Waarom directe vergelijking van traditionele verlichtingslumen (natrium, kwik, metaalhalogenide) met cataloguslumen van LED-verlichting geen nauwkeurige bevindingen kan opleveren.
Het aantal lumen dat in productcatalogi wordt vermeld, kan niet worden gebruikt om LED-verlichting te vergelijken met conventionele verlichting, aangezien de hoeveelheid lumen die het menselijk oog waarneemt, afhangt van het type verlichtingstechnologie dat wordt gebruikt. Drie dingen zijn hiervoor verantwoordelijk:
1. LED-verlichting geeft een breder lichtspectrum dan traditionele lampen, die een beperkter spectrum hebben.
2. Met de gebruikelijke methoden voor het berekenen van de lumenwaarde wordt geen rekening gehouden met de variatie in hoe het menselijk oog reageert op verschillende lichtniveaus.
3. De meting van LED-lampen omvat het volledige armatuur- en voedingssysteem, terwijl de meting van de lichtstroom van conventionele lampen alleen rekening houdt met de lichtbron.
1. LED-verlichting geeft een breder lichtspectrum dan traditionele lampen, die een beperkter spectrum hebben.
De conventionele benadering voor het schatten van het uitgangslichtvermogen van een lamp houdt geen rekening met lichtreflectie van objecten. Maar in feite reflecteren dingen, afhankelijk van de kleur van het oppervlak, licht op verschillende manieren. Als bijvoorbeeld een geel licht wordt gebruikt om een groen voorwerp te verlichten, wordt de hele lichtstraal geabsorbeerd door het oppervlak van het voorwerp, waardoor het voorwerp er donker uitziet. Wanneer een groen object met dit soort verlichting op een zwarte ondergrond wordt geplaatst, wordt het absoluut onzichtbaar. In werkelijkheid is een klein beetje een ander effect het gevolg van licht dat weerkaatst op de werkelijke dingen. Gras lijkt bijvoorbeeld groen, maar bevat in werkelijkheid een verscheidenheid aan pigmenten (zoals chlorofyl, carotenoïden, xanthofylen, enz.). Daarom zal het bij geel licht een deel van de lichtstralen reflecteren en er grijs uitzien.
Omdat natriumlampen voor straatverlichting een beperkt lichtspectrum hebben, moeten ze veel licht geven om voldoende zichtbaarheid te garanderen. Net als het spectrum van de zon heeft LED-verlichting een breed lichtbereik. Hierdoor zijn kleurverschillen tussen objecten duidelijker, waardoor het contrast en de zichtbaarheid in een bepaalde ruimte verbeteren. Daarom gebruikt LED-verlichting veel minder lumen en biedt het toch een verbeterde optische helderheid.
2. Met de gebruikelijke methoden voor het berekenen van de lumenwaarde wordt geen rekening gehouden met de variatie in hoe het menselijk oog reageert op verschillende lichtniveaus.
Staafjes en kegeltjes zijn de twee belangrijkste categorieën fotoreceptoren die in onze ogen worden aangetroffen. Kegeltjes zijn in staat om kleuren te zien (ook wel "fotopisch zicht" genoemd), zijn gevoelig voor fel licht en functioneren overdag normaal. Staafjes reageren toch op lichtprikkels onder uitdagende omstandigheden (met weinig licht). Dit wordt scotopisch zicht genoemd (wanneer een persoon een kleurloze omgeving waarneemt omdat de kegeltjes die kleur detecteren slapend zijn tijdens nachtzicht).
Alleen fotopisch zicht wordt gemeten door fotometers die worden gebruikt om de lichtintensiteit te detecteren. In situaties in de echte wereld zullen staafjes en kegeltjes (ook bekend als "mesopisch zicht") echter worden gebruikt om licht te verwerken. De S/P-ratio is in deze situatie nuttig omdat het de omzetting van conventionele lumen in lumen mogelijk maakt die echt door het menselijk oog worden gezien.
De verhouding van de blauw-groene tot de groen-gele tint van een licht wordt S/P genoemd. Een grotere verhoudingswaarde en verbeterde zichtbaarheid worden beide geproduceerd door een groter aandeel blauwgroene kleuren. Lichtbronnen met een hogere S/P-verhouding verbeteren het zicht bij lagere lichtintensiteiten.
De tabel geeft een illustratie van hoe conventionele lumen kan worden omgezet in lumen dat echt kan worden waargenomen door het menselijk oog. Dankzij de aanzienlijk hogere efficiëntie biedt LED-verlichting meer zichtbaarheid bij een lager energieverbruik.
3. De meting van LED-lampen omvat het volledige armatuur en voedingssysteem, terwijl de meting van de lichtstroom voor conventionele lampen alleen de lichtbron zelf in aanmerking neemt.
Bij kamertemperatuur wordt alleen gekeken naar de efficiëntie van conventionele natrium-, kwik- en metaalhalogenide-ontladingslampen. Het effect van de fitting waarin de lamp wordt gemonteerd, wordt bij deze methode niet meegenomen. Hogedruknatriumlampen en sommige soorten LED-verlichting kunnen zeer efficiënt zijn (bijvoorbeeld tot 100 lumen per watt). De energie-efficiëntieverhouding op zich geeft echter niet de werkelijke hoeveelheid licht weer die een lichtbron daadwerkelijk levert voor een bepaald gebruik.
De efficiëntie van verlichting moet worden beoordeeld in relatie tot de lamp in het armatuur. In plaats van de lumenoutput van een lamp te meten, zou men lumen moeten meten die een einddoel bereikt. Een dergelijke meting van verlichtingsefficiëntie zal nooit overeenkomen met de lumen geproduceerd door de verlichtingsbron. De dingen die van invloed zijn op de verlichting die in het armatuur is geplaatst, zijn de oorzaak van de slechtere efficiëntie:
Traditionele lampen stralen licht uit in alle richtingen, ook wel traplicht genoemd. Deze lichtbronnen vereisen voldoende spiegels in stopcontacten die gemaakt zijn om zoveel mogelijk licht te reflecteren en te focussen op het beoogde doel. Alle lichtstralen kunnen echter niet efficiënt worden omgeleid.
- Beschermende lenzen: Armaturen hebben meestal lenzen die niet alleen een beschermend doel dienen, maar ook helpen bij het focussen van lichtstralen op het beoogde doel. Een deel van de lichtopbrengst gaat verloren omdat de materialen die gebruikt worden om lenzen te maken niet 100 procent lichtdoorlatend zijn.
- Bedrijfstemperatuur - Bij temperatuurschommelingen nemen de prestaties van verschillende lichtbronnen af. Bij 25 graden wordt het bronrendement gemeten. Vooral bij straatverlichting wijkt de werkelijke bedrijfstemperatuur echter sterk af van de testtemperatuur.
Stroombron: de meeste lichtbronnen hebben een voeding die de ingangsspanning kan veranderen in de specifieke spanning van de lamp. Schade aan de voeding kan variëren van 5 procent tot 25 procent.
Een ander element dat de uiteindelijke prestaties van verlichting beïnvloedt en cruciaal is voor het vergelijken van LED-verlichting met conventionele verlichting, is de achteruitgang van de prestaties in de loop van de tijd. Traditionele verlichtingsbronnen, met name halogeen-metaaldamplampen, worden gekenmerkt door aanzienlijke achteruitgang van de prestaties, zelfs na kortstondig gebruik:
De levensduur van hogedruknatriumlampen is 24 000 uur, maar ze verliezen meer dan 30 procent van hun oorspronkelijke efficiëntie. Metaalhalogenidelampen hebben een levensduur van 6,000–15,000 uur en hebben een rendementsverlies tot 50 procent. Met een levensduur van 50 000–100 000 uur levert LED-verlichting een productiviteitsvermindering van 30 procent op na 50 000 uur gebruik.
De bovengenoemde vergelijking toont ondubbelzinnig aan dat LED-verlichting gedurende een aanzienlijk langere tijd superieure prestaties levert dan een traditionele lichtbron, waardoor de noodzaak om de verlichting te vervangen of te repareren aanzienlijk kan worden uitgesteld.
Praktijkvoorbeeld: In de staat Wisconsin in de Verenigde Staten werden hogedruknatriumlampen die op het parkeerterrein van de school werden gebruikt, vervangen door ledlampen die 8040 lumen leverden. De vorige verlichting leverde 19 000 lumen. Hoewel het gebied na de verlichtingsupgrade met minder lumen werd verlicht, zeiden parkeerklanten dat het gebied aanzienlijk beter verlicht was.
Vergeleken met het gebied dat wordt verlicht door hogedruknatriumlampen (19 000 lumen), heeft de linkerkant van het parkeerterrein LED-verlichting (8040 lumen), wat een superieur zicht biedt.
