Technologia LED

Żródło; materiały informacyjne Departamentu Energii USA. Tłmaczenie własne.

Źródła światła oparte na LED, w odróżnieniu od tradycyjnych żarówek i świetlówek nie emitują standardowo białego światła. Światło emitowane prze diody LED jest prawie jednokolorowe, co sprawia że doskonale nadają się do zastosowań takich jak sygnalizacja świetlna (uliczna) czy podświetlanie symboli wyjścia z budynku. Aby zastosować je jako oświetlenie ogólne, należy przekształcić produkowane przez nie światło w barwę białą. Mozna to zrobić na trzy sposoby:

- Konwersja fosforu, co oznacza przebariwenie LED lub pokrycie jej związkami fosforu nadającymi jej barwę białą.

- System RGB, gdzie światło z wielu jednokolorowych źródeł LED (czerwonych, zielonych, niebieskich) jest mieszane, dając w efekcie światło białe.

- Metoda hybrydowa, używająca zarówno diód pokrytych związkami fosforu, jak też diód RGB.

Departament Energii USA dostrzegł potencjał technologii LED do wytwarzania światła białego przy niespotykanej dotąd oszczędności energii, pod jego nadzorem prowadzone są w USA badania nad sprawnością technologii i obniżeniem kosztów produkcji diod LED.

Nowe produkty LED pojawiają się na rynku coraz szybciej, kolejne generacje urządzeń są ogłaszane co 4 do 6 miesięcy. Niektóre z tych produktów mają bardzo dobre osiagi, jednakże jakość i sprawność źródeł LED jest jeszcze bardzo zróżnicowana. Na rynku wprowadzane są nowe standardy, procedury testowe, norma ENERGY STAR – nowe rozporządzenia juz są opracowywane – ma to pozwolić klientom na dokonywanie świadomego zakupu urządzeń wykonanych w technologii LED.

Często zadawane pytania:

Czym różnią się żarówki LED od innych energooszczednych źródeł światła?

Żarówki LED oferują potencjalne obniżenie zużycia energii elektrycznej o połowę do roku 2030, oszczędzając użytkownikom pieniądze w rachunkach za energię elektryczną, jednocześnie zmniejszając emisję szkodliwych gazów cieplarnianych. Ich unikalne cechy – niewielkie wymiary, długa żywotność, łatwość serwisowania, odporność na uszkodzenia i wstrząsy, niewrażliwość na pracę w niskich temperaturach, brak emisji promieniowania UV, i natychmiastowy start z pełną jasnością – pozwalają na ich bardzo szerokoie stosowanie. Możliwość kontroli barwy/ściemniania to dodatkowe bardzo pozyteczne funkcje nowoczesnych żarówek LED.

Jedną z najwazniejszych cech LED jest fakt, ze emitują one światło w konkretnym kierunku. Światło kierunkowe pozwala na ograniczenie dyfuzorów i odbłyśników, które mają ukierunkowywać wiązkę światła, dobrze zaprojektowana oprawa LED będzie w stanie efektywnie oświetlić miejsce w którym została zainstalowana. Żarówki tradycyjne i świetlówki emitują światło we wszystkich kierunkach, co oznacza, że większość produkowanego światła jest pochłaniana przez oprawę, wraca po odbiciu do samego źródła światła, lub oświetla miejsca, w których nie jest to przydatne dla użytkownika. W przypadku tradycyjnych opraw takich jak np. downlighty, oprawy rastrowe, czy oświetlenie podszafkowe zazwyczaj do 40 do 50% światła pochodzącego z żarówek i świetlówek jest pochłaniane przez samą oprawę.

Jak oszczędne są żarówki LED?

Przy rozpatrywaniu sprawności energetycznej należy rozróżnić dwa aspekty: sprawność samej diody (skuteczność świetlna źródła światła), a także to, jak dobrze współpracują ze sobą źródło światła i oprawa , w której się ono znajduje (sprawność całej oprawy). To, jak wiele prądu potrzeba aby osiągnąć zamierzony efekt świetlny zależy nie tylko od samej diody LED, ale również od projektu całej żarówki. Diody są wrażliwe na wysoką temperaturę i zmiany napięcia elektrycznego, dlatego też rzeczą bardzo ważną jest zaprojektowanie odpowiedniego korpusu żarówki. Sprawność źle zaprojektowanej żarówki, wykorzystującej nawet najlepsze diody LED będzie tylko ułamkiem rzeczywistych możliwości dobrze wykonanego urządzenia. Zły projekt może równiez powodować szybkie wypalanie się diod i zmniejszenie wydajności świecenia.

Sprawność białych diod LED bardzo szybko rośnie w ostatnich latach. Amerykański Departament Energii postawił w swoich badaniach cel w postaci taniej białej ciepłej diody LED o sprawności 225lm/W do roku 2025. Tabela poniżej pokazuje sprawność świetlną dla źróeł tradycyjnych i źródeł LED. W przypadku świetlówek uwzględniono rwnież straty wynikające z zastosowania balastu.

Typowa skuteczność świetlna w porównaniu do tradycyjnych technologii oświetleniowych – 2012 rok.

Czy diody LED oferują światło wysokiej jakości?

Kluczowymi aspektami jakości oświetlenia są barwa (czy białe światło jest bardziej żółte/złote, czy też niebieskawe), i współczynnik CRI (zdolność do odzwierciedlania barw, w porównaniu do tradycyjnych źródeł żarówych, świetlówek i światła słonecznego).  

Temperatura barwowa: wyrażana jest w stopniach Kelvina opartych o skalę CCT. Dla większości zastosowań wewnętrznych całkowicie wystarczające jest światło białe ciepłe (od 2700 do 3200K) lub białe neutralne (od 3500 do 4000K). Żarówki białe chłodne, o bardzo wysokiej temperaturze barwowej (o kolorze wpadającym w niebieski) daje wyższą sprawność niewielkim kosztem, ale może nie spełniac wymagań użytkowników dotyczących odwzorowania barw. Coraz większa liczba produktów LED o wysokiej sprawności jest dostępna w barwach białej ciepłej i białej neutralnej, ich sprawność przewyższa już nawet najwyższej jakości świetlówki dostępne na rynku. Należy jednak pamiętać, że dwa źródła o tej samej temperaturze barwowej mogą odwzorowywać barwy przedmiotów zupełnie inaczej, ze względu na domieszki innych barw. Skala CCT jest w stanie określić domieszki barwy żółtej lub niebieskiej, aby okreslić domieszki barwy zielonej lub różowej, należy posłuzyć się uzupełniająco skalą Duv.

Odzwierciedlanie barw – indeks CRI mierzy zdolność do odzwierciedlania barw, w porównaniu do tradycyjnych źródeł żarówych, świetlówek w przypadku barwy białej ciepłej i światła słonecznego w przypadku barwy białej chłodnej. Najwięksi producenci LED twierdzą, że ich diody białe ciepłe, pokryte fosforem posiadają CRI 80. Ogólnie rzecz biorąc, CRI 80 jest rekomendowane w przypadku zastosowań wewnątrz budynków, CRI 90 i wyższe oznacza doskonałe odwzorowanie barw. Skala CRI nie nadaje się do testowania diod RGB (czerwona,zielona,niebieska), poniewąz kiepsko przekazuje jakość obiektów o barwie nasyconej, i nie odpowiada ludzkiej percepcji jakości barw. Jako skalę uzupełniającą do skali CRI stosuje się wartość R9 opisującą, jak dokładnie odwzorowywana jest próbka nasyconego koloru czerownego w porównaniu z referencyjnym źródłem światła. Wartość tempereatury barwowej i wartość CRI pozwala na przybliżone określenie, czy dana żarówka jest odpowiednia do konkretnego zastosowania. W międzyczasie, najlepszą metodą sprawdzania odzworowywania barw przez żarówki LED jest sprawdzenie żarówek osobiście i jeśli to możliwe, sprawdzenie ich w miejscu instalacji aby przekonać się, że sprełniają swoją rolę.

Jaka jest żywotność LED?

W odróżnieniu od innych źródeł światła, LEDy zazwyczaj nie "wypalają się", zamiast tego stopniowo zmniejszają swoją jasność wraz z upływem czasu (jest to proces nazywany deprecjacją lumenów). Żywotność diody jest zazwyczaj ograniczana do liczby godzin po których żarówka świeci poniżej 70% swojej początkowej wartości w lm. Dobrej jakości białe LEDy mają żywotność w granicach od 30000 do 50000 godzin.Typowa żarówka tradycyjna świeci około 1000 godzin, typowa świetlówka od 8000 do 10000 godzin, a najlepszej jakości świetlówki wytrzymują do 30000 godzin.

Głównym powodem osłabiania strumienia lumenów jest ciepło generowane na złączach LEDów. Diody nie emitują ciepła w postaci fal podczerwieni jak inne źródła światła, dlatego też, ciepło musi być odbierane za pomocą przewodników.Najważniejszym elementem doprego projektu żarówki jest odpowiedni system chłodzenia.

Czy LEDy są tanie?

Koszt żarówek LED jest bardzo różny w zależności od producenta i jakości. Dobrej jakości żarówki LED są zazwyczaj sporo droższe od standardowych technologii oświetleniowych. Jednakże koszty te są coraż niższe, tendencja spadkowa jest bardzo wyraźna. Niedawne badania wykazały, że koszt żarówek LED z diodami białymi ciepłymi obniżył się o mniej więcej 1/3 w latach 2010/2011. Do roku 2015 spodziewana jest zdecydowanie większa obniżka cen LED, do ok. 2$/klm (1000lm). Należy oczywiście pamiętać, że koszt samego źródła światła może być wyższy, ale należy porównac równiez koszt wymiany urządzenia, energii elektrycznej i koszt serwisowania oświetlenia, co zdecydowanie przechyla szalę na korzyść LED.