Przedstawiamy porównanie systemów optycznych z aluminiowymi odbłyśnikami z systemami wyposażonymi w soczewki z tworzyw sztucznych.
System optyczny z aluminiowymi odbłyśnikami
System optyczny zaproponowany przez AEC Illuminazione nosi nazwę HIGH PERFORMANCE OPTIC i opiera się na module LED, na którym zamontowany jest wysokowydajny aluminiowy reflektor optyczny. Moduł LED i optyka są stale chronione przez płaskie szkło hartowane o wysokiej przezroczystości. Reflektory AEC zostały przetestowane zgodnie z normą DIN EN 16268 pod kątem długoterminowej stabilności materiału, osiągając klasyfikację A+ po przyspieszonych testach starzenia.
Wysokowydajny system optyczny AEC został zaprojektowany z myślą o wykorzystaniu wydajności i właściwości optycznych diod LED, przy jednoczesnym utrzymaniu tych właściwości przez cały okres użytkowania opraw oświetleniowych, mimo trudnych warunków, na jakie są one narażone.
Oprawy, wyposażone w układy optyczne AEC, dzięki aluminiowym odbłyśnikom nie ulegają z czasem wpływowi promieniowania ultrafioletowego (częściowo osłoniętego szkłem), wilgoci i codziennych cykli termicznych.
Materiały użyte do produkcji odbłyśników optycznych zostały przetestowane m.in. w celu zapewnienia maksymalnej wydajności przez cały okres użytkowania produktu. Szacuje się, że utrata wydajności reflektora nie przekracza 1% po 80 000 godzin pracy.
Zgodność z normami
Moduły optyczne zainstalowane wewnątrz opraw oświetleniowych AEC Illuminazione są w pełni zgodne z wymaganiami określonymi w dokumencie „Wymagania techniczne dla lamp zewnętrznych w technologii LED” w rozdziale 5, paragraf 5.1, ponieważ:
- Silnik fotometryczny jest oparty na systemie PCB, który wykorzystuje zasadę dodawania fotometrycznego przy użyciu kilku źródeł światła LED.
- Każdy moduł optyczny składa się z kilku źródeł światła, a każdy moduł generuje wymagany rozkład fotometryczny.
- Pomimo faktu, że każda dioda LED musi być powiązana z optyką, same diody LED w module są zasilane bardzo niskim prądem o wskaźniku awaryjności poniżej 0,01% przy 100 000 godzin, więc awarie, które mogłyby spowodować zmianę fotometrii w stosunku do warunków początkowych, prawie nie występują.
Jednorodność barwy światła
System modułów LED z aluminiowym odbłyśnikiem gwarantuje doskonałą jakość światła, z jednorodnością kątową barwy lepszą niż w przypadku pojedynczych plastikowych soczewek na poszczególnych chipach LED. Obraz powyższego zjawiska pokazano poniżej jako przykład.
Jednorodność kątowa barwy to jakościowe zjawisko świetlne, o którym mowa w wymaganiach programu ENERGY STAR® dla lamp.
Odniesienia do norm
Technologia odbłyśników aluminiowych jest powszechnie doceniana przez władze publiczne na całym świecie, takie jak:
- Nowa Zelandia, gdzie dozwolone jest jednakowe stosowanie aluminiowych odbłyśników chronionych szkłem i soczewek PMMA chronionych szkłem (TDM-SL_04_App-B2_LED Roadway Lighting – Luminaire Assessment Checklist_v20_2021-01-15)
- Norma ASNZS1158.3.1-2020, DODATEK E zezwala na stosowanie zarówno modułów optycznych składających się z pojedynczych soczewek LED, jak i modułów LED z aluminiowymi odbłyśnikami.
- Kraje skandynawskie – specyfikacja techniczna „NMF01:2021 Oprawy oświetleniowe LED – wymagania”, która dopuszcza stosowanie zarówno modułów optycznych składających się z pojedynczych soczewek LED, jak i modułów LED z aluminiowymi odbłyśnikami.
- Oman, gdzie stosowanie soczewek z tworzywa sztucznego jest dozwolone tylko pod pewnymi warunkami.
Systemy optyczne z soczewkami z tworzyw sztucznych
Plastikowe soczewki mają bezpośredni kontakt ze źródłem światła i są stale narażone na działanie promieniowania ultrafioletowego, wilgoci oraz cykli termicznych dla opraw zewnętrznych. Efekty te, choć w ograniczonym stopniu, są również obecne, gdy jednostka optyczna jest chroniona szkłem ochronnym.
Soczewki optyczne PMMA
Chociaż soczewki optyczne PMMA mają dobre właściwości optyczne, ich temperatura zeszklenia (Tg) wynosi do 80°C. Wspomniana temperatura zeszklenia to temperatura, w której amorficzny polimer zmienia się ze stanu twardego/szklanego w miękki/szorstki lub odwrotnie. Tg jest bezpośrednio powiązana z wytrzymałością i możliwościami materiału w danym zastosowaniu końcowym. Po przekroczeniu tej temperatury materiał zaczyna się odkształcać, a optyka może zmienić swój kształt, powodując tym samym zmianę geometrii fotometrii.
Soczewki optyczne z poliwęglanu
Soczewki optyczne, które są wykonane z poliwęglanu, chociaż mają wyższą temperaturę zeszklenia niż te, wykonane z PMMA i innych polimerów, są silnie narażone na promieniowanie UV, które powoduje żółknięcie i starzenie się materiału. Proces ten jest przyspieszany przez wysokie temperatury, więc pomimo większej odporności materiału, ważne jest, aby utrzymać temperaturę pracy materiału poniżej określonych limitów, na przykład poprzez odpowiednie ograniczenie mocy oprawy. Takie żółknięcie powoduje utratę strumienia wyjściowego w porównaniu z początkowo zakładanym, który jest następnie dodawany do normalnej amortyzacji strumienia świetlnego LED. Warto podkreślić, że żółknięcie, zależne od promieniowania UV i ciepła, nie występuje na soczewce jednorodnie. Oprócz możliwej utraty strumienia istnieje więc potencjalna zmiana fotometrii, a tym samym również parametrów jednorodności.
W przypadku obu rozwiązań ważne jest również sprawdzenie, czy materiały klejące do budowy lub mocowania są kompatybilne z używanymi soczewkami z tworzywa sztucznego. W przeciwnym razie może dojść do krótko- i długoterminowej degradacji. Pod uwagę należy wziąć także niewłaściwe użycie lub narażenie na działanie rozpuszczalników, ponieważ może spowodować szybką degradację, atakując plastikową strukturę materiału.
Przyspieszone testy na typowych oświetleniowych tworzywach sztucznych doprowadziły również do wyników wskazujących na zmianę koloru, trwałe odkształcenie soczewki, a tym samym bryły fotometrycznej, jej zmętnienie, a nawet pęknięcie.
BADANIA I TESTY
Kampania badawcza dotycząca degradacji materiałów promowana przez francuskie stowarzyszenie oświetleniowe AFE (Association Francaise de l’Eclairage) doprowadziła do następujących wyników:
Można zauważyć, że podczas gdy szkło (po oczyszczeniu) powraca do swojej pierwotnej wydajności, materiały takie jak poliwęglan i PMMA ulegają nieodwracalnej degradacji i nawet po oczyszczeniu wykazują trwałą utratę wydajności już po kilku tysiącach godzin.
Ciekawe są także wyniki testów przeprowadzonych przez Uniwersytet w Antwerpii (Belgia) w instalacji TUNNEL, gdzie oprawy z soczewkami i szkłem zostały zainstalowane bez zasilania, w celu oceny wpływu środowiska drogowego na narażone materiały. Przedstawiono porównanie wydajności między pierwszym dniem instalacji i po zaledwie trzech miesiącach w tunelu:
Tworzywa sztuczne ulegają nieodwracalnemu zniszczeniu już po 3 miesiącach (utrata wydajności o 2,5% w ciągu 3 miesięcy, szacowana utrata o ponad 50% w ciągu 50 000 godzin), podczas gdy szkło zachowuje swoje właściwości nawet w trudnych warunkach drogowych.
Podsumowując, zespół optyczny zbudowany z aluminiowych reflektorów chronionych hartowanym szkłem jest bardziej wartościowym i trwałym systemem niż ten z plastikowymi soczewkami. Obie technologie można uznać za równoważne (pod względem żywotności) tylko wtedy, gdy soczewki optyczne są również wykonane ze szkła, a nie z tworzywa sztucznego. W porównaniu z klasycznymi rozwiązaniami, opartymi na plastikowych soczewkach, które podlegają starzeniu i trwałej degradacji, propozycja AEC, zwłaszcza w wizji LCC (life-cycle-cost), jest lepsza pod względem wydajności optycznej i redukcji zużycia energii.
