kesimleri (yollara bitişik kaldırımlar ve yol kavşakları gibi) için uygundur. Yana dağılan ışığı etkili bir şekilde toplayabilir ve hedef alana yeniden yönlendirerek ışık kullanım verimliliğini artırabilir.

Reflektör seçmenin anahtarı, yansıma verimliliğidir. Işık kaybını azaltmak için yüksek yansıtma özelliğine sahip malzemelerin (eloksallı işlem görmüş alüminyum alaşımı gibi, yansıtma özelliği %85 veya daha fazla) seçilmesi önerilir. Aynı zamanda, pürüzlü yüzeylerden kaynaklanan düzensiz ışık dağılımını önlemek için yüzey düzgünlüğüne dikkat edilmelidir.

İkincil optik eşleştirmenin özü, yol senaryosuna göre bilimsel bir ışık dağıtım şeması formüle etmektir. Anahtar, ışık dağıtım türünü (TYPE1/TYPE2/TYPE3) ve kesme türünü eşleştirmek ve en uygun aydınlatma etkisini elde etmek için mercek ve reflektörü makul bir şekilde birleştirmektir.

Uluslararası genel TYPE1/TYPE2/TYPE3 ışık dağıtım sınıflandırması, "ışınlama genişliğinin lamba direği yüksekliğine oranı" ile belirlenen eşleştirmenin temelini oluşturur:

• Dar Yollar (Kaldırımlar, Eski Kentsel Şeritler): TYPE1 ışık dağıtımını tam kesme türüyle eşleştirin. TYPE1 ışık dağılımı simetriktir, ışınlama genişliği yaklaşık olarak lamba direği yüksekliğine eşittir (örneğin, 10 metre yüksekliğindeki bir lamba 10 metre genişliğinde ışınlar) ve ışık doğrudan aşağıya yoğunlaşır, her iki tarafa yayılmaz. Tam kesme mercekleri veya reflektörlerle eşleştirme, ışığı 65° aşağıya doğru sıkı bir şekilde kontrol edebilir, yakındaki sakinlere parlama ve ışık kirliliğini önleyebilir, bu da dar yolların ve yerleşim alanlarının aydınlatma ihtiyaçlarına uygundur.
• Orta Genişlikteki Yollar (Motorlu Taşıt Dışı Şeritler, Topluluk Ana Yolları): TYPE2 ışık dağıtımını yarı kesme türüyle eşleştirin. TYPE2 ışık dağılımı, düzgünlük ve kapsama alanını dengeleyerek, ışığın biraz bir tarafa kaymasıyla, lamba direği yüksekliğinin 1,5-2 katını (örneğin, 10 metre yüksekliğindeki bir lamba 15-20 metre genişliğinde ışınlar) kapsayan biraz daha geniş bir ışınlama aralığına sahiptir. Yarı kesme türü, 90° yönünde ışık yoğunluğu ≤50cd/1000lm ve 80° yönünde ≤100cd/1000lm ile az miktarda yatay ışığa izin verir, bu da orta genişlikteki yolların günlük aydınlatması için uygundur ve aydınlatma etkisini sağlarken çevredeki sakinlerin dinlenmesini etkilemekten kaçınabilir.
• Geniş Yollar (Kentsel Ana Yollar, Otoparklar): TYPE3 ışık dağıtımını yarı kesme türüyle eşleştirin. TYPE3 ışık dağılımı, yaklaşık olarak lamba direği yüksekliğinin 2,75 katını (örneğin, 10 metre yüksekliğindeki bir lamba yaklaşık 27,5 metre genişliğinde ışınlar) kapsayan en geniş ışınlama aralığına sahiptir, güçlü yatay kapsama kapasitesine sahiptir, uzun mesafe sürekli aydınlatma için uygundur. Serbest biçimli yüzey mercekleri ve parabolik reflektörlerle eşleştirme, uzun mesafe ışınlama ve düzgün ışık dağılımını gerçekleştirebilir, motorlu taşıt trafiğinin aydınlatma ihtiyaçlarını karşılayabilir ve aynı zamanda yarı kesme tasarımı yoluyla parlamayı kontrol edebilir.

LED sokak lambalarının ışık dağıtım eğrisi, aydınlatma etkisini doğrudan belirler. Yol aydınlatması için en uygun ışık dağıtım eğrisi, ortada yüksek ışık yoğunluğuna ve kenarlarda düşük ışık yoğunluğuna sahip olan, merkezin aşırı parlaklığını ve kenarlardaki karanlık alanları önleyen ve yol yüzeyi aydınlatmasının düzgünlüğünü etkili bir şekilde iyileştiren "yarasa kanadı" eğrisidir. İkincil optik eşleştirme sürecinde, aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir:

• Düzgün aydınlatmaya ihtiyaç duyan yollar (kentsel ana yollar gibi) için, yolun merkezi ile kenarı arasındaki aydınlatma farkının makul bir aralıkta olmasını sağlamak için "yarasa kanadı" ışık dağılımı oluşturabilen mercekler veya reflektörler seçin;
• Özel yol kesimleri (yol kavşakları ve rampalar gibi) için, ışığı ana alana (kavşak merkezi gibi) odaklamak ve ışık israfını önlemek için asimetrik ışık dağıtım tasarımı benimseyin;
• Işık dağıtım etkisini önceden simüle etmek, mercek ve reflektörlerin parametrelerini simülasyon sonuçlarına göre ayarlamak ve ışık dağıtım eğrisinin tasarım gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için profesyonel optik simülasyon yazılımı (DIALux, ASAP gibi) kullanın.

İkincil optik eşleştirme, ışık kaynağı ve optik bileşenler arasında uyumsuzluğa yol açarak ışık kullanım verimliliğinin azalmasına ve zayıf aydınlatma etkisine neden olmasını önlemek için LED ışık kaynaklarının (ışık açısı, ışık akısı, renk sıcaklığı vb.) özellikleriyle yakından birleştirilmelidir:

• Geniş bir ışık açısına (120°-140°) sahip LED'ler için, dağılmış ışığı toplamak ve ışık kullanım verimliliğini artırmak için TIR mercekleri veya serbest biçimli yüzey mercekleri seçilmelidir; küçük bir ışık açısına sahip LED'ler için, ışınlama aralığını genişletmek için reflektörler kullanılabilir;
• LED sokak lambalarının renk sıcaklığı genellikle 3000K-5000K'dir. Yerleşim alanları ve kaldırımlar için, parlamayı azaltmak ve görsel konforu artırmak için sıcak beyaz ışık (3000K-4000K) önerilir; kentsel ana yollar ve otoyollar için, yol işaretlerinin ve engellerin tanınmasını iyileştirmek için nötr beyaz ışık (4000K-5000K) önerilir;
• Çok çipli LED sokak lambaları için, her çipin bağımsız ışık kontrolünü gerçekleştirmek, çipler arasındaki karşılıklı etkileşimden kaynaklanan düzensiz ışık dağılımını önlemek ve genel aydınlatma düzgünlüğünü sağlamak için dizi mercekleri seçilmelidir.

Gerçek ikincil optik eşleştirme sürecinde, birçok mühendislik ve tasarım personeli bazı hatalar yapacak ve bu da LED sokak lambalarının aydınlatma etkisini ve hizmet ömrünü etkileyecektir. Yaygın hatalar ve önleme yöntemleri şunlardır:

• Küçük Işın Açısını Körlemesine Takip Etmek: Bazı insanlar daha küçük bir ışın açısının ışınlama mesafesini artırabileceğini düşünür, ancak düzgünlüğü göz ardı eder. Geniş yollar için, çok küçük bir ışın açısı, dar ışınlama aralığına ve bitişik sokak lambaları arasında karanlık alanlara yol açacaktır; dar yollar için, çok büyük bir ışın açısı ışık israfına ve parlamaya neden olacaktır. Işın açısı, yol genişliğine ve lamba direği yüksekliğine göre seçilmelidir, genellikle 60°-120°.
• Merceklerin ve Reflektörlerin Kombinasyonunu Göz Ardı Etmek: Tek bir mercek veya reflektör kullanmak sınırlamalara sahip olacaktır. Örneğin, tek bir mercek zayıf uzun mesafe ışınlama kapasitesine sahiptir ve tek bir reflektör zayıf düzgünlüğe sahiptir. İkisi arasındaki kombinasyon birbirini tamamlayabilir ve ışınlama mesafesi ile düzgünlük arasında denge sağlayabilir.
• Parlama Kontrolünü İhmal Etmek: Sadece aydınlatmaya odaklanmak ve parlama kontrolünü göz ardı etmek, sürücülerin ve yayaların görsel konforunu etkileyecektir. Eşleştirme sürecinde, uygun kesme türü seçilmeli ve optik bileşenlerin yüzeyi (buzlu işlem gibi) parlamayı azaltmak için işlenmelidir.
• Çevresel Faktörlerin Etkisini Göz Ardı Etmek: Yol yüzeyi yansıtma özelliği, çevredeki binalar ve diğer faktörleri dikkate almamak, gerçek aydınlatma etkisinin tasarımla tutarsız olmasına yol açacaktır. Örneğin, açık renkli yol yüzeylerinin (yansıtma özelliği 0,3-0,4) ışık yansıma etkisi, koyu renkli yol yüzeylerinden daha iyidir ve ışık dağıtım parametreleri yol yüzeyi rengine göre uygun şekilde ayarlanabilir.

LED sokak lambalarının ikincil optik eşleştirmesi tek seferlik bir çalışma değildir. Eşleştirme etkisinin uzun süre kararlı kalmasını sağlamak için kurulum sonrası hata ayıklama ve düzenli bakım gereklidir:

• Yerinde Hata Ayıklama: Sokak lambalarının montajından sonra, yol yüzeyi aydınlatmasını ve düzgünlüğünü tespit etmek için profesyonel aydınlatma ölçerler kullanın, sokak lambalarının montaj açısını ve optik bileşenlerin parametrelerini tespit sonuçlarına göre ayarlayın ve aydınlatma etkisinin tasarım gereksinimlerini karşıladığından emin olun. Örneğin, kaldırım aydınlatmasının düzgünlüğünü iyileştirmek için konsol uzunluğunu (0,5-1,5 metre) ayarlayın ve karanlık alanlardan kaçınmak için lamba direği aralığını (genellikle montaj yüksekliğinin 3-4 katı) ayarlayın.
• Düzenli Temizlik: Merceklerin ve reflektörlerin yüzeyi zamanla toz, kir ve diğer yabancı maddeler biriktirecek, bu da ışık geçirgenliğini ve yansıma verimliliğini azaltacak ve eşleştirme etkisini etkileyecektir. Yüzey temizliklerini sağlamak için optik bileşenlerin düzenli olarak (3-6 ayda bir) temizlenmesi önerilir.
• Düzenli Kontrol: Optik bileşenleri hasar, deformasyon, eskime ve diğer olaylar açısından düzenli olarak kontrol edin. Herhangi bir sorun bulunursa, genel aydınlatma etkisini etkilemekten kaçınmak için bunları zamanında değiştirin. Aynı zamanda, LED ışıkkaynağını ışık bozulması açısından kontrol edin (ışık bozulması %30'dan fazla olduğunda değiştirin) ışık kaynağı ile optik bileşenler arasındaki eşleştirme kararlılığını sağlamak için.

LED sokak lambalarının ikincil optik eşleştirmesi, optik tasarım, bileşen seçimi, sahne uyarlaması ve montaj sonrası bakımı entegre eden sistematik bir projedir. Temel amacı, yol aydınlatma gereksinimlerini rehber olarak almak, uygun optik bileşenleri seçmek, bilimsel ışık dağıtım şemaları formüle etmek ve yüksek aydınlatma kalitesi, yüksek enerji kullanım verimliliği ve düşük parlama arasında denge sağlamaktır. LED teknolojisi ve optik tasarım teknolojisinin sürekli gelişimi ile, LED sokak lambalarının ikincil optik eşleştirme teknolojisi, gerçek zamanlı trafik koşullarına göre ışık dağıtımını otomatik olarak ayarlayabilen uyarlanabilir optik sistemler gibi daha olgun ve akıllı hale gelecektir.

Google web sitesi editörleri, mühendisler ve ilgili uygulayıcılar için, yukarıdaki ikincil optik eşleştirme becerilerini öğrenmek, yalnızca LED sokak lambalarının aydınlatma kalitesini iyileştirmekle, enerji tüketimini ve bakım maliyetlerini azaltmakla kalmayacak, aynı zamanda LED aydınlatma endüstrisinin sağlıklı gelişimini teşvik edecek ve enerji tasarrufu sağlayan ve çevre dostu şehirlerin inşasına katkıda bulunacaktır. Gelecekte, optik bileşenlerin ve tasarım yöntemlerinin yeniliğine dikkat etmeye ve giderek çeşitlenen yol aydınlatma ihtiyaçlarını karşılamak için ikincil optik eşleştirme şemasını sürekli olarak optimize etmeye devam etmeliyiz.