Kỹ năng Phối quang Học thứ cấp cho Đèn Đường LED

Trong việc theo đuổi toàn cầu về bảo tồn năng lượng, giảm phát thải và phát triển đô thị bền vững,Đèn đường LEDđã dần thay thế đèn natri áp suất cao truyền thống và trở thành cốt lõi của hệ thống chiếu sáng đường phố.khả năng giảm độ âm và bảo vệ môi trường tốt, đèn LED đã mang lại một cải tiến cách mạngĐèn đườngTuy nhiên, ánh sáng phát ra bởi các chip LED tự nhiên bị phân tán không đồng đều và góc chùm lớn.khó đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của ánh sáng đường bộ đối với sự đồng nhất ánh sángThiết kế quang học thứ cấp, như một liên kết quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất đèn đường LED,đã trở thành trọng tâm chính của việc cải thiện chất lượng ánh sáng và thực hiện các mục tiêu tiết kiệm năng lượng.

quang học thứ cấp đề cập đến quá trình phân phối lại và kiểm soát ánh sáng phát ra bởi đèn LED thông qua các thành phần quang học bên ngoài (như ống kính, phản xạ, v.v.).) dựa trên quang học chính (thiết kế đóng gói để tối đa hóa việc chiết xuất ánh sáng từ chip)Mục đích cốt lõi của nó là tập trung ánh sáng vào khu vực chiếu sáng cần thiết, giảm sự phân tán ánh sáng không hợp lệ, tối ưu hóa đường cong phân phối ánh sáng,và cuối cùng đạt được sự cân bằng giữa chất lượng ánh sáng cao và tiêu thụ năng lượng thấpBài viết này sẽ chi tiết các kỹ năng phù hợp chính của quang học thứ cấp đèn đường LED, bao gồm lựa chọn thành phần, thiết kế sơ đồ, thích nghi cảnh và giải quyết các vấn đề phổ biến,để cung cấp hướng dẫn thực tế cho các ứng dụng kỹ thuật và tối ưu hóa sản phẩm.

Trước khi thực hiện kết hợp quang học thứ cấp, cần phải làm rõ các yêu cầu cốt lõi của ánh sáng đường, điều này trực tiếp quyết định hướng thiết kế quang học.Các chỉ số chính cần tập trung bao gồm các khía cạnh sau::

• Ánh sáng và đồng nhất: Theo lớp đường (đường chính, đường phụ, đường nhánh, vỉa hè), refer to international standards (CIE) and local specifications (such as CJJ 45-2015) to determine the required average illuminance and uniformity (usually the ratio of minimum illuminance to average illuminance U1 ≥ 0Ví dụ, các tuyến đường thành phố đòi hỏi độ sáng trung bình cao hơn (20-30 lx) và đồng nhất để đảm bảo an toàn lái xe, trong khi vỉa hè có thể giảm tiêu chuẩn (5-10 lx).
• Kiểm soát ánh sáng chói: Ánh sáng từ đèn đường sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự thoải mái về thị giác của người lái xe và người đi bộ, và thậm chí gây ra các mối nguy hiểm an toàn tiềm tàng.Nó là cần thiết để kiểm soát cường độ ánh sáng theo hướng ngang và hướng lên thông qua quang học thứ cấp, và chọn các loại cắt giảm thích hợp (hết cắt giảm, bán cắt giảm, không cắt giảm) theo cảnh.
• Hiệu quả sử dụng ánh sáng: Mục tiêu chính của quang học thứ cấp là giảm mất ánh sáng. Ánh sáng phát ra bởi đèn LED nên tập trung càng nhiều càng tốt trên bề mặt đường,tránh phân tán lên bầu trời hoặc xung quanh các khu vực không liên quan, để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng trong khi đảm bảo hiệu quả chiếu sáng.
• Khả năng thích nghi với môi trường: Các yếu tố như chiều rộng đường, cột đèn độ cao, khoảng cách lắp đặt, độ phản xạ bề mặt đường và các tòa nhà xung quanh nên được xem xét.Các làn đường phố cũ hẹp và các tuyến đường thành phố rộng đòi hỏi các chương trình phân phối ánh sáng hoàn toàn khác nhau.

Việc lựa chọn các thành phần quang học thứ cấp (cơ kính và phản xạ) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu ứng khớp.và nó là cần thiết để lựa chọn và kết hợp chúng theo nhu cầu thực tế.

Các ống kính là các thành phần quang học thứ cấp được sử dụng phổ biến nhất trong đèn đường LED, thực hiện phân phối lại ánh sáng thông qua khúc xạ.chúng có thể được chia thành các loại sau::

• Kính phản xạ nội bộ tổng thể (TIR): Dựa trên nguyên tắc phản xạ nội bộ tổng thể,khi ánh sáng phát ra từ một môi trường có mật độ quang học cao hơn sang một môi trường hiếm hơn quang học và góc tai nạn lớn hơn góc quan trọng, phản xạ bên trong hoàn toàn xảy ra, có thể thu thập và chuyển hướng hiệu quả ánh sáng phân tán của đèn LED.Phân phối ánh sáng đồng nhất và cấu trúc nhỏ gọnNó phù hợp cho trung bình vàđèn đường LED công suất cao, và có thể điều chỉnh góc chùm trong vòng ± 30 ° để đáp ứng nhu cầu phân phối ánh sáng cơ bản.
• Kính bề mặt hình dạng tự do: Đây là một thành phần quang học chính xác cao được thiết kế với sự phân bố ánh sáng hình chữ nhật không đối xứng trên trục X và Y.Nó có thể nhận ra phân phối ánh sáng tùy chỉnh theo nhu cầu đường cụ thểVí dụ: nó có thể tạo ra sự phân bố ánh sáng đồng đều ± 60 ° trên trục X (đáp ứng các yêu cầu về ánh sáng theo hướng chiều dài đường) và ± 30 ° trên trục Y,tạo ra sự phân phối ánh sáng "bạt" phù hợp với chiếu sáng đường bộƯu điểm của nó là tùy biến mạnh mẽ, thích nghi hoàn hảo với chiều rộng và hình dạng đường khác nhau và hiệu ứng kiểm soát chói chói tốt.Nó là sự lựa chọn đầu tiên cho đèn đường LED cao cấp và các đoạn đường đặc biệt (như vỉa hè và giao lộ). The design of free-form surface lenses usually adopts methods such as differential equation method and multi-parameter optimization to match the light distribution of the light source with the target lighting surface.
• Ống kính mảng: Bao gồm nhiều ống kính nhỏ, nó phù hợp với đèn đường LED với bố cục mảng đa chip. Mỗi ống kính nhỏ tương ứng với một con chip LED,có thể nhận ra điều khiển ánh sáng độc lập của mỗi chip, và sau đó tích hợp để tạo thành sự phân bố ánh sáng tổng thể cần thiết.có thể tránh vấn đề phân phối ánh sáng không đồng đều do sự sắp xếp nhiều chipNó phù hợp với đèn đường LED công suất lớn bao gồm 1W đến một số watt chip LED trong kết nối song song chuỗi mảng.

Khi lựa chọn ống kính, ngoài việc xem xét góc chùm và loại phân bố ánh sáng, sự chú ý cũng nên được dành cho vật liệu.PC (polycarbonate) và PMMA (polymethyl methacrylate) là các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất. PC có khả năng chống va chạm tốt và khả năng chống nhiệt độ cao, phù hợp với môi trường ngoài trời khắc nghiệt; PMMA có độ truyền ánh sáng cao hơn (> 92%), nhưng khả năng chống va chạm kém,thích hợp cho môi trường lắp đặt tương đối ổn định.

Máy phản xạ nhận ra sự phân phối lại ánh sáng thông qua phản xạ, thường được sử dụng kết hợp với ống kính để bù đắp cho các khiếm khuyết của sự phân phối ánh sáng bằng ống kính duy nhất.,Chúng có thể được chia thành các phản xạ parabolic, phản xạ elip và phản xạ không đều:

• Máy phản xạ Parabolic: Chúng có thể hội tụ ánh sáng phân tán của đèn LED thành ánh sáng song song, có khả năng bức xạ xa lớn.Nó phù hợp cho các đoạn đường cần ánh sáng đường dài (như đường dây đô thị và đường cao tốc), nhưng sự đồng nhất phân phối ánh sáng tương đối kém, vì vậy nó thường được sử dụng kết hợp với ống kính để cân bằng khoảng cách bức xạ và đồng nhất.
• Máy phản xạ không đều: Được thiết kế theo đường cong phân bố ánh sáng cần thiết,Chúng có thể nhận ra sự phân phối ánh sáng không đối xứng và phù hợp với các đoạn đường có nhu cầu ánh sáng đặc biệt (như vỉa hè liền kề đường và giao lộ đường)Chúng có thể thu thập hiệu quả ánh sáng phân tán sang bên và chuyển hướng nó đến khu vực mục tiêu, cải thiện hiệu quả sử dụng ánh sáng.

Chìa khóa để lựa chọn phản xạ là hiệu quả phản xạ.phản xạ lên đến 85% hoặc hơn) để giảm mất ánh sángĐồng thời, nên chú ý đến độ mịn của bề mặt để tránh sự phân bố ánh sáng không đồng đều do bề mặt thô.

Trọng tâm của sự phù hợp quang học thứ cấp là xây dựng một sơ đồ phân phối ánh sáng khoa học theo kịch bản đường.Chìa khóa nằm ở việc phù hợp với loại phân phối ánh sáng (TYPE1/TYPE2/TYPE3) và loại cắt, và kết hợp ống kính và phản xạ hợp lý để đạt được hiệu ứng chiếu sáng tối ưu.

Phân loại phân bố ánh sáng TYPE1/TYPE2/TYPE3 chung quốc tế là cơ sở cốt lõi cho sự phù hợp, được xác định bởi tỷ lệ "chiều rộng bức xạ đến chiều cao cột đèn":

• Đường hẹp (các vỉa hè, đường phố cũ): Chọn phân bố ánh sáng TYPE1 phù hợp với loại cắt hoàn toàn.với chiều rộng bức xạ gần bằng chiều cao cột đèn (eVí dụ, một đèn cao 10 mét chiếu sáng rộng 10 mét), và ánh sáng tập trung ngay bên dưới, mà không lan rộng sang hai bên.Khớp với ống kính cắt đầy đủ hoặc phản xạ có thể kiểm soát nghiêm ngặt ánh sáng trong vòng 65 ° xuống, tránh ánh sáng chói và ô nhiễm ánh sáng cho cư dân gần đó, phù hợp với nhu cầu chiếu sáng của đường hẹp và khu dân cư.
• Đường rộng trung bình (đường không dành cho xe máy, đường chính cộng đồng): Chọn phân phối ánh sáng TYPE2 phù hợp với loại bán cắt.bao gồm 1.5-2 lần chiều cao cột đèn (ví dụ: một đèn cao 10 mét chiếu sáng 15-20 mét), với ánh sáng bị dịch chuyển một chút sang một bên, cân bằng sự đồng nhất và khu vực phủ sóng.Loại bán cắt giảm cho phép một lượng nhỏ ánh sáng ngang, với cường độ ánh sáng ở hướng 90° ≤50cd/1000lm và hướng 80° ≤100cd/1000lm,phù hợp với ánh sáng hàng ngày của đường có chiều rộng trung bình và có thể tránh ảnh hưởng đến phần còn lại của cư dân xung quanh trong khi đảm bảo hiệu ứng chiếu sáng.
• Đường rộng (đường tuyến đô thị, bãi đậu xe): Chọn phân phối ánh sáng TYPE3 phù hợp với loại bán cắt.75 lần chiều cao cột đèn (eVí dụ, một đèn cao 10 mét chiếu sáng khoảng 27,5 mét rộng), với khả năng phủ sóng ngang mạnh, phù hợp với ánh sáng liên tục đường dài.Khớp với các thấu kính bề mặt hình tự do và phản xạ parabolic có thể nhận ra bức xạ đường dài và phân phối ánh sáng đồng đều, đáp ứng nhu cầu chiếu sáng của giao thông xe máy và đồng thời kiểm soát ánh sáng chói thông qua thiết kế bán cắt.

Cờ phân phối ánh sáng của đèn đường LED trực tiếp quyết định hiệu ứng ánh sáng. Cờ phân phối ánh sáng phù hợp nhất cho ánh sáng đường là đường cong "batwing",có cường độ sáng cao ở giữa và cường độ sáng thấp ở các cạnh, tránh độ sáng quá mức ở trung tâm và các khu vực tối ở các cạnh, và cải thiện hiệu quả sự đồng nhất của ánh sáng bề mặt đường.cần lưu ý các điểm sau::

• Đối với các con đường cần ánh sáng đồng nhất (như các tuyến đường thành phố),chọn các ống kính hoặc phản xạ có thể tạo ra sự phân phối ánh sáng "cánh dơi" để đảm bảo rằng sự khác biệt độ sáng giữa trung tâm và cạnh đường nằm trong phạm vi hợp lý;
• Đối với các đoạn đường đặc biệt (như giao lộ đường và vỉa hè), áp dụng thiết kế phân phối ánh sáng không đối xứng để tập trung ánh sáng vào khu vực chính (như trung tâm giao lộ) và tránh lãng phí ánh sáng;
• Sử dụng phần mềm mô phỏng quang học chuyên nghiệp (như DIALux, ASAP) để mô phỏng hiệu ứng phân phối ánh sáng trước.điều chỉnh các thông số của ống kính và phản xạ theo kết quả mô phỏng, và đảm bảo rằng đường cong phân bố ánh sáng đáp ứng các yêu cầu thiết kế.

Sự phù hợp quang học thứ cấp nên được kết hợp chặt chẽ với các đặc điểm của các nguồn ánh sáng LED (đường chiếu sáng, luồng ánh sáng, nhiệt độ màu, v.v.).) để tránh sự không phù hợp giữa nguồn ánh sáng và các thành phần quang học, dẫn đến giảm hiệu quả sử dụng ánh sáng và hiệu ứng chiếu sáng kém:

• Đối với đèn LED có góc chiếu sáng lớn (120°-140°), nên chọn ống kính TIR hoặc ống kính bề mặt tự do để thu thập ánh sáng phân tán và cải thiện hiệu quả sử dụng ánh sáng;cho đèn LED với góc chiếu sáng nhỏ, phản xạ có thể được sử dụng để mở rộng phạm vi bức xạ;
• Nhiệt độ màu của đèn đường LED thường là 3000K-5000K. Đối với khu dân cư và vỉa hè, đèn trắng ấm (3000K-4000K) được khuyến cáo để giảm chói và cải thiện sự thoải mái của thị giác;cho các tuyến đường và đường cao tốc đô thị, ánh sáng trắng trung tính (4000K-5000K) được khuyến cáo để cải thiện khả năng nhận dạng các dấu hiệu đường bộ và chướng ngại vật;
• Đối với đèn đường LED đa chip, các ống kính mảng nên được chọn để nhận ra điều khiển ánh sáng độc lập của mỗi chip, tránh phân phối ánh sáng không đồng đều do can thiệp lẫn nhau giữa các chip,và đảm bảo sự đồng nhất ánh sáng tổng thể.

Trong quá trình kết hợp quang học thứ cấp thực tế, nhiều nhân viên kỹ thuật và thiết kế sẽ có một số lỗi, ảnh hưởng đến hiệu ứng chiếu sáng và tuổi thọ của đèn đường LED.Những sai lầm phổ biến và các phương pháp tránh là như sau:

• Một số người nghĩ rằng một góc chùm tia nhỏ hơn có thể cải thiện khoảng cách bức xạ, nhưng bỏ qua sự đồng nhất.một góc chùm tia quá nhỏ sẽ dẫn đến phạm vi bức xạ hẹp và các khu vực tối giữa đèn đường liền kềĐối với đường hẹp, một góc chùm ánh sáng quá lớn sẽ gây ra sự lãng phí ánh sáng và chói lọi.
• Bỏ qua sự kết hợp của ống kính và phản xạ: Sử dụng một ống kính hoặc phản xạ một cách mù quáng sẽ có những hạn chế.và một phản xạ duy nhất có sự đồng nhất kémSự kết hợp của cả hai có thể bổ sung cho nhau và đạt được sự cân bằng giữa khoảng cách bức xạ và sự đồng nhất.
• Bỏ qua kiểm soát ánh sáng chói: Chỉ tập trung vào độ sáng và bỏ qua kiểm soát ánh sáng chói sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái xe và người đi bộ.nên chọn loại cắt thích hợp, và bề mặt của các thành phần quang học nên được xử lý (chẳng hạn như xử lý mực) để giảm chói.
• Bỏ qua ảnh hưởng của các yếu tố môi trường: Không xem xét độ phản xạ bề mặt đường,các tòa nhà xung quanh và các yếu tố khác sẽ dẫn đến hiệu ứng ánh sáng thực tế không phù hợp với thiết kếVí dụ: hiệu ứng phản xạ ánh sáng của bề mặt đường màu sáng (tự phản xạ 0,3-0,4) tốt hơn so với bề mặt đường màu tối,và các thông số phân phối ánh sáng có thể được điều chỉnh phù hợp theo màu sắc bề mặt đường.

Sự phù hợp quang học thứ cấp của đèn đường LED không phải là một công việc một lần.Việc gỡ lỗi sau khi cài đặt và bảo trì thường xuyên là cần thiết để đảm bảo rằng hiệu ứng phù hợp vẫn ổn định trong một thời gian dài:

• Xử lý lỗi tại chỗ: Sau khi lắp đặt đèn đường, sử dụng máy đo độ sáng chuyên nghiệp để phát hiện độ sáng và sự đồng nhất của bề mặt đường.điều chỉnh góc lắp đặt đèn đường và các thông số của các thành phần quang học theo kết quả phát hiện, và đảm bảo rằng hiệu ứng chiếu sáng đáp ứng các yêu cầu thiết kế. ví dụ, điều chỉnh chiều dài cantilever (0,5-1,5 mét) để cải thiện sự đồng nhất ánh sáng của vỉa hè,và điều chỉnh khoảng cách cột đèn (thường là 3-4 lần chiều cao lắp đặt) để tránh các khu vực tối.
• Làm sạch thường xuyên: bề mặt của ống kính và phản xạ sẽ tích tụ bụi, bụi bẩn và các tạp chất khác theo thời gian, làm giảm khả năng truyền ánh sáng và hiệu quả phản xạ,và ảnh hưởng đến hiệu ứng khớpNó được khuyến cáo để làm sạch các thành phần quang thường xuyên (một lần mỗi 3-6 tháng) để đảm bảo sự sạch sẽ bề mặt của chúng.
• Kiểm tra thường xuyên: Kiểm tra thường xuyên các thành phần quang học để tìm thiệt hại, biến dạng, lão hóa và các hiện tượng khác.thay thế chúng kịp thời để tránh ảnh hưởng đến hiệu ứng chiếu sáng tổng thểĐồng thời, kiểm tra Đèn LEDNguồn phân rã ánh sáng (thay đổi nó khi phân rã ánh sáng lớn hơn 30%) để đảm bảo sự ổn định phù hợp giữa nguồn ánh sáng và các thành phần quang học.

Sự phù hợp quang học thứ cấp của đèn đường LED là một dự án có hệ thống tích hợp thiết kế quang học, lựa chọn thành phần, thích nghi cảnh và bảo trì sau.Cốt lõi của nó là lấy các yêu cầu về ánh sáng đường phố làm hướng dẫn, chọn các thành phần quang học phù hợp, xây dựng các chương trình phân phối ánh sáng khoa học và thực hiện sự cân bằng giữa chất lượng ánh sáng cao, hiệu quả sử dụng năng lượng cao và ánh sáng chói thấp.Với sự phát triển liên tục của công nghệ LED và công nghệ thiết kế quang học, công nghệ kết hợp quang học thứ cấp của đèn đường LED sẽ trưởng thành và thông minh hơn,chẳng hạn như các hệ thống quang học thích nghi có thể tự động điều chỉnh sự phân bố ánh sáng theo điều kiện giao thông thời gian thực.

Đối với các biên tập viên trang web, kỹ sư và các chuyên gia liên quan của Google, việc làm chủ các kỹ năng phù hợp quang học thứ cấp trên không chỉ có thể cải thiện chất lượng ánh sáng của đèn đường LED,giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì, nhưng cũng thúc đẩy sự phát triển lành mạnh củaĐèn LEDCông nghiệp và góp phần xây dựng các thành phố tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.chúng ta nên tiếp tục chú ý đến sự đổi mới của các thành phần quang học và phương pháp thiết kế, và liên tục tối ưu hóa chương trình kết hợp quang học thứ cấp để đáp ứng nhu cầu chiếu sáng đường phố ngày càng đa dạng.