يشير اختصار LED إلى الصمام الثنائي الباعث للضوء . يشير إلى جهاز أشباه الموصلات الذي ينبعث الضوء عندما يتدفق التيار من خلاله. على عكس المصابيح المتوهجة التقليدية، التي تعتمد على تسخين الفتيل حتى يتوهج، تنتج مصابيح LED الإضاءة من خلال عملية تسمى التألق الكهربائي. وهذا الاختلاف الأساسي يجعلها أكثر كفاءة ومتانة وتنوعًا بشكل ملحوظ من تقنيات الإضاءة القديمة.
قد تسمع نطقًا مختلفًا في الصناعة. الإجماع بين المهندسين والمتحدثين باللغة الإنجليزية هو نطق كل حرف على حدة: 'LED' (Ell-Ee-Dee). ومع ذلك، في بعض المناطق غير الناطقة باللغة الإنجليزية أو في سياقات التصنيع المحددة، قد تسمع نطقها ككلمة واحدة مقافية مع 'الرصاص' أو 'سرير'. وبغض النظر عن الطريقة التي تنطق بها، فإن فهم التكنولوجيا الكامنة وراء الاسم أمر حيوي.
بالنسبة لمديري المشتريات وأصحاب الأعمال، فإن التعريف يتجاوز القاموس. في حين أن أحرف LED تمثل ببساطة التكنولوجيا، فإنها تمثل بالنسبة لصناع القرار تحولًا من المواد الاستهلاكية التي يمكن التخلص منها (الخيوط) إلى الأصول الإلكترونية التي تتطلب الإدارة الحرارية وهندسة التشغيل. سوف نستكشف سبب كون مكون 'الصمام الثنائي' هو العامل الأكثر أهمية في تحديد عائد الاستثمار التجاري.
لكي نفهم لماذا تهيمن هذه التكنولوجيا على البنية التحتية الحديثة، يجب علينا أن نقوم بتحليل الاختصار حرفًا بحرف. ويكشف كل مكون عن تحدي هندسي محدد وميزة تؤثر على الأداء.
'الضوء' في LED يأتي من اللمعان الكهربائي. هذه عملية باردة مقارنة بالتوهج. في المصباح التقليدي، يتم دفع الكهرباء عبر سلك التنغستن حتى يصبح ساخنًا جدًا لدرجة أنه يتوهج. تهدر هذه العملية حوالي 90% من الطاقة على شكل حرارة. في مصابيح LED، تتحرك الإلكترونات عبر مادة شبه موصلة وتطلق الطاقة مباشرة على شكل فوتونات (ضوء) عندما تغير مستويات الطاقة.
الآثار التجارية: نظرًا لأن الضوء يتم توليده على مستوى شريحة مجهرية، فهو اتجاهي بشكل طبيعي. ترش المصابيح التقليدية الضوء بزاوية 360 درجة، وغالبًا ما تضيء الجزء الداخلي من التركيب بدلاً من الغرفة. ترسل مصابيح LED الضوء إلى المكان الذي تشير إليه بالضبط. وهذا يرفع الكفاءة ولكنه يتطلب هندسة بصرية دقيقة. إذا قمت بشراء تركيبات تجارية رخيصة دون استخدام البصريات المناسبة، فستحصل على ''النقاط الساخنة'' بدلاً من التغطية الموحدة.
تحدد مرحلة 'الانبعاث' اللون. كانت مصابيح LED المبكرة حمراء أو خضراء تمامًا بسبب المواد المستخدمة (مثل زرنيخيد الغاليوم). حدثت الثورة مع اختراع مصباح LED الأزرق عالي السطوع، والذي حاز على جائزة نوبل.
لإنشاء ضوء أبيض للمكاتب أو إنارة الشوارع، يستخدم المصنعون طريقة 'المضخة الزرقاء'. يأخذون مصباح LED أزرق ويغطونه بطبقة فوسفور صفراء. يثير الضوء الأزرق الفوسفور، ويبدو المزيج أبيض اللون للعين البشرية.
مشكلة 'الارتفاع الأزرق': إذا نظرت إلى الرسم البياني الطيفي لمصابيح LED الرخيصة، فسوف ترى ارتفاعًا هائلاً في النطاق الأزرق. هذا يمكن أن يجعل الضوء يبدو باردًا أو قاسيًا أو سريريًا. تستخدم الوحدات عالية الجودة مزيجًا من الفوسفور المتقدم لتنعيم هذا الطيف، مما يخلق ضوءًا أكثر ثراءً يعرض الألوان بدقة. وهذا التمييز هو السبب وراء ظهور منتجين لهما نفس 'المواصفات' بشكل مختلف تمامًا في بيئة البيع بالتجزئة.
'الصمام الثنائي' هو الجزء الأكثر سوء فهم من الاختصار. الصمام الثنائي هو في الأساس صمام أحادي الاتجاه للكهرباء. وهو يتألف من تقاطع الجانب P (إيجابي) والجانب N (السلبي).
الحساسية الحالية: تعمل اللمبة الفتيلية كمقاوم؛ إذا قمت بزيادة الجهد قليلاً، فإنه يصبح أكثر سطوعاً قليلاً. يعمل الصمام الثنائي بشكل مختلف. لديها علاقة أسية بين الجهد والتيار. يمكن أن تؤدي الزيادة الطفيفة في الجهد إلى ارتفاع هائل في التيار.
تأثير القرار: هذه الحساسية هي سبب عدم تمكنك من توصيل شريحة LED خام بمأخذ الحائط. يتطلب برنامج تشغيل LED لتنظيم الطاقة. يقوم السائق بدور حارس البوابة، مما يمنع الانفلات الحراري. إذا فشل السائق، يفشل الضوء، حتى لو كان الصمام الثنائي نفسه أصليًا.
| الميزة | المتوهجة (الفتيل) | LED (الصمام الثنائي) |
|---|---|---|
| الفيزياء | الوهج (الحرارة) | تلألؤ كهربائي (إطلاق الفوتون) |
| تنظيم الطاقة | المقاوم التنظيم الذاتي | يتطلب سائق تيار مستمر |
| وضع الفشل | فواصل الشعيرة (إيقاف فوري) | انخفاض قيمة التجويف (يتلاشى مع مرور الوقت) |
| الحرارية | يشع حرارة الأشعة تحت الحمراء إلى الأمام | يوصل الحرارة للخلف (يحتاج إلى مشتت حراري) |
يفترض العديد من المشترين أن مصابيح LED هي مصابيح 'رائعة' تعمل إلى الأبد. يؤدي هذا المفهوم الخاطئ إلى اتخاذ قرارات شراء سيئة. تقدم الطبيعة الإلكترونية للديود نقاط فشل جديدة لم تكن موجودة في المصابيح البسيطة.
إنها أسطورة أن مصابيح LED لا تولد الحرارة. فبينما يكون شعاع الضوء باردًا، تصبح الشريحة نفسها ساخنة بشكل لا يصدق. نحن نسمي هذا درجة حرارة الوصلة (Tj).
إذا ارتفع Tj فوق العتبة الحرجة (غالبًا حوالي 85 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية اعتمادًا على النموذج)، فإن أشباه الموصلات تتحلل بشكل دائم. تنخفض الكفاءة ويتغير اللون. يعتمد طول العمر التجاري بنسبة 90% على الإدارة الحرارية للتركيبات. يجب أن تبحث عن أحواض حرارة كبيرة مصنوعة من الألومنيوم مزودة بزعانف مصممة لسحب الحرارة بعيدًا عن الصمام الثنائي.
وضع الفشل: على عكس المصباح الكهربائي الذي 'ينفجر'، يصبح مصباح LED شديد الحرارة خافتًا أكثر فأكثر. قد لا تلاحظ ذلك يومًا بعد يوم، ولكن بعد مرور عام، قد يصبح المستودع الخاص بك أغمق بنسبة 30٪ عما كان عليه عندما بدأت.
نظرًا لأن مصابيح LED لا تنطفئ على الفور، فنحن بحاجة إلى تعريف جديد لـ 'نهاية العمر الافتراضي'. معيار الصناعة هو L70 . يشير هذا إلى عدد ساعات التشغيل قبل أن ينخفض خرج الضوء إلى 70% من سطوعه الأولي.
يمكن أن يستمر الصمام الثنائي نفسه نظريًا لمدة 100000 ساعة. عادةً لا يتمكن المكثف الإلكتروليتي الموجود داخل محرك الطاقة من ذلك. في التركيبات الرخيصة، غالبًا ما يكون برنامج التشغيل هو المكون الأول الذي يتعطل، عادةً بسبب تجفيف المكثفات بالحرارة.
عند تقييم الأنظمة، ضع في اعتبارك ما إذا كان السائق منفصلاً أم متكاملاً (Driver-on-Board). من الأسهل استبدال برامج التشغيل المنفصلة وعادةً ما يتم تشغيلها بشكل أكثر برودة لأنها معزولة عن شرائح LED الساخنة. توفر التصميمات المتكاملة المساحة ولكنها غالبًا ما تضحي بطول العمر.
بمجرد فهم الأجهزة، يجب عليك تفسير الأرقام الموجودة في ورقة المواصفات. غالبًا ما تحجب مصطلحات التسويق المقاييس التي تؤثر فعليًا على النتيجة النهائية.
لعقود من الزمن، اشترينا الضوء بالواط. 'لمبة 60 واط' تعني سطوعًا محددًا. في عصر LED، يخبرك Wattage فقط بمقدار الكهرباء التي تدفع مقابلها، وليس مقدار الضوء الذي تحصل عليه.
المقياس الجديد لعائد الاستثمار هو الكفاءة ، ويتم قياسه باللومن لكل واط (lm/W).* مصابيح LED العامة: ~80-90 lm/W.* مصابيح LED عالية الكفاءة: 150+ lm/W.
إن استبدال مصباح الهاليد المعدني بقدرة 400 وات بمصباح LED عام بقدرة 150 وات يوفر المال. يؤدي استبداله بمصباح LED عالي الكفاءة بقدرة 100 واط إلى توفير المزيد بشكل ملحوظ وبنفس السطوع.
يتم تعريف جودة الإضاءة من خلال اختصارين: CCT وCRI. يمكن أن يؤدي ارتكاب هذه الأخطاء بشكل خاطئ إلى تدمير أجواء الفندق أو تقليل مستوى الأمان في ساحة انتظار السيارات.
يقيس هذا 'دفء' أو 'برودة' الضوء بالكلفن.* 3000 كلفن: أبيض دافئ. يُفضل استخدامه في مناطق الضيافة والمناطق السكنية لتقليل الوهج.* 5000 كلفن: ضوء النهار الأبيض. تُستخدم غالبًا في المستودعات للتنبيه.* دراسة الحالة: قامت بلديات مثل بارتليت، تينيسي، بتحويل إضاءة الشوارع إلى 3000 ألف. في حين أن مصابيح LED القديمة بقدرة 5000 ألف قدمت كفاءة أولية أعلى، إلا أنها تسببت في شكاوى المقيمين حول إضاءة 'ساحة السجن' والتوهج السماوي. يوفر 3000K بيئة بصرية أكثر أمانًا وترحيبًا.
يقيس CRI مدى دقة الضوء في الكشف عن الألوان الحقيقية مقارنة بالشمس.* CRI 80: معيار المكاتب والطرق.* CRI 90+: ضروري لتجارة التجزئة والمعارض الفنية ومحلات البقالة.
هناك مقايضة. عادةً ما تؤدي زيادة CRI إلى خفض ناتج التجويف قليلاً لأن الفوسفور يمتص المزيد من الضوء لتصحيح الطيف. ومع ذلك، بالنسبة لمتجر الملابس، فإن دقة الألوان تستحق الانخفاض الطفيف في الكفاءة.
المصابيح هي مصادر نقطة مكثفة. وبدون انتشار، يمكن أن تسبب وهجًا مؤلمًا. يحدد تصنيف الوهج الموحد (UGR) هذا الأمر. بالنسبة للمكاتب، يعد معدل UGR أقل من 19 أمرًا قياسيًا لمنع إجهاد العين والصداع. في البيئات الصناعية، يعد الوهج المنخفض أمرًا بالغ الأهمية لمنع حوادث الرافعات الشوكية الناجمة عن العمى المؤقت الناتج عن الأضواء الساطعة العالية.
اختيار المنتج المناسب هو نصف المعركة فقط. إن كيفية تثبيت هذه الأنظمة ودمجها تحدد أدائها في العالم الحقيقي.
أحد الأخطاء الشائعة هو فخ 'الإفلات'. يتضمن ذلك وضع مصابيح LED بديلة في تركيبات الفلورسنت القديمة أو تركيبات HID. ورغم أن هذا الأمر رخيص مقدمًا، إلا أنه ينطوي على مخاطر.
غالبًا ما تكون التركيبات القديمة مغلقة. تذكر قضية الحرارة؟ تحبس التركيبات المغلقة الحرارة، مما يؤدي إلى رفع Tj وتقصير عمر LED بشكل كبير. علاوة على ذلك، فإن تجاوز الكوابح القديمة لتوصيل الطاقة الرئيسية بالمقبس يؤدي إلى إلغاء قائمة UL الخاصة بالتركيبات الأصلية في العديد من الولايات القضائية. عادةً ما يؤدي استبدال التركيبات الكاملة إلى تكلفة إجمالية أفضل للملكية (TCO) على الرغم من ارتفاع النفقات الرأسمالية الأولية.
لا تخفت مصابيح LED خطيًا مثل المصابيح المتوهجة. إذا قمت بوضع مؤشر LED قياسي على مفتاح باهت قديم، فمن المحتمل أن يومض أو يصدر صوت طنين أو ينقطع تمامًا عند سطوع 40%.
تتطلب الأنظمة التجارية بروتوكولات متطابقة. تشمل المعايير الشائعة 0-10V , DALI ، أو PWM (تعديل عرض النبض). يجب عليك التأكد من أن السائق الموجود في وحدة الإضاءة يتحدث نفس لغة نظام التحكم في المبنى الخاص بك.
وأخيرا، النظر في بيئة التشغيل. 'الصمام الثنائي' حساس للرطوبة والغبار.* تقييمات IP (حماية الدخول): تصنيف IP65 أو IP67 إلزامي للمناطق الخارجية أو مناطق الغسيل.* خطر الضوء الأزرق: تتحقق معايير السلامة الضوئية البيولوجية من مخاطر تلف شبكية العين من الضوء الأزرق عالي الكثافة. وهذا أمر ذو أهمية متزايدة للملاعب عالية الطاقة أو الإضاءة الصناعية.
تمثل حروف LED تقنية متطورة لأشباه الموصلات، وليست مجرد 'مصباح كهربائي أفضل'. ورغم أن الاختصار بسيط، إلا أن الفيزياء التي تكمن وراءه تتطلب الاحترام. يتطلب النجاح في اعتماد مصابيح LED النظر إلى ما هو أبعد من الاسم والتدقيق في الهندسة المحيطة بالصمام الثنائي، وتحديدًا الإدارة الحرارية وجودة المحرك والإخراج الطيفي.
عندما تكون مستعدًا للترقية، قم بإعطاء الأولوية لأوراق المواصفات التفصيلية وتقارير LM-80 على المطالبات التسويقية المبهرجة الموجودة على العلبة. تعامل مع الإضاءة الخاصة بك باعتبارها أحد الأصول الإلكترونية، وسوف توفر عائدًا على الاستثمار لعقود من الزمن.
ج: معيار الصناعة والنطق الأكثر شيوعًا هو نطق كل حرف على حدة: 'LED' (Ell-Ee-Dee). ومع ذلك، قد تسمعها تُنطق على أنها 'الرصاص' (القافية مع السرير) في بعض البلدان الأوروبية أو دوائر فنية محددة. يشير كلاهما إلى نفس التقنية، لكن تهجئتها هي الرهان الأكثر أمانًا للوضوح.
ج: يرمز OLED إلى 'الصمام الثنائي العضوي للضوء'. بينما تستخدم مصابيح LED القياسية أشباه الموصلات غير العضوية (مثل السيليكون أو الغاليوم)، تستخدم شاشات OLED أغشية عضوية قائمة على الكربون. تُستخدم شاشات OLED عادةً في الشاشات ويتم نطقها ككلمة ('Oh-led')، على عكس الاختصار القياسي.
ج: لا تحتوي مصابيح LED على الزئبق، وهو الخطر الرئيسي في مصابيح CFL. ومع ذلك، فهي النفايات الإلكترونية. أنها تحتوي على لوحات الدوائر، واللحام، والمعادن النزرة مثل الغاليوم أو الزرنيخ في الشريحة. وينبغي إعادة تدويرها كنفايات إلكترونية بدلاً من إلقائها في سلة المهملات.
ج: في صناعة اللافتات، تشير عبارة 'حروف LED' عادةً إلى 'حروف القناة' المضاءة داخليًا بواسطة وحدات LED. وهذا يختلف عن اختصار التكنولوجيا نفسه. وهو يصف تطبيق استخدام مصابيح LED لإضاءة لافتات المتاجر ثلاثية الأبعاد.
ج: نادرًا ما يكون الخفقان خطأً في شريحة LED نفسها. يحدث هذا دائمًا تقريبًا بسبب برنامج تشغيل رخيص أو غير متوافق. إذا لم يتمكن السائق من تحويل طاقة التيار المتردد من الحائط الخاص بك إلى تيار مستمر ثابت، فسوف يومض مؤشر LED عند تردد مصدر الطاقة الرئيسي (50 هرتز أو 60 هرتز).