Kaip lęšių tipai veikia šviesos sklaidą įtrūkusio stiklo saulės lemputėse?

Kaip lęšiai nukreipia ir formuoja šviesos spindulį optimaliam apšvietimui

Saulės lempos su traškančiu stiklu iš tikrųjų remiasi ypatingai suprojektuotais objektyvais, kurie nukreipia šviesą ten, kur reikia, ir geriau padengia visą plotą. Ypatingai nagrinėjant iškiluosius ir Fresnelio objektyvus, pastebima, kad jie nukreipia apie 70–80 procentų šių lumenų būtent į reikiamas vietas. Tai daro juos žymiai efektyvesnius lyginant su įprastomis neapdengtomis LED lemputėmis, nes prarandama apie 40 procentų mažiau šviesos (kaip paskelbta „Optical Engineering Journal“ 2023 metais). Kita vertus, įgaubtieji objektyvai platinasi šviesą platesniu kampu, kas puikiai tinka norint sukurti minkštą foninį švytėjimą, kurio dažnai trokšta vartotojai. Šie objektyvai iš esmės nustato spindulio kampą dar prieš pasiekiant traškantį stiklo paviršių. Be šio žingsnio, stiklo tekstūra sukeltų įvairiausių keistų šešėlių. Taigi kontroliuojant parametrus iš anksto, gaunamos prognozuojamos švietimo schemos, o ne chaotiškas šviesos sklindimas.

Objektyvų konstrukcijos poveikis apšvietimo vientisumui ir sklaidai

2021 m. atlikti lauko tyrimai, apimantys maždaug 200 trūkinėjusio stiklo įrenginių, parodė, kad asimetrinės lęšių konstrukcijos iš tikrųjų padidina šviesos sklaidos vientisumą keliuose apie 32 % lyginant su įprastais apvaliais optiniais elementais. TIR arba visiškojo vidinio atspindžio lęšiai taip pat puikiai sumažina akinimą – beveik 55 % dėka protingų šoninių skydelių. Dėl to gerokai pagerėja visi tie BUG reitingai. Tikrai įspūdinga tai, kaip šios naujos formos palaiko stabilų apšvietimo lygį net tada, kai trūkinėjantis stiklas pradeda šviesą skleisti visomis kryptimis. Nebeliks nei bjaurių tamsių dėmių, nei šviesos, netaikliai persidengiančios su kaimyninėmis lemputėmis.

Trūkinėjančio stiklo tekstūros ir lęšio optinio našumo sąveika

Kai šukėtas stiklas sąveikauja su šviesa, vyksta dvi pagrindinės aplinkos sąveikos. Pirma – sklaida ties lęšio paviršiumi, kai apie 15 % šviesos pasklinda aplinkui. Tada seka antras etapas, kai šviesa dar kartą lūžta judėdama per mažyčius įtrūkimus stikle. Gera žinia ta, kad hibridiniai PMMA lęšiai su specialiais mikroprizminiais dangomis gali atspindėti didžiąją dalį prarastos šviesos, grąžinant iki apie 92 % pradinės šviesos intensyvumo. Taikymams, reikalaujantiems daugiau tekstūros, gamintojai dažnai pasirenka matinius lęšius, kurie sėkmingai suderina estetiką ir pakankamą šviesos pralaidumą. Projektuodami optines sistemas dizaineriai visada stebi liumenų skaičių vienam vatui. Jie turi užtikrinti, kad produktai ne tik atrodytų puikiai, bet ir teiktų tinkamą apšvietimo lygį, net jei tam tikra šviesos dalis neišvengiamai prarandama pačiame medžiagoje.

Dažniausi lęšių tipai ir jų optinės charakteristikos saulės apšvietime

Iškiliosios, įgaubtosios, Fresnelio ir TIR objektyvų apžvalga saulės energijos taikymuose

Kalbant apie apšvietimo projektavimą, iškilieji objektyvai sukuria siaurus spindulius, idealiai tinkančius pabrėžti konkretiems plotams, tokiems kaip takeliai ar įėjimai. Kita vertus, įgaubtieji objektyvai puikiai tinka, kai norime apšviesti erdvę bendram apšvietimui. Taip pat yra šie nuostabūs Fresnelio objektyvai, kurie dėl savo paviršiuje esančių koncentrinių griovelių geba paskirstyti šviesą plačiose teritorijose nepaisant jų plonos konstrukcijos. Jie vis labiau populiarėja mažuose saulės energija maitinamuose apšvietimo įrenginiuose, nes puikiai telpa kompaktiškose vietose. O apie TIR objektyvus ir kalbėti nėra ko. Šie modeliai gali pasiekti apie 95 % efektyvumą, pagaudami besiblaškančias šviesos atspindžių spindulius ir nukreipdami juos tiksliai ten, kur reikia. Toks našumas daro didelį skirtumą prastai apšviestose aplinkose, kur net menkiausias šviesos švaistymas yra nepriimtinas.

LED objektyvo geometrijos suderinimas su funkcinių apšvietimo poreikių

Freznelio objektyvai sukuria 120º spindulio sklaidą, kuri yra optimali takelių apšvietimui, tuo tarpu TIR objektyvai užtikrina tikslesnį valdymą, tinkamesnį saugos arba užduočiai orientuotoms įrengimams. Trapusio stiklo lempose iškilieji objektyvai koncentruoja 70 % šviesos srauto į 15º kampą, priešindamiesi tekstūros sukeltai sklaidai ir išlaikydami kryptinį aiškumą.

Šviesos koncentravimo mechanizmai skirtingose objektyvų konfigūracijose

Stiklo, PC ir PMMA objektyvų palyginimas pagal ilgaamžiškumą ir skaidrumą lauko naudojimui

Polimetilmetakrilatas, dažniausiai žinomas kaip PMMA, išlaiko apie 92 % šviesos sklidimą net po penkerių metų, praleistų po ultravioletiniais spinduliais. Tai žymiai geriau nei polikarbonatas, kuris laikui bėgant linkęs gelsti. Pamatęs aukštą drėgmę, kietintas stiklas tikrai atsparus apsilaipynimui, tačiau tai kainuoja. Ši medžiaga sveria apie 40 % daugiau nei alternatyvos, todėl gamintojams tai svarbu atsižvelgti projektuojant sieninius trūkinėjančio stiklo įrenginius. Stiklas iš tikrųjų tarnaus ilgiau, nėra jokios abejonės. Tačiau PMMA suteikia dizaineriams lengvesnį pasirinkimą, išlaikant didžiąją dalį skaidrumo pranašumų, kurių tikimasi iš tradicinių stiklo medžiagų.

Medžiagos ir optiniai savybės, veikiančios šviesos sklidimą

Lęšių medžiagose vykstantys lūžio ir atspindžio reiškiniai

Borosilikatinis stiklas geba sulenkti apie 93 % šviesos, kuri pro jį praeina, todėl spinduliai lieka tvarkingai susitelkę. Ši savybė daro borosilikatą ypač tinkamą puikioms įtrūkimų dekoratyviniuose stiklo dirbiniuose demonstravimui. Tačiau situacija keičiasi pažinus tokius medžiagų tipus kaip polikarbonatas (PC) ar PMMA. Šios alternatyvos ne taip gerai lūžina šviesą, dėl ko apie 5–8 procentai daugiau šviesos atsispindi atgal, o ne praeina pro medžiagą. Be to, šviesa dažnai sklinda išsibarstanti net prieš pasiekiant paviršiaus tekstūrą. Vis dėlto yra vilties! Pritaikant antirefleksines dangas galima grąžinti maždaug 12 procentų šviesos, kuri kitaip būtų prarasta. Daugeliui apšvietimo sistemų šis nedidelis patobulinimas kasdien daro pastebimą įtaką jų veikimo efektyvumui.

Veikimas esant kintantiems aplinkos sąlygoms

Polikarbonatas pradeda minkštėti, kai temperatūra viršija 135 laipsnių Celsijaus, dėl ko jis gali deformuotis ir keistis šviesos spindulių sklaida. Stiklas, kita vertus, išlieka kietas net esant daug aukštesnėms temperatūroms, išlaikydamas stabilumą iki maždaug 500 °C. Kai temperatūra nukrenta žemiau užšalimo taško, PMMA medžiaga tampa gan trapia. Ši trapumas sukelia mikroskopinių įtrūkimų atsiradimą medžiagoje, o pagal 2023 metų „Outdoor Lighting Analysis“ atliktus tyrimus, šie įtrūkimai sumažina šviesos vientisumą nuo 18 iki 22 procentų. Nagrinėjant UV atsparumą, įprastinis polikarbonatas be apsauginio sluoksnio kasmet praranda apie 15 % šviesos laidumo gebėjimo, kai yra veikiamas saulės šviesos. Tačiau medžiagos, pagamintos iš UV stabilios PMMA, skiriasi – jos išlaiko apie 92 % savo skaidrumo net po trijų tūkstančių valandų tiesioginės saulės spinduliuotės.

Medžiagos poveikis sklaidos efektyvumui ir ryškumui

Stiklas išlaiko 92 % kryptinį tikslumą per dešimt metų, pranašumą turėdamas prieš polimerines alternatyvas. Kaina našiai ir patikimai veikimui PMMA siūlo stiklui artimą skaidrumą esant 30 % mažesniam svoriui, todėl tinka daugumai gyvenamosios ir komercinės paskirties vietų.

Realios veiklos rezultatai: Objektyvų taikymo atvejų analizė

Lauko tyrimas: PMMA ir stiklo objektyvų palyginimas saulės kelio apšvietime

2023 m. lauko tyrimas parodė, kad PMMA praleidžia 88 % šviesos, palyginti su 92 % stiklo, tačiau po šalčio-šilumos ciklų buvo pastebėta 40 % mažiau lūžių. PMMA išlaikė apšviestumą ±5 % ribose per 18 mėnesių, tuo tarpu stikle efektyvumas palaipsniui mažėjo vietovėse su aukštu ore esančių dalelių kiekiu dėl paviršiaus nusidėvėjimo.

Vienodumo gerinimas naudojant TIR objektyvus sodo žibintuose su žydrėjančiu stiklu

TIR objektyvai padidino apšvietimo vientisumą 33 %, pasiekiant 0,82 vientisumo rodiklį, palyginti su 0,62 standartinių iškilųjų objektyvų atveju. Jų struktūruotos paviršiaus savybės kompensavo įtrūkimų sukeltą sklaidą, sukuriant persidengiančius spindulius, kurie pašalino tamsias zonas tarp apšvietimo įrenginių.

PC objektyvų ilgalaikė tvirtumas esant stipriam UV spinduliavimui

PC objektyvai išlaikė 97 % pradinės šviesos perdavimo gebos po 3 000 valandų intensyvaus UV testavimo (ASTM G154), viršydami PMMA 19 procentiniais punktais. Tačiau ilgas veikimas 85 % drėgnumo sąlygomis sukėlė miglotumo atsiradimą korių struktūrose, kas rodo dėvių susidėvėjimą ir galimus mikroįtrūkimus.

Šie rezultatai pabrėžia poreikį derinti optinį tikslumą su aplinkos atsparumu. Projektuotojai, siekiantys estetinio sklaidymo, dažnai derina įtrūkusį stiklą su TIR optika, tuo tarpu savivaldybės aukšto eismo vietose, reikalaujančiose smūgiams atsparių medžiagų, teikia pirmenybę PMMA.

Projektavimo strategijos lęšių parinkčiai optimizuoti įtrūkusio stiklo apšvietimo įrenginiuose

Šviesos sklaidos derinimas takelių ir aksenų apšvietimo taikymams

Kalbant apie takelių apšvietimą, paprastai reikia platesnių spindulių kampų, svyruojančių nuo 120 iki 150 laipsnių, kad būtų užtikrinta tinkama takelių apšvieta ir saugumas žmonėms judant naktį. Kita vertus, norint pritraukti dėmesį į specifines architektūrines savybes, tokiu kaip kolonos ar skulptūros, tarp 25 ir 40 laipsnių siauresni spinduliai veikia daug geriau, kad būtų sukurtas dramatiškas prožektorio efektas. Dabar gi traškantis stiklas pasižymi nuostabia savybe natūraliai sklaidyti šviesą, todėl daugelis takelių šviestuvų naudoja platesnio kampo iškilniąsias lęšius. Jie padeda kompensuoti bet kokius šviesos nuostolius, kurie atsiranda per reljefinį stiklo paviršių. Tačiau aksentinės apšvietos atvejais ypač naudingi visiškojo vidinio atspindžio (TIR) lęšiai. Jie sutelkia šviesą vertikaliai žemyn, bet išlaiko gražų sugadinto šviesos raštą ant paviršių, dėl kurio šios instaliacijos vizualiai išsiskiria.

Subalansuotas estetinis įskilusio stiklo sklaidos derinimas su tiksliniu spindulio valdymu

Hibridinės lęšių konstrukcijos projektavimas išsprendžia sudėtingą užduotį – subalansuoti meninius apšvietimo efektus ir faktinius našumo rodiklius. Išorinėje dalyje yra Fresnel šablonas, nukreipiantis apie 85 procentus prieinamos šviesos tiesiai žemyn, kur ji labiausiai reikalinga. Viduje mažyčiai prizminiai elementai kartu su struktūrizuotomis paviršiaus savybėmis sukuria nuostabius žiburėlius, kuriuos taip vertiname, išlaikant vis dar gana aukštą bendrąją šviesą. Tai, kas šią sprendimą išskiria, yra gerokai geresnis blizgesio valdymas, palyginti su įprastais sklaidytuvais – bandymai parodė apie 40 % pagerėjimą. Be to, spalvos atrodo puikiai, nes spalvų perdavimo indeksas išlieka žymiai aukščiau 90, o tai reiškia, kad objektai po tokia apšvietimo sistema atrodys artimesni savo tikrosioms spalvoms.

Energetinės efektyvumo gerinimas, minimaliai leidžiant šviesą išeiti už reikiamo taikinio ribų

Asimetriniai objektyvai įtrūkinėjusio stiklo žibintuose sumažina šviesos išmetimą 55 %, nukreipdami fotonus tiksliai ten, kur reikia. Polikarbonato objektyvuose esantys pasvirę facetės sodų aplinkose sumažina horizontalų šviesos patekėjimą 78 %, padidindami naudingus lumenus takeliuose ir pratęsdami kasdieninį veikimą 1,2 valandos saulės energijos modeliuose, įrengtuose 6 W LED lemputėmis.

Skaidrūs ir sklaidantys objektyvai: sprendžiamas dekoratyvinumo ir funkcionalumo kompromisas

Skaidrūs PMMA objektyvai praleidžia apie 92 % pradinio LED šviesos kiekio per trūkinėjusį stiklą, tačiau jie gana aiškiai parodo bet kokius paviršiaus defektus. Matiniai variantai vizualiai tikrai padaro vaizdą minkštesnį, tačiau turi savo kainą – prarandama apie 30 % to ryškaus šviesos išėjimo. Tiems, kurie vertina tiek išvaizdą, tiek faktinę apšvietimo našumą komercinėse instalacijose, puikiai tinka dviejų medžiagų objektyvai. Jie turi skaidrius centrus, kurie puikiai tinka fokusuotai darbo vietos apšvietimui, o išoriniai kraštai yra visiškai difuziniai, kad būtų sukurta maloni aplinkos šviesa. Jie vis labiau populiarėja biuruose ir prekybos aplinkose, kur dizaineriai nori kažko, kas atrodytų gerai, neaukojant naudingų apšvietimo lygių.

DUK

Kas yra trūkinėjantis stiklas saulės šviestuvams?

Trūkinėjantis stiklas saulės šviestuvams – tai šviestuvai, sukurti su trūkinėjančiu stiklu, kad suteiktų unikalią tekstūrą, kuri sąveikauja su šviesa ir sukuria įdomius šviesos raštus.

Kaip lęšiai pagerina šviesos išvestį traškančio stiklo saulės šviestuvuose?

Lęšiai nukreipia šviesą ten, kur ji labiausiai reikalinga, padidindami apšvietimo efektyvumą, sumažindami šviesos švaistymąsi ir užtikrindami tolygią šviesos pasiskirstymą.

Kokie lęšių tipai dažniausiai naudojami saulės apšvietime?

Dažniausi tipai yra iškilieji, įdubę, Fresnelio ir TIR lęšiai. Kiekvienas iš jų turi specifinių savybių, tinkančių skirtingoms apšvietimo aplikacijoms.

Kaip medžiagos pasirinkimas veikia saulės šviesos našumą?

Medžiaga veikia šviesos skaidrumą ir ilgaamžiškumą. Stiklas, PMMA ir polikarbonatas skirtingu lygiu užtikrina skaidrumą bei atsparumą aplinkos sąlygomis.