Анализ распределения освещённости, генерируемой светодиодными матрицами

Создание систем освещения помещений с возможностью изменения его параметров в пространстве и во времени является перспективным направлением в рамках системы «интеллектуальная окружающая среда». Целью данной работы было создание методики расчёта освещённости, создаваемой светодиодными матрицами, которая не требует применения специализированных программных продуктов и адаптирована к возможности варьирования параметров светодиодов и освещаемых помещений. Обоснована актуальность создания системы освещения помещений, имитирующей условия естественного освещения с учётом необходимости его изменения по спектральному составу во времени, в пространстве с учётом физического и психологического состояния человека.

Проанализирована возможность использования известных компьютерных программ для расчёта распределения освещённости в помещении.

Разработана методика расчёта распределения освещённости на плоскости при использовании как плоской светодиодной матрицы, так и матрицы с наклонным расположением плоскостей отдельных светодиодов. Показано, что распределение освещённости является функцией индикатрисы силы света светодиода, расположения его в пространстве, количества светодиодов в матрице.

Произведён расчёт распределения освещённости для различных источников света, состоящих из RGB светодиодов, как для настольного, так и для потолочного освещения. Установлено, что при использовании матриц, содержащих одинаковые светодиоды, велика неравномерность распределения освещённости. Наклонное расположение плоскостей светодиодов незначительно увеличивает равномерность, уменьшая максимальную освещённость. Для потолочного освещения вариант равномерного распределения светодиодов в пределах потолочной плоскости обеспечивает более равномерное освещение, чем при расположении такого же количества светодиодов в виде групп матриц.

Результаты моделирования светодиодных источников свидетельствуют о необходимости модернизации простых ортогональных матриц, содержащих однотипные элементы с одинаковым для всех элементов режимом питания, с целью повышения равномерности освещённости и экономичности. Такая модернизация может осуществляться за счёт изменения геометрии матриц, дифференциации режимов питания отдельных светодиодов. Разработанная программа расчёта может дополняться опциями для введения перечисленных выше изменений, а также опциями для анализа спектрального распределения излучения в пространстве.

1. Münch M., Brondsted A.E., Brown S.A., Gjedde А., Kantermann Т., Martiny К., Skene J.D., WirzJustice A., Mersch D. The Effect of Light on Humans. Changing perspectives on daylight: Science, technology and culture. Sponsored supplement to Science/AAS, 2017, pp. 16–23. Access mode: www.researchgate.net/publication/320838876. Access date: 19.01.2022.

2. Barroso A.M. (NL), Saudant R.M. (NL) Lighting system and method: patent RU2584674C2, IPC H05B37/02; applicant KONINKLEIKE PHILIPS ELECTRONICS NV (NL), application 01.05.2012, publ. 20.05. 2016 (in Russian).

3. Shen D. Collimator lenses Edison Opto. Рoluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting], 2013, no. 1(21), pp. 20–21 (in Russian).

4. Vertli Y. Lenses with adjustable focus for LEDs. Рoluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting], 2013, no. 1(21), pp. 22–23 (in Russian).

5. Trofimov P., Golikov O. Reflectors and hybrid lenses from Ledlink Optics. Рoluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting], 2013, no. 1(21), pp. 24– 25 (in Russian).

6. Da Silva H. Improvement of LED lamp designs using plastic optical silicones. Рoluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting], 2013, no. 1(21), pp. 26– 27 (in Russian).

7. Jian V., Schneider K. Improving the illumination of an object when using optics with full internal reflection. Рoluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting], 2013, no. 1(21), pp. 28–30 (in Russian).

8. Barbosa J., Calixto W., L. da Cunha Brito. Secondary Lens Optimization for LED Lamps. Journal of mechanics engineering and automation, 2014, no. 4, pp. 46–51.

9. Sharakshane A. On the effectiveness of matte light diffusers. Рoluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting], 2014, no. 1(27), pp. 8–11 (in Russian).

10. Valiev D.T., Rossomakhina N.E., Tyulkin E.V., Agapov N.A. Development of mathematical software for calculating and evaluating the image quality of an optical system. GraphiCon 2018: proceedings of the 28th International Conference on Computer Graphics and Machines-nom vision. Tomsk, September 24–27, 2018. National research Volume. polytech. un., pp. 418– 421 (in Russian).

11. Kudaev S., Schreiber P. Optimizing LED illumination systems. The International Society for Optical Engineering. Spie Newsroom, 2006. DOI: 10.1117/2.1200609.0353

12. Mandal P., Dey D., Roy B. Optimization of Luminaire Layout to Achieve a Visually Comfortable and Energy-Efficient Indoor General Lighting Scheme by Particle Swarm Optimization. The Journal of the Illuminating Engineering Society of North America, 2019, no. 17(1), pp. 1–16. DOI: 10.1080/15502724.2018.1533853

13. Nikiforov S. “S-class” of semiconductor lighting engineering. Komponenty i tekhnologii [Components and technologies], 2009, no. 6, pp. 88–91 (in Russian).