Introduction

Nous divisons généralement la technologie des sources lumineuses en trois générations : la première génération est constituée de sources lumineuses à rayonnement thermique, la deuxième génération est constituée de sources lumineuses à décharge de gaz et la troisième génération est constituée de sources lumineuses à semi-conducteurs, à savoir les LED. Depuis 2008, les LED sont progressivement devenues populaires dans divers endroits, principalement parce que la technologie LED présente de nombreux avantages. Tout d’abord, l’avantage le plus important des lampes à LED est leur efficacité énergétique élevée. Par rapport aux lampes à incandescence traditionnelles, l’efficacité de la lumière blanche LED est plus de cinq fois supérieure. Les lampes à LED peuvent convertir 40 à 50 % de l’énergie électrique en énergie lumineuse, tandis que les lampes à incandescence traditionnelles ne convertissent que 10 % ou même moins d’énergie en lumière. Cela montre clairement que les LED réduisent considérablement le gaspillage d’énergie et ont un impact moindre sur l’environnement en réduisant la demande énergétique humaine. De plus, les lampes à LED présentent plusieurs avantages tels qu’une longue durée de vie, une large gamme de couleurs, l’absence de pollution par des substances toxiques, un démarrage rapide, une taille compacte et une conception pratique. Ces facteurs contribuent à la prévalence croissante des LED dans la vie humaine quotidienne. Cet article se concentre sur la façon d’améliorer l’efficacité lumineuse des lampes à LED car nous pensons qu’il s’agit de la caractéristique la plus importante des LED et que l’amélioration de leur efficacité lumineuse permettra leur utilisation plus large. »

Qu’est-ce que l’efficacité lumineuse?

L’efficacité lumineuse est la mesure de l’efficacité avec laquelle une source lumineuse produit de la lumière visible. Il est défini comme le rapport entre le flux lumineux (mesuré en lumens) et la puissance (mesurée en watts), exprimé en lumens par watt (lm/W). L’efficacité lumineuse élevée des luminaires signifie que, sous une puissance absorbée donnée, un rendement lumineux plus visible et de meilleurs effets d’éclairage peuvent être obtenus. Par conséquent, l’efficacité lumineuse des luminaires est un indicateur important pour évaluer les performances et l’efficacité d’un dispositif d’éclairage, reflétant le potentiel d’économie d’énergie et la qualité d’éclairage d’un système d’éclairage. Dans le domaine de l’éclairage, “l’efficacité lumineuse des LED” et “l’efficacité lumineuse des luminaires” sont deux concepts liés mais distincts.

L’efficacité lumineuse des LED fait référence à l’efficacité avec laquelle les sources lumineuses individuelles, telles que les puces LED, convertissent l’énergie électrique d’entrée en lumière visible. Il indique la luminosité ou le flux lumineux produit par les LED par unité de consommation d’énergie et est généralement exprimé en lumens per watt (lm/W). Une efficacité lumineuse plus élevée indique une lumière plus brillante produite par les LED et une plus grande efficacité énergétique, permettant un rendement lumineux plus élevé sous la même puissance.

D’autre part, l’efficacité lumineuse des luminaires fait référence à l’efficacité énergétique globale de l’ensemble du dispositif d’éclairage, y compris les LED et autres composants auxiliaires tels que les réflecteurs, les lentilles et les radiateurs. L’efficacité lumineuse des luminaires englobe l’efficacité des perles de la lampe et est influencée par divers facteurs, notamment l’efficacité des LED elles-mêmes, la conception optique, la conception de la dissipation thermique et alimentation led circuit (efficacité). La prise en compte de ces facteurs peut améliorer l’efficacité lumineuse des luminaires.

Avantages d’une efficacité lumineuse élevée

L’éclairage LED présente de nombreux avantages en raison de son efficacité lumineuse élevée. Voici quelques-uns des principaux avantages :

Économie d’énergie et haute efficacité : les luminaires LED à haute efficacité lumineuse permettent de produire plus de luminosité avec la même consommation d’énergie. Par rapport aux technologies d’éclairage traditionnelles, les luminaires à LED permettent une plus grande consommation d’énergie, ce qui entraîne des économies d’électricité. Ceci est particulièrement important pour les systèmes d’éclairage urbain car cela réduit les dépenses énergétiques et la demande de ressources électriques.

Longue durée de vie et durabilité : une efficacité lumineuse élevée signifie que les luminaires à LED génèrent une chaleur relativement faible tout en répondant aux exigences d’éclairage, ce qui contribue à réduire le vieillissement et les dommages aux puces LED. La longue durée de vie des luminaires LED se traduit par moins de maintenance et des coûts de remplacement réduits, ce qui les rend particulièrement adaptés aux systèmes d’éclairage à grande échelle tels que l’éclairage routier et l’éclairage des zones urbaines.

Économie de coûts : En raison de l’efficacité lumineuse élevée des luminaires à LED, moins d’unités sont nécessaires pour les mêmes exigences d’éclairage. Cela signifie des économies de coûts en termes d’installation et de maintenance, réduisant la consommation de main-d’œuvre et de ressources. La longue durée de vie des luminaires LED réduit également la fréquence et le coût de remplacement.

Respectueux de l’environnement : les luminaires LED à haut rendement réduisent la consommation d’énergie, ce qui réduit la demande de combustibles fossiles et réduit les émissions de carbone. De plus, les luminaires à LED ne contiennent pas de substances nocives comme le mercure, ce qui réduit la pollution de l’environnement et les risques pour la santé.

Période de retour sur investissement courte : L’efficacité lumineuse élevée des luminaires LED signifie que les besoins d’éclairage peuvent être satisfaits avec une puissance inférieure. Leurs caractéristiques d’économie d’énergie rendent les luminaires LED largement utilisés dans les projets de contrat de performance énergétique (EPC) .Il aide les autorités municipales ou les propriétaires de projets à allouer les coûts d’électricité économisés aux investissements initiaux, et l’efficacité lumineuse élevée raccourcit considérablement la période de récupération.

Stratégies pour améliorer l’efficacité lumineuse

Efficacité de l’alimentation LED

Le principal avantage de l’utilisation d’une alimentation LED à haut rendement est l’économie d’énergie, et l’énergie économisée par un pilote à haut rendement est assez importante tout au long du cycle de vie de l’alimentation LED. Un disque efficace à 90 % dissipe près de la moitié de la puissance qu’un disque efficace à 80 % dissipe, de sorte que les économies d’énergie sur une longue durée de vie de 50 000 heures peuvent devenir importantes. Plus l’efficacité de l’alimentation LED est élevée, plus le rapport entre la sortie et l’entrée est élevé, c’est-à-dire que plus d’énergie électrique sera convertie en énergie lumineuse par les puces LED, comme le montre la figure ci-dessous.

De plus, pour les drivers de LED, le plus grand défi n’est peut-être pas l’efficacité mais la fiabilité. L’amélioration de la fiabilité du pilote, qui est le maillon le plus faible de tous les composants d’un luminaire, pose un défi important, y compris les limitations fondamentales de fiabilité de nombreux sous-composants du pilote. L’exploration de l’intégration de composants à semi-conducteurs dans les pilotes comme une alternative plus fiable doit être envisagée, car les pilotes à semi-conducteurs peuvent simplifier le nombre de pièces et réduire les pannes. De plus, les pilotes à haut rendement ont des pertes de chaleur et des températures plus faibles, ce qui peut augmenter considérablement la durée de vie du produit. Une chaleur plus élevée dans des pilotes moins efficaces augmente considérablement la température des composants et, dans une moindre mesure, les taux de défaillance.

Efficacité des LED

La technologie LED (diode électroluminescente) est intrinsèquement plus économe en énergie que les technologies d’éclairage traditionnelles telles que Sodium à haute pression (HPS) ou Metal Halide (MH). Les LED convertissent un pourcentage plus élevé d’énergie électrique en lumière visible, minimisant ainsi le gaspillage de chaleur. La technologie LED elle-même a encore beaucoup à faire. Différentes qualités et types de puces LED ont des efficacités différentes dans la conversion de l’énergie électrique en énergie lumineuse. L’utilisation de LED avec un flux lumineux ou une efficacité élevée contribue à améliorer l’efficacité du luminaire. De plus, si des LED à flux lumineux plus élevé ne peuvent pas être utilisées, l’efficacité lumineuse peut être améliorée en augmentant le nombre de LED. Lorsque le courant d’attaque de l’alimentation est constant, le nombre de LED augmente, la puissance reste inchangée, le courant d’attaque d’une seule LED diminue, le flux lumineux de la LED augmente et l’efficacité lumineuse de la LED augmente. De plus, la différence de température de couleur et d’indice d’affichage des LED a également un certain impact sur l’effet lumineux du cordon de lampe. Pour plus de détails, veuillez vous référer aux spécifications du fournisseur de puces LED. Ce qui suit n’est pas une comparaison de l’efficacité des différentes technologies d’éclairage et des puces LED dans la conversion de l’énergie électrique en énergie lumineuse.

Heatsink – heat dissipation

L’efficacité des lampes LED est liée à sa température. De manière générale, plus la température est basse (dans une plage raisonnable), plus l’efficacité de la lampe est élevée. Au contraire, plus la température est élevée, plus l’efficacité de la lampe est faible. Le statisme thermique des LED est un phénomène dans lequel l’efficacité lumineuse des diodes électroluminescentes (LED) diminue avec l’augmentation de la température. Cela se manifeste par le fait que lorsqu’une LED chauffe, elle devient moins efficace pour convertir l’énergie électrique en lumière, ce qui réduit le rendement lumineux. Certains chercheurs pensent que ce phénomène est causé par la recombinaison de paires électron-trou dans la région active de la LED, générant ainsi de la chaleur. À mesure que la température de la LED augmente, le nombre de paires électron-trou augmente, ce qui entraîne une augmentation de la génération de chaleur, ce qui entraînera une diminution de l’efficacité quantique de la LED. La raison réelle peut être plus compliquée, mais nous devons juste nous rappeler que l’efficacité de la LED diminuera à mesure que la température augmentera.

Contrôler la température de fonctionnement de la LED signifie s’assurer que la température de fonctionnement de la LED se situe toujours dans une plage appropriée. L’augmentation du courant augmente le rendement lumineux, mais augmente également la chaleur. Au contraire, lorsque nous utilisons un courant d’entraînement inférieur dans la conception des lampes à LED, l’augmentation de la chaleur ne sera pas si évidente, afin d’éviter une température excessive, de réduire la dégradation de la lumière et de prolonger la durée de vie des LED. Dans le même temps, le courant d’entraînement inférieur est également très utile pour améliorer l’efficacité de la lampe LED elle-même. Mais nous devons faire attention, un courant d’entraînement plus faible signifie que nous devons utiliser plus de LED pour atteindre la puissance de conception de la lampe. Pour obtenir une dissipation thermique efficace et améliorer les performances globales de dissipation thermique, les lampadaires à LED peuvent s’appuyer sur des radiateurs externes pour réduire la température interne et maintenir un environnement interne relativement équilibré. En utilisant des radiateurs externes, l’excès de chaleur généré par le lampadaire LED peut être efficacement dissipé. Cette approche permet d’éviter la surchauffe et assure un fonctionnement optimal de la lampe. Nous listons différents dissipateurs de chaleur dans la figure ci-dessous. En fonction de la connexion efficace entre le PCB et le dissipateur thermique, nous pouvons améliorer les performances de dissipation thermique de la lampe et garantir que les puces LED fonctionnent à une température raisonnable.

Optique

Le système optique du luminaire contrôle et manipule l’intensité et la distribution spatiale de la lumière appliquée. Différents agencements de lentilles, réflecteurs et diffuseurs peuvent être utilisés en fonction de l’application d’éclairag, distribution lumineuse souhaitée et facteur de forme du produit d’éclairage. Des études confirment qu’un meilleur contrôle optique peut souvent utiliser moins de lumière totale pour atteindre des niveaux d’éclairement spécifiés. Pour les applications extérieures (éclairage public à LED, flood lighting), une répartition adéquate de la lumière peut réduire la sur-illumination et l’éclairage indésirable non ciblé qui se manifeste par une intrusion lumineuse ou un éblouissement émis dans l’atmosphère et faisant briller le ciel.

Dans les applications actuelles, les luminaires bien conçus peuvent subir moins de 10 % de perte optique. D’une manière générale, plus le paquet de LED est petit et petit, plus la pointe est petite et plus le système optique est efficace. Le nombre de couches de la lentille, d’une manière générale, plus la lumière traverse de supports (lentilles et verre), plus la perte est élevée. De plus, le matériau de la lentille, l’utilisation de réflecteurs et de diffuseurs ont également un impact sur l’efficacité lumineuse. Par exemple, la transmission lumineuse de la lentille LED en PC est inférieure à celle de la lentille en PMMA.

Tendances de l’efficacité lumineuse des luminaires LED

Comme suit, j’énumère l’efficacité lumineuse des puces LED à différentes périodes, ainsi que l’efficacité énergétique, la transmission de la lumière de la lentille et leur impact sur l’efficacité lumineuse du luminaire. Avec les progrès de la technologie, nous pensons que l’efficacité lumineuse des lampes LED peut être encore améliorée à l’avenir.

Lampadaire LED ZGSM avec différentes efficacités lumineuses

Depuis sa création en 2005, ZGSM s’est engagé dans le développement de lampes LED à haut rendement. À l’heure actuelle, notre société a fait de bons progrès dans le développement de lampadaires à LED. Ci-dessous, nous listons les lampadaires LED ZGSM avec une efficacité lumineuse différente à différentes périodes.

Conclusion

Cet article décrit principalement les avantages des lampes LED à haut rendement et comment améliorer l’efficacité lumineuse des lampes LED. Les lampes LED à haut rendement présentent les avantages d’économie d’énergie, de protection de l’environnement et de coûts d’exploitation réduits. Ils peuvent produire des effets d’éclairage identiques ou plus lumineux avec moins d’électricité, réduire la consommation d’énergie, réduire les factures d’électricité et jouer un rôle positif dans la protection de l’environnement et la réduction des émissions de carbone. Dans l’application des lampadaires solaires, une efficacité lumineuse élevée peut également prolonger la durée de vie de la batterie. Afin d’améliorer l’efficacité lumineuse des lampes LED, nous pouvons choisir des puces LED et une puissance d’entraînement à haut rendement, optimiser la conception de dissipation thermique et la conception optique, etc. Bien sûr, les méthodes ne se limitent pas à celles-ci. Les lampes LED à haut rendement en font une solution d’éclairage durable et économique. De plus en plus de fabricants s’engagent dans la recherche dans ce domaine, et les acheteurs et les porteurs de projet préfèrent également ces solutions car elles sont économes en énergie et respectueuses de l’environnement.

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