Električna komponenta koja se koristi za emitiranje svjetlosti u prostor naziva se rasvjetnim tijelom. Reči "visokoslojna" i "niska" rasveta, koje uglavnom definišu površinu i visinu plafona, često se koriste u poslovanju sa rasvetom. Rasvjetno tijelo koje se zove visoka svjetiljka napravljeno je za industrijska mjesta koja su podignuta iznad tla ili radne površine. Primjene za rasvjetu u visokim prostorima mogu uključivati sisteme rasvjete napravljene za upotrebu u "visokim prostorima" kao što su skladišta, industrijska postrojenja, velike maloprodajne ustanove, sportske arene ili slično, gdje stropovi mogu biti 30 stopa ili više.
U poređenju sa konvencionalnim HID high bay, LED rasvjetne svjetiljke imaju niz prednosti, uključujući smanjenu potrošnju energije, bolji izlaz pri većim pogonskim strujama, duži vijek trajanja, povećanu robusnost, manju veličinu, brže prebacivanje i izuzetnu izdržljivost i pouzdanost. Složenosti koje uzrokuje pregrijavanje LED-a, međutim, predstavljaju ozbiljan problem s upotrebom poluprovodničke rasvjete.
Izvor topline i svjetlosti je LED
Poluvodička dioda je osnova poluprovodničkih rasvjetnih uređaja, koji su predstavljeni diodama koje emituju svjetlost. Elektroni i rupe se ponovo spajaju kada je dioda okrenuta naprijed (aktivirana ili uključena), oslobađajući energiju u obliku svjetlosti. Ovi optoelektronski uređaji proizvode toplinu kao posljedicu pretvaranja energije u svjetlost, koja, ako se dozvoli da se nakupi, može povećati radnu temperaturu, što rezultira smanjenjem efikasnosti i ranim kvarom. Kapacitet da se kontroliše temperatura spoja i postigne idealna stabilna radna temperatura često određuje performanse LED-a. lošiji izlaz svetlosti, lošija efikasnost svetiljke, dominantna talasna dužina i čak kraći životni vek su često u korelaciji sa višom temperaturom spoja. Temperatura spoja LED-a ima značajan uticaj i na njegovu ukupnu efikasnost i na životni vek L70. Za LED od galijum nitrida (GaN), životni vek se može smanjiti za 10 kHrs (1000 sati) za svakih 10 stepeni porasta temperature spoja (preko 25 stepeni). Efikasnost LED dioda će se smanjiti za više od 10 procenata ako se temperatura spoja podigne sa 40 stepeni na 70 stepeni. Da bi se održale performanse i regulisala radna temperatura LED uređaja za određenu promjenu temperature spoja i temperature okoline, moraju se osmisliti odgovarajuća rješenja za upravljanje toplinom.
Područja s visokim temperaturama okoline zahtijevaju visoko osvjetljenje
Rasvjetna tijela se često postavljaju na ili blizu stropa u visokim zgradama. Da bi se obezbedilo adekvatno osvetljenje, u ovim lampama se obično koriste LED diode velike snage. Električna struja koja se daje LED-u i radna temperatura LED-a utječu na količinu svjetlosti koju proizvodi. Visoki signali električnog pogona mogu se koristiti za pokretanje LED dioda s visokim svjetlosnim tokom, međutim to često rezultira da LED diode rade na visokim temperaturama. Osim toga, aplikacije sa visokim ležištem obično rade u postavkama koje su korozivnije i teže od aplikacija sa niskim prostorom. Naročito u proizvodnim pogonima kao što su čeličane, ljevaonice i pogoni za proizvodnju stakla, visoke postavke mogu imati veće temperature okoline, više prašine u zraku i čestica ulja. LED dioda se može oštetiti toplinom koju proizvodi prateća kola dok radi u kućištu s malom količinom prostora i/ili u okruženju s visokim temperaturama okoline.
Kao rezultat toga, ključno je upravljati toplinom proizvedenom unutar LED uređaja dok koristite rasvjetu velike snage u područjima s visokim temperaturama okoline. Upravljanje toplotom se odnosi na kapacitet sistema da ukloni višak toplote koja se akumulira na spoju, što često može pokvariti fosfor i skratiti životni vek lampe. Uz korištenje vrhunskih materijala za svjetiljke, poboljšanog dizajna odvođenja topline, pa čak i temperaturnih senzora koji automatski smanjuju svjetla kada se nakupi previše topline, proizvođači LED-a uvijek poboljšavaju svoje dizajne za veće temperature.
Koristite visokokvalitetne LED diode da preživite
Općenito, visokokvalitetne LED diode su izdržljive komponente koje mogu funkcionirati u vrućim okruženjima. Na primjer, CREE XM-L LED diode mogu funkcionisati na temperaturi spoja do 150 stepeni. Relativna izlazna svjetlost LED svjetiljki opada za samo 10 posto na temperaturi okoline od 60 stepeni u odnosu na relativnu izlaznu svjetlost na 25 stepeni. Toplotna otpornost je termin koji se koristi za opisivanje ukupnog kapaciteta uređaja za prijenos topline u LED sektoru. Priključak za širenje toplote i pakovanje samih LED dioda su dizajnirani sa minimalnim putevima toplotnog otpora. Maksimalna snaga koja se može raspršiti u LED paketu zavisi od njegovog toplotnog otpora kao i od njegove maksimalne radne temperature. Toplotni otpor između LED spoja i okolnog zraka određuje maksimalnu struju naprijed. jake temperature LED spoja rezultat su velike akumulacije topline unutar LED dioda s jakim termičkim otporom. Kada se to dogodi, efekti rastuće temperature spoja u LED-u mogu uravnotežiti efekte rastuće struje naprijed, uzrokujući da LED zadrži ili čak smanji nivo izlazne svjetlosti uprkos povećanju struje naprijed. Kako bi se maksimizirao vijek trajanja svjetiljke i optička svojstva, ključno je da svjetiljka bude konstruirana na način koji minimizira otpor topline od tačke lemljenja do okoline. OSRAM Opto Semiconductors predstavljena OSLON Square LED familija ima nisku toplotnu otpornost od samo 3,8 K/W, koja se posebno dobro ponaša na visokim temperaturama okoline i može postići životni vijek od znatno više od 50,000 sati čak i pri visokim temperature do 135 stepeni u LED diodi. Zasnovano na radu sa konstantnom strujom sa temperaturom spoja koja se održava na ili ispod 120 stepeni, Lumileds LUXEON K2 bijele LED diode nude 70 posto lumena održavanja pri 50,000 sati rada pri naprijed struji od 1000 mA. Može raditi sa malim gubitkom izlaza na temperaturama spoja do 150 stepeni.
Termička kontrola: ključni aspekt performansi sistema
Efikasan termički dizajn je od suštinskog značaja za industrijska rasvjetna tijela, posebno za visoke prostore u stilu NLO-a gdje su strujna kola i LED diode smješteni u zatvorenom kućištu, kako bi se snizila radna temperatura takvih optoelektronskih uređaja uz istovremeno poboljšanje performansi i pouzdanosti. Kada su u pitanju dizajni sa visokim ležištima, hladnjak—koji je često integrisano kućište svetiljke—je glavni naglasak toplotnog dizajna. Svaki LED spoj i kućište drajvera su namijenjeni za hlađenje hladnjakom. Kako bi se proširila površina hladnjaka i olakšala veća konvektivna razmjena topline s okolnim zrakom, hladnjaci su često napravljeni od materijala koji provodi toplinu, kao što je metal, i imaju rebra ili kanale. Moguća je ugrađena termalna komora za odzračivanje koja je izlivena u kućište. Sastav materijala i faktori okoline utiču na toplotnu provodljivost kućišta sa visokim slojem. Toplotna provodljivost je još jedna metoda za uklanjanje otpadne toplote koja se zasniva na geometriji komponenti sistema. Bilo koji materijal visoke toplotne provodljivosti može se koristiti za izradu hladnjaka, uključujući, ali ne ograničavajući se na bakar, aluminijum i legure metala. Uprkos činjenici da bakar ima toplotnu provodljivost od najmanje 400 W/mK. Zbog svoje relativno visoke toplotne provodljivosti i jednostavnosti proizvodnje, aluminijum je metal izbora za hladnjake. Aluminijsko kućište može imati akrilni premaz u prahu koji se nanosi i na unutarnju i na vanjsku površinu kako bi se poboljšalo rasipanje topline i otpornost na koroziju.
