Для потребителей, не имеющих опыт применения светодиодных светильников и использующих колбовые лампы, связь свечения с температурой может показаться, по меньшей мере, странной. Действительно, температура излучающей нити в лампе накаливания не намного меньше 3000 °C, колба дуговой газоразрядной лампы высокого давления в процессе работы нагревается до 450 °C в нормальном режиме и вряд ли незначительные изменения температур как-то отразятся на световых характеристиках. Трубки люминесцентных ламп низкого давления, наоборот, при работе остаются безопасно холодными, и нет никаких видимых причин к тому, что их температура может повлиять на излучение света.
В светодиодном освещении дело обстоит иначе. Дело в том, что источник света светодиода — кристалл полупроводника (матрица отдельных кристаллов в светодиодных модулях). Размер кристалла настолько мал, что отклонения температуры в пределах от единиц до нескольких десятков градусов значительно изменяют режим его работы и характеристики излучаемого света.
В современных осветительных светодиодах обычно применяют кристаллы полупроводников размерами 38×38, 45×45 или 60×60 мил (1 мил = 1/1000 дюйма) рассчитанные на 1 Вт электрической мощности. В более привычных единицах это от 1×1 до 1,5×1,5 мм, толщина кристаллов примерно 0,15 мм. Неудивительно, что при таких размерах даже один ватт подводимой мощности заметно нагревает полупроводник, а учитывая, что предельная температура функционирования в среднем не превышает 150 °C, влияние нагрева становится существенным.
На рисунке 1 приведен график типичной зависимости интенсивности излучаемого кристаллом света от температуры полупроводника.
Рис. 1. Зависимость интенсивности света от температуры кристалла светодиода
И здесь следует акцентировать внимание на следующее обстоятельство. Крайне редко изготовители и продавцы светодиодных светильников делают поправку на уменьшение светового потока в готовом изделии относительно паспортного значения этого параметра для самого светодиодного модуля. У светодиодов поток нормируется для условий температуры кристалла 25 °C, замеряется в лабораторных условиях в режиме подачи короткого импульса тока, при котором полупроводник не успевает нагреться. Как мы указывали ранее, реальная температура кристаллов светодиода составляет 90-110 °C, следовательно, у любого светодиодного осветительного прибора световой поток не превысит 90% паспортного значения светового потока светодиода.
В продукции недобросовестных поставщиков и в плохо спроектированных светильниках отклонение в меньшую сторону от заявленного может составить 15-20%. Но и это еще не всё.
С увеличением температуры кристалла изменяется цветовая температура света в сторону увеличения (Рис. 2). Чаще всего в светильниках устанавливаются светодиоды холодного белого света с заметной долей голубого оттенка, так как они имеют меньшую стоимость в сравнении с такими же источниками более теплого света, а их цветовая температура 6000 градусов созвучна температуре поверхности солнца и вызывает у потребителя соответствующие ассоциации.
Рис. 2. Зависимость интенсивности света от температуры
кристалла светодиода холодного белого света
На самом деле у светодиодов холодного белого света значительная доля излучения приходится на синюю область спектра, где чувствительность глаза ниже. И, несмотря на то, что световой поток выше, чем у «теплых» светодиодов, освещенность от таких светодиодов по ощущениям может выглядеть недостаточной, а свет темным.
Перегрев кристаллов и смещение спектра еще более в сторону синего в совокупности с уменьшением потока воспринимается как заметное ослабление света.
Ко всему перечисленному добавляются потери света в конструктиве светильника – потери на отражении от фокусирующих рефлекторов и потери на оптических элементах. Кстати сказать, что оптика и защитные стекла в светильниках для уменьшения затрат часто выполнена из поликарбоната, потери света с которым выше, чем с оптикой из более дорогого и долговечного силикатного стекла.
Резюмируя сказанное можно утверждать, что высокие эксплуатационные температуры являются сильным фактором, ухудшающим световые характеристики светодиодных светильников. Причем в сторону ухудшения изменяются сразу несколько важных параметров — световой поток, долговечность, цветовая температура и, в совокупности, экономическая эффективность применения светодиодного светильника.
Отметим еще раз, в светильниках ДСП учтен фактор влияния высокой температуры на работоспособность светодиодов. Элементы отвода тепла выполнены таким образом, что максимум температуры кристаллов в процессе работы остается ниже 100 °C в наихудших режимах, а в нормальных условиях внешней среды находится на уровне 80 °C. В совокупности с применением светодиодов нейтрально белого света и оптики из силикатного стекла это гарантирует качественный свет, высокую долговечность и существенный экономический эффект применения светильников.
Н. Н. ГАВРИЛОВ
Зам. директора по техн. вопросам
ООО «Промышленная группа Кальченко и К»
scientec@kalchenko.com
