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가로등은 수십 년에 걸쳐 단순한 가스 램프에서 정교한 전자 시스템으로 발전하면서 눈에 띄는 변화를 겪었습니다. 이러한 진화의 중심에는 다양한 전구가 조명을 생성하는 방식을 결정하는 발광 원리인 조명 생산 과학이 있습니다. 이러한 원리를 이해하면 현대 도시 조명 뒤에 숨은 공학적 경이로움을 알 수 있을 뿐만 아니라 특정 기술이 지배적인 이유도 강조됩니다. 이 기사에서는 레거시 시스템과 최첨단 혁신 기술에 중점을 두고 가장 일반적인 가로등 기술의 기본 메커니즘을 살펴봅니다.{4}}

반도체 조명으로의 전환: LED 기술

실외 조명의 가장 중요한 발전은 발광 다이오드(LED) 기술의 채택입니다.{0}} 필라멘트 또는 여기 가스 가열에 의존하는 기존 가로등 시스템과 달리 LED는 반도체 재료에서 전기발광이라는 과정을 통해 빛을 생성합니다.

일반적인 LED 가로등(150w)은 P-형 층(양으로 하전된 "정공"이 풍부함)과 N-형 층(음으로 하전된 전자가 풍부함)의 두 층으로 구성된 반도체 칩을 포함합니다. 이 층은 PN 접합을 형성합니다. 전류가 가해지면 전자는 접합부를 건너 정공과 재결합하여 광자({5}}빛의 기본 입자) 형태로 에너지를 방출합니다. 빛의 특정 파장(색상)은 반도체 재료에 따라 다릅니다. 예를 들어, 질화갈륨(GaN)은 청색광을 생성한 다음 인광체 코팅을 사용하여 백색광으로 변환합니다.

이러한 직접적인 에너지--광 변환은 매우 효율적이므로 LED는 와트당 100~160루멘의 발광 효율을 달성할 수 있습니다. 따라서 고압 나트륨 램프와 같은 구식 가로등보다 훨씬 더 효율적입니다.- 또한 LED는 수명이 50,000~100,000시간에 달할 정도로 탁월한 수명을 제공합니다. 뛰어난 연색성(CRI 70-90)과 결합된 이러한 내구성 덕분에 LED는 전 세계적으로 도시 가로등에 선호되는 선택이 되었습니다.

LED 기술의 적응성은 스마트 기능도 가능하게 합니다. 지능형 가로등은 실시간 조건에 따라 밝기를 조정하는 센서와 제어 시스템을 통합하여 에너지 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 교통량이 적은 기간에는 가로등의 밝기가 최대 출력의 50%로 낮아져 안전을 위협하지 않으면서 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

가스 방전 기술: 고압-고압 나트륨 램프

LED가 널리 보급되기 전에는{0}}고압 나트륨(HPS) 램프가 공공 조명의 주력 제품이었습니다. 이러한 구식 가로등 시스템은 가스 방전 여기라는 완전히 다른 원리로 작동합니다.

HPS 전구 내부에서는 나트륨과 수은 증기를 포함한 혼합 가스를 통해 전기 아크가 통과됩니다. 아크는 수은을 가열하여 아크 튜브 내의 압력을 기화시키고 증가시킵니다. 그런 다음 이 열은 나트륨을 기화시켜 주로 589나노미터 파장의 강렬한 노란색-주황색 빛-을 방출하는 플라즈마를 생성합니다.

HPS 램프는 괜찮은 효율(80~120lm/W)을 제공하지만 연색성이 낮고(CRI 20~30) 수명이 상대적으로 짧습니다(15,000~24,000시간). 일부 도시 가로등에서 여전히 볼 수 있는 독특한 노란색 빛은 색상을 왜곡하고 가시성을 감소시킬 수 있습니다. 또한 HPS 램프에는 수은이 포함되어 있어 환경 문제를 야기합니다. 이러한 제한으로 인해 LED 대안으로의 전환이 가속화되었습니다.

하이브리드 시스템: 태양광-전력 LED 가로등

그리드 연결이 어려운 지역에서는 태양열-전력 LED 시스템이 혁신적인 솔루션으로 등장했습니다. 이러한 시스템은 LED 기술의 효율성과 재생 가능 에너지 수확을 결합합니다.

낮에는 광전지 패널이 광기전 효과를 통해 햇빛을 전기로 변환합니다. 이 에너지는 배터리에 저장되어 어두워지면 LED에 전원을 공급합니다. 이러한 시스템의 LED 가로등 설비는 그리드- 구동 LED와 동일한 전계발광 원리로 작동하지만 완전한 에너지 독립성을 갖습니다.

태양광-전력 시스템은 멀리 떨어져 있거나 환경에 민감한 장소의 가로등 조명 애플리케이션에 특히 유용합니다. 더 높은 초기 투자가 필요하지만 전기 비용을 없애고 탄소 배출을 줄입니다. 배터리 기술과 에너지 관리의 발전으로 인해 이러한 시스템의 신뢰성이 점점 높아지고 있습니다.

전문 기술: 메탈 할라이드 및 유도 램프

일반 가로등에는 덜 일반적이지만 메탈 할라이드 및 유도 램프는 특정 틈새 시장에 사용됩니다.

상업용 LED 가로등 환경에서 때때로 사용되는 메탈 할라이드 램프는 수은과 메탈 할라이드의 혼합물에 전기 아크를 통과시켜 빛을 생성합니다. 여기된 금속 원자는 넓은 스펙트럼의 빛을 방출하여 탁월한 연색성을 제공합니다(CRI 65-90). 그러나 짧은 수명(10,000~20,000시간)과 느린 시작 시간으로 인해 광범위한 채택이 제한됩니다.

또 다른 특수 옵션인 유도 램프는 전자기장을 사용하여 수은 증기를 여기시켜 자외선을 생성합니다. 이 UV 광선은 형광체 코팅을 통해 가시광선으로 변환됩니다. 유도 LED 가로등 시스템은 매우 긴 수명(100,000+시간)을 제공하지만 LED보다 효율이 낮고 일반적으로 접근하기 어려운 위치에 사용됩니다.--

미래: 적응형 및 연결된 조명 시스템

공공 조명의 미래는 지능적이고 적응 가능한 시스템에 달려 있습니다. 최신 최신 LED 가로등은 실시간 조건에 따라 출력을 동적으로 조정할 수 있습니다.- 예를 들어, 안개가 낀 날씨에는 현대식 가로등이 대비와 가시성을 향상시키기 위해 더 따뜻한 색온도로 전환될 수 있습니다. 마찬가지로 활동량이 적은 기간에는 밝기를 줄여 에너지를 절약할 수 있습니다.

이러한 스마트 시스템은 센서, 통신 네트워크 및 고급 제어 알고리즘에 의존합니다. 이는 조명 기술과 디지털 혁신의 융합을 나타내며 환경에 반응하고 중앙 관리 시스템과 통신하는 지능형 가로등 네트워크를 만듭니다.

결론

가로등 전구 뒤에 숨어 있는 발광 원리는 단순한 가스 방전에서 정교한 반도체 물리학에 이르기까지 매혹적인 여정을 반영합니다. HPS와 같은 기존 가로등 기술이 여전히 사용되고 있지만 LED 시스템은 효율성, 수명 및 적응성으로 인해 최고의 표준이 되었습니다. 보행자 길을 밝히는 25w LED 가로등이든, 주요 도로를 밝히는 200w LED 가로등이든, LED 기술은 거의 모든 용도에 만족스러운 가로등 솔루션을 제공합니다.

연구가 계속됨에 따라 페로브스카이트 LED와 같은 새로운 기술은 훨씬 더 높은 효율성과 다양성을 약속합니다. 현재 LED는-특히 태양광 발전이나 스마트 제어 장치와 결합할 경우-시립 가로등을 위한 가장 발전되고 실용적인 선택입니다. 이들의 지배력은 혁신의 힘과 더 좋고 지속 가능한 조명 솔루션을 끊임없이 추구한다는 증거입니다.

 

 

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