Hochregalbeleuchtung in gewerblichen Einrichtungen

Große Läden, Einzelhandelsgeschäfte, Autohäuser, gewerbliche Lagerhallen, Konferenzzentren, Ausstellungsräume, Freizeitzentren, Sportarenen und Turnhallen sind nur einige Beispiele für die Orte, an denen eine kommerzielle Hallenleuchte{0}}für den Einsatz vorgesehen ist. Im Gegensatz zu Industriegebäuden, die bekanntermaßen schwierig zu beleuchten sind, gibt es in diesen Umgebungen in der Regel keine Beleuchtungsprobleme wie übermäßige Luftfeuchtigkeit, korrosive Atmosphäre, ätzende Chemikalien, Staub, Vibrationen durch schwere Maschinen, extreme Umgebungstemperaturen und schmutzigen Strom.

Auf LED-Technologie basierende Festkörperbeleuchtung ersetzt in der Hallenbeleuchtungsbranche schnell Leuchtstoff- und HID-Beleuchtung. Das Produktdesign schwankt aufgrund der komplexen Zusammensetzung von LED-Beleuchtungssystemen. LED-Hochregalleuchten für den gewerblichen Einsatz sind eine einzigartige Produktkategorie, die unter Berücksichtigung bestimmter Anwendungen hergestellt wird.

Hohe kommerzielle BuchtQualität Eine architektonische Lösung für Gewerberäume mit hohen, offenen Decken ist LED-Beleuchtung. Sie sollen den beabsichtigten Charakter des Bauwerks unterstreichen und sind mehr als nur technische Beleuchtungskörper. Im Gegensatz zu klassischen, industriell aussehenden Hochregalen benötigen gewerbliche Gebäude wie große Ladengeschäfte und Freizeitzentren eine Beleuchtungslösung, die sowohl äußerst energieeffizient ist als auch ein anspruchsvolleres Design aufweist. Aufgrund der geringen Größe und Solid-State-Ausdauer von LEDs können Leuchtendesigner nun Leuchten konstruieren, die Form und Funktion auf dramatische Weise kombinieren und so die Einschränkungen herkömmlicher Formfaktoren überwinden. Diese Produkte steigern nicht nur die Quelleneffizienz erheblich, sondern bieten auch Energieeinsparungen.

Mit herkömmlichen Halogen-Metalldampf- und Leuchtstofflampen ist eine gerichtete Beleuchtung nicht möglich. Es könnte eine Herausforderung sein, den Lichtstrom dieser omni{1}direktionalen Lampen effektiv zu extrahieren und in eine vorteilhaftere und gleichmäßigere Verteilung umzuleiten. Mit einer sorgfältig entwickelten Sekundäroptik ist es dank der gerichteten Lichtabgabe und der geringen Gehäusegröße der LEDs möglich, eine sehr hohe optische Übertragungseffizienz zu erreichen.

Da es sich bei LEDs um Halbleiter handelt, können sie in eine Vielzahl von Lichtsteuerungssystemen integriert werden, wodurch die Beleuchtung an eine bestimmte Anwendung oder Umgebung angepasst werden kann. LED-Hochregalleuchten können eine hohe Lichtanwendungseffizienz (Lighting Application Efficiency, LAE) erreichen, was einer erheblichen zusätzlichen Energieeinsparung entspricht, indem sie bei Bedarf die richtige Lichtmenge liefern.

Zahlreiche Leuchtendesigns und Leistungsvarianten ergeben sich aus der breiten Palette an Montagehöhen, Lichtverteilungen, Kostenzielen, Lumenpaketen, Farbeigenschaften und Einstellungen, mit denen Hallenleuchten arbeiten und integriert werden müssen. Gewerbliche-Hochregal-LED-Leuchten können rund oder linear sein und als modulare oder integrierte Systeme aufgebaut werden. Die Nutzung und Aufgaben im Raum sowie die physikalischen Gegebenheiten im Inneren eines Gebäudes bestimmen die Form und Anordnung dieser Anlagen.

Die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit des Beleuchtungssystems bestimmen den endgültigen Wert der LED-Hochregalleuchte. Die Lichtquelle, Treiber- und Steuerungskomponenten, das optische System und der Kühlkörper sind einige der verschiedenen Komponenten des Beleuchtungssystems, die diese Faktoren weiter beeinflussen. Bei jedem Leuchtendesignprozess müssen immer Kompromisse- zwischen Kosten und Leistung eingegangen werden. Die moderaten Arbeitseinstellungen kommerzieller Einrichtungen sind toleranter gegenüber der Verwendung von kostengünstigeren LED-Hochregalleuchten mit einem kleinen Betriebsfenster, obwohl es äußerst schwierig ist, sowohl Leistungs- als auch Kostenziele gleichzeitig zu erreichen.

Die LED-Paketmessungen werden in vielen Leistungsvarianten verwendet, die heute in Hochregalbeleuchtungssystemen verfügbar sind. Das Design von LED-Paketen und ihre Integration in das Beleuchtungssystem bestimmen ihre Lichtausbeute, Lumenerhaltungsleistung, Farbtemperatur, Farbwiedergabegenauigkeit und Lebensdauer. Reflektierende SMD-LEDs, die auf der PLCC-Gehäuseplattform (Plastic Leaded Chip Carrier) aufgebaut sind, sind ideal fürLED-Hochregalleuchtender kommerziellen Sorte. Im Vergleich zu anderen Arten von LED-Paketen, wie z. B. Hochleistungspaketen mit Keramiksubstrat, Chip-on--Paketen (COB) und Chip-Scale-Paketen (CSPs), erreichen PLCC-LED-Pakete aufgrund der hohen Lichtextraktionseffizienz, die mit hochreflektierenden Gehäusen und Leadframes erreicht wird, eine deutlich höhere Quelleneffizienz. Hochregalleuchten, die reflektierende SMD-LED-Pakete verwenden, um weißes Licht zu erzeugen, können in Kombination mit hocheffizienten Treibern und Optiken eine Leuchtenausbeute von mehr als 180 lm/W haben. Durch die hohe Wirksamkeit kann die Amortisationszeit erheblich verkürzt werden. Endverbraucher könnten mit dieser Wirksamkeit theoretisch in zwei Jahren die Gewinnschwelle ihrer Investition erreichen.

Farbqualität und Wirksamkeit stehen grundsätzlich im Widerspruch zueinander. Dem Lichtspektrum hocheffizienter LEDs fehlen wichtige Wellenlängen, die zur Erzeugung der leuchtenden Farben erforderlich sind, und es ist in den blauen und grünen Spektralbändern übersättigt. In vielen Einzelhandels- und Freizeiteinrichtungen sorgen leuchtende Farben typischerweise für ein reichhaltiges visuelles Erlebnis. Nur wenn man optischer Strahlung mit einem ausgewogenen Spektrum ausgesetzt wird, kann man zarte und komplexe Farbtöne erkennen. LEDs mit hoher Farbwiedergabe und warmweißem Licht sind aufgrund des Stokes-Verlusts und der geringen Augenempfindlichkeit bei längerwelligem Licht deutlich weniger effektiv.

Die gehäusebedingten Ausfallmechanismen dieser reflektierenden SMD-LEDs machen das Design und die Konstruktion einer LED-Leuchte zu einem erheblichen Problem, auch wenn die potenzielle Amortisationszeit von LED-Leuchten, die hocheffiziente LEDs mittlerer Leistung verwenden, verlockend genug sein kann, um einen Kauf zu fördern. Die Temperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der Helligkeit von PLCC-LED-Paketen. Eine schnelle Zersetzung von Verpackungsmaterialien bei hohen Temperaturen kann zu einer erheblichen Verringerung der Wirksamkeit führen. Lange Betriebsstunden oder hohe Lichtverhältnisse führen dazu, dass das thermoplastische Harz vergilbt, was den Lumenverlust beschleunigt.

Die kurze Lebensdauer einer schlecht konzipierten LED-Leuchte macht ihre hohe anfängliche Effizienz unbrauchbar, es sei denn, die Sperrschichttemperatur der Kunststoff-LED-Gehäuse wird unter allen Antriebs- und Betriebsbedingungen unter der vorgesehenen maximalen Betriebstemperatur gehalten. Produkte mit höherer Leistung verwenden EMC-geformte LED-Gehäuse (Epoxidharz-Formmasse), um den Beginn von Helligkeitsverlusten und Farbverschiebungen bei hohen Betriebstemperaturen hinauszuzögern. Im Vergleich zu herkömmlichen PPA- und PCT-Materialien bietet EMC eine bessere thermische Stabilität. Quad Flat No-leads (QFN)-Gehäuse, die einen hocheffizienten thermischen Kanal zur Ableitung von Wärme aus dem aktiven Bereich der LED bieten, werden typischerweise beim Design von EMV-geformten LEDs verwendet.

Damit alle LED-Gehäuse aus Kunststoff kontinuierlich effizient funktionieren, ist das Wärmemanagement natürlich unerlässlich. Da Epoxidharz nur begrenzt hitzebeständig ist, ist dies bei EMC-geformten LEDs nicht anders. Wärmeableitung und Regelung des Antriebsstroms sind zwei Aspekte des LED-Wärmemanagements. Um eine hohe Lichtausbeute zu erreichen, verwenden kostengünstige Systeme typischerweise eine kleine Anzahl von LEDs und betreiben diese stark. Im Allgemeinen wird im Inneren der Halbleitergehäuse umso mehr Wärme erzeugt, je höher der Ansteuerstrom ist. Dadurch wird der thermische Verfall der Verpackungsmaterialien beschleunigt. Daher besteht eine der Schlüsselkomponenten des Wärmemanagements darin, den Antriebsstrom auf einem geeigneten Niveau zu halten.

Die Verbesserung der Fähigkeit des Systems, Wärme von der LED-Verbindung abzuleiten, ist das Hauptziel der Wärmetechnik für LED-Leuchten. Der Wärmewiderstand der Komponenten entlang des gesamten Wärmepfads muss gesenkt werden, um eine einfache Wärmebewegung zu gewährleisten und die Kontrolle der Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten.Hochregal-LED-Leuchten für den WerbespotSorten verbrauchen oft weniger als 250 Watt Strom. Die Wärmelast kann ohne die Notwendigkeit eines aktiven Wärmemanagements bewältigt werden, indem MCPCBs und TIMs mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit einem gut konzipierten passiven Kühlkörper verwendet werden. Die größte Sorge besteht darin, dass Kühlkörper möglicherweise nicht so konstruiert sind, dass sie die Gesamtkosten des Systems senken.

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In vielen Fällen ist das richtige optische Design ebenso entscheidend wie die Temperaturkontrolle. Sekundäroptiken, die sowohl das Licht der Lichtquelle effizient sammeln als auch das Licht gleichmäßig verteilen können, um einen maximalen Abstand zwischen den Leuchten zu gewährleisten, können zu erheblichen zusätzlichen Energieeinsparungen führen. Mit einem gut konzipierten optischen System ist eine optische Übertragungseffizienz von über 90 % möglich. Typischerweise werden PMMA- oder Polycarbonat-Linsenarrays verwendet, um die hohe Effizienz des optischen Systems zu erreichen. Ein SMD-LED-Array kann dank eines Linsenarrays, das aus mehreren Linsenkomponenten hergestellt wird, eine individuelle optische Steuerung haben.

Mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 % kann ein Linsenarray mit Totalreflexion (TIR) fein abgestimmte optische Verteilungen von eng bis breit liefern. LEDs sind Geräte mit einer hohen Flussdichte. Zu hohe Leuchtdichten des konzentrierten Strahlers führen zu Blendung. Durch die Schaffung ästhetisch ansprechender Atmosphären soll die Hallenbeleuchtung in Gewerbegebäuden die Entwicklung eines guten Erlebnisses und einer engagierten Umgebung fördern. Bei kommerziellen LED-Hochregalleuchten ist die Blendungsunterdrückung daher ein entscheidender Bestandteil des optischen Designs.

Der LED-Treiber am vorderen Ende vonLED-HochregalleuchtenWandelt Wechselstrom (AC) entsprechend den elektrischen Eigenschaften des LED-Arrays in Gleichstrom (DC) um. Typischerweise wird ein Schaltnetzteil (SMPS) verwendet, um gleichgerichteten Gleichstrom in einen vordefinierten Gleichstrom umzuwandeln. Zur Vervollständigung des Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlungsprozesses kann entweder ein einstufiger oder ein zweistufiger Entwurf verwendet werden.

Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und DC/DC-Umwandlung werden in einem einzigen Schaltkreis in einem einstufigen LED-Treiber kombiniert. Ein spezieller Schaltkreis für die aktive Leistungsfaktorkorrektur und eine zweite Stufe für das DC/DC-Konstantstrommanagement sind Merkmale eines zweistufigen LED-Treibers. Aufgrund ihrer günstigeren Preise werden einstufige Antriebe häufig in kommerziellen Anwendungen eingesetzt. Im Vergleich zu zweistufigen Treibern kann ein einzelner integrierter Schaltkreis, der sowohl die PFC- als auch die DC/DC-Umwandlungsvorgänge durchführt, 20–50 % der Anzahl der Schaltkreisteile, der Größe und der Kosten einsparen. Die einstufige Topologie weist jedoch einen schmalen Betriebsspannungsbereich, einen hohen Rippelstrom, einen begrenzten Dimmbereich, eine begrenzte PFC-Leistung und eine Anfälligkeit für Überspannungen aufgrund von Überspannungen auf.

Ein{0}}stufige LED-Treiber sind oft auf kommerzielle Beleuchtungsanwendungen mit geringer-Leistung und qualitativ hochwertigem Wechselstromnetz beschränkt. Einstufige Topologien sind bei höheren Leistungspegeln aufgrund ihrer schlechten Betriebseffizienz und der großen EMI-Signatur nicht mehr realisierbar. Aufgrund ihrer Effizienz, Zuverlässigkeit und Dimmfähigkeit bieten zweistufige Treiber eine bessere Preis-Leistungs-Option bei Leistungsstufen über 100 W.

Der Trend, Dimmung, Sensorik, Intelligenz und Vernetzung in kommerzielle LED-Beleuchtungssysteme zu integrieren, um das Energiesparpotenzial von Beleuchtungssteuerungen auszuschöpfen, wird durch das nie endende Streben nach Effizienz vorangetrieben. Zum Dimmen von LEDs können sowohl die Pulsweitenmodulation (PWM) als auch die kontinuierliche Stromreduzierung (CCR) verwendet werden. In kommerziellen Anwendungen wurden die analogen 0-10-V- und 1-10-V-Protokolle häufig zur Regelung von Dimmschaltungen verwendet. Durch die Entwicklung vernetzter Systeme und des Internets der Dinge (IoT) muss die analoge Beleuchtung der digitalen Beleuchtung weichen.

LED-Leuchten können mithilfe einer kabelgebundenen oder kabellosen Kommunikationstechnologie wie DALI, Bluetooth Mesh oder ZigBee individuell adressiert, gedimmt und konfiguriert werden. Wenn LED-Leuchten in der Lage sind, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren (unter Verwendung von Informationen, die von Anwesenheits- oder Tageslichtsensoren erfasst werden), können lokale Steuerungen, Mobiltelefone oder eine beliebige Kombination davon hochwertige kontextbezogene Funktionen aktiviert werden.