Der wichtigste Ausgangspunkt für die Betrachtung der Außenbeleuchtung ist die Festlegung der wichtigsten Designziele. Traditionell ist die Straßenbeleuchtung ein grundlegender Bestandteil der Außenbeleuchtung. In modernen städtischen Umgebungen ist dies jedoch hauptsächlich der Fall Post-Top-Pol-Lichter der die visuelle Umgebung definiert, für eine menschenwürdige Beleuchtung sorgt, das ideale Ambiente schafft, ein Gefühl der Sicherheit vermittelt und in der Lage ist, nachts eine Vielzahl von Aufgaben im Außenbereich zu erfüllen. Die Straßenbeleuchtung soll den Menschen eine verbesserte visuelle Umgebung bieten, damit sie das Straßensystem sicher nutzen können, während die Bereichsbeleuchtung die Sichtbarkeit von Bereichen innerhalb bestimmter Grenzen betont, wie z. B. Parkplätze, Fußgängerzonen, Plätze in der Innenstadt, Bürogebäude, Ausstellungsbereiche und Wohngebiete , Sportplätze, Firmengelände, Campus, Parks, Flughäfen, Mautstellen, Bahnhöfe, Laderampen und umliegende Gebäude.

Straßenlaternen können in vielen Fällen als Flächenleuchten eingesetzt werden, sofern ihre Lichtverteilung den Anforderungen einer Flächenbeleuchtung entspricht. Flächenleuchten sind vielseitiger in Bezug auf Lichtleistung, optisches Muster, Montagehöhe, Leuchtenstil, ästhetische Merkmale, Quantität und Qualität der Beleuchtung. Flächenbeleuchtungssysteme sind praktisch für die Beleuchtung von Außenanlagen in Industrie, Transport, Sport, Parkplätzen und großen Freiflächen konzipiert. Diese Beleuchtungssysteme müssen den Fahrzeug- und Fußgängerverkehr auf wirtschaftlichste Weise aufnehmen, eine ausreichende Lichtleistung erzeugen und rauen Betriebsumgebungen standhalten. Flächenleuchten für Fußgängerzonen bieten oft Funktionalität und passen gleichzeitig ästhetisch zum architektonischen Thema des Raums. Ihr Erscheinungsbild bei Tag verleiht der städtischen Umgebung ein organisches Gefühl. Masthöhen und Leuchtenabmessungen müssen für eine effektive Fußgängerbeleuchtung und Ästhetik in perfekten Proportionen stehen. Neben der funktionalen Beleuchtung und baulichen Aufwertung von Parks, Plätzen und anderen offenen Fußgängerzonen übernimmt dieser Leuchtentyp auch die Rolle der Straßenbeleuchtung für Fußgängerwege, Radwege und schmale Straßen im privaten Bereich.

 

Oberlichter posten

Die Mastaufsatzleuchte ist eine reine Fußgängerleuchte, und die Installationshöhe der Leuchte variiert zwischen 3 und 9 Metern. Neben Lichtleistung und optischer Kontrolle sind Ästhetik, Skalierung und Styling weitere Top-Prioritäten bei jedem Design von Mastaufsatzleuchten. Diese Straßenlaternen sind in einer Vielzahl traditioneller und moderner Formen erhältlich und fügen sich gut in viele Szenarien ein, darunter Straßenbilder in der Innenstadt, Stadtparks, Wohngebiete, Bürgersteige und Radwege. Die traditionelle Ästhetik drückt sich in Lampen im Eichel- und Laternenstil aus, die auf vertieften und/oder konischen Stangen mit dekorativen Sockeln montiert sind. Das zeitgemäße Design verwendet glatte Linien und klare geometrische Formen, um ein architektonisch harmonisches Erscheinungsbild mit den umgebenden Strukturen zu gewährleisten. Zwischen dem Mast und der Leuchte sollte ein angemessenes Gleichgewicht gefunden werden, um sicherzustellen, dass die gesamte Leuchte nicht unproportioniert und nicht zusammenpasst.

 

Leuchtenbau

In Anbetracht der Energieeffizienz, der optischen Steuerung, des Spektrummanagements und der Lebenszyklusvorteile von LEDs sind LED-Leuchten schwieriger zu entwerfen und zu konstruieren als herkömmliche Beleuchtungssysteme. Ein robustes LED-Beleuchtungssystem erfordert die entsprechende Integration von thermischer, optischer, elektrischer und mechanischer Technik, um sicherzustellen, dass alle Komponenten innerhalb vorgegebener Parameter arbeiten. Eine LED ist eine Halbleitervorrichtung, in der Licht durch die strahlende Rekombination von Elektronen im Leitungsband der negativ geladenen Elektrode und Löchern im Valenzband der positiv geladenen Elektrode in einem pn-Übergang (positiver und negativer Übergang) erzeugt wird. Diese Festkörperlichtquellen sind sehr empfindlich gegenüber Betriebstemperatur und Treiberstrom. Außerdem sind LEDs Punktlichtquellen, und ihr Lichtstrom konzentriert sich auf eine kleine lichtemittierende Oberfläche (LES), die hart aussieht und das Blendungsprofil der Leuchte verstärkt.

 

Somit bietet die Systemtechnik von LED-Leuchten eine streng kontrollierte Umgebung für den optimalen Betrieb von LEDs, während das Erscheinungsbild der Lichtquelle ästhetisch modifiziert und die Verteilung des emittierten Lichts mit minimalem optischen Verlust gesteuert wird. Eine LED-Flächenleuchte besteht mindestens aus einem LED-Modul, einem LED-Treiber, einem Wärmemanagementsystem und einer Sekundäroptik. LED-Module integrieren typischerweise eine optische Linse auf der LED-Baugruppe, aber Reflektoren, Refraktoren, Diffusoren oder andere optische Komponenten können auch verwendet werden, um die Lichtverteilung zu steuern. Da LED-Beleuchtungssysteme eine konvektive Wärmeabfuhr mit der Umgebungsluft benötigen, werden Leuchten oft architektonisch mit dem Kühlkörper des Thermomanagementsystems integriert. Der LED-Treiber regelt die Leistung der LED und kann so konfiguriert werden, dass er auf ein Steuersignal reagiert, das von einem Sensor oder einer Lichtsteuerung bereitgestellt wird.

Lichtquelle

LEDs erzeugen weißes Licht durch Phosphorumwandlung, bei der Phosphorbeschichtungen verwendet werden. Der Leuchtstoff wandelt einen Teil der elektromagnetischen Strahlung von der Halbleiterdiode in Licht mit kürzerer Wellenlänge ab, das sich mit dem nicht umgewandelten blauen Licht mischt, um weißes Licht zu erzeugen, das das menschliche Auge wahrnehmen kann. Dieser Prozess wird in der Paketarchitektur durchgeführt. Das LED-Gehäuse stellt auch eine Schnittstelle für den LED-Chip bereit, um einen thermischen, elektrischen und mechanischen Kontakt mit der Betriebsumgebung herzustellen. Ein dritter Zweck der LED-Verpackung besteht darin, den freigelegten Chip vor physikalischer Beschädigung und Umweltverschmutzung zu schützen. Die Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit von LEDs hängen von der Epitaxiestruktur und dem Wafermaterial des LED-Chips (Halbleiterchip) sowie dem Gehäusedesign und den Verpackungsmaterialien ab.

 

Im Allgemeinen verwendet die überwiegende Mehrheit der LED-Hersteller Halbleiterformen mit der gleichen Epitaxiestruktur und dem gleichen Wafermaterial, um ihre Produkte herzustellen. Nur wenige LED-Hersteller sind einen anderen Weg gegangen. Cree-LEDs sind beispielsweise mit den proprietären GaN-auf-SiC-Halbleiterchips des Unternehmens verpackt und nicht mit den gebräuchlichsten, aber weniger effizienten und weniger zuverlässigen GaN-auf-Saphir-Bauelementen. Daher hängen die Qualität und Leistung von LEDs auf dem Markt weitgehend vom Verpackungsdesign und den Verpackungsmaterialien des Produkts ab.

 

Hochleistungs-LEDs bieten eine Zuverlässigkeit, die PLCC-LEDs mittlerer Leistung nicht bieten können. Metallisierte Keramiksubstrate bieten einen effizienten, äußerst zuverlässigen Wärmepfad für Operationen mit hoher Flussdichte. Das Gehäusedesign eliminiert die Verwendung von Kunststoffmaterialien und Leiterrahmen, was den Ausfallfaktor von LEDs stark reduziert. Verglichen mit LEDs mittlerer Leistung haben Hochleistungs-LEDs eine relativ geringe Lichtausbeute, aber eine längere Lebensdauer und eine stabilere Ausgabe. Hochleistungs-LEDs haben jedoch Schwierigkeiten, mit Mid-Power-LEDs zu konkurrieren, da nicht alle Benutzer langfristige Interessen über unmittelbare Interessen stellen.

Chip-on-Board (COB)-LEDs haben größere LESs und werden von einem Array von Halbleiterchips bereitgestellt, um eine gleichmäßige Beleuchtung für Anwendungen mit hohem Lumen bereitzustellen. Der LED-Chip wird direkt auf einem Keramiksubstrat oder einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) montiert, sodass die von der LED-Verbindung abgeführte Wärme effektiv abgeführt werden kann. COB-LEDs werden typischerweise in Beleuchtungskörpern verwendet, die eine breite Lichtquelle mit hoher Gleichmäßigkeit über einen kleinen Lichtquellenbereich erfordern. COB-LEDs werden jedoch nicht häufig in Flächenbeleuchtungsanwendungen verwendet, da sie eine sehr große, teure optische Komponente zur Steuerung des Strahlwinkels erfordern.

 

Thermisches Management

Langlebigkeit ist ein wichtiges Verkaufsargument für LED-Lampen. Aber ohne Wärmemanagement können LEDs eine so kurze Lebensdauer haben wie Glühlampen. Leuchtdioden sind ein automatisches Heizgerät, und mehr als die Hälfte der verbrauchten elektrischen Energie wird als Abwärme vernichtet. Nur ein kleiner Bruchteil der elektrischen Energie wird in Lichtenergie umgewandelt. Die Abwärme muss dem LED-Übergang entzogen werden, sonst werden die-bezogene, gehäusebezogene und verbindungsbezogene Fehlermechanismen initiiert. Typische Probleme, die durch Überhitzung von Halbleiterübergängen und umgebenden Strukturen verursacht werden, umfassen thermische Phosphordegradation, Formrisse, Bonddrahtbruch, Lötstellenermüdung, Karbonisierung von Einkapselungsmitteln, Verfärbung von Kunststoffharzen, Elektromigration von Metallatomen in Metallisierungsschichten und mehr.

 

Das Wärmemanagement von LED-Beleuchtungssystemen wurde entwickelt, um den Wärmewiderstand zu minimieren und die Wärmeableitungseffizienz von Komponenten entlang des Wärmepfads vom Halbleiterübergang zur Umgebung zu verbessern. Bei Flächenbeleuchtungssystemen ist die Zuverlässigkeit des Wärmepfads genauso wichtig wie die Wärmeübertragungsfähigkeit. Diese Systeme sind Stößen und Vibrationen ausgesetzt, die den thermischen Spalt zwischen dem LED-Gehäuse und den thermischen Komponenten des Systems mechanisch belasten können. Outdoor-Produkte erfordern zusätzliche Umweltaspekte, und Temperaturschwankungen sind eine Hauptursache für Verbindungsfehler in Outdoor-Beleuchtungssystemen. Daher ist eine Anpassung des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen wärmeleitenden Elementen in der Wärmetechnik kritisch. Die Integrität des Wärmepfads in Beleuchtungssystemen mit LEDs mittlerer Leistung ist ein wichtiges Anliegen, da die Lötverbindungen zwischen dem LED-Gehäuse und dem MCPCB besonders anfällig für mechanische und thermische Ermüdung sind.

 

Während LED-Leuchten selten katastrophal ausfallen, sind viele preiswerte Produkte anfällig für einen beschleunigten Lumenabfall. Dies liegt daran, dass die Kostenoptimierung für diese Produkte höchstwahrscheinlich durch das Abschneiden von Ecken am Kühlkörper erreicht wird. Der Kühlkörper sorgt für Wärmeleitung und überträgt die Wärme von der LED-Verbindung zur Grenze und dann durch Konvektion an die Umgebungsluft. Daher berücksichtigt das Design eines typischen Kühlkörpers die Maximierung der Wärmeleitfähigkeit des Materials und der effektiven Fläche des Wärmepfads für eine effiziente Wärmeleitung sowie die Optimierung der Randbedingungen für eine effektive Wärmekonvektion durch Erhöhung des Luftstroms und Maximierung der Gesamtfläche Kontakt mit der Umwelt. Die meisten Leuchtenkühlkörper bestehen aus Aluminiumdruckguss, der eine gute Wärmeleitfähigkeit und Designflexibilität für ästhetische und thermische Konvektionszwecke bietet. Achten Sie auf Produkte mit leichten Kühlkörpern oder Kunststoffkühlkörpern.

LED-Treiber

Der Treiber ist ein elektronisches Gerät, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, um strombetriebene LEDs zu aktivieren. Zusätzlich zur Regelung des DC-Ausgangs bei Versorgungsspannung oder Laständerungen muss der LED-Treiber so konfiguriert werden, dass er Änderungen der LED-Durchlassspannung kompensiert. Die Durchlassspannung der LED wird leicht durch die Sperrschichttemperatur der LED selbst beeinflusst, was zu einer großen Änderung des Durchlassstroms und Schwankungen in der Lichtleistung führt. LED-Flächenleuchten sind mit Konstantstrom-LED-Treibern ausgestattet. Anstatt die Spannung zu regeln, steuert der LED-Treiber den Gleichstrom in die LED und stellt sicher, dass die LED nicht mehr Strom als ihren Nennstrom erhält. Eine Übersteuerung der Nennleistung von LEDs kann eine Stromüberlastung verursachen und mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer lokalisierten Überhitzung der Epischicht und einem thermischen Durchgehen führen.

 

Wie die Lichtquelleneffizienz kann auch die Effizienz des LED-Treibers den Gesamtstromverbrauch des Systems erheblich beeinflussen. Moderne LED-Treiber basieren im Wesentlichen auf Schaltnetzteilen (SMPS), die die Leistung von LEDs durch schnelle Schaltvorgänge regeln. smps-basierte LED-Treiber sind sehr effizient bei der Leistungsumwandlung. Sie können so ausgelegt werden, dass sie eine isolierte und geregelte DC-Ausgangsleistung mit guter Leistungsfaktorkorrektur (PF) und niedriger harmonischer Gesamtverzerrung (THD) liefern. Von Schaltreglern erzeugte elektromagnetische Interferenzen (EMI) müssen jedoch durch sorgfältiges Leiterplattendesign, Abschirmung und Filterung unterdrückt werden, um die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erfüllen. Zusätzliche EMI-Unterdrückungsschaltkreise können die Gesamtkosten erheblich erhöhen und einem ohnehin schon sperrigen und teuren LED-Treiber mehr Platz einräumen.

 

LED-Treiber, die in Straßen- und Flächenbeleuchtungssystemen verwendet werden, müssen in der Lage sein, den rauen Umgebungen standzuhalten, denen sie ausgesetzt sind. Einige LED-Treiber verfügen über einen inhärenten Blitzschutz, der den angeschlossenen LED-Modulen Gegentakt- und Gleichtaktimmunität bietet. Abhängig von den örtlichen Gegebenheiten muss der AC-Eingang der Leuchte oder des LED-Treibers zusätzlichen Schutz vor zu hohen transienten Überspannungen bieten, um hohe Stoßenergie zu absorbieren. Blitzableiter können Metalloxid-Varistoren (MOVs), Gasentladungsröhren (GDTs) oder Transient Voltage Suppression (TVS)-Dioden sein.

Lichtsteuerung

LED-Treiber spielen nicht nur beim Betrieb der LEDs eine wichtige Rolle, sondern auch bei der Steuerung der Lichtleistung der LEDs. Mit LED-Treibern mit Pulsweitenmodulations- (PWM) oder Konstantstromreduzierungs- (CCR) Dimmfunktion können eine Vielzahl von Strategien zur Beleuchtungssteuerung in Außenleuchten implementiert werden. LED-Flächenlichter können automatisch zeitbasiert, umgebungslicht- und/oder anwesenheitsbasiert gedimmt und ein-aus gesteuert werden, indem Zeitschaltuhren, Fotozellen und/oder Bewegungssensoren verwendet werden. Die vernetzte Lichtsteuerung über ein zentrales Managementsystem (CMS) ermöglicht die Positionierung und Steuerung der Leuchten einzeln oder in Gruppen. Das Hinzufügen von Internet of Things (IoT)-Funktionen zu Flächenleuchten eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für fortschrittliches Lichtmanagement und Smart-City-Dienste.

 

Lichtverteilung

Flächenleuchten sind vielfältig einsetzbar und haben unterschiedliche Anforderungen an die Lichtverteilung. Diese Systeme müssen so ausgelegt sein, dass sie Licht über eine Fläche verteilen, die im Allgemeinen durch ihre seitlichen (entlang der Straße) und seitlichen (quer zur Straße) Richtungen verteilt ist.

Die seitliche Lichtverteilung mit maximaler Candela-Emission tritt bei höheren vertikalen Winkeln auf, was längere Leuchtenabstände ermöglicht. Die quer strahlenden Leuchten, deren Abstand das 3,75-fache bis weniger als das 6,0-fache der Montagehöhe beträgt, gehören zu den lang strahlenden Leuchten. Die seitliche Lichtverteilung mit maximaler Candela-Emission mit geringerem vertikalen Winkel hat kürzere Leuchtenabstände, reduziert jedoch die Systemblendung erheblich. Wenn die horizontale Lichtverteilungslänge der Lampe das 1,0- bis 2,25-fache der Installationshöhe beträgt, handelt es sich um eine kurze Konfiguration. Wenn die seitliche Länge der Lichtverteilung der Leuchte das 2,25-fache bis weniger als das 3,75-fache der Installationshöhe beträgt, gehört sie zu den mittel strahlenden Leuchten.