Jak działają latarnie uliczne? Wyjaśnienie fotokomórek, timerów i sterowników LED

Latarnia uliczna nie czeka, aż sterownia poinformuje ją, że zapadła noc. Mały czujnik światła na górze obudowy mierzy jasność otoczenia i przy progu od 10 do 20 luksów zwiera swoje styki i przesyła zasilanie sieciowe do sterownika znajdującego się wewnątrz oprawy. Zasilacz przekształca prąd przemienny w regulowany prąd stały, a moduł LED zamienia ten prąd w światło. Cała sekwencja trwa kilka sekund i powtarza się każdego wieczoru, nikt nie dotyka przełącznika.

Postrzeganie latarni ulicznej jako trzech bloków działających sekwencyjnie ułatwia diagnozowanie rzeczywistych problemów. Lampa płonąca w południe, oprawa migocząca, zanim się zatrzymuje, słup, który o 1 w nocy przyciemnia się do połowy mocy i powraca do pełnej jasności, gdy zbliża się samochód. Każdy objaw wskazuje na warstwę sterującą, sterownik lub moduł LED. W poniższych sekcjach przedstawiono kolejność tego łańcucha, a następnie wyszczególniono kontrole, które zapobiegają kosztownym błędom przy zamawianiu dużych ilości lamp ulicznych.

Trzy bloki wewnątrz działającej latarni ulicznej

Każda oprawa montowana na słupie, od latarni mieszkaniowej o mocy 50 W po oprawę drogową o mocy 240 W, zawiera te same trzy bloki funkcjonalne.

• Moc i sterownik. Na słupie dociera napięcie sieciowe, zwykle jednofazowe 120 V, 230 V lub 277 V, a w niektórych korytarzach w Ameryce Północnej do 347 V lub 480 V. Sterownik prostuje prąd przemienny, koryguje współczynnik mocy i zasila diody LED stałym prądem, zwykle od 350 mA do 1,05 A, w zależności od konstrukcji modułu.
• Lekki silnik. Chipy LED zamontowane na metalowej płycie głównej. Światło z płytki półprzewodnikowej przechodzi przez warstwę luminoforu i pojawia się jako światło białe. Dobrze zbudowane oprawy komercyjne dostarczają od 120 do 160 lumenów na wat na poziomie oprawy, po stratach optycznych i termicznych.
• Warstwa kontrolna. Fotokomórka, zegar astronomiczny, czujnik ruchu lub sterownik sieciowy decydują, kiedy sterownik otrzyma zasilanie i ile prądu powinien dostarczyć. W starszych instalacjach jest to fotokomórka z zamkiem obrotowym, umieszczona w gnieździe na górze obudowy. W nowszych urządzeniach może to być czujnik montowany powierzchniowo, podłączony bezpośrednio do płyty sterownika.

Ponieważ bloki są niezależne, usterka w jednym rzadko wygląda jak usterka w innym, co pozwala uniknąć wielu domysłów na miejscu.

Jak fotokomórka decyduje, że jest wystarczająco ciemno

Elementem czujnikowym jest ogniwo z siarczku kadmu, którego rezystancja maleje wraz ze wzrostem światła, lub fotodioda krzemowa połączona z obwodem komparatora. W obu przypadkach elektronika porównuje zmierzony poziom z poziomem odniesienia i steruje przekaźnikiem lub przełącznikiem półprzewodnikowym.

Liczą się dwie cyfry. Próg włączenia jest zwykle ustawiony pomiędzy 10 a 20 luksów, co odpowiada późnemu zmrokowi przy czystym niebie. Próg wyłączenia jest celowo wyższy, często dwa do trzech razy większy od wartości włączenia. Ta przerwa nazywa się histerezą i bez niej urządzenie wyłączyłoby się w momencie, gdy jego własne wyjście podniosło poziom oświetlenia otoczenia, a następnie włączyłoby się ponownie, pracując cyklicznie przez całą noc.

Pozycja czujnika decyduje o niezawodności

Fotokomórka musi widzieć niebo, a nie oprawę, którą steruje. Kiedy czujnik jest skierowany w stronę pobliskiej ściany, znaku odblaskowego lub wiązki z następnego słupa, pętla sprzężenia zwrotnego może utrzymać lampę włączoną po wschodzie słońca. To samo dzieje się, gdy okienko czujnika pokryje się kurzem lub pajęczyną, co jest najczęstszą przyczyną świecenia się latarni przez cały dzień.

Timery, czujniki ruchu i inteligentne sterowanie

Zegar astronomiczny działa inaczej. Zapisuje szerokość, długość i datę, oblicza zachód i wschód słońca z dokładnością do minuty lub dwóch i odpowiednio przełącza obwód. Jest odporny na brudne okna i zacienione miejsca, ale przerwa w dostawie prądu, która kasuje zegar, lub zmiana czasu letniego, o której sterownik nie wie, przesuwa harmonogram do czasu, aż ktoś go poprawi.

Wykrywanie ruchu zapewnia drugą warstwę oszczędności. Mikrofalowy lub pasywny detektor podczerwieni utrzymuje oprawę w stanie gotowości na poziomie około 20 do 30 procent i podnosi ją do pełnej mocy, gdy pojazd lub pieszy wjedzie do strefy. Na drogach o małym natężeniu ruchu może to zmniejszyć nocne zużycie energii o jedną trzecią. Pasywna detekcja w podczerwieni jest mniej niezawodna przy bardzo zimnej pogodzie i oba typy wymagają ostrożnego celowania, aby uniknąć fałszywych wyzwalaczy powodowanych przez poruszające się liście.

Połączone w sieć latarnie uliczne idą dalej. Kontroler w gnieździe NEMA lub Zhaga zgłasza zużycie energii, godziny pracy i kody usterek za pośrednictwem bezprzewodowej siatki lub łącza NB IoT. Operatorzy mogą przyciemniać całe obwody, uruchamiać osobne profile weekendowe i wykrywać uszkodzone sterowniki, zanim zadzwonią mieszkańcy. Ten przegląd Perspektywy zastosowań inteligentnych świateł ulicznych obejmuje, z czym faktycznie wiążą się wdrożenia na skalę miejską.

W przypadku projektów, które wymagają wbudowanych w oprawę harmonogramów ściemniania i raportowania usterek, a nie dodawanych później, praktycznym punktem wyjścia na liście specyfikacji jest inteligentna lampa uliczna o mocy 240 W ze zintegrowanym gniazdem sterownika.

PY-LED666-240W Inteligentna lampa uliczna Inteligentna lampa uliczna LED666-240W to nowoczesne rozwiązanie w zakresie oświetlenia drogowego, które łączy w sobie efektywność energetyczną, inteligentne sterowanie i stabilną wydajność. Wykorzystując wysokiej jakości... Zobacz produkt →

Co dzieje się pomiędzy słupem a chipem LED

Pomiędzy połączeniem biegunów a lekkim silnikiem znajduje się sterownik, który robi więcej niż tylko zmianę napięcia. Utrzymuje stały prąd w miarę nagrzewania się diod LED, więc moc wyjściowa pozostaje stabilna zarówno w ciepłą letnią noc, jak i mroźną zimową noc. Sprawność sterownika na poziomie 88–92% jest normalna, a metalowy korpus za płytką stanowi ścieżkę termiczną, która utrzymuje temperaturę złącza w zakresie określonym przez producenta.

Oprawy zewnętrzne zapewniają również ochronę, której lampy wewnętrzne nie potrzebują. Pokładowe urządzenie przeciwprzepięciowe klasy 10 kA pochłania stany nieustalone, które przemieszczają się w górę słupa podczas pobliskich uderzeń pioruna. Uszczelki i korpus z odlewanego ciśnieniowo aluminium mają stopień ochrony IP66, obiektyw zwykle spełnia wymagania IK08 lub lepsze, a dławik kablowy i uszczelka to części, które po latach cyklów termicznych najprawdopodobniej przedostają się do wnętrza wody.

Przewaga nad starszymi źródłami światła jest łatwo widoczna w okrągłych liczbach. Wysokociśnieniowa oprawa sodowa o mocy 150 W wytwarzała około 15 000 lumenów, pobierając około 175 W po policzeniu strat balastu. Nowoczesna oprawa LED o mocy 140 lumenów na wat osiąga to samo dostarczane światło przy mocy wejściowej około 100 W, a ponieważ optyka kieruje wiązkę światła na drogę, a nie promieniuje we wszystkich kierunkach, użyteczne natężenie oświetlenia drogi jest często wyższe przy tej samej wartości lumenów.

Stabilna moc wyjściowa na tym poziomie zależy od współpracującego źródła światła i konstrukcji termicznej, na czym zbudowana jest oprawa taka jak ta lampa uliczna LED o mocy 150 W.

PY-LED591-150W Wysokiej jakości zewnętrzna lampa uliczna Wysokiej jakości zewnętrzna lampa uliczna LED591-150W to profesjonalna oprawa oświetleniowa przeznaczona do wymagających scenariuszy oświetleniowych, takich jak główne drogi miejskie, duże place... Zobacz produkt →

Słoneczne latarnie uliczne wykorzystują tę samą logikę z inną ścieżką zasilania

Słoneczna latarnia uliczna zastępuje połączenie sieciowe panelem fotowoltaicznym, kontrolerem ładowania i zestawem akumulatorów, a następnie zachowuje tę samą logikę sterowania na końcu łańcucha. W ciągu dnia panel ładuje akumulator poprzez kontroler MPPT. O zmroku fotokomórka lub timer uwalnia zgromadzoną energię do kierowcy.

Dobór rozmiaru jest raczej arytmetyką niż domysłem. Dzienna energia to moc oprawy pomnożona przez godziny pracy, dostosowana do dowolnego profilu ściemniania. Urządzenie o mocy 60 W działające przez pięć godzin przy pełnej mocy i pięć godzin przy 30 procentach zużywa około 390 watogodzin, co pakiet 12,8 V 100 Ah z fosforanu litowo-żelazowego pokrywa z marginesem, a panel o mocy od 120 do 150 W uzupełnia w normalny słoneczny dzień. Miejsca z długimi okresami zachmurzenia wymagają od dwóch do trzech nocy autonomii.

Dzielone konstrukcje umieszczają panel i akumulator na oddzielnym stojaku, dzięki czemu słupek przenosi mniejszą wagę, podczas gdy zintegrowane konstrukcje utrzymują wszystko w główce oprawy, co przyspiesza instalację. Żadne z nich nie wymaga wykopów, dlatego panele fotowoltaiczne są powszechnie stosowane wzdłuż parków, placów i dróg wiejskich, gdzie koszt podłączenia do sieci jest wyższy niż samo światło.

Słoneczna lampa uliczna o wysokiej jasności o mocy 80 W pokazuje, jak panel, akumulator i sterownik są dopasowane w jednej rodzinie produktów.

PY-SLST06-80W Słoneczna lampa uliczna o dużej jasności Słoneczna lampa uliczna o mocy 80 W i dużej jasności to wysokowydajny, energooszczędny produkt przeznaczony do średnich i dużych projektów oświetlenia dróg i obiektów publicznych. Ten serial... Zobacz produkt →

Co kupujący powinni potwierdzić przed złożeniem zamówienia

Większość skarg dotyczących latarni ulicznych związanych z zaopatrzeniem wynika z jednej z dwóch sytuacji. Podano liczbę na poziomie chipa, a nie oprawy, lub wybrano oprawę bez sprawdzania systemu sterowania, z którym ma współpracować. Poniższa tabela zawiera wartości, które warto potwierdzić pisemnie.

Trzy kolejne punkty zasługują na miejsce w tej samej rozmowie. Upewnij się, że średnica mocowania i nachylenie ramienia odpowiadają słupowi i klasie drogi, ponieważ wejście 60 mm nie będzie pasować do wspornika 76 mm. Zapytaj o dane dotyczące konserwacji strumienia świetlnego LM-80 i TM-21, a nie o marketingowe dane dotyczące żywotności. Na koniec wypisz certyfikaty wymagane na rynku docelowym, takie jak CE, RoHS lub TUV, aby zgodność została ustalona przed rozpoczęciem produkcji.

Objawy terenowe i co zwykle oznaczają

Po usunięciu trzech bloków większość zgłoszeń serwisowych sprowadza się do krótkiej listy przyczyn.

• Światło pozostaje włączone przez cały dzień. Okienko fotokomórki jest zabrudzone, zacienione lub uszkodzone, albo zegar astronomiczny utracił swoją datę w wyniku awarii.
• Migotanie lub krótki zanik. Awaria sterownika, luźny terminal widełkowy lub zakłócenia w parze ściemniania.
• Włączanie i wyłączanie roweru o świcie. Pasmo histerezy jest zbyt wąskie lub czujnik łapie światło z sąsiedniego bieguna.
• Pełna jasność o 2 w nocy na drodze, która powinna być przyciemniona. Profil kontrolny nigdy nie został załadowany lub kontroler sieciowy porzucił siatkę.
• Niższa moc niż pierwszego dnia bez polecenia ściemniania. Degradacja modułu LED, awaria łańcucha lub sterownik, który obniżył prąd, aby chronić się przed ciepłem.

Oświetlenie uliczne jest prostym systemem po rozbiciu go na części. Coś decyduje, że jest ciemno, coś przetwarza prąd stały lub zmagazynowany w kontrolowany prąd, a coś zamienia ten prąd w światło. Usterki wskazują na jeden z tych trzech bloków, a dobra specyfikacja pozwala określić wydajność wszystkich trzech przed podpisaniem zamówienia.

Dla nabywców realizujących projekty w wielu lokalizacjach praktyczną zaletą producenta, który zajmuje się projektowaniem, oprzyrządowaniem i montażem we własnym zakresie, jest spójność między zamówieniami, co oznacza tę samą optykę, to samo binowanie i tę samą platformę przetworników rok po roku. Poda Lighting produkuje oświetlenie uliczne LED zasilane z sieci i na energię słoneczną w zakresie od 50 W do 240 W, a także reflektory, oświetlenie wysokiego składowania i oświetlenie ogrodowe stosowane na stadionach, tunelach, fabrykach i ulicach mieszkalnych, a następnie eksportuje do ponad pięćdziesięciu krajów. Jeśli przygotowujesz ofertę lub porównujesz próbki, możesz wyślij specyfikację projektu do zespołu za dopasowaną rekomendację.