LED街路灯

LED街路灯
	英国のLED街灯
タイプ	LED、街灯

LED街灯または道路灯は、街路照明に使用される一体型発光ダイオード(LED) 照明器具です。

デザインとスタイル

LED 街灯は、光源として発光ダイオード (LED) を使用する統合型照明です。ほとんどの場合、照明器具と器具は別々の部品ではないため、これらは統合型照明と見なされます。製造では、LED ライトクラスターがパネル上に密封され、ヒートシンクを使用して LED パネルに組み立てられ、統合型照明器具になります。

さまざまな種類の LED を照明器具に組み込んださまざまなデザインが考案されています。少数の高出力 LED または多数の低出力 LED を使用できます。LED 街灯の形状は、LED の構成、LED で使用されるヒートシンク、美的デザインの好みなど、いくつかの要因によって決まります。

LED 街灯のヒートシンクは、コンピューターやスマート街灯省エネシステムなどの他の電子機器を冷却するために使用されるヒートシンクと設計が似ています。ヒートシンクには、LED から熱気が逃げやすいように、できるだけ多くの溝が付いている傾向があります。熱交換面積は、LED 街灯の寿命に直接影響します。

LED 街灯の寿命は、元の設計仕様と比較した光出力によって決まります。明るさが 30 パーセント低下すると、白色 (クリア) の LED 街灯は寿命を迎えたとみなされます。

ほとんどの LED 街灯は LED パネルにレンズが付いており、光を長方形のパターンで投射するように設計されています。これは、高圧ナトリウムランプの背面に反射板が付いているのが一般的な従来の街灯に比べて利点です。この場合、光の輝度の多くが失われ、空気や周囲の環境に光害が発生します。

LED フォーカスパネルの欠点は、ほとんどの光が道路に向けられ、歩道やその他のエリアに届く光が少ないことです。この問題は、特殊なレンズ設計と調整可能な取り付けスピゴットを使用することで解決できます。

LED街路照明プロジェクトを実行する際には、簡単なLED照明モデルにより、高性能照明設計の最適化が簡素化されます。^[1]これらの実用的な方程式は、光害を最小限に抑え、快適性と視認性を高め、照明の均一性と光利用効率の両方を最大化するために、LED街路照明の設置を最適化するために使用できます。

エネルギー効率

LED 街路照明の主な魅力は、高圧ナトリウム (HPS) やメタルハライド(MH) などの従来の街路照明器具技術に比べてエネルギー効率が高いことです。新しいモデルの LED 街路照明の効率を向上させる研究が続けられています (LED 街路照明による近代化)。ただし、英国ではLED 街路照明は低圧ナトリウム(SOX) 街路照明ほど効率的ではありません。 ^[^{説明が必要}^]

901ミリワット出力のLEDをベースにしたLED街灯は、通常、従来の照明と同じ（またはそれ以上の）輝度を生成できますが、消費電力は半分で済みます。LED照明は通常故障しませんが、交換が必要になるまで出力が低下します。^[2]米国の10大都市圏にエネルギー効率の高い街灯を設置すると、年間の二酸化炭素排出量を120万トン削減できると推定されています。これは、212,000台の車両を道路から排除するのに相当し、少なくとも年間9,000万ドルの電気代を節約できます。^[3]^[4]

LED照明器具は通常、照度が低いため^[5]、高ルーメンの従来の照明器具と同じ照度を得るためには、よく分散された照明パターンを使用することが重要です。たとえば、1つの照明器具に異なるLEDを取り付けることで、街路の異なる地点を照らすことができます。

LED街路灯の利点

低エネルギー消費：多くのLED照明の改修により、エネルギー使用量が劇的に削減されると主張されています。^[6]
長く予測可能な寿命: LED 街灯の予測寿命は通常 10 ～ 15 年で、現在普及している HPS の 2 ～ 4 倍です。(LED 自体は、他の技術と比較できるほど故障したり「焼き切れる」ことは通常なく、LED 器具の他の機械部品または電子部品の壊滅的な故障がない限り、寿命は通常、光出力の 30% の低下によって決まります。ただし、LED 器具の機能寿命は最も弱い部分によって制限されます。関連する駆動電子機器は通常、約 50,000 時間持続すると予測されています。LED 街灯製品は、予測を裏付けるほど長く使用されていないことを理解することが重要です)。実際に実現されれば、LED の保守や交換の頻度が減るため、メンテナンスコストが削減されます。
より正確な色再現:色再現指数は、理想的な光源と比較して、光源が物体の色を正確に再現する能力です。色再現が向上すると、ドライバーは物体を認識しやすくなります。
素早いオン/オフ: 電源を入れると加熱されるまでに時間のかかる蛍光灯や、水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプなどの高輝度放電 (HID) ランプとは異なり、LED は瞬時に最大の明るさで点灯します。
RoHS準拠: LED には水銀や鉛が含まれておらず、損傷しても有毒ガスを放出しません。
光学的に効率の良い照明器具: 他の種類の街灯では、ランプから上向きに放射される光を捉えるために反射板を使用します。最良の条件下でも、反射板は光の一部を吸収します。また、蛍光灯や蛍光体でコーティングされた電球を持つその他のランプでは、電球自体が反射板によって下向きに向けられた光の一部を吸収します。屈折板と呼ばれるガラスカバーは、光を望ましいパターンで街路に投影するのに役立ちますが、一部の光は上空に向けられることで無駄になります (光害)。LED ランプアセンブリ (パネル) は、反射板なしでも望ましい方向に光を送ることができます。
低温でも高い光出力: 蛍光灯は比較的エネルギー効率に優れていますが、平均的には冬の気温では光出力が低くなる傾向があります。

LED街灯のデメリット

故障したLED街灯が点滅

色温度が4000K以上のLEDが作り出す雰囲気を嫌う人が多い。2700Kと3000KのLEDは主に屋内照明に使用されている。^[7]^[8]
LED街路灯の初期費用は高く、その結果、エネルギー節約でその費用を回収するには数年かかります。LEDはサファイアやその他の高価な基板上に作られることが多いため、コストが高いのは使用される材料に一部起因しています。^[9]
プルキンエ効果の結果、暗闇に順応した人間の目は、一般的に置き換えられつつある黄色とオレンジ色の高圧ナトリウムランプと比較して、LED街灯が大量に発する青色と緑色の光に非常に敏感です。 ^[10]^[11]^{[12]これにより、}光害、特に空の輝きの影響が拡大します。
LED照明の普及により人工的な空の光の青と緑の含有量が大幅に増加し、鳥の渡りやその他の夜行性動物の行動への影響が増大する可能性がある。^[13]
LED街灯からの青色光汚染は、年間のリズムを乱し、生物の季節時計を完全に失わせる原因となる。これは、摂食、生殖、体温調節、冬眠などの重要な行動に影響する。季節のタイミングの喪失により冬眠や適切な体温調節ができず、生物が死ぬ場合もある。^[14]^[15]^[16]
白色LEDの蛍光体層は徐々に摩耗します。色の変化により、デバイスの光生物学的リスクグループは徐々に1つからより高いグループに移行します。^[17]製造上の問題により、LED街灯に欠陥が生じ、設計寿命よりもはるかに早く蛍光体コーティング層の剥離が起こることがあります。これにより、白色LEDライトが青や紫に変わります。^[18]大規模な欠陥ライトの問題は、米国とカナダの多くの都市で発生しました。^[19]^[20]
故障したLED街灯は点滅を引き起こし、ストロボライトのような効果を生み出す可能性があります。^[21]部分的な停電もLED街灯が残留電流を検知するため、同様の効果を引き起こす可能性があります。^[22]ストロボ効果は、人によっては発作を引き起こす可能性があります。^[23]
LED街灯の青色が豊富なスペクトルは、道路舗装のスペクトル反射率が光の長波長に対して高いため、道路上で目標の輝度レベルを生み出すのに、ナトリウム照明の黄色が支配的なスペクトルよりも効果が低い。このスペクトル反射率の違いにより、LED街灯によって生成される光の多くは、反射されるのではなく舗装によって吸収される。^[24]
LED街灯は、従来のナトリウム光源よりもグレアのレベルが高くなります。これは主に、光源面積が小さい器具が、光の強さの指標である輝度レベルを増加させたためです。LED街灯の青色を多く含むスペクトルは、グレアのレベル、特に不快なグレアのレベルを増加させます。^[25]^[26]
LED街灯の青色が豊富なスペクトルはレイリー散乱の影響を大きく受けます。レイリー散乱とは、光の短波長が光の長波長よりも微粒子内で散乱する現象です。大気中の光の散乱が増加すると、空の輝きが増加します。大雨、雪、霧などの悪天候の際には、この散乱によって視界を妨げる物理的な光の壁が形成されることがあります。^[27]
人間の目は加齢とともに水晶体が黄色くなります。水晶体のスペクトル透過性は長波長の光に有利に変化し、短波長の光の透過性は著しく低下します。このスペクトルに基づく透過性の低下により、LED街灯の青色が豊富なスペクトルは加齢とともに見えにくくなります。たとえば、50歳の人の目では、4000K LEDの光透過率は25歳の人の2700K LEDの光透過率よりも11%低くなります。^[28]^[24]

健康上の懸念

白色LED電球の光にさらされると、圧力ナトリウム電球の光にさらされた場合よりも最大5倍メラトニンが抑制されます。 ^[29] 400〜500ナノメートルの波長で放射される白色光は、松果体で生成されるメラトニンの生成を抑制することが知られています。その結果、人間の体内時計が乱れ、睡眠と休息の時間が短くなります。^[29]
マドリッド・コンプルテンセ大学の研究^[30]は、LED街路灯に長期間さらされると、人間の目の網膜に回復不可能な損傷を与える可能性があると主張している。マドリッドの研究では、これは「青帯」の高レベルの放射線によって引き起こされたとされている。^[31]^[32]
夜間の人工照明は人間（野生動物は言うまでもない）にさまざまな影響を及ぼし、光放射線への曝露は人間の生理機能や行動に直接的、間接的に影響を及ぼします。多くの領域が十分に理解されておらず、照明工学協会（IES）の立場表明では、主にさらなる研究の必要性を強調しています。^[33]
グレアによるリスクがあります。2013年に発表されたフランス政府の報告書によると、10,000 cd/m2を超える輝度レベルは、照明ユニットが視野内のどの位置にあるかに関係なく、視覚的な不快感を引き起こすことが示されています。LEDの放射面は非常に集中した点光源であるため、個々の光源の輝度は不快感レベルの1000倍になる可能性があります。したがって、このタイプの光源からの直接放射レベルは、視覚的な不快感のレベルを簡単に超えることができます^[17]^[34]

参考文献

^ I. Moreno、M. Avendaño-Alejo、「LED 街路照明のモデリング」、Appl. Opt. 53、4420 (2014)。https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-53-20-4420
^ ab 街路照明技術の比較 2013-03-01ウェイバックマシンにアーカイブ
^ ロバート・T. グロウ、エネルギー効率の良い街灯 - ワシントン大都市圏の二酸化炭素排出量削減の可能性、2008 年 3 月
^ 「研究：新しい街灯技術はエネルギーと費用を節約できる」2008年4月6日。
^ 「LED 街灯」 www.northernlights-direct.co.uk。2015年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年10月4日閲覧。
^ Kostic, AM 他「街路照明および道路照明における発光ダイオード -薄明視効果に関するケーススタディ」照明研究技術 45:217、2013 年、doi: 10.1177/1477153512440771
^ ベニャ、ジェームズ。「デイビスの夜」。 2016年4月21日閲覧。
^ チャバン、マット（2015年3月23日）。「ブルックリンのLED街灯はエネルギーを節約しているが、住民を疲弊させている」ニューヨークタイムズ。 2016年4月21日閲覧。
^ 「LED街灯の仕組み」science.howstuffworks.com。2009年6月22日。 2016年10月4日閲覧。
^ 光害が人間の健康、環境、恒星の視程に与える影響の制限、環境管理ジャーナル、第 92 巻、第 10 号、2011 年 10 月、2714-2722 ページ、Fabio Falchi、Pierantonio Cinzano、Christopher D. Elvidge、David M. Keith、Abraham Haim 著
^ Luginbuhl, CB et al.,光源のスペクトルパワー分布が空の輝きに与える影響。Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer、2014 年、v. 139; p. 21.、doi:10.1016/j.jqsrt.2013.12.004
^ Aubé, M. et al.,さまざまな人工光がメラトニン抑制、光合成、星の視認性に及ぼす潜在的なスペクトル影響の評価。PLOS ONE、2013、DOI: 10.1371/journal.pone.0067798
^ http://lighting.com/light-pollution-wildlife.htm. 夜を昼に変える：光害が野生生物に与える影響
^ Haim, Abraham; Shanas, Uri; Zubidad, Abed El Salam; Scantelbury, Michael (2005 年 1 月)。「季節性と時間外の季節 - 光干渉による体温調節効果」。クロノバイオロジーインターナショナル。22 (1): 59–66。doi : 10.1081 / CBI -200038144。ISSN 0742-0528。PMID 15865321。S2CID 10616727 。
^ Liu, Jennifer A.; Meléndez-Fernández, O. Hecmarie; Bumgarner, Jacob R.; Nelson, Randy J. (2022-05-01). 「光害が光周期による季節性に与える影響」.ホルモンと行動. 141 : 105150. doi :10.1016/j.yhbeh.2022.105150. ISSN 0018-506X. PMC 10137835. PMID 35304351 .
^ Zubidat, Abed Elsalam; Ben-Shlomo, Rachel; Haim, Abraham (2007年1月). 「短日順応社会性ハタネズミ（Microtus socialis）における光パルスに対する体温調節および内分泌反応」Chronobiology International . 24 (2): 269–288. doi :10.1080/07420520701284675. ISSN 0742-0528. PMID 17453847. S2CID 25682181.
^ ab ANSES、フランス食品・環境・労働安全衛生庁、2013年9月
^ ロジャース、アダム（2022年11月29日）。「グレートパープリング-」。ビジネスインサイダー。 2023年4月12日閲覧。
^ da Silva, Susana (2022年10月4日). 「なぜ何千もの街路灯が紫色に変わっているのか」CBCニュース。 2023年4月12日閲覧。
^ Fox, Greg (2023年3月13日). 「FDOTは欠陥のある紫色の街灯の交換を進めている」WESH 。 2023年4月12日閲覧。
^ マロニー、デイモン、ネルソン、ジム。「クリーブランドの街灯が故障し、ストロボ効果を引き起こす」。WOIOクリーブランド 19 ニュース。2023年4 月 12 日閲覧。
^ 「部分的な停電後、街灯がストロボライトに」CNN/WBNG 2019年2月4日。 2023年4月12日閲覧。
^ 「カルガリーの発作患者、ちらつくLED街灯がまた故障するかと心配」CBCニュース、2017年1月27日。 2023年4月12日閲覧。
^ ab Preciado, Ou; Manzano, Er (2018年10月). 「路面のスペクトル特性と目の透過率：薄明レベルでの道路照明のエネルギー効率への影響」. Lighting Research & Technology . 50 (6): 842–861. doi :10.1177/1477153517718227. hdl : 11336/63121 . ISSN 1477-1535. S2CID 116821441.
^ Bullough, Jd; Brons, Ja; Qi, R.; Rea, Ms ( 2008 年 9 月)。「屋外照明設備からの不快なグレアの予測」。照明研究と技術。40 (3): 225–242。doi : 10.1177 /1477153508094048。ISSN 1477-1535。S2CID 109408921 。
^ de Boer, JB; Schreuder, DA (1967 年 6 月)。「街路照明の品質基準としてのグレア」。照明研究技術。32 (2 IEStrans): 117–135。doi : 10.1177 /147715356703200205。ISSN 1477-1535。S2CID 106634429 。
^ Cox, AJ; DeWeerd, Alan J.; Linden, Jennifer (2002-05-13). 「ミー散乱とレイリー散乱の全断面積を測定する実験」. American Journal of Physics . 70 (6): 620–625. Bibcode :2002AmJPh..70..620C. doi :10.1119/1.1466815. ISSN 0002-9505.
^ ファン・ボメル、ワウト (2015). 「道路照明」。スプリンガーリンク。土井：10.1007/978-3-319-11466-8。ISBN 978-3-319-11465-1。
^ ab アブラハム・ハイム教授（2012年9月）。「白色光LEDにさらされると、他の特定の光よりも体内のメラトニン生成が抑制されるようだ」。サイエンス・デイリー。イスラエル・ハイファ大学時間生物学学際研究センター。 2016年10月4日閲覧。
^ セリア・サンチェス・ラモス博士、「発光ダイオード（LED）の視力への影響」、マドリード・コンプルテンセ大学、2013年
^ 「LEDライトは目を傷める可能性がある」The Hindu 2013年5月15日2016年10月4日閲覧。
^ 「白色LEDは体内時計を乱すのか？」www.insidescience.org。2012年6月19日。2015年6月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年10月4日閲覧。
^ Tim Whitaker (2010 年 11 月 15 日). 「光と人間の健康: LED のリスクに注目」. LEDs Magazine. 2010 年 11 月 23 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ 「「発光ダイオード（LED）を使用した照明システムの健康への影響」と題する社内要請への回答」（PDF）。ANSES 。2010年10月19日。 2022年9月20日閲覧。

外部リンク

米国エネルギー省、自治体向け LED 照明パイロットプロジェクトに関する報告: ソリッドステート照明 GATEWAY 実証結果

[1] I. Moreno、M. Avendaño-Alejo、「LED 街路照明のモデリング」、Appl. Opt. 53、4420 (2014)。https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-53-20-4420

[comparison-2] 街路照明技術の比較 2013-03-01ウェイバックマシンにアーカイブ

[3] ロバート・T. グロウ、エネルギー効率の良い街灯 - ワシントン大都市圏の二酸化炭素排出量削減の可能性、2008 年 3 月

[4] 「研究：新しい街灯技術はエネルギーと費用を節約できる」2008年4月6日。

[5] 「LED 街灯」 www.northernlights-direct.co.uk。2015年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年10月4日閲覧。

[6] Kostic, AM 他「街路照明および道路照明における発光ダイオード -薄明視効果に関するケーススタディ」照明研究技術 45:217、2013 年、doi: 10.1177/1477153512440771

[7] ベニャ、ジェームズ。「デイビスの夜」。 2016年4月21日閲覧。

[8] チャバン、マット（2015年3月23日）。「ブルックリンのLED街灯はエネルギーを節約しているが、住民を疲弊させている」ニューヨークタイムズ。 2016年4月21日閲覧。

[9] 「LED街灯の仕組み」science.howstuffworks.com。2009年6月22日。 2016年10月4日閲覧。

[10] 光害が人間の健康、環境、恒星の視程に与える影響の制限、環境管理ジャーナル、第 92 巻、第 10 号、2011 年 10 月、2714-2722 ページ、Fabio Falchi、Pierantonio Cinzano、Christopher D. Elvidge、David M. Keith、Abraham Haim 著

[11] Luginbuhl, CB et al.,光源のスペクトルパワー分布が空の輝きに与える影響。Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer、2014 年、v. 139; p. 21.、doi:10.1016/j.jqsrt.2013.12.004

[12] Aubé, M. et al.,さまざまな人工光がメラトニン抑制、光合成、星の視認性に及ぼす潜在的なスペクトル影響の評価。PLOS ONE、2013、DOI: 10.1371/journal.pone.0067798

[13] ttp://lighting.com/light-pollution-wildlife.htm. 夜を昼に変える：光害が野生生物に与える影響

[14] ^ Haim, Abraham; Shanas, Uri; Zubidad, Abed El Salam; Scantelbury, Michael (2005 年 1 月)。「季節性と時間外の季節 - 光干渉による体温調節効果」。クロノバイオロジーインターナショナル。22 (1): 59–66。doi : 10.1081 / CBI -200038144。ISSN 0742-0528。PMID 15865321。S2CID 10616727 。

[15] Liu, Jennifer A.; Meléndez-Fernández, O. Hecmarie; Bumgarner, Jacob R.; Nelson, Randy J. (2022-05-01). 「光害が光周期による季節性に与える影響」.ホルモンと行動. 141 : 105150. doi :10.1016/j.yhbeh.2022.105150. ISSN 0018-506X. PMC 10137835. PMID 35304351 .

[16] Zubidat, Abed Elsalam; Ben-Shlomo, Rachel; Haim, Abraham (2007年1月). 「短日順応社会性ハタネズミ（Microtus socialis）における光パルスに対する体温調節および内分泌反応」Chronobiology International . 24 (2): 269–288. doi :10.1080/07420520701284675. ISSN 0742-0528. PMID 17453847. S2CID 25682181.

[ReferenceA-17] ANSES、フランス食品・環境・労働安全衛生庁、2013年9月

[18] ロジャース、アダム（2022年11月29日）。「グレートパープリング-」。ビジネスインサイダー。 2023年4月12日閲覧。

[19] Silva, Susana (2022年10月4日). 「なぜ何千もの街路灯が紫色に変わっているのか」CBCニュース。 2023年4月12日閲覧。

[20] Fox, Greg (2023年3月13日). 「FDOTは欠陥のある紫色の街灯の交換を進めている」WESH 。 2023年4月12日閲覧。

[21] マロニー、デイモン、ネルソン、ジム。「クリーブランドの街灯が故障し、ストロボ効果を引き起こす」。WOIOクリーブランド 19 ニュース。2023年4 月 12 日閲覧。

[22] 「部分的な停電後、街灯がストロボライトに」CNN/WBNG 2019年2月4日。 2023年4月12日閲覧。

[23] 「カルガリーの発作患者、ちらつくLED街灯がまた故障するかと心配」CBCニュース、2017年1月27日。 2023年4月12日閲覧。

[:0-24] Preciado, Ou; Manzano, Er (2018年10月). 「路面のスペクトル特性と目の透過率：薄明レベルでの道路照明のエネルギー効率への影響」. Lighting Research & Technology . 50 (6): 842–861. doi :10.1177/1477153517718227. hdl : 11336/63121 . ISSN 1477-1535. S2CID 116821441.

[25] ^ Bullough, Jd; Brons, Ja; Qi, R.; Rea, Ms ( 2008 年 9 月)。「屋外照明設備からの不快なグレアの予測」。照明研究と技術。40 (3): 225–242。doi : 10.1177 /1477153508094048。ISSN 1477-1535。S2CID 109408921 。

[26] Boer, JB; Schreuder, DA (1967 年 6 月)。「街路照明の品質基準としてのグレア」。照明研究技術。32 (2 IEStrans): 117–135。doi : 10.1177 /147715356703200205。ISSN 1477-1535。S2CID 106634429 。

[27] Cox, AJ; DeWeerd, Alan J.; Linden, Jennifer (2002-05-13). 「ミー散乱とレイリー散乱の全断面積を測定する実験」. American Journal of Physics . 70 (6): 620–625. Bibcode :2002AmJPh..70..620C. doi :10.1119/1.1466815. ISSN 0002-9505.

[28] ファン・ボメル、ワウト (2015). 「道路照明」。スプリンガーリンク。土井：10.1007/978-3-319-11466-8。ISBN 978-3-319-11465-1。

[Haim-29] アブラハム・ハイム教授（2012年9月）。「白色光LEDにさらされると、他の特定の光よりも体内のメラトニン生成が抑制されるようだ」。サイエンス・デイリー。イスラエル・ハイファ大学時間生物学学際研究センター。 2016年10月4日閲覧。

[30] セリア・サンチェス・ラモス博士、「発光ダイオード（LED）の視力への影響」、マドリード・コンプルテンセ大学、2013年

[31] 「LEDライトは目を傷める可能性がある」The Hindu 2013年5月15日2016年10月4日閲覧。

[32] 「白色LEDは体内時計を乱すのか？」www.insidescience.org。2012年6月19日。2015年6月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年10月4日閲覧。

[33] Tim Whitaker (2010 年 11 月 15 日). 「光と人間の健康: LED のリスクに注目」. LEDs Magazine. 2010 年 11 月 23 日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[ReferenceB-34] 「「発光ダイオード（LED）を使用した照明システムの健康への影響」と題する社内要請への回答」（PDF）。ANSES 。2010年10月19日。 2022年9月20日閲覧。