Nhược điểm của đèn LED chiếu sáng

23/05/2022 | 212

Đừng phấn khích trước vô số lợi ích mà đèn LED mang lại. Mặc dù công nghệ này chắc chắn là một thành tựu mang tính bước ngoặt trong lịch sử chiếu sáng điện, nhưng nó lại đặt ra những vấn đề của riêng nó. Ngành công nghiệp chiếu sáng đang phải đối mặt với một thách thức lớn chưa từng có trước đây. Chiếu sáng trạng thái rắn đã thay đổi triết lý thiết kế và kỹ thuật. Hệ thống chiếu sáng không còn là đèn chiếu sáng ngu ngốc nữa, chúng đã phát triển thành điện tử công suất. 

Nói cách khác, việc thiết kế hệ thống chiếu sáng phức tạp chưa từng thấy. Đèn LED là nguồn ánh sáng bán dẫn tự phát nhiệt, nhạy cảm với dòng điện và phát sáng chuyên sâu. Điều này làm phát sinh mối quan tâm lớn nhất về Chiếu sáng LED - hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống LED phụ thuộc rất nhiều vào công việc đa chiều. Các chỉ số của gói LED chỉ là một khía cạnh của thiết kế tổng thể và kỹ thuật hệ thống của một hệ thống chiếu sáng LED. Nhiều yếu tố phụ thuộc lẫn nhau khác phát huy tác dụng, bao gồm quản lý nhiệt, điều chỉnh dòng điện truyền động và điều khiển quang học.

Các chuyên gia về ghế bành thường lập một danh sách dài các nhược điểm của đèn LED. Và để làm cho câu chuyện trở nên giật gân, họ sẽ không bao giờ quên đề cập rằng ánh sáng LED có thể gây ra các nguy cơ ánh sáng xanh. Ánh sáng trắng về cơ bản là hỗn hợp của các bước sóng từ các dải màu khác nhau. Tất cả người da trắng có cùng màu sắc, bất kể nguồn ánh sáng phát ra từ nguồn ánh sáng nào, đều có tỷ lệ bước sóng màu xanh lam gần như bằng nhau trên toàn bộ quang phổ nhìn thấy được. Sự xuất hiện màu của ánh sáng trắng có thể được đặc trưng là có nhiệt độ màu tương ứng (CCT). Nội dung màu xanh lam của một nguồn sáng thường tương ứng với CCT của nó. CCT càng cao thì tỷ lệ bước sóng màu lam càng cao. Trong cùng điều kiện độ sáng và độ rọi, bức xạ màu xanh lam từ sản phẩm LED 3000 K thấp bằng bức xạ màu xanh lam từ đèn sợi đốt 3000 K và bức xạ màu xanh lam từ sản phẩm đèn LED 6000 K cao bằng bức xạ từ đèn huỳnh quang 6000 K. Cũng như các nguồn ánh sáng khác, nguy cơ ánh sáng xanh hiếm khi là mối lo ngại đối với đèn LED trắng. Khả năng thiết kế thành phần quang phổ của ánh sáng trắng là một lợi thế rất lớn của công nghệ LED. Với ánh sáng LED, có thể tạo ra bất kỳ thành phần quang phổ nào của ánh sáng góp phần tích cực vào sức khỏe và hạnh phúc của con người. Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm, một xu hướng công nghệ chính đang thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp chiếu sáng, khai thác khả năng điều chỉnh CCT của hệ thống đèn LED để điều chỉnh lượng bức xạ xanh lam cho phổ ánh sáng trắng khỏe mạnh. 

Trên thực tế, ánh sáng LED chỉ có một số nhược điểm nội tại.

Điểm yếu được biết đến nhiều nhất của ánh sáng LED là đèn LED tạo ra sản phẩm phụ - nhiệt. Đèn LED được gọi là thiết bị sưởi bán vì chúng tạo ra nhiệt bên trong gói thiết bị - chứ không phải tỏa nhiệt dưới dạng năng lượng hồng ngoại. Khoảng một nửa năng lượng điện cung cấp cho đèn LED được chuyển đổi thành nhiệt, nhiệt này phải được dẫn và truyền tải thông qua một con đường nhiệt vật lý. Việc không duy trì nhiệt độ tiếp giáp của thiết bị dưới một giới hạn đã đặt có thể đẩy nhanh động học của các cơ chế hỏng hóc như tạo ra khuyết tật nguyên tử và tăng trưởng trong vùng hoạt động của diode, cacbon hóa và ố vàng của chất đóng gói và đổi màu vỏ gói bằng nhựa. Vượt quá nhiệt độ đường giao nhau định mức tối đa, tuổi thọ của đèn LED sẽ giảm từ 30% đến 50% cho mỗi lần nhiệt độ đường giao nhau tăng 10°C.

Điều chưa được biết đến nhiều nhất, và cũng là điểm yếu lớn nhất của đèn LED là đèn LED là thiết bị điện tử tinh vi. Chúng cực kỳ kén chọn thức ăn của chúng - ổ đĩa hiện tại. Đối với đèn LED, độ nhạy cao của chúng đối với dòng điện chuyển tiếp là một con dao hai lưỡi. Nó cung cấp cho hệ thống chiếu sáng khả năng kiểm soát vượt trội nhưng cũng khiến việc điều chỉnh hiện tại của hệ thống truyền động trở nên vô cùng thách thức. Một sự thay đổi rất nhỏ trong dòng điện của ổ đĩa sẽ làm cho công suất đèn dao động. Đèn LED là thiết bị chạy bằng DC, tuy nhiên chúng thường phải được cấp nguồn bằng nguồn AC. Việc triệt tiêu không hoàn toàn dạng sóng xoay chiều sau khi chỉnh lưu có thể dẫn đến gợn sóng dư (biến thiên tuần hoàn dư) trong đầu ra dòng điện từ trình điều khiển đến đèn LED. Sự gợn sóng này làm cho các đèn LED nhấp nháy ở tần số gấp đôi tần số của điện áp đường dây tới, tức là 100Hz hoặc 120Hz. Sự phụ thuộc lẫn nhau về điện và nhiệt của đèn LED cũng làm phức tạp thêm việc điều chỉnh tải. Khi nhiệt độ đường giao nhau tăng, điện áp chuyển tiếp giảm, công suất điện cung cấp cho đèn LED cũng giảm. Mặt khác, dòng truyền động càng cao thì nhiệt thải tạo ra ở khuôn bán dẫn càng lớn. Sử dụng quá mức đánh giá của một đèn LED có thể dẫn đến đèn LED bị hỏng sớm do thoát nhiệt. Tuy nhiên, mối đe dọa gây hại nhất đối với đèn LED đến từ các ứng suất điện quá mức (EOS). EOS xảy ra khi dòng điện hoặc điện áp của ổ đĩa vượt quá giá trị định mức tối đa của thành phần. Có thể có nhiều nguồn gây ra áp suất điện quá mức, bao gồm phóng tĩnh điện (ESD), dòng điện khởi động hoặc các dạng tăng điện tức thời khác.

Một bất lợi thứ ba là đèn LED có mật độ thông lượng cao. Các nguồn sáng tập trung của ánh sáng định hướng có thể tạo ra ánh sáng chói. Độ sáng cao trong trường nhìn gây cản trở khả năng nhìn (độ chói của người khuyết tật) hoặc gây ra cảm giác khó chịu hoặc đau đớn (độ chói khó chịu). Quang học bổ sung để giảm độ chói có thể được kết hợp vào thiết kế đèn điện, nhưng chúng thường dẫn đến suy hao quang học cao.

Điều cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, sự phức tạp tăng lên của thiết kế hệ thống dẫn đến chi phí đầu tiên của các sản phẩm LED cao hơn khi so sánh với các sản phẩm chiếu sáng cũ. Điều này làm cho việc tối ưu hóa chi phí trở thành một phần quan trọng của quá trình thiết kế đèn điện. Khi áp lực chi phí vượt quá hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm, một loạt các vấn đề sẽ nảy sinh.

Đèn sportlight 500W

Đèn sportlight 500W

Độ khó của đèn LED chiếu sáng

Với chi phí là mối quan tâm hàng đầu hiện nay, không có giải pháp chiếu sáng LED nào ngày nay là không thỏa hiệp. Thực tế là các sản phẩm LED được xây dựng trên một khuôn khổ tổng thể nâng cao sự phức tạp trong thị trường chiếu sáng. Theo một cách nào đó, thiết kế và kỹ thuật của hệ thống LED là đối phó với sự cân bằng giữa các khía cạnh khác nhau của chiếu sáng (ví dụ: chi phí, hiệu quả, chất lượng chiếu sáng, tuổi thọ). Trong khi các nhà sản xuất chiếu sáng có đạo đức giải quyết hoặc giảm bớt những đánh đổi này thông qua thiết kế sáng tạo và kỹ thuật tiên tiến, thì có một số người chơi thiếu đạo đức đã cắt góc và đánh lừa công nghệ.

Hệ thống hiệu quả

Khi quản lý nhiệt được áp dụng hiệu quả, hiệu quả hệ thống của sản phẩm chiếu sáng LED là hiệu suất tích lũy của đèn LED, trình điều khiển và quang học của nó. Không nên đánh đồng hiệu quả của các gói đèn LED với hiệu quả của đèn điện LED. Có thể có trường hợp đèn LED có hiệu suất phát sáng là 200 lm / W nhưng đèn có hiệu suất phát sáng chỉ là 100 lm / W. Sự khác biệt về hiệu quả cao như vậy giữa nguồn sáng và hệ thống chiếu sáng có thể là do chuyển đổi điện năng không hiệu quả, phân phối ánh sáng không hiệu quả hoặc kết hợp cả hai. Do đó, tăng hiệu suất chuyển đổi nguồn của trình điều khiển AC-DC và hiệu suất phân phối quang là một cách khác để cải thiện hiệu quả chiếu sáng. Việc sử dụng các mạch trình điều khiển chi phí thấp là nguyên nhân chính dẫn đến hiệu suất hệ thống thấp bất thường. Nguồn điện tuyến tính, chẳng hạn, đã được các nhà sản xuất sản phẩm cấp thấp cực kỳ ưa chuộng. Các mạch trình điều khiển này có số lượng bộ phận mạch ít hơn đáng kể và do đó chi phí thấp hơn đáng kể so với các bộ nguồn chuyển đổi. Tuy nhiên, một trong những vấn đề với bộ điều chỉnh tuyến tính là hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp vì nó hoạt động bằng cách tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt.

Hiệu quả của hệ thống chiếu sáng LED có thể giảm nhanh chóng do sử dụng các đèn LED hiệu suất thấp, quản lý nhiệt không đầy đủ, xử lý quá mức hoặc kết hợp chúng. Giảm giá quang nhanh thường xảy ra trong các hệ thống chiếu sáng sử dụng các gói LED nhựa công suất trung bình . Các nguồn sáng này có hiệu quả ban đầu cao nhờ vào các khoang nhựa phản xạ cao và lớp mạ khung chì. Nhưng phần vỏ nhựa làm từ các loại nhựa tổng hợp như PPA và PCT sẽ mất màu khi gặp nhiệt độ cao. Việc vận hành các đèn LED này ở nhiệt độ đường giao nhau cao do tản nhiệt quá mức và / hoặc không hiệu quả sẽ làm tăng tốc độ suy giảm nhiệt trong vật liệu đóng gói và dẫn đến giảm sản lượng ánh sáng vĩnh viễn.

Độ tin cậy hệ thống

Độ tin cậy của một hệ thống LED sẽ được xác định bởi tất cả các bộ phận cấu thành của nó và khả năng tồn tại của chúng với các áp lực về môi trường hoặc vận hành. Trong khi phần lớn các lỗi tham số của đèn LED như giảm quang thông và thay đổi màu sắc phụ thuộc vào nhiệt độ, phần lớn các lỗi nghiêm trọng của đèn LED là phụ thuộc vào trình điều khiển. Hệ thống đèn LED chỉ tốt khi liên kết yếu nhất của nó và trình điều khiển thường là liên kết này. Trình điều khiển là nhịp tim của hệ thống đèn LED vì nó đảm nhận thực hiện nhiều nhiệm vụ phụ một cách tuần tự hoặc song song. Trong số các nhiệm vụ phụ này, việc bảo vệ đèn LED khỏi hiện tượng tăng điện và chất lượng nguồn kém là đặc biệt quan trọng vì các lỗi nghiêm trọng của đèn LED thường do các sự kiện EOS gây ra. Các trình điều khiển LED thường sử dụng tụ điện để hấp thụ năng lượng tăng, làm mịn dòng điện đầu ra lớn, và lọc EMI. Tuổi thọ của tụ điện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ hoạt động và dòng điện chạy qua nó. Điều này làm cho bản thân trình điều khiển thường xuyên là thành phần đầu tiên của hệ thống đèn LED bị hỏng vì các trình điều khiển giá rẻ hiếm khi sử dụng tụ điện có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao. Nguồn điện tuyến tính hoạt động mà không cần sử dụng tụ điện và do đó có độ tin cậy của mạch cao hơn. Tuy nhiên, các đèn LED hoạt động bởi các mạch này có thể bị áp suất điện quá mức. Nguồn điện tuyến tính hoạt động mà không cần sử dụng tụ điện và do đó có độ tin cậy của mạch cao hơn. Tuy nhiên, các đèn LED hoạt động bởi các mạch này có thể bị áp suất điện quá mức. Nguồn điện tuyến tính hoạt động mà không cần sử dụng tụ điện và do đó có độ tin cậy của mạch cao hơn. Tuy nhiên, các đèn LED hoạt động bởi các mạch này có thể bị áp suất điện quá mức.

Chất lượng ánh sáng

Trong số các biến số đóng góp vào chất lượng ánh sáng, kiểm soát nhấp nháy và chất lượng màu sắc thường được trao đổi để thiết kế hệ thống chi phí thấp hơn. Như đã thảo luận trước đây, hiện tượng nhấp nháy xảy ra khi có những gợn sóng lớn trong dòng điện một chiều. Các giải pháp trình điều khiển chi phí thấp như mạch SMPS một giai đoạn hoặc bộ điều chỉnh tuyến tính thường không hoạt động tốt trong việc triệt tiêu gợn sóng. Ngành công nghiệp chiếu sáng cũng thích cung cấp các sản phẩm chiếu sáng có chỉ số hoàn màu (CRI) thấp và nhiệt độ màu cao. Điều này là do sự hiện diện của sự cân bằng giữa hiệu quả phát sáng và chất lượng quang phổ. Để cung cấp ánh sáng kết xuất màu cao, nguồn sáng phải trải đều công suất bức xạ trên phổ khả kiến. Điều này liên quan đến việc chuyển đổi một lượng lớn các photon có bước sóng ngắn (ví dụ như photon xanh lam). Lượng photon bước sóng ngắn được chuyển đổi càng lớn thì tổn thất năng lượng Stokes càng cao. Điều này dẫn đến hiệu quả thấp hơn đối với đèn LED có hiệu suất hiển thị màu cao hơn.

Mặc dù phải chịu thêm tổn thất năng lượng liên quan đến việc chuyển đổi bước sóng, hiệu quả của đèn LED với CRI cao đã đủ cao để đạt được sự cân bằng giữa hiệu quả năng lượng và độ hoàn màu. Hầu hết các sản phẩm đèn LED được thiết kế cho chiếu sáng nội thất vẫn đang được cung cấp với chất lượng màu sắc kém. Ánh sáng do các sản phẩm này tạo ra có khả năng hiển thị màu sắc bão hòa trung bình nhưng thiếu bước sóng để tái tạo màu sắc bão hòa.

Tương tự, để một đèn LED tạo ra ánh sáng trắng ấm, một lượng đáng kể ánh sáng có bước sóng ngắn do chip LED phát ra cần được chuyển đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn. Điều này làm cho các đèn LED chuyển đổi phosphor có bề ngoài màu trắng mát sẽ mang lại hiệu quả cao hơn so với các đèn LED có bề ngoài màu trắng ấm. Các sản phẩm chiếu sáng có nhiệt độ màu cao (ví dụ 6.000 K - 6.500 K) được đẩy mạnh vào các thị trường mà người tiêu dùng ít nhận thức được tác dụng sinh học của ánh sáng trắng mát làm giàu xanh lam. Ức chế melatonin về đêm do tiếp xúc với ánh sáng CCT cao có thể phá vỡ nhịp sinh học và dẫn đến những hậu quả tiêu cực cho sức khỏe.


(*) Xem thêm

Bình luận
Gọi ngay : 0962319085
Gọi ngay : 0962319085