لامپ های ال ای دی (LED)

۱۴ مهر ۱۳۹۷ اشتراک گذاری
لامپ های ال ای دی   (LED)

LED مخفف کلمات Light Emitting Diode به معنی دیود نورافشان است. LED قطعه الکترونیکی از دسته نیمه هادی هاست. که با عبور جریان الکتریسیته از خود نور ساطع می کند. لامپ های LED عموماً از سه بخش تشکیل می شوند: بدنه، درایور و LED. این لامپ ها مصرف کم و طول عمر بسیار زیادی (معادل 30000 ساعت) دارند.

نویسندگان : فرهاد طالب الحق، کارشناسی ارشد برق کنترل، واحد فنی سلام ساختمان

علیرضا سعیدی رضوانی، کارشناس ارشد عمران، واحد فنی سلام ساختمان


تاریخچه

LED  مخفف کلمات Light Emitting Diode به معنی دیود منتشر کننده نور است. ديودهاي نوري براي اولين بار در سال ١٩٦٠ با بهره نوري0.01 لومن بر وات به عنوان نمايشگر نور مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال ١٩٨٠، با افزايش بهره نوري آنها به ٢٠ لومن بر وات كاربرد ديودهاي نوري قرمز افزايش يافت. بالا بودن هزينه ساخت، اين نوع ديودها را محدود به كاربردهاي ويژه اي از قبيل نمايشگرهاي الكترونيكي، خاموش/ روشن (on/off) در منازل، دفاتر و تابلوهاي تبليغاتي نموده بود.

در اوایل دهه نود میلادی کارایی ال ای دی به میزان قابل توجهی افزایش یافت و به صورت گروهی ماژولار به بازار عرضه شدند. در سال ۱۹۹۷ ال ای دی هایی که نور سفید را به روش الکترو لومینانس تولید می کردند به بازار معرفی گردیدند.

در حال حاضر کلیه رنگ های قابل رویت موجود در طبیعت (بیش از ۱۶ میلیون رنگ)، به صورت مستقیم یا غیرمستقیم، بدون نیاز به هیچ گونه لنز یا فیلتر رنگی که در پروژکتورهای معمولی جهت تغییر رنگ به کار می رود ، به تنهائی به وسیله ال ای دی قابل تولید هستند.

 


اجزای یک لامپ ال ای دی

یک لامپ LED از سه بخش تشکیل شده است:

بدنه

بخش بیرونی لامپ LED، همان بدنه ی آن است. این بدنه می تواند از جنس های مختلفی تشکیل شده باشد. بهترین جنس برای این لامپ ها، بدنه ی آلومینیومی می باشد. این بدنه ی فلزی کمک می کند تا حرارت تولید شده توسط اجزای داخلی لامپ، به محیط بیرون منتقل شده و طول عمر لامپ بسیار افزایش پیدا کند. با این حال انوع بدنه های پلاستیکی نیز در حال روانه شدن به بازار می باشد. این بدنه ها، برای لامپ های با توان بسیار پایین که تولید حرارت خاصی ندارند، قابل استفاده خواهد بود.

درایور

درایور وظیفه تبدیل ولتاژ ورودی (۲۲۰ ولت) به جریان ثابت مورد نیاز LED را به عهده دارد. این درایور مستقیماً به برق شهری متصل می شود و کیفیت آن در طول عمر آن بسیار اهمیت دارد.

LED

حیاتی ترین و متنوع ترین بخش لامپ، LED  استفاده شده در ساخت لامپ می باشد. عملاً حق انتخاب بسیار زیادی در انتخاب LED وجود دارد.

تقسیم بندی LED های موجود در صنعت براساس تکنولوژی ساخت:

Power LED :  نخستین نسل از چراغ ال ای دی هایی هستند که در صنایع چراغ روشنایی کاربرد جدی پیدا کردند. معمولا آنها را در دو قالب متعارف ۱ وات و ۳ وات می شناسیم. همین نسل از چراغ ال ای دی ها بود که کارایی را به مرزهای ۱۰۰ لومن در هر وات رساند. تولید کنندگان با کنار هم چیدن چندین Power چراغ ال ای دی روی یک PCB مقادیر بیشتری از نور را که برای ساخت انواع پروژکتورها، وال واشرها و دیگر چراغها لازم بود تامین می کردند. از خصوصیات این چراغ ال ای دی ها می توان به نیاز جدی آنها به تخلیه حرارت ایجاد شده اشاره کرد.

 SMD LED: ماژول های SMD نیز نوع جدید از این نوع ال ای دی ها می باشد که به صورت نصب تعدادی زیادی از ال ای دی ها با توان پایین بر روی یک بُرد کوچک، روشنایی را فراهم می کنند. این ماژول ها از ال ای دی ها با توان بین ۲۰۰ میلی وات تا ۵۰۰ میلی وات استفاده می کنند. این ماژول ها مانند COB ممکن است دارای راه انداز لازم برای اتصال مستقیم به برق شهر باشند. این کار عملاً نیاز استفاده به درایور را حذف میکند. با این حال این کار باعث کاهش طول عمر لامپ می شود.

 COB LED: این LED ها طی چند سال گذشته به طور متداول در ساخت لامپ های LED مورد استفاده قرار گرفته است. توان ال ای دی های COB بسیار بالا بوده ( تا چند ۱۰ وات) و برای استفاده در پروژکتورها و لامپ های فشرده ی کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. این دسته از LED ها از جایگذاری چندین LED Chip داخل یک مدول با تکنولوژی خاص ساخت LED به دست می آید. این LED ها در مدلهای دایره ای، حلقوی، مربعی و نواری و توان های مختلف وجود دارد.

انواع لامپ های LED موجود در بازار 

لامپ های ال ای دی حبابی    

 

                                                                        

لامپ های ال ای دی فیلامنتی         

 

                                                   

لامپ های ال ای دی هالوژنی COB و SMD

 

لامپ ال ای دی تیوبی

 

چراغ های وال واشر

 

پنل های سقفی

 

ریسه شلنگی و نواری

 

مزایا و معایب لامپ های ال ای دی (LED)

- طول عمر: اولین و مهم‌ترین پارامتر‌، طول عمر لامپ‌های LED می باشد لامپ‌های LED طول عمری حدود 30 هزار ساعت دارند.                                                                                                                                                                                

  - عدم استفاده از گاز مضر جیوه در ساخت آن

- رسیدن به حد اکثر نور به محض روشن شدن

-عدم انتشار پرتوهای مضر فرابنفش (UV) و همچنین مادون قرمز (IR)

- مقاوم بودن در برابر شوک الکتریکی، لرزش ، ضربه ، دود و گرد وغبار

- رنگ نور استاندارد و مناسب که باعث می شود اشیاء با رنگ واقعی خود و بصورت طبیعی دیده شوند

 - تلفات حرارت کم و بازدهی انرژی بالا

- طول عمر لامپ‌های LED به هیچ وجه تابعی از تعداد روشن و خاموش شدن نیست، می‌توان لامپ‌های LED را میلیون‌ها بار روشن و خاموش کرد. در واقع طول عمر LED ها تنها به مدت زمان روشن مانده بستگی دارد.

- امکان تنظیم نور در لامپهایLED

- تنظیم زاویه تابش: در لامپهای LED نور در تمام جهات منتشر نمی‌شود و به دلیل موجود بودن لنزهایی با زوایای دلخواه نوری ، کاملا قابل کنترل است.

- لامپ‌های LED  با گذشت زمان دچار افت شدید شدت نور نمی‌گردند.

 - LED ها قابلیت تغذیه هم با جریان AC و هم جریان DC با مصرف کم را دارد، لذا می‌توانند از منابع انرژی خورشیدی و یا باطری نیز جهت تامین نیروی خود استفاده کنند.

لامپ های LED عیب خاصی ندارند، فقط هزینه خرید آن گرانتر از بقیه لامپ ها می باشد که در ادامه با مقایسه کامل و دقیق بررسی خواهیم کرد که کاملا به صرفه هستند.

نکات مهم در انتخاب و خرید لامپ ال ای دی

اگر هدف از تهیه لامپ، مصرف کم، کیفیت نور و طول عمر بالای آن باشد، می توان از قطعات زیر در ساخت لامپ استفاده کرد:

–  بدنه : بدنه از جنس آلومینیوم؛ این بدنه امکان دفع حرارت را برای المان های استفاده شده در لامپ فراهم می کند. بنابراین امکان نصب این لامپ ها در محیط های بسته و چراغ های داخل ساختمان وجود دارد. در حال حاضر نمونه هایی از لامپ های با بدنه ی پلاستیکی رسانای حرارت نیز در حال تولید شدن می باشند. این بدنه ها ظاهر زیباتری نسبت به نوع آلومینیومی خود دارند ولی توجه شود که به دلیل خاص بودن این بدنه ها، قیمت آن ها بسیار بالاتر می باشد.

–  نوع ال ای دی مصرف شده: ال ای دی ها دارای بازدهی های متفاوتی می باشند و در حال حاضر انواعی با بازدهی بالاتر از ۱۶۰ lm/w  نیز وجود دارد. بازدهی بالاتر به معنی تولید نور بیشتر به ازای مصرف برق مشابه است. هنگامی که از یک ال ای دی با بازدهی بالاتر استفاده شود، تولید حرارت لامپ نیز کاهش می یابد. این مسئله به نوبه ی خود باعث افزایش طول عمر لامپ خواهد شد.

–  استفاده از درایور: درایور به دلیل داشتن مدارات حفاظتی در مقابل نوسانات برق، طول عمر بالاتری را برای لامپ فراهم می کند. اولین موضوع این است که بدانیم به ولتاژ ثابت نیاز داریم یا جریان ثابت، اگر منبع تغذیه مستقیم به ال اي دي متصل میشود، معمولا به جریان ثابت نیاز خواهیم داشت. سپس ولتاژ و یا جریان خروجی باید به درستی مشخص شده باشد و در نهایت ولتاژ ورودی باید تعیین گردد. بیشتر LED Driver هاي موجود در ایران متناسب با ولتاژ برق ایران طراحی میشوند واغلب 220 ولت با بازه مثبت، منفی 40 ولت میباشند.

همچنین درجه حرارت و درجه حفاظتی IP مهم است. براي روشنایی در محیط باز، حفاظت در برابر صاعقه اغلب جز عوامل مهم است.

مقایسه اقتصادی لامپ LED  با سایر لامپ ها 

برای درک بهتر اقتصادی بودن لامپ های LED ، فرضیات این مقایسه به شرح زیر می باشد:


  • لومن لامپ ها با هم برابر و حدود 1700 لومن می باشد.
  • قیمت لامپ ها حدودی است.
  • قیمت هر کیلو وات برق مصرفی 112 تومان در نظر گرفته شده است.
  • با فرض روشن بودن سيستم روشنايي براي ۱۱ ساعت در شبانه روز، كل ساعت كاركرد در يك سال ( ٣٦٥ روز) ٤٠١٥  ساعت در نظر گرفته مي شود.
  • قیمت خرید تمام شده ی لامپ در طول 3 سال، اینگونه محاسبه می شود(مثال لامپ LED):

18500*(4015*3)/30000 = 7428  تومان                                                                      


  • هزینه برق مصرفی در طول 3 سال، اینگونه محاسبه می شود (مثال لامپ رشته ای):

(4015*3)*(100/1000)*112=134904  تومان         (hr*3)*Kwh*112        

ردیف

نوع لامپ

LED

کم مصرف

رشته ای

1

توان مصرفی (وات)

18

25

100

2

طول عمر (ساعت)

30000

10000

1000

3

قیمت لامپ (تومان)

18500

8500

1000

4

قیمت خرید تمام شده در طول 3 سال (تومان)

7428

10238

12045

5

هزینه برق مصرفی در طول 3 سال (تومان)

24282

33726

134904

6

کل هزینه ها،جمع ردیف 4 با 5 (تومان)

31710

43964

146949


جدول فوق نشان می دهد که با مقایسه هزینه ها در طول 3 سال، واضح است که از لحاظ اقتصادی لامپ های LED به صرفه می باشند. ما فقط  برای یک عدد لامپ محاسبه کردیم شما با حسابی سرانگشتی می توانید برای یک منزل که بیش از 10  عدد لامپ دارد هزینه ها را بدست اورید و متوجه اختلاف زیاد هزینه ها خواهید شد.

در پایان نیز تعدادی از تعاریف مهم و کاربردی روشنایی را  برای شما آورده ایم.

تعاریف کمیت های روشنایی


 دمای رنگ (Color Temperature

دمای رنگ عددی است که بر حسب کلوین بیان می‌شود و به نوعی بیان کننده رنگ نور خروجی می‌باشد.

هر چه این عدد بالاتر باشد رنگ نور بیشتر به محدوده رنگهای سرد و سفید نزدیک است .

هر چه این عدد کوچکتر باشد رنگ نور به محدوده رنگهای گرم (نظیر رنگ نور ناشی از لامپهای التهابی) نزدیکتر است.

نوع رنگ نور

دمای متوسط رنگ بر حسب کلوین

نور روز Daylight

6500 - 5400

سفید سرد CoolWhite

4000

سفید White

3500

سفید گرم WarmWhite

2700 - 3000

شاخص تفکیک رنگ  ( Color Rendering Index)

چنانچه نمود اشیا را زیر نور خورشید به عنوان مبنا مد نظر قرار دهیم، این شاخص نشان می‌دهد که اشیا زیر نور منتشر شده توسط لامپ تا چه اندازه به رنگ واقعی نمایش داده می‌شود.

CRI در مورد لامپها عددی بین 20 تا 100 است و هر چه این عدد بالاتر باشد نمود رنگ واقعی تر است. دلیل اصلی نمود رنگ مطلوب توسط نور یک لامپ، کامل بودن طیف نور آن است. به عنوان مثال زمانی که در طیف نور منتشر شده از یک لامپ، ‌رنگ قرمز، موجود نباشد، کلیه اجسام قرمز رنگ (یا دارای قسمتهای قرمز)، با رنگ صحیح خود نشان داده نخواهد شد.

بنابراین برای جاهایی که نمایش واقعی رنگ اهمیت زیادی دارد نظیر صنایع نساجی، اتاق رنگ صنایع خودروسازی، اتاق گریم و آرایش و… استفاده از لامپ هایی با شاخص تفکیک رنگ بالا توصیه می‌شود.

توان نوری (شار نوری)

کل نور خارج شده از یک منبع نوری در واحد زمان در تمام جهات فضا را توان نوری (Luminous Flux) می‌گویند.

واحد توان نوری “لومن” می‌باشد و با Lm نشان داده می‌شود. توان نوری جزو مشخصات هر لامپ است و توسط شرکتهای سازنده لامپ در کاتالوگ محصولات درج می‌شود. بدیهی است هر چه توان نوری یک لامپ بیشتر باشد لامپ پر نورتر است.

شدت روشنایی 

مقدار شار نوری که به واحد سطح می‌رسد را شدت روشنایی می‌گویند و با E نشان می‌دهند. واحد شدت روشنایی لوکس است. در انجام محاسبات روشنایی ابتدا مقدار شدت روشنایی متوسط مورد نیاز در محیط با توجه به جداول استاندارد (مبحث 13) مشخص می‌گردد و براساس شدت روشنایی مورد نیاز و با توجه به نوع لامپ و چراغ انتخاب شده، محاسبات بعدی روشنایی انجام می‌گیرد. در این جداول شدت روشنایی مورد نیاز در هر فضا براساس نوع فعالیتی که قرار است در آن محیط صورت بگیرد و میزان دقت مورد نیاز، شدت روشنایی مشخص می‌گردد.

بنابراین به زبان ساده‌تر شار نوری میزان نوری است که از لامپ خارج می‌شود و شدت روشنایی آن میزان نور است که پس از منتشر شدن توسط لامپ و بازتابهای مختلف در نهایت به سطح می‌رسد.

شدت روشنایی، معمولاً در صفحات افقی و عمودی تعریف می‌شود. برای اندازه‌گیری شدت روشنایی از ابزاری به نام لوکس متر استفاده می‌شود.

منابع :

http://www.led-lighting.ir

http://www.sunmoon.ir

http://mirannoor.com

www.galaxyled.ir

طراحی  روشنایی معابر، پایان نامه کارشناسی، فرهاد طالب الحق، 1389