LED-schijnwerpers: hoe de alleskunners voor buitenverlichting werken

LED-schijnwerpers zijn gerichte, richtbare LED-armaturen die een lichtstraal richten op een bepaalde ruimte, object of oppervlak. Een fundamenteel onderdeel van zowel binnen- als buitenverlichting is schijnwerperverlichting. In de verlichtingsindustrie worden echter vaak "schijnwerperarmaturen" of "schijnwerpers" gebruikt om weerbestendige buitenarmaturen te beschrijven die taak-, accent- of gebiedsverlichting bieden voor verschillende doeleinden. Schijnwerpers zijn eigenlijk een nogal onduidelijke productcategorie. Schijnwerpers zijn armaturen voor buiten die een smalle lichtbundel produceren voor spotverlichting of verreikende verlichting naast de brede lichtspreiding waarvoor ze zijn ontworpen om te projecteren. Dus een naar buiten gericht licht dat bedoeld is om gecontroleerde verlichting van het gespecificeerde bereik te produceren, kan worden omschreven als een schijnwerper.

toepassingen
De meest veelzijdige vorm van buitenverlichting is de schijnwerper. Schijnwerpers kunnen een geschikte keuze zijn voor bijna alle buitentoepassingen die gerichte verlichting over een specifieke zone vereisen, met uitzondering van weg- en straatverlichting, waarvoor straalpatronen nodig zijn die zijn aangepast aan wegontwerpen. Schijnwerpers bieden een oplossing waarmee de fotometrische prestaties kunnen worden verbeterd door middel van een "probeer en aanpassing"-proces, dankzij hun uitgebreide reeks bundelpatronen en lumenpakketten, optische richtmogelijkheden en flexibele montageopties. Ze kunnen worden gebruikt om de dagelijkse functies van buitenruimtes en faciliteiten in de nacht over te dragen of om de aandacht te vestigen op bepaalde architectonische en landschappelijke kenmerken, waardoor de anders sombere gevel verandert in een prachtig nachtelijk tafereel.

Gebiedsverlichting
Grote geometrische gebieden zoals kruispunten van wegen, parkeerterreinen, autoterreinen, luchthavenplatforms, recreatiecentra, parken, opslagterreinen, vrachtterminals en tolpleinen kunnen allemaal worden verlicht door schijnwerpers die worden gebruikt als armaturen voor gebiedsverlichting. Schijnwerpers zijn gebruikt als een werkpaard in verlichtingssystemen met hoge masten, ook al zijn ze misschien niet optimaal voor verlichting op voetganger- en stedelijke schaal vanwege mogelijke problemen met strooilicht en verblindingsbeperking. Op locaties zoals appartementsgebouwen, hotels en ziekenhuizen die niet zijn omgeven door lichtgevoelige zones, zijn doorgaans verlichtingssystemen met hoge masten geïnstalleerd. Om ervoor te zorgen dat de krachtigste delen van de lichtbundel precies daar kunnen worden gericht, kunnen schijnwerpers vanaf het hoge mastframe in elke richting worden gericht. Voor weinig overlast of conflicten met de regio moeten vaak hoge mastsystemen aan de rand van of op enige afstand van het doelgebied worden geplaatst. De lumenpakketten en lichtverdelingspatronen van schijnwerpers kunnen worden gecreëerd om te passen bij de plaatsing van het hoge mastsysteem.

Atletische verlichting
Voor stadions, arena's, speelvelden, atletiekvelden en andere buitenlocaties waar sporten zoals boogschieten, honkbal, wielrennen, golf, motorracen, paardenraces, voetbal, voetbal, tennis, schaatsen en cricket worden gespeeld, maken sportverlichtingssystemen gebruik van schijnwerpers om consistente verlichting te bieden. De enige soort armaturen die kunnen worden gebruikt voor verlichting van buitensporten, zijn schijnwerpers met directe distributie, omdat er doorgaans geen structuren zijn om boven gloeilampen op te plaatsen en geen oppervlak om het licht dat van het speelveld wordt teruggekaatst, af te leiden. Verlichtingssterktewaarden, uniformiteitsverhoudingen, lichtverdelingen, montagehoogtes, oriëntaties en plaatsingen moeten allemaal zorgvuldig worden overwogen bij het ontwerpen van een sportverlichtingssysteem. Floodlighting wordt meestal vanuit verschillende hoeken geleverd om schaduwen en opdringerig licht te verminderen en tegelijkertijd het zicht op het spelende doelwit en de spelermodellering te verbeteren.

landschap verlichting
Om drama, schoonheid, diepte, dimensie, textuur, ruimte en focuspunten aan een landschapsfoto toe te voegen, zijn schijnwerperarmaturen nodig. Deze lichten kunnen worden gebruikt om hardscape-stukken te markeren, zoals standbeelden, fonteinen, monumenten of andere architecturale componenten die bedoeld zijn om deel uit te maken van het landschapsplan. Meestal worden schijnwerpers gebruikt om bomen, struiken en andere planten te verlichten die worden gebruikt om een ​​structuur of een gebied vorm te geven. Deze technieken omvatten washlighting, uplighting, moonlighting, spotten, silhouetten en schaduwen. Bijna onbeperkte lichteffecten zijn mogelijk dankzij een grote keuze aan lichtverdelingen en een revitaliserende mix van verlichtingsbenaderingen.

Verlichting voor constructies en gevels
De architecturale elementen van een gebouw of constructie zijn een belangrijk ontwerpaspect dat kan worden benadrukt om onderscheid, betekenis en herkenning over te brengen. Architecturale schijnwerperarmaturen kunnen worden gebruikt voor accentverlichting, wandbelichting en wallwashing, die een hele wand in gelijkmatig licht baadt en de textuurschoonheid van een verticaal oppervlak benadrukt. Schijnwerpers kunnen worden gebruikt om de inherente aantrekkingskracht van architectuur, zoals gebouwen, bruggen en recreatieve voorzieningen, te benadrukken en een ongelooflijke illusie van driedimensionaliteit te creëren.

Beveiliging lampen
Om veiligheidsverlichting te bieden, worden schijnwerpers vaak gebouwd rond de randen van residentiële, commerciële, industriële en institutionele gebouwen of instellingen. Verlichting kan criminele activiteiten ontmoedigen en de indruk wekken dat een plek relatief veilig is. De omtrekverlichting van breedstralende schijnwerpers kan de zichtbaarheid verbeteren, inbrekers afschrikken en de juiste werking van aanvullende beveiligingshulpmiddelen zoals bewakingscamera's en videodeurbellen mogelijk maken.

Buitenverlichting die industrieel is
Schijnwerpers worden vaak gebruikt ter ondersteuning van gebieds- en taakverlichting voor industriële parken en productiefaciliteiten buiten, zoals aardolieraffinaderijen, chemische fabrieken, boorplatforms, oliedepots, rioolwaterzuiveringsinstallaties en dagbouwmijnen. Industriële schijnwerpers kunnen ontworpen zijn om aan deze veeleisende omstandigheden te voldoen en zijn gecertificeerd voor gebruik op gevaarlijke locaties die zijn geclassificeerd volgens IEC- of NEC/CEC-normen, omdat er in deze gebieden waarschijnlijk een hoge luchtvochtigheid, ontvlambare dampen, een corrosieve atmosfeer en gevaarlijke materialen aanwezig zijn.

draagbare lichtmasten
Een mobiele lichtmast is een tijdelijke openbare verlichting die op een aanhangwagen wordt geplaatst en wordt gebruikt voor tijdelijke openbare verlichting op werklocaties, buitenevenementen en rampenbestrijding. Op het hoofdframe van een uitschuifbare mast zijn een aantal schijnwerperarmaturen geplaatst. De intrekbare mast kan snel en eenvoudig worden ingezet met behulp van een menselijke of elektrische lier.

Verlichtingstechniek
De primaire lichtbronnen voor schijnwerperarmaturen waren in het verleden hogedrukgasontladingslampen (HID), meer bepaald hogedruknatriumlampen (HPS) en metaalhalogenidelampen (MH). Het gebruik van deze gasontladingslampen brengt echter veel compromissen met zich mee. HPS kan een bronefficiëntie bereiken tussen 70 en 140 lm/W, maar het licht dat deze technologie produceert, kan een grote invloed hebben op hoe mensen kleur waarnemen. Daardoor zijn er maar weinig toepassingen voor HPS-lampen. HPS-schijnwerpers worden vaak gebruikt in terreinverlichtingstoepassingen waar het beoogde gebruik niet significant wordt beïnvloed door kleurwaarneming. In tegenstelling tot HPS-verlichting, die doorgaans een CRI (kleurweergave-index) van 22 heeft, bieden MH-lampen een respectabele kleurprestatie (vaak een CRI van 65) voor kleurgevoelige toepassingen zoals sportverlichting. Aan de andere kant hebben MH-lampen een slechte energie-efficiëntie en een korte levensduur die het rendement op investering (ROI) van deze technologie aanzienlijk verminderen, naast hun inherente hoge brandgevaar, geluidsoverlast en UV-straling.

De ontwikkeling van kunstmatige verlichting wordt gekenmerkt door voortdurende vooruitgang en een aantal belangrijke ontdekkingen. Light Emitting Diode (LED)-technologie, die is gebaseerd op halfgeleiders, is de meest recente vooruitgang in verlichting. Veel van de nadelen van HID-verlichting worden geëlimineerd door LED-technologie, waardoor schijnwerperarmaturen een uitzonderlijke ROI kunnen bieden. Het typische bronrendement van momenteel toegankelijke LED's ligt in de buurt van 200 lm/W. Hoewel HID-schijnwerpers een aanzienlijk lagere systeemeffectiviteit hebben (70-85 procent), zorgt de gerichte aard van LED's ervoor dat tot 95 procent van de lichtopbrengst van de LED's uit de armatuur kan worden gehaald. Hoge optische en energieconversie-efficiëntie resulteren in uitzonderlijk lage bedrijfskosten en een snel rendement. De geringe hoeveelheid onderhoud die nodig is tijdens de levensduur van het product en de verlengde levensduur van een correct geconstrueerd systeem zorgen voor een verdere verlaging van de totale eigendomskosten. Wanneer de armatuur wordt bestuurd door sensoren of bedieningselementen die kunnen reageren op veranderingen in de omgeving en bezetting of kunnen communiceren met andere apparatuur en systemen, kunnen de energiebesparingen van LED-schijnwerpers nog verder worden verhoogd.

De voordelen van LED-schijnwerpers gaan veel verder dan de verlengde levensduur, uitstekende energie-efficiëntie en lage onderhoudseisen. Voor schijnwerpertoepassingen verbetert LED-technologie de kwaliteit van de verlichting aanzienlijk. In wezen kan een voorwaarts gerichte lichtstraal worden beschreven als de directionele Lambertiaanse ruimtelijke intensiteitsverdeling die LED's uitzenden. Dit maakt een zeer homogene lichtverdeling mogelijk door een zeer efficiënte optische regeling met behulp van speciale optica die is gemaakt voor bepaalde soorten afzonderlijke LED's of arrays. Bij de lichtplanning is een gelijkmatige lichtverdeling over een oppervlak of gebied cruciaal. Het grootste deel van de verlichting die door HID-systemen wordt geproduceerd, valt precies onder de armatuur, waardoor een hotspot met een hoge luminantie ontstaat. Aangezien HID-schijnwerpers vaak een slechte uniformiteitsverhouding (6:1) hebben, kan dit leiden tot dramatisch variërende helderheidsniveaus in verlichtingsinstallaties in de buurt, waardoor een grote installatiedichtheid nodig is om de slechte uniformiteit te compenseren. Het is mogelijk om LED-schijnwerpers te bouwen die een uniforme lichtverdeling over een oppervlak of gebied werpen met een verlichtingsuniformiteitsverhouding van minder dan 3:1. De constante weergave van landschappen of objecten binnen een verlichtingszone wordt mogelijk gemaakt door een gelijkmatige verlichting, die ook verhindert dat de visuele waarneming wordt vervormd en de frequentie van oogaanpassing tussen verschillende zichttoestanden verlaagt. Het is ook mogelijk om de armatuurafstand te maximaliseren met een hoge uniformiteit van de verlichtingssterkte, wat de apparatuur- en installatiekosten aanzienlijk verlaagt.

De uitstekende spectrumprestaties van LED-schijnwerpers zijn nog een van de aantrekkelijke kenmerken. De CRI van de meest betaalbare LED's op de markt, wat een grote stijging is ten opzichte van HID-lichtbronnen, ligt in het bereik van 70 tot 80. Met deze mate van kleurgetrouwheid kan aan de overgrote meerderheid van de kleurweergavebehoeften in buitenverlichtingstoepassingen worden voldaan. Om te voldoen aan de strengste vereisten voor kleurdiscriminatie, kan de spectrale samenstelling van LED's worden ontworpen om een ​​uitzonderlijke kleurweergave te geven met een CRI van meer dan 90. De scotopische/fotopische (S/P)-verhouding, die wordt gebruikt om de lichtbron te beoordelen bruikbaarheid (voor visuele prestaties) wanneer de lichtintensiteit afneemt, is een ander opmerkelijk spectraal kenmerk van LED's. LED-schijnwerpers bieden een S/P-ratio van wel 2,0 of meer, in tegenstelling tot de lage S/P-ratio (0,65) van HPS-lampen. Bij blootstelling aan verlichting met een hoge S/P-verhouding presteert mesopisch zicht, dat tussen het scotopische en fotopische bereik ligt, beter in het perifere zichtgebied. Buitenverlichting die bedoeld is om het autoverkeer aan te kunnen, heeft vaak gemiddelde lichtniveaus in het mesopische bereik. Om het zicht van de bestuurder te behouden en het aantal ongevallen te verlagen, heeft men een goed mesopisch zicht nodig.

De opstart- en hot-restart-zorgen waarmee HID-verlichting te maken heeft, zijn geen probleem voor LED-schijnwerpers. Om ervoor te zorgen dat HID-schijnwerpers hun optimale helderheid leveren, moet de gloeidraad eerst opwarmen. Voor de opwarmfase kan maximaal 10 minuten worden uitgetrokken. Hete herstart van een HID-systeem is een groter probleem dan een warme start. Het kan tot twintig minuten duren om de hot restrike-procedure te voltooien, wat een afkoel-/opwarmcyclus omvat. Grootschalige buitenbijeenkomsten kunnen verwarring en angst ervaren als gevolg van lange herstartperiodes. Het risico van een herstart bij HID-verlichting wordt geëlimineerd door de onmiddellijke aan/uit-werking van LED-armaturen, wat de mate van veiligheid in geval van nood verhoogt.

In combinatie met een geschikte driver die in staat is om dimmen uit te voeren, kunnen LED's hun lichtopbrengst wijzigen naar elk gewenst niveau, in tegenstelling tot de beperkte dimmogelijkheden van HID. LED-schijnwerpers kunnen op een zeer dynamische manier worden geregeld vanwege hun snelle reactietijd op veranderingen in de stroomvoorziening. Dit biedt een breed scala aan lichtmanagementtechnieken voor het doel van energiebesparing en dynamische verlichting. Met name de dynamische aard van LED-verlichting maakt het mogelijk om LED-schijnwerperverlichting te gebruiken in architecturale en landschapsverlichtingstoepassingen om een ​​onbeperkte variëteit en combinatie van dynamische effecten te produceren.