Tại sao so sánh trực tiếp lumen của đèn chiếu sáng truyền thống (natri, thủy ngân, halogen kim loại) với lumen trong danh mục từ đèn LED không thể đưa ra kết quả chính xác.
Không thể sử dụng số lumen được liệt kê trong danh mục sản phẩm để so sánh hệ thống chiếu sáng LED với hệ thống chiếu sáng thông thường vì lượng lumen mà mắt người cảm nhận được phụ thuộc vào loại công nghệ chiếu sáng được sử dụng. Ba điều giải thích cho điều này:
1. Đèn LED cung cấp phổ ánh sáng rộng hơn so với bóng đèn truyền thống vốn có phổ ánh sáng hạn chế hơn.
2. Sự đa dạng trong cách mắt người phản ứng với các mức độ ánh sáng khác nhau không được tính đến bằng các phương pháp thông thường để tính toán giá trị quang thông.
3. Phép đo của đèn LED bao gồm cả bộ đèn và hệ thống cấp nguồn, trong khi phép đo quang thông của đèn thông thường chỉ tính đến nguồn sáng.
1. Đèn LED cung cấp phổ ánh sáng rộng hơn so với bóng đèn truyền thống vốn có phổ ánh sáng hạn chế hơn.
Cách tiếp cận thông thường để ước tính công suất ánh sáng đầu ra của đèn không cho phép phản xạ ánh sáng từ các vật thể. Nhưng trên thực tế, tùy thuộc vào màu sắc của bề mặt, mọi thứ phản chiếu ánh sáng theo những cách khác nhau. Ví dụ, nếu một ánh sáng màu vàng được sử dụng để chiếu sáng một vật thể màu xanh lá cây, thì toàn bộ chùm ánh sáng sẽ bị bề mặt của vật thể hấp thụ, khiến cho vật thể đó có vẻ tối. Khi một vật thể màu xanh lá cây với kiểu chiếu sáng này được đặt trên một bề mặt màu đen, nó sẽ trở nên hoàn toàn vô hình. Trên thực tế, một chút hiệu ứng khác là do ánh sáng phản chiếu từ những vật thực tế. Ví dụ, cỏ trông có vẻ xanh nhưng thực ra lại bao gồm nhiều loại sắc tố (như diệp lục, caroten, xanthophyll, v.v.) nên khi bị ánh sáng vàng chiếu vào, nó sẽ phản xạ một phần tia sáng và có màu xám.
Vì đèn natri được sử dụng để chiếu sáng đường phố có phổ ánh sáng hạn chế nên chúng cần cung cấp nhiều ánh sáng để đảm bảo tầm nhìn đầy đủ. Tương tự như quang phổ của mặt trời, đèn LED có dải sáng rộng. Do đó, sự khác biệt về màu sắc của đối tượng rõ ràng hơn, cải thiện độ tương phản và cải thiện khả năng hiển thị trong một không gian nhất định. Do đó, ánh sáng LED sử dụng ít lumen hơn trong khi vẫn mang lại độ rõ quang học được cải thiện.
2. Sự đa dạng trong cách mắt người phản ứng với các mức độ ánh sáng khác nhau không được tính đến bằng các phương pháp thông thường để tính toán giá trị quang thông.
Hình que và hình nón là hai loại tế bào cảm quang chính được tìm thấy trong mắt chúng ta. Nón có khả năng nhìn màu (đôi khi được gọi là "tầm nhìn quang ảnh"), nhạy cảm với ánh sáng mạnh và hoạt động bình thường vào ban ngày. Tuy nhiên, các que phản ứng với các kích thích ánh sáng trong những hoàn cảnh khó khăn (với ít ánh sáng). Điều này được gọi là tầm nhìn scotopic (khi một người cảm nhận được môi trường không màu vì các tế bào hình nón phát hiện màu sắc không hoạt động trong tầm nhìn ban đêm).
Chỉ có thị giác quang được đo bằng quang kế được sử dụng để phát hiện cường độ ánh sáng. Tuy nhiên, trong các tình huống thực tế, hình que và hình nón (còn được gọi là "tầm nhìn siêu thị") sẽ được sử dụng để xử lý ánh sáng. Tỷ lệ S/P rất hữu ích trong tình huống này vì nó cho phép chuyển đổi lumen thông thường thành lumen mà mắt người thực sự nhìn thấy được.
Tỷ lệ giữa sắc xanh lam-lục và lục-vàng của ánh sáng được gọi là S/P. Giá trị tỷ lệ lớn hơn và khả năng hiển thị được cải thiện đều được tạo ra bởi tỷ lệ màu xanh lam-lục lam lớn hơn. Các nguồn sáng có tỷ lệ S/P cao hơn giúp cải thiện tầm nhìn ở cường độ ánh sáng thấp hơn.
Bảng cung cấp minh họa về cách chuyển đổi lumen thông thường thành lumen mà mắt người thực sự có thể cảm nhận được. Do hiệu quả tăng lên đáng kể, ánh sáng LED mang lại khả năng hiển thị nâng cao trong khi sử dụng ít năng lượng hơn.
3. Phép đo của đèn LED bao gồm toàn bộ hệ thống đèn và nguồn điện, trong khi phép đo quang thông của đèn thông thường chỉ xét đến bản thân nguồn sáng.
Ở nhiệt độ phòng, hiệu quả của đèn phóng điện natri, thủy ngân và halogen kim loại thông thường là yếu tố duy nhất được xem xét. Ảnh hưởng của ổ cắm mà đèn được lắp vào không được xem xét trong phương pháp này. Đèn natri cao áp và một số loại đèn LED có thể có hiệu suất cao (ví dụ: lên tới 100 lumen trên watt). Tuy nhiên, bản thân tỷ lệ hiệu quả năng lượng không phản ánh lượng ánh sáng thực tế mà nguồn sáng thực sự cung cấp cho một mục đích sử dụng nhất định.
Hiệu quả của ánh sáng nên được đánh giá liên quan đến đèn trong vật cố định. Thay vì đo lumen đầu ra bằng đèn, người ta nên đo lumen đạt được mục tiêu cuối cùng. Phép đo hiệu quả chiếu sáng như vậy sẽ không bao giờ phù hợp với lumen do nguồn chiếu sáng tạo ra. Những thứ có ảnh hưởng đến ánh sáng được đặt trong thiết bị cố định là nguyên nhân gây ra hiệu quả kém hơn:
Đèn truyền thống phát ra ánh sáng theo mọi hướng, được gọi là ánh sáng bẫy. Những nguồn ánh sáng này yêu cầu phải có đủ gương trong các ổ cắm được tạo ra để phản chiếu càng nhiều ánh sáng càng tốt và tập trung ánh sáng vào mục tiêu đã định. Tuy nhiên, tất cả các chùm ánh sáng không thể được chuyển hướng một cách hiệu quả.
- Thấu kính bảo vệ: Đèn chiếu sáng thường có thấu kính, ngoài mục đích bảo vệ, còn hỗ trợ tập trung các chùm sáng vào mục tiêu đã định. Một phần ánh sáng phát ra bị mất do vật liệu dùng để chế tạo thấu kính không có khả năng thấm 100% ánh sáng.
- Nhiệt độ hoạt động - Trong trường hợp nhiệt độ dao động, hiệu suất của một số nguồn sáng bị giảm. Ở 25 độ, hiệu suất nguồn được đo. Tuy nhiên, đặc biệt đối với chiếu sáng đường phố, nhiệt độ vận hành thực tế khác rất nhiều so với nhiệt độ thử nghiệm.
Nguồn điện: Phần lớn các nguồn sáng đều có nguồn điện có thể thay đổi điện áp đầu vào thành điện áp cụ thể của đèn. Thiệt hại về nguồn điện có thể thay đổi từ 5 phần trăm đến 25 phần trăm.
Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng của ánh sáng và rất quan trọng để so sánh ánh sáng LED với ánh sáng thông thường là sự suy giảm hiệu suất theo thời gian. Các nguồn chiếu sáng truyền thống, đặc biệt là đèn halogen kim loại, được đặc trưng bởi sự suy giảm hiệu suất đáng kể ngay cả sau khi sử dụng trong thời gian ngắn:
Tuổi thọ của đèn natri cao áp là 24 000 giờ, tuy nhiên, chúng mất hơn 30 phần trăm hiệu suất ban đầu. Đèn halogen kim loại có tuổi thọ 6000–15000 giờ và có mức giảm hiệu suất lên tới 50 phần trăm . Với thời gian sử dụng là 50 000–100 000 giờ, hệ thống chiếu sáng LED bị giảm năng suất 30 phần trăm sau 50 000 giờ sử dụng.
Sự so sánh nói trên chứng minh một cách rõ ràng rằng ánh sáng LED cung cấp hiệu suất vượt trội trong khoảng thời gian dài hơn đáng kể so với nguồn chiếu sáng truyền thống, cho phép người ta trì hoãn đáng kể nhu cầu thay thế hoặc sửa chữa ánh sáng.
Nghiên cứu điển hình: Ở bang Wisconsin của Hoa Kỳ, đèn natri cao áp được sử dụng trong bãi đậu xe của trường học đã được thay thế bằng bóng đèn LED cung cấp 8040 lumen. Hệ thống chiếu sáng trước đó cung cấp 19 000 lumen. Mặc dù khu vực này được chiếu sáng với ít lumen hơn sau khi nâng cấp hệ thống chiếu sáng, nhưng khách hàng của bãi đỗ xe cho biết khu vực này được chiếu sáng tốt hơn đáng kể.
So với khu vực được chiếu sáng bằng đèn natri cao áp (19 000 lumen), phía bên trái của bãi đỗ xe có đèn LED (8040 lumen) mang lại tầm nhìn vượt trội.
