Một thành phần điện được sử dụng để phát ra ánh sáng vào không gian được gọi là thiết bị chiếu sáng. Các từ chiếu sáng "vịnh cao" và "vịnh thấp", chủ yếu xác định diện tích và chiều cao của trần nhà liên quan, thường được sử dụng trong kinh doanh chiếu sáng. Một thiết bị chiếu sáng được gọi là đèn chiếu sáng bay cao được chế tạo cho các khu công nghiệp được nâng cao so với mặt đất hoặc bề mặt làm việc. Các ứng dụng cho chiếu sáng bay cao có thể bao gồm các hệ thống chiếu sáng được sử dụng trong "vịnh cao" như nhà kho, nhà máy công nghiệp, cơ sở bán lẻ lớn, đấu trường thể thao hoặc tương tự, nơi trần nhà có thể cao 30 feet hoặc cao hơn.
So với đèn high bay HID truyền thống, đèn LED high bay mang lại một số lợi ích, bao gồm giảm mức tiêu thụ năng lượng, đầu ra tốt hơn ở dòng điện truyền động cao hơn, tuổi thọ dài hơn, tăng cường độ bền, kích thước nhỏ hơn, chuyển mạch nhanh hơn, độ bền và độ tin cậy vượt trội. Tuy nhiên, sự phức tạp do đèn LED quá nóng gây ra là một vấn đề nghiêm trọng với việc sử dụng ánh sáng trạng thái rắn.
Nguồn nhiệt và ánh sáng là đèn LED
Đi-ốt bán dẫn là nền tảng của các thiết bị chiếu sáng trạng thái rắn, được thể hiện bằng các đi-ốt phát quang. Các electron và lỗ trống nối lại khi đi-ốt được phân cực thuận (được kích hoạt hoặc bật), giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Các thiết bị quang điện tử này tạo ra nhiệt do quá trình biến năng lượng thành ánh sáng, nhiệt này nếu tích tụ nhiều có thể làm tăng nhiệt độ làm việc, dẫn đến suy giảm hiệu quả và hỏng hóc sớm. Khả năng kiểm soát nhiệt độ của mối nối và đạt đến nhiệt độ hoạt động ở trạng thái ổn định lý tưởng thường quyết định hiệu suất của đèn LED. lượng ánh sáng phát ra kém hơn, hiệu suất đèn kém hơn, bước sóng chiếm ưu thế và thậm chí tuổi thọ ngắn hơn thường tương quan với nhiệt độ đường giao nhau cao hơn. Nhiệt độ đường giao nhau của đèn LED có ảnh hưởng đáng kể đến cả hiệu suất tổng thể và tuổi thọ của L70. Đối với đèn LED gali nitride (GaN), tuổi thọ có thể giảm 10 kHrs (1000 giờ) khi nhiệt độ đường giao nhau tăng 10 độ (trên 25 độ ). Hiệu quả của đèn LED sẽ giảm hơn 10 phần trăm nếu nhiệt độ đường giao nhau tăng từ 40 độ lên 70 độ. Để duy trì hiệu suất và điều chỉnh nhiệt độ hoạt động của đèn LED đối với một sự thay đổi nhất định về nhiệt độ đường giao nhau và nhiệt độ môi trường, các giải pháp quản lý nhiệt thích hợp phải được đưa ra.
Các khu vực có nhiệt độ môi trường cao yêu cầu chiếu sáng vùng vịnh cao
Các thiết bị chiếu sáng thường được gắn ở hoặc gần trần nhà trong các tòa nhà cao tầng. Để cung cấp đủ ánh sáng, đèn LED công suất cao thường được sử dụng trong các loại đèn này. Dòng điện cấp cho đèn LED và nhiệt độ hoạt động của đèn LED đều ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mà nó tạo ra. Tín hiệu điều khiển điện cao có thể được sử dụng để điều khiển đèn LED có quang thông cao, tuy nhiên làm như vậy thường dẫn đến đèn LED hoạt động ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, các ứng dụng bay cao thường hoạt động trong các cài đặt có tính ăn mòn và nghiêm trọng hơn các ứng dụng bay thấp. Đặc biệt là trong các cơ sở sản xuất như nhà máy thép, xưởng đúc và nhà máy sản xuất thủy tinh, môi trường ở khoang cao có thể có nhiệt độ môi trường cao hơn, nhiều bụi trong không khí và các hạt dầu hơn. Đèn LED có thể bị hỏng do nhiệt sinh ra từ mạch điện đi kèm khi làm việc trong vỏ bọc có không gian nhỏ và/hoặc trong môi trường có nhiệt độ xung quanh cao.
Do đó, điều quan trọng là phải quản lý nhiệt sinh ra bên trong đèn LED khi sử dụng ánh sáng công suất cao ở những khu vực có nhiệt độ môi trường cao. Quản lý nhiệt đề cập đến khả năng của hệ thống loại bỏ nhiệt dư thừa tích tụ ở điểm nối khỏi thiết bị cố định cao, nhiệt này thường có thể làm giảm chất lượng phốt pho và rút ngắn tuổi thọ của đèn. Với việc sử dụng vật liệu làm đèn cao cấp, thiết kế tản nhiệt cải tiến và thậm chí cả cảm biến nhiệt độ tự động giảm đèn khi có quá nhiều nhiệt tích tụ, các nhà sản xuất đèn LED luôn cải tiến thiết kế của họ để có nhiệt độ cao hơn.
Sử dụng đèn LED chất lượng cao để tồn tại
Nói chung, đèn LED chất lượng cao là những thành phần bền có thể hoạt động trong môi trường nóng. Chẳng hạn, đèn LED CREE XM-L có thể hoạt động ở nhiệt độ đường giao nhau lên tới 150 độ . Công suất ánh sáng tương đối của đèn LED giảm chỉ 10 phần trăm ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 60 độ so với công suất ánh sáng tương đối ở 25 độ . Khả năng chịu nhiệt là thuật ngữ được sử dụng để mô tả khả năng truyền nhiệt tổng thể của thiết bị trong lĩnh vực đèn LED. Bản thân kết nối và bao bì tỏa nhiệt của đèn LED đã được thiết kế với các đường dẫn điện trở nhiệt tối thiểu. Công suất tối đa có thể bị tiêu tán trong gói đèn LED phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt cũng như nhiệt độ làm việc tối đa của nó. Điện trở nhiệt giữa điểm nối LED và không khí xung quanh xác định dòng điện chuyển tiếp tối đa. nhiệt độ tiếp giáp đèn LED mạnh là kết quả của sự tích tụ nhiệt lớn bên trong đèn LED có khả năng chịu nhiệt mạnh. Khi điều này xảy ra, tác động của việc tăng nhiệt độ đường giao nhau trong đèn LED có thể cân bằng tác động của dòng điện thuận tăng, khiến đèn LED duy trì hoặc thậm chí giảm mức phát sáng của nó mặc dù dòng điện thuận tăng. Để tối đa hóa tuổi thọ và các đặc tính quang học của đèn điện, điều quan trọng là đèn điện phải được chế tạo theo cách giảm thiểu khả năng chịu nhiệt từ điểm hàn ra môi trường xung quanh. Dòng đèn LED vuông OSLON Square do OSRAM Opto Semiconductors giới thiệu có điện trở nhiệt thấp chỉ 3,8 K/W, hoạt động đặc biệt tốt ở nhiệt độ môi trường cao và có thể đạt tuổi thọ hơn 50,000 giờ đáng kể ngay cả ở nhiệt độ cao nhiệt độ lên đến 135 độ trong đèn LED. Dựa trên hoạt động của dòng điện không đổi với nhiệt độ đường giao nhau được duy trì bằng hoặc thấp hơn 120 độ , đèn LED trắng LUXEON K2 của Lumileds cung cấp mức duy trì 70% lumen sau 50,000 giờ hoạt động ở dòng điện thuận 1000 mA. Nó có thể hoạt động với ít tổn thất đầu ra ở nhiệt độ đường giao nhau cao tới 150 độ.
Kiểm soát nhiệt: Khía cạnh quan trọng của hiệu suất hệ thống
Một thiết kế tản nhiệt hiệu quả là điều cần thiết đối với các thiết bị chiếu sáng công nghiệp, đặc biệt là các đèn chiếu sáng kiểu UFO nơi mạch điện và đèn LED được đặt trong vỏ kín, để giảm nhiệt độ hoạt động của các thiết bị quang điện tử đó đồng thời nâng cao hiệu suất và độ tin cậy. Khi đề cập đến các thiết kế có khoảng không cao, bộ tản nhiệt—thường là vỏ đèn tích hợp—là điểm nhấn chính của thiết kế tản nhiệt. Mỗi điểm nối của đèn LED và vỏ trình điều khiển được thiết kế để làm mát bằng bộ tản nhiệt. Để mở rộng diện tích bề mặt của bộ tản nhiệt và tạo điều kiện trao đổi nhiệt đối lưu cao hơn với không khí xung quanh, bộ tản nhiệt thường được làm bằng vật liệu dẫn nhiệt, chẳng hạn như kim loại và có các cánh tản nhiệt hoặc rãnh. Có thể có một buồng thông gió nhiệt tích hợp được đúc vào vỏ. Thành phần vật liệu và các yếu tố xung quanh ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt của nhà ở trên cao. Dẫn nhiệt là một phương pháp khác để loại bỏ nhiệt thải dựa trên hình học của các bộ phận cấu thành hệ thống. Bất kỳ vật liệu nào có độ dẫn nhiệt cao đều có thể được sử dụng để làm tản nhiệt, bao gồm nhưng không giới hạn đối với hợp kim đồng, nhôm và kim loại. Mặc dù thực tế là đồng có độ dẫn nhiệt ít nhất là 400 W/mK. Do tính dẫn nhiệt tương đối cao và dễ sản xuất, nhôm là kim loại được lựa chọn để làm tản nhiệt. Vỏ nhôm có thể được phủ một lớp sơn tĩnh điện acrylic cho cả bề mặt bên trong và bên ngoài để tăng khả năng tản nhiệt và chống ăn mòn.
