كيفية اختيار درجة حرارة اللون لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية

درجة حرارة اللون هي المعلمة التي تبدأ معظم الوسائط عند تحديد أضوء الشارع بالطاقة الشمسية. يصر بعض المشترين على أن اللون الأكثر بياضًا يعني أكثر إشراقًا؛ والبعض الآخر على يقين من أن الضوء الأصفر فقط هو الذي يخترق الضباب؛ يقوم العديد منهم ببساطة بنسخ أي شكل يظهر في الرسم. من الناحية العملية، تعد درجة حرارة اللون مسألة تتعلق بالبصريات والإدراك البشري والرموز المحلية في آن واحد - وفي تركيبات الطاقة الشمسية ينتهي الأمر على اللوحة الكهروضوئية وفاتورة البطارية أيضًا. تعمل هذه المقالة بدءًا من المبادئ الأولى وصولاً إلى كيفية إصلاح نطاق لموقع معين.

 

ما هي درجة حرارة اللون لضوء الشارع الشمسي؟

ومن توزيع الطاقة الطيفية ولون مصدر الضوء، يمكننا إدخال الكمية المعروفة بدرجة حرارة اللون، والتي تصف لون المصدر. عندما يكون لون الضوء المنبعث من المصدر هو نفس اللون الذي يشعه الجسم الأسود عند درجة حرارة معينة، تسمى درجة حرارة الجسم الأسود درجة حرارة اللون T للمصدر - درجة حرارة اللون للاختصار - معبرًا عنها على مقياس درجة الحرارة المطلقة. بالنسبة لبعض المصادر (بشكل رئيسي مصابيح التفريغ الغازية- ذات الأطياف الخطية القوية)، فإن لون الضوء المنبعث ليس هو نفسه تمامًا لون إشعاع الجسم الأسود عند أي درجة حرارة (تختلف إحداثياتها اللونية)، لذلك لا يمكن استخدام المفهوم العام لدرجة حرارة اللون لوصف لونها. ولتسهيل المقارنة، تم تقديم مفهوم درجة حرارة اللون المرتبطة.

 

إذا كان الضوء المنبعث من مصدر ما أقرب لونًا إلى إشعاع الجسم الأسود عند درجة حرارة معينة -، أي أن المسافة اللونية على مخطط اللونية الموحدة هي الأصغر -، فإن درجة حرارة الجسم الأسود تسمى درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT) للمصدر. تعتبر درجة حرارة اللون المترابطة طريقة خشنة نسبيًا لوصف اللون، ولكنها تعبر عن اللون إلى حد ما.

 

تشير تقييمات 3000K و4000K و5800K المميزة على منتجات مصابيح الشوارع بالطاقة الشمسية بدقة إلى درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT). تصف CCT لون الضوء، وليس سطوع وحدة الإنارة - وقد يختلف تركيبا 3000K في السطوع مرتين. هذه هي النقطة التي غالبًا ما يتم الخلط بينها أثناء اختيار المنتج.

 

 

درجة حرارة اللون لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية: ما تأثير كل نطاق؟

يحتوي الضوء الأبيض البارد على نسبة أكبر من اللون الأزرق، بينما يحتوي الضوء الأبيض الدافئ على نسبة أكبر من اللون الأصفر. ويترتب على ذلك اختلافان رئيسيان: قوة الاختراق وكيفية إدراك العين للضوء.

 

من بين الخيارات الشائعة، 2700-3000 كلفن أصفر اللون ويشبه إلى حد كبير مصباح الصوديوم التقليدي. الضوء ناعم وله تأثير ضئيل على السكان القريبين أو على سماء الليل، لذلك يستخدم على نطاق واسع في الساحات والطرق السكنية والمواقع التي ترى الضباب أو المطر. عند درجة حرارة 3500-4200 كلفن، يقترب لون الضوء من ضوء القمر، مما يحقق التوازن بين الوضوح والراحة، مما يجعله الخيار الأكثر شيوعًا على الطرق البلدية. فوق 5000 كلفن، يظهر الضوء باللون الأبيض أو حتى المزرق؛ فهو يبدو الأكثر سطوعًا ويوفر إمكانية التعرف على المسافة-الطويلة بشكل جيد، ولكنه الخيار الأكثر إثارة للجدل في المطر والضباب وفي المناطق المجاورة مباشرة للمنازل.

 

تدرك العين البشرية درجة حرارة اللون بشكل مختلف تحت مستويات مختلفة من الإضاءة. في الداخل، عند إضاءة معينة، تبدو درجة حرارة اللون المرتفعة بشكل مفرط كئيبة وباردة وكئيبة، في حين أن درجة حرارة اللون المنخفضة بشكل مفرط تشعر بالاختناق والخافتة والقمع. في الهواء الطلق، يحتاج هذا التصور إلى بعض التصحيح: تتحول منطقة الراحة قليلاً نحو درجات حرارة اللون الأعلى.

هناك تغيير آخر قيد التنفيذ. استمرت تقنية LED في التقدم بسرعة في السنوات الأخيرة، واستمرت فعالية الرقائق في التحسن، كما تم ضمان توفير الطاقة. لم يعد الصراع بين الفعالية ودرجة حرارة اللون هو المشكلة الرئيسية في التطبيق؛ ما إذا كانت درجة حرارة اللون تناسب البيئة أصبحت محور الاهتمام.

 

 

كيف تؤثر درجة حرارة اللون على العين البشرية وسلامتها؟

لنبدأ بقوة الاختراق. يفسر تشتت رايلي سبب كون السماء زرقاء: تتناسب شدة تشتت رايلي عكسيا مع القوة الرابعة لطول الموجة، لذلك في الطيف الشمسي، ينثر الضوء البنفسجي الأقصر-الطول الموجي الأزرق-بقوة أكبر من الضوء الأحمر ذو الطول الموجي الأطول-، ومن بين الأطوال الموجية الأقصر، يحمل اللون الأزرق أكبر قدر من الطاقة. عندما تصفو السماء بعد المطر أو في يوم خريفي قارس (عندما يكون هناك عدد قليل من الجزيئات الخشنة في الهواء ويهيمن التشتت الجزيئي)، فإن جزيئات الهواء تشتت الضوء بقوة عن طريق تشتت رايلي، وينتشر الضوء الأزرق في جميع أنحاء السماء، وتظهر السماء باللون الأزرق.

 

وببساطة، كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما كان تشتت الضوء أسهل؛ كلما زاد طول الموجة، كلما كان اختراقها أكثر سهولة. يتكون PM2.5، المساهم الرئيسي في الضباب، من العديد من الجسيمات الدقيقة التي تتسبب أيضًا في خضوع الضوء لتشتت رايلي. يحتوي الضوء الأبيض البارد على نسبة عالية من الضوء الأزرق والأبيض الدافئ على نسبة عالية من اللون الأصفر، لذلك من الناحية النظرية كلما انخفضت درجة حرارة اللون، زادت قوة الاختراق - وفي الضباب، تخترق مصابيح الشوارع LED ذات درجة الحرارة العالية-اللون- درجة الحرارة العالية إلى حد ما بشكل أقل.

 

 

الآن لخفض قيمة الوهج والتجويف. من المفترض بشكل شائع أن مصابيح الشوارع LED تخترق الضباب بشكل سيء وأنها لا تستطيع التعامل مع علامات ممرات المشاة، وهي أكثر وضوحًا وتعاني من انخفاض كبير في قيمة التجويف. في الممارسة العملية ليس الأمر كذلك بالضرورة. بالنظر إلى أداء الإضاءة لمصابيح الشوارع LED 4000 كلفن، وفي المقارنة بين مصابيح الشوارع LED 3000 كلفن ومصابيح الصوديوم{5}}عالية الضغط، نجد أنه طالما يتم التحكم في توزيع الضوء بشكل صحيح، فإن ضوء الشارع LED الذي يتم رؤيته في الرؤية المحيطية من اتجاه السير ليس ساطعًا ولا ينتج وهجًا لا يمكن التحكم فيه، وتكون الإضاءة عبر سطح الطريق موحدة.

 

يجب أيضًا تمييز انخفاض قيمة التجويف عن تقليده. عند النظر إلى الإهلاك، من المهم التمييز بين الإهلاك الحقيقي والإهلاك الكاذب. تظهر البيانات المستمدة من عدد من مشاريع اختبار مصابيح الشوارع LED أنه بدون تنظيف التركيبات، يكون الاستهلاك الكاذب كبيرًا، في حين أن انخفاض قيمة التركيبات المعتقة في الداخل يكون أقل من "الاستهلاك" الناجم عن العدسات المتسخة. بمعنى آخر، سطح الطريق الذي يبدو باهتًا لا يعاني بالضرورة من تدهور الرقاقة - وفي كثير من الحالات تتراكم طبقة من الغبار على العدسة.

 

 

ما هي المعايير ومتطلبات التطبيق المطبقة؟

مع الأخذ في الاعتبار الظروف الفنية والظروف المناخية والظروف البيئية الحالية والإدراك البشري معًا، يقترح الخبراء أنه ينبغي اختيار درجة حرارة اللون لمصابيح الشوارع LED ضمن نطاق 2800-4200 كلفن. درجة حرارة اللون هذه ليس لها تأثير كبير على الفعالية، وتضمن الاختراق من خلال الضباب والضباب، وتناسب الإدراك البصري للمستخدمين في الصين.

 

تخضع المشاريع الرسمية أيضًا للمعايير ووثائق المناقصة. يعتمد تصميم إضاءة الطريق على المعايير الوطنية والصناعية ذات الصلة، وتنص بعض خطط الإضاءة المحلية المخصصة بشكل مباشر على نطاقات درجة حرارة اللون؛ يجب أن يخضع الاختيار الفعلي لأحكام القانون المعمول به في مكان المشروع ووثائق العطاء.

ومع ذلك، فإن نتائج الاختبار الفعلي الذي أجراه الخبراء مثيرة للدهشة إلى حد ما. من الناحية النظرية، يتمتع الضوء الأصفر بنفاذية أعلى من الضوء الأبيض في الهواء النقي، ولكن الاختبار والتحليل يوضحان أنه بقدر ما يتعلق الأمر بالنفاذية في سياق إضاءة الطريق العملية، فإن الاستنتاج يتعارض مع -الافتراضات القديمة:

 

• لا يوجد فرق في النفاذية بين الضوء الأصفر (على سبيل المثال، مصابيح الصوديوم) والضوء الأبيض (على سبيل المثال، -مصابيح LED بيضاء اللون-عالية الحرارة) في الطقس الصافي؛
• على الأقل بالنسبة للضباب والسحب ذات الكثافة المحددة، وفي المطر والثلج، لا يوجد فرق أيضًا في النفاذية بين الضوء الأصفر والأبيض؛
• بسبب الخطأ البصري أو التنوع الكبير في الظروف الجوية، قد تنشأ استثناءات عرضية يصعب تفسيرها مع تطور الطقس الصافي نحو الضباب الشديد أو السحاب أو المطر أو الثلج.

 

وبعبارة أخرى، فإن الادعاء بأن "الضوء الأصفر يخترق الضباب بشكل أفضل" لا يصمد بشكل جيد بمجرد وضعه في سياق الإضاءة العملية عبر الطريق بأكمله. وبطبيعة الحال، فإن النفاذية هي عامل واحد فقط. لا يزال من الصعب استنتاج ما إذا كان الضوء الأبيض أو الأصفر أفضل لإضاءة الطريق، نظرًا لوجود العديد من العوامل وهي معقدة للغاية - هناك جميع أنواع التأثيرات الموضوعية بالإضافة إلى العوامل البشرية الذاتية، وخاصة الاختلافات بين أعداد كبيرة من الأفراد. لا يمكن أن تكون هناك نتيجة يتفق عليها الجميع؛ سوف تختلف الآراء دائما.

 

 

كيف تؤثر درجة حرارة اللون على تكلفة واستقلالية النظام الشمسي؟

يختلف مصباح الشارع بالطاقة الشمسية عن المصباح الذي يعمل بالتيار الكهربائي-: حيث تصل فاتورة درجة حرارة اللون في النهاية إلى اللوحة الكهروضوئية والبطارية. تعمل السلسلة مثل درجة حرارة اللون - التي تؤثر على كفاءة الإضاءة لـ LED (lm/W)؛ تحدد الفعالية مقدار الطاقة اللازمة للوصول إلى إضاءة معينة؛ تحدد الطاقة استهلاك الطاقة اليومي للجهاز؛ ويحدد الاستهلاك بدوره تصنيف اللوحة الكهروضوئية وسعة البطارية؛ وتحدد هذه أخيرًا التكلفة الإجمالية والحجم والوزن وعدد الأيام الملبدة بالغيوم والممطرة المتتالية التي يمكن للضوء أن يستمر في العمل. في ضوء الشارع الشمسي، درجة حرارة اللون ليست مجرد مسألة ما إذا كان الضوء يبدو جيدًا - بل هي مشكلة في تكوين النظام.

 

لحسن الحظ، تقدمت تقنية LED بسرعة في السنوات الأخيرة، وتستمر فعالية الرقاقة في التحسن ويتم ضمان توفير الطاقة، وبالتالي فإن التعارض بين الفعالية ودرجة حرارة اللون لم يعد هو المشكلة الرئيسية في التطبيق. ما إذا كانت درجة حرارة اللون تناسب البيئة التي يتم فيها استخدام الضوء أصبحت النقطة الأساسية في الاختيار.

 

من المفيد أيضًا أخذ انخفاض قيمة اللومن في الاعتبار في الحساب مسبقًا. يوضح التخفيض الكاذب الذي تمت مناقشته سابقًا أن الانخفاض الحقيقي في الإضاءة يأتي عادةً من الأوساخ المتراكمة على العدسة. إذا تم تكوين النظام على أساس-صيانة مجانية-طويلة الأمد، فيجب ترك الهامش في اللوحة والبطارية؛ وإلا فإن الإضاءة على الطريق سوف تنخفض بعد بضع سنوات، مما يؤدي في الواقع إلى تقصير عمر التصميم.

 

تذكير آخر: مهما كانت درجة حرارة اللون التي يتم اختيارها، فإن التحكم المناسب في توزيع الضوء هو شرط أساسي. مع البصريات المناسبة، فإن مصابيح الشارع LED ليست ساطعة ولا تنتج وهجًا غير متحكم فيه، وتكون الإضاءة عبر سطح الطريق موحدة؛ مع ضعف البصريات، حتى درجة حرارة اللون المعتدلة لن تساعد.

 

خاتمة

كل ما تم أخذه في الاعتبار، بعد سنوات من البحث والتطبيق العملي،إضاءة ياهواتوصي بدرجة حرارة لون تبلغ حوالي 5800 كلفن: فهي توفر كفاءة عالية مع الحفاظ على السطوع والراحة، ويكون السائقون أكثر قدرة على البقاء في حالة تأهب في تلك البيئة، مما يقلل من عدد الحوادث؛ على العكس من ذلك، فإن الضوء الدافئ عند درجة حرارة اللون منخفضة للغاية يشعر بالخانق والخافت والقمع، ويسبب التعب بسهولة. بالنسبة لمشروعات معينة مثل المناطق السكنية وأقسام الطرق المعرضة للضباب-، مازلنا نوصي بالتكيف مع الوضع ضمن نطاق 2800-4200 ألف العام، والالتزام بالقوانين المحلية ووثائق المناقصة.