Come funzionano i lampioni? Spiegazione di fotocellule, timer e driver LED

Un lampione non aspetta che una sala di controllo gli comunichi che è scesa la notte. Un piccolo sensore di luce sulla parte superiore dell'alloggiamento misura la luminosità ambientale e, ad una soglia compresa tra 10 e 20 lux, chiude i suoi contatti e invia l'alimentazione di rete al driver all'interno dell'apparecchio. Il driver converte la corrente alternata in corrente continua regolata e il modulo LED trasforma quella corrente in luce. L'intera sequenza dura pochi secondi e si ripete ogni sera senza che nessuno tocchi un interruttore.

Vedere un lampione come tre blocchi che lavorano in sequenza rende più semplice la diagnosi dei problemi del mondo reale. Una lampada accesa a mezzogiorno, un lampadario che tremola prima di stabilizzarsi, un palo che si abbassa a metà all'una di notte e ritorna alla massima luminosità quando un'auto si avvicina. Ogni sintomo punta al livello di controllo, al driver o al modulo LED. Le sezioni seguenti seguono la catena in ordine, quindi elencano i controlli che impediscono costosi errori quando i lampioni vengono ordinati in grandi quantità.

I tre blocchi all'interno di un lampione funzionante

Ogni apparecchio su palo, dal lampione residenziale da 50 W al lampione stradale da 240 W, contiene gli stessi tre blocchi funzionali.

• Potenza e conducente. La tensione di rete arriva al polo, solitamente 120 V, 230 V o 277 V monofase, e fino a 347 V o 480 V su alcuni corridoi nordamericani. Il driver rettifica la corrente alternata, corregge il fattore di potenza e alimenta i LED con una corrente costante, tipicamente da 350 mA a 1,05 A a seconda del design del modulo.
• Motore leggero. Chip LED montati su una scheda con anima in metallo. La luce proveniente dal dischetto del semiconduttore passa attraverso uno strato di fosforo ed emerge come luce bianca. Gli apparecchi commerciali ben costruiti forniscono da 120 a 160 lumen per watt a livello dell'apparecchio, al netto delle perdite ottiche e termiche.
• Strato di controllo. Una fotocellula, un timer astronomico, un sensore di movimento o un controller in rete decidono quando il conducente riceve energia e quanta corrente deve erogare. Nelle installazioni più vecchie si tratta di una fotocellula con blocco a rotazione in una presa sulla parte superiore dell'alloggiamento. Sugli apparecchi più recenti può essere un sensore montato su superficie collegato direttamente alla scheda driver.

Poiché i blocchi sono indipendenti, un guasto in uno raramente assomiglia a un guasto in un altro, il che evita molte congetture in loco.

Come una fotocellula decide che è abbastanza buio

L'elemento sensibile è una cella al solfuro di cadmio la cui resistenza diminuisce all'aumentare della luce, oppure un fotodiodo al silicio accoppiato a un circuito comparatore. In entrambi i casi l'elettronica confronta il livello misurato con un riferimento e pilota un relè o un interruttore a stato solido.

Due cifre contano. La soglia di accensione è normalmente fissata tra 10 e 20 lux, che corrisponde al tardo tramonto con un cielo sereno. La soglia di spegnimento è volutamente più alta, spesso due o tre volte il valore di accensione. Questo intervallo è chiamato isteresi e senza di esso l'apparecchio si spegnerebbe nel momento in cui la sua stessa uscita aumenta il livello di luce ambientale, quindi si riaccenderebbe, ciclicamente tutta la notte.

La posizione del sensore decide l'affidabilità

Una fotocellula deve vedere il cielo, non l'apparecchio che controlla. Quando un sensore è rivolto verso un muro vicino, un segnale riflettente o il raggio del palo successivo, il circuito di feedback può mantenere accesa la lampada dopo l'alba. La stessa cosa accade quando la finestra del sensore è ricoperta di polvere o di una ragnatela, che è il motivo più comune per cui un lampione rimane acceso tutto il giorno.

Timer, sensori di movimento e controlli intelligenti

Un timer astronomico funziona diversamente. Memorizza latitudine, longitudine e data, calcola il tramonto e l'alba entro un minuto o due e cambia il circuito di conseguenza. È immune alle finestre sporche e alle posizioni ombreggiate, ma un'interruzione di corrente che cancella l'orologio, o un cambiamento dell'ora legale di cui il controller non è a conoscenza, sposta il programma finché qualcuno non lo corregge.

Il rilevamento del movimento aggiunge un secondo livello di risparmio. Un rilevatore a microonde o a infrarossi passivi mantiene l'apparecchio a un livello di standby di circa il 20-30% e lo porta alla massima potenza quando un veicolo o un pedone entra nella zona. Sulle strade a basso traffico ciò può ridurre di un terzo il consumo energetico notturno. Il rilevamento a infrarossi passivi è meno affidabile in climi molto freddi ed entrambi i tipi richiedono un puntamento accurato per evitare falsi trigger dovuti al movimento del fogliame.

I lampioni collegati in rete vanno oltre. Un controller in una presa NEMA o Zhaga segnala il consumo energetico, le ore di funzionamento e i codici di errore su un collegamento mesh wireless o NB IoT. Gli operatori possono oscurare interi circuiti, eseguire profili separati per il fine settimana e individuare un conducente guasto prima che i residenti chiamino. Questa panoramica del prospettive applicative dei lampioni intelligenti copre ciò che effettivamente comportano le implementazioni su scala cittadina.

Per i progetti che necessitano di programmi di regolazione e segnalazione dei guasti integrati nell'apparecchio anziché aggiunti in un secondo momento, un lampione stradale intelligente da 240 W con presa per controller integrata è un pratico punto di partenza nell'elenco delle specifiche.

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Cosa succede tra il palo e il chip LED

Tra la connessione del polo e il motore della luce si trova il conducente, che non si limita a cambiare la tensione. Mantiene la corrente costante mentre i LED si riscaldano, quindi l'uscita rimane stabile sia in una calda notte estiva che in una fredda notte invernale. L'efficienza del driver compresa tra l'88 e il 92% è normale e il corpo metallico dietro la scheda costituisce il percorso termico che mantiene la temperatura di giunzione all'interno dell'intervallo indicato dal produttore.

Gli apparecchi per esterni portano anche la protezione di cui le lampade per interni non necessitano. Un dispositivo di protezione da sovratensione integrato nella classe 10 kA assorbe i transitori che viaggiano lungo il palo durante i fulmini nelle vicinanze. Le guarnizioni e il corpo in alluminio pressofuso hanno un grado di protezione IP66, la lente solitamente soddisfa IK08 o superiore e il pressacavo e la guarnizione sono le parti che con maggiore probabilità ammettono acqua dopo anni di cicli termici.

Il guadagno rispetto alle sorgenti luminose più vecchie è facile da vedere in numeri tondi. Un apparecchio al sodio ad alta pressione da 150 W produceva circa 15.000 lumen mentre consumava circa 175 W una volta contate le perdite di zavorra. Un moderno apparecchio a LED da 140 lumen per watt raggiunge la stessa luce erogata con circa 100 W di ingresso e, poiché l'ottica punta il fascio sulla strada invece di irradiarlo in tutte le direzioni, l'illuminamento stradale utilizzabile è spesso più elevato con lo stesso valore di lumen.

Un'emissione stabile a quel livello dipende dal funzionamento congiunto del motore luminoso e del design termico, che è ciò su cui è costruito un apparecchio come questo lampione stradale a LED da 150 W.

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I lampioni solari utilizzano la stessa logica con un percorso di alimentazione diverso

Un lampione solare sostituisce il collegamento alla rete elettrica con un pannello fotovoltaico, un regolatore di carica e un pacco batterie, mantenendo poi la stessa logica di controllo alla fine della catena. Durante il giorno il pannello carica la batteria tramite un controller MPPT. Al crepuscolo la fotocellula o il timer rilasciano al conducente l'energia immagazzinata.

Il dimensionamento è aritmetico piuttosto che congetture. L'energia giornaliera equivale alla potenza dell'apparecchio moltiplicata per le ore di funzionamento, regolata per qualsiasi profilo di dimmerazione. Un apparecchio da 60 W che funziona per cinque ore a piena potenza e cinque ore al 30% consuma circa 390 wattora, che un pacco litio ferro fosfato da 12,8 V 100 Ah copre con un margine e un pannello da 120 a 150 W si ricarica in una normale giornata di sole. I siti con lunghi periodi nuvolosi necessitano di due o tre notti di autonomia.

I design divisi collocano il pannello e la batteria su un rack separato in modo che il palo trasporti meno peso, mentre i design integrati mantengono tutto nella testa dell'apparecchio per un'installazione più rapida. Nessuno dei due necessita di scavi, motivo per cui le unità solari sono comuni lungo parchi, piazze e strade rurali dove il costo di una connessione alla rete è superiore alla luce stessa.

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Cosa devono confermare gli acquirenti prima di effettuare un ordine

La maggior parte dei reclami relativi ai lampioni riconducibili agli appalti provengono da una delle due situazioni. Un dato è stato citato a livello di chip anziché a livello di apparecchio, oppure l'apparecchio è stato scelto senza verificare il sistema di controllo con cui deve funzionare. La tabella seguente elenca i valori che vale la pena confermare per iscritto.

Altri tre punti meritano di essere inseriti nella stessa conversazione. Verificare che il diametro di montaggio e l'inclinazione del braccio corrispondano al palo e alla classe della strada, poiché un ingresso da 60 mm non si adatta a una staffa da 76 mm. Richiedi i dati sul mantenimento dei lumen LM-80 e TM-21 anziché i dati sulla durata di marketing. Infine, elenca le certificazioni richieste dal mercato di destinazione, come CE, RoHS o TUV, in modo che la conformità venga stabilita prima dell'inizio della produzione.

Sintomi sul campo e cosa significano solitamente

Una volta chiariti i tre blocchi, la maggior parte delle chiamate di servizio si risolvono in un breve elenco di cause.

• La luce rimane accesa tutto il giorno. La finestra della fotocellula è sporca, ombreggiata o guasta oppure un timer astronomico ha perso la data dopo un'interruzione.
• Sfarfallio o breve interruzione. Un driver guasto, un terminale a forcella allentato o un'interferenza sulla coppia di regolazione.
• Andare e scendere in bicicletta verso l'alba. La banda di isteresi è troppo stretta oppure il sensore cattura la luce da un polo vicino.
• Piena luminosità alle 2 del mattino su una strada che dovrebbe essere oscurata. Il profilo di controllo non è mai stato caricato oppure il controller di rete è uscito dal mesh.
• Potenza inferiore rispetto al primo giorno senza comando di regolazione. Degrado del modulo LED, stringa guasta o un driver che ha ridotto la corrente per proteggersi dal calore.

L’illuminazione stradale è un sistema semplice una volta scomposto nelle sue parti. Qualcosa decide che è buio, qualcosa converte la corrente continua o la corrente continua immagazzinata in una corrente controllata e qualcosa trasforma quella corrente in luce. I difetti puntano a uno di questi tre blocchi e una buona specifica fissa le prestazioni di tutti e tre prima che l'ordine venga firmato.

Per gli acquirenti che gestiscono progetti multisito, il vantaggio pratico di un produttore che gestisce progettazione, attrezzature e assemblaggio internamente è la coerenza tra gli ordini, ovvero la stessa ottica, lo stesso raggruppamento e la stessa piattaforma di guida anno dopo anno. Poda Lighting produce lampioni stradali a LED alimentati dalla rete elettrica e solari nella gamma da 50 W a 240 W, insieme a proiettori, luci ad alta visibilità e luci da giardino utilizzate in stadi, tunnel, fabbriche e strade residenziali, ed esporta in più di cinquanta paesi. Se stai preparando un'offerta o confrontando campioni, puoi farlo invia le specifiche del tuo progetto al team per una raccomandazione corrispondente.