Kā lēcu veidi ietekmē gaismas izplatīšanos trīsainajos saules lampiņās?

Kā lēcas virza un formē gaismas izlaidi optimālai pārklāšanai

Saules lampas ar trīsējošu stiklu faktiski balstās uz speciāli izstrādātiem objektīviem, lai noteiktu, kurp tiek novirzīts gaisma, un nodrošinātu labāku kopējo apgaismojumu. Aplūkojot konkrēti izliektos un Fresnela objektīvus, tie spēj kanalizēt aptuveni 70 līdz 80 procentus šo lumeni tieši vajadzīgajā vietā. Tas padara tos daudz efektīvākus salīdzinājumā ar parastām neaizsargātām LED gaismām, jo izkliedējas aptuveni par 40% mazāk liekas gaismas (kā tika ziņots žurnālā "Optical Engineering Journal" 2023. gadā). Savukārt ieliektie objektīvi izkliedē gaismu platāk, kas lieliski piemērots mīkstai fona gaismas radīšanai, kuru bieži vēlas cilvēki. Pamata būtībā tie dara ir noteikt staru leņķi jau pirms tas sasniedz trīsējošā stikla virsmu. Bez šī soļa stikla strukturētā daba radītu dažādas dīvainas ēnas. Tāpēc, kontrolējot procesu jau sākumā, mēs iegūstam prognozējamus apgaismojuma modeļus, nevis nekārtīgu gaismas izplatīšanos.

Objektīvu dizaina ietekme uz apgaismojuma vienmērību un izplatīšanos

Lauka testi no 2021. gada, analizējot aptuveni 200 četrkstošā stikla uzstādījumus, parādīja, ka asimetriskas lēcu konstrukcijas faktiski palielina apgaismojuma vienmērīgumu ceļmalā par aptuveni 32 % salīdzinājumā ar parastajām apaļajām optiskajām ierīcēm. TIR jeb kopējās iekšējās atstarošanās lēcas lieliski samazina blāvumu, to pazeminot gandrīz par 55 %, pateicoties šiem gudrajiem sānu ekrāniem. Tas padara visus šos BUG reitingus daudz labākus. Patiešām iespaidīgi ir tas, kā šīs jaunās formas uztur stabili apgaismojuma līmeni, pat tad, kad četrkstošais stikls sāk izkliedēt gaismu visur. Vairs nav nepatīkamu tumšo laukumu veidošanās vai gaismas pārklāšanās ar kaimiņiem neveiksmīgā veidā.

Četrkstošā stikla struktūras un lēcu optiskās veiktspējas mijiedarbība

Kad gaismas stari saskaras ar trīsām stiklu, notiek divas lietas. Pirmkārt, lēcas virsmā tiek izkliedēti aptuveni 15% gaismas. Otrkārt, gaisma liecas vēlreiz, pārvietojoties cauri maziem plaisām stikla iekšpusē. Labā ziņa ir tā, ka hibrīda PMMA lēcas ar īpašām mikroprizmātiskām pārklājuma kārtām var atgriezt lielāko daļu zaudētās gaismas, atgriežot aptuveni 92% no sākotnējās gaismas intensitātes. Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama lielāka tekstūra, ražotāji bieži izmanto matētas lēcas, kas nodrošina labu līdzsvaru starp estētiku un pietiekamu gaismas caurlaidību. Projektējot optiskos sistēmas, dizaineri vienmēr uzmanīgi seko lumeniem uz vatu. Viņiem jānodrošina, ka produkti izskatās lieliski, bet vienlaikus nodrošina pietiekamu apgaismojuma līmeni, pat ja daļa gaismas neizbēgami tiek zaudēta materiāla iekšienē.

Biežākās lēcu veidi un to optiskās īpašības saules apgaismojumā

Izliekto, ieliektu, Fresnela un TIR lēcu pārskats saules enerģijas pielietojumos

Apskatot gaismas projektēšanu, izliektas lēcas rada šaurus staru kūlus, kas ir ideāli piemēroti konkrētu zonu, piemēram, taciņu vai ieeju, izgaismošanai. Savukārt ieliektas lēcas lieliski darbojas tad, ja vēlamies izplatīt gaismu visā telpā vispārējai apgaismošanai. Tad ir šīs interesantās Fresnela lēcas, kuras kaut kādā veidā spēj efektīvi izplatīt gaismu plašās teritorijās, saglabājot tievu profilu, pateicoties koncentriskajiem rievām uz to virsmas. Tās kļūst arvien populārākas nelielos saules enerģiju izmantojošos lampiņās, jo tās ļoti labi iederas kompaktās telpās. Un neaizmirsīsim arī par TIR lēcām. Šīs lēcas spēj sasniegt aptuveni 95% efektivitāti, uztverot izkliedētus gaismas starus un nosūtot tos tieši vajadzīgajā virzienā. Šāda veida veiktspēja nozīmē būtisku atšķirību tumšās vidēs, kur pat mazākais zaudētais gaismas daudzums ir nepieņemams.

LED lēcu ģeometrijas pielāgošana funkcionalitātes apgaismošanas vajadzībām

Frenela lēcas nodrošina 120º gaismas staru izkliedi, kas ir optimāla ceļu apgaismošanai, savukārt TIR lēcas piedāvā precīzu kontroli, kas piemērotāka drošības vai uzdevumiem veltītām instalācijām. Mikrošķiedru stikla armatūrās izliektās lēcas koncentrē 70% lumenus iekš 15º leņķa, kompensējot tekstūras radītu izkliedi un saglabājot virziena skaidrību.

Gaismas koncentrācijas mehānismi dažādās lēcu konfigurācijās

Stikla, PC un PMMA lēcu salīdzinājums ilgtspējībai un caurspīdīgumam ārējā lietošanā

Polimetilmetakrilāts, ko bieži sauc par PMMA, uztur aptuveni 92% gaismas caurlaidību pat pēc pieciem gadiem, kas pagājuši zem UV stariem. Tas ir ievērojami labāk nekā polikarbonāts, kurš laika gaitā mēdz kļūt dzeltens. Kalcinātais stikls noteikti iztur miglošanos augstas mitruma vides apstākļos, taču tas maksā dārgāk. Šī materiāla svars ir aptuveni par 40% lielāks nekā citiem alternatīviem risinājumiem, kas ražotājiem jāņem vērā, projektējot sienu montāžas trīsaino stiklu iekārtojumus. Stikls kopumā kalpos ilgāk, to nevar noliegt. Tomēr PMMA nodrošina dizaineriem vieglāku iespēju, saglabājot lielāko daļu skaidrības priekšrocību, kādas mēs gaidām no tradicionāliem stikla materiāliem.

Materiālu un optisko īpašību ietekme uz gaismas caurlaidību

Lēcu materiālu laušanas un atstarošanās dinamika

Borosilikāta stikls spēj noliekt aptuveni 93% gaismas, kas caur to iet, turot šīs gaismas starus cieši kopā. Šī īpašība padara borosilikātu īpaši piemērotu dekoratīvo stikla izstrādājumu skaistajiem plaisu efektiem demonstrēt. Situācija mainās, kad aplūkojam materiālus, piemēram, polikarbonātu (PC) vai PMMA. Šie alternatīvie materiāli neizkliedē gaismu tik labi, kā rezultātā aptuveni 5–8 procenti vairāk gaismas tiek atspoguļota atpakaļ iekšpusē, nevis iziet cauri. Gaisma bieži arī izkliedējas jau pirms sasniedz interesantās virsmas tekstūras. Tomēr ir cerības! Pretatspīduma pārklājumi faktiski var atgūt aptuveni 12% no gaismas daudzuma, kas citādi zustu. Daudziem apgaismojuma sistēmām šis nelielais atgūstamais daudzums ikdienā darbības efektivitātē rada jūtamu atšķirību.

Darbības veiktspēja mainīgos vides apstākļos

Polikarbonāts sāk mīkstināties, kad temperatūra pārsniedz 135 grādus pēc Celsija, kas var izraisīt tā deformāciju un mainīt gaismas staru izplatīšanos. Stikls, savukārt, paliek cietā veidā pat daudz augstākās temperatūrās, uzturēdamies stabils līdz aptuveni 500°C. Kad temperatūra krītas zem sasalšanas punkta, PMMA materiāls kļūst diezgan trausls. Šis trauslums rada mikroskopiskas plaisas materiālā iekšienē, un saskaņā ar jaunākiem 2023. gada pētījumiem no Outdoor Lighting Analysis, šīs plaisas samazina gaismas vienmērīgumu par 18 līdz 22 procentiem. Apskatot UV izturību, regulārs polikarbonāts bez aizsargpārklājuma zaudē aptuveni 15% no savas gaismas caurlaidības spējas katru gadu, būdams pakļauts saules stariem. Taču materiāli, kas izgatavoti no UV stabilas PMMA, ir atšķirīgi — tie saglabā aptuveni 92% no savas caurspīdīguma pat pēc trīs tūkstošiem stundu nepārtrauktas iedarbības saules staros.

Materiāla ietekme uz izplatīšanas efektivitāti un spilgtumu

Stikls saglabā 92% virziena precizitāti desmit gadu laikā, pārspējot polimēra alternatīvas. Izmaksu ziņā izdevīgam un tomēr uzticamam darbības rezultātam PMMA nodrošina gandrīz tādu pašu caurspīdīgumu kā stikls, bet ar 30% mazāku svaru, tāpēc tas ir piemērots lielākajai daļai dzīvojamās un komercielaistatījumu.

Reālās darbības rezultāti: objektu pētījumi par lēcu pielietojumu

PMMA un stikla lēcu salīdzinājums lauka apstākļos saules ceļa apgaismojumā

2023. gada lauka pētījums atklāja, ka PMMA caurlaidīja 88% gaismas pret 92% stiklam, taču zem aizsalšanas-un-atkušanas cikliem rādīja par 40% mazāk bojājumu. PMMA uzturēja apgaismojumu ietvaros ±5% visā 18 mēnešu periodā, savukārt stikls reģionos ar augstu gaisa daļiņu koncentrāciju parādīja pakāpenisku efektivitātes samazināšanos dēļ virsmas nolietojuma.

Vienmērības uzlabojumi, izmantojot TIR lēcas dārzā montētās Crackle stikla armatūrās

TIR lēcas uzlaboja apgaismojuma vienmērīgumu par 33%, sasniedzot vienmērīguma rādītāju 0,82 salīdzinājumā ar 0,62 standarta izliektām lēcām. To strukturētās virsmas kompensēja mikrošķembām raksturīgo izkliedi, radot pārklājošos staru modeļus, kas novērsa tumšās zonas starp armatūrām.

PC lēcu ilgtermiņa izturība augstā UV iedarbībā

PC lēcas saglabāja 97% no sākotnējās caurspīdīguma pēc 3000 stundām ilgas paātrinātas UV pārbaudes (ASTM G154), pārsniedzot PMMA par 19 procentpunktiem. Tomēr ilgstoša iedarbība 85% mitruma apstākļos izraisīja miglainības veidošanos šūnu struktūrās, norādot uz pārklājuma degradāciju un iespējamām mikroplaisām.

Šie atklājumi uzsvērt nepieciešamību saskaņot optisko precizitāti ar vides izturību. Projektētāji, kuri cenšas panākt estētisku difūziju, bieži kombinē mikrošķembas ar TIR optiku, savukārt pašvaldības prioritāri izvēlas PMMA augsta apmeklējuma zonām, kur nepieciešama trieciencietība.

Projektēšanas stratēģijas lēcu atlases optimizēšanai mikrošķembām paredzētās armatūrās

Gaismas sadalījuma pielāgošana taciņu un akcenta apgaismojuma lietojumprogrammām

Taciņu apgaismojumam parasti nepieciešamas platākas staru leņķa vērtības no 120 līdz 150 grādiem, lai nodrošinātu, ka taciņas ir pienācīgi apgaismotas un drošas cilvēku pārvietošanai naktī. Savukārt, ja vēlas piesaistīt uzmanību konkrētiem arhitektoniskajiem elementiem, piemēram, kolonnām vai skulptūrām, daudz labāk darbojas šaurāki stari no 25 līdz 40 grādiem, kas rada dramatisku spotlight efektu. Kraķelētais stikls īpašībā dabiski izklieda gaismu, tāpēc daudzas taciņu lampas izmanto platas leņķa izliektās lēcas. Tās palīdz kompensēt jebkādu gaismas zudumu, kas notiek caur reljefās virsmas stiklu. Tomēr akcenta apgaismojuma gadījumos ļoti noderīgas kļūst pilnīgās iekšējās atstarošanas (TIR) lēcas. Tās fokusē gaismu vertikāli uz leju, bet vienlaikus saglabā skaisto, fragmentēto gaismas modeli uz virsmām, kas padara šos apgaismojumus vizuāli izcilus.

Saskaņota estētiskās difūzijas izplatīšana no trīskļu stikla ar precīzu staru vadību

Hibrīdā lēcu konstrukcija risina grūto līdzsvaru starp mākslinieciskiem apgaismojuma efektiem un faktiskiem veiktspējas rādītājiem. Ārējā kārta satur Fresnela rakstu, kas novada aptuveni 85 procentus pieejamās gaismas tieši uz leju, kur tā vajadzīga visvairāk. Iekšpusē atrodas mazi prizmveida elementi, kas sadarbojas ar strukturētām virsmām, lai radītu skaistas zibsnīšanas, kuras mēs tik ļoti mīlam, vienlaikus saglabājot diezgan augstu kopējo spilgtumu. Šī risinājuma atšķirība ir tāda, ka tas daudz labāk risina blēžošanās problēmas salīdzinājumā ar parastajiem difuzoriem — pēc testēšanas datiem, aptuveni par 40 % labāk. Turklāt arī krāsas izskatās lieliski, jo krāsu atveidošanas indekss paliek ievērojami virs 90, kas nozīmē, ka objekti zem šādas apgaismojuma sistēmas izskatīsies tuvāk savām patiesajām krāsām.

Enerģijas efektivitātes uzlabošana, minimizējot gaismas izkliedi, izmantojot mērķtiecīgu virzienu

Asimetriskās lēcas samazina gaismas zudumu par 55% šķindošā stikla armatūrā, virzot fotonus tieši tajās vietās, kur tie nepieciešami. Slīpi sektori uz polikarbonāta lēcām samazina horizontālo izkliedi par 78% dārza apstākļos, palielinot lietderīgos lumenus taciņās un pagarinot ikdienas darbības laiku par 1,2 stundām saules enerģijas modeļos ar 6 W LED.

Caurspīdīgas vs. Difūzas lēcas: atrisinot dekoratīvās un funkcionālās izmantošanas kompromisu

Skaidri PMMA lēcas var caurlaist aptuveni 92% sākotnējās LED gaismas cauri trīsainam stiklam, lai gan tās diezgan skaidri parāda jebkādus virsmas trūkumus. Mato versijas noteikti padara izskatu vizuāli maigāku, taču par to jāmaksā ar aptuveni 30% zaudējumu no šīs spožās gaismas izlaiduma. Tiem, kas veic komercieli instalācijas, kur svarīgs gan izskats, gan faktiskā apgaismojuma veiktspēja, lieliski darbojas divu materiālu lēcas. Tām ir skaidri centri, kas piemēroti fokusētai uzdevumu apgaismošanai, savukārt ārējie malas ir pilnībā difuzētas, lai radītu patīkamus vides efektus. Tās kļūst aizvien populārākas biroju telpās un preču tirdzniecības vidē, kur dizaineri vēlas kaut ko, kas izskatās labi, neuzupurējot noderīgas apgaismojuma pakāpes.

BUJ

Kas ir trīsains saules gaismas lampas?

Trīsains saules gaismas lampas ir lampas, kas izstrādātas ar trīsainu stiklu, lai nodrošinātu unikālu tekstūru, kas mijiedarbojas ar gaismu, radot interesantas gaismas ainavas.

Kā lēcas uzlabo gaismas izlaidi trīsainā stikla saules lampiņās?

Lēcas virza gaismu tieši tajās vietās, kur tā vajadzīga visvairāk, palielinot apgaismojuma efektivitāti, samazinot gaismas zudumu un nodrošinot vienmērīgu izplatīšanos.

Kāda veida lēcas bieži tiek izmantotas saules apgaismojumā?

Bieži izmantoti tipi ir izliektās, ieliektās, Fresnel un TIR lēcas. Katrai ir specifiskas īpašības, kas piemērotas dažādiem apgaismojuma pielietojumiem.

Kā materiāla izvēle ietekmē saules lampiņu veiktspēju?

Materiāls ietekmē gaismas caurlaidību un izturību. Stikls, PMMA un polikarbonāts piedāvā atšķirīgas skaidrības un noturības pakāpes dažādos vides apstākļos.