Nejvýznamnější charakteristika LED, která určuje ekonomickou proveditelnost jejich použití v osvětlovacích systémech pro různé účely. Je definován jako poměr toku záření k vynaloženému výkonu (Lm / W).
Pro srovnání:
– 10-12lm / W – žárovka;
– 40-150Lm/W – plynové výbojky;
– 50-120Lm/W – LED.
LED se tak vyznačují vynikajícími indikátory světelného výkonu, což jim umožňuje výhodně konkurovat sodíkovým, halogenovým a zářivkám. Výroba LED svítidel navíc nevyžaduje reflektory, protože jejich světelný tok směřuje v jedné polorovině.
2. Síla
– LED s nízkým výkonem: až 0,5W;
– středně výkonné LED: 0,5-3W;
– vysoce výkonné LED diody: 3W a více.
3. Teplota barev
– 2500-4000K: bílé teplé světlo, podobné žárovkám;
– 4000-6500K: bílé neutrální světlo;
– 6500-9500K: studené bílé světlo.
Na základě experimentálních studií bylo zjištěno, že právě bílé neutrální světlo se vyznačuje největší čistotou reprodukce barev a je nejúspěšnější pro práci s dokumenty v kancelářském prostředí.
4. Degradace
Jedná se o proces postupné ztráty ukazatelů výkonu LED. Výrobci obvykle uvádějí asi 100 tisíc hodin. práce a další. Významný dopad na zdroje LED má nadměrné vystavování proudům překračujícím jejich nominální hodnotu a vysokým teplotám, k prevenci předčasného stárnutí se používají speciální konstrukční řešení.
Dalším typem degradace LED je startovací efekt. Je nízký a činí asi 5-6 %, obvykle detekovaný během prvních 1000 hodin hoření lampy.
5. Světelný úhel
Obvykle je to pro LED 120-140 stupňů a pro indikační LED je to 15-45 stupňů.
V dnešní době neustále dochází k technologickým inovacím. Každoroční výskyt nové elektroniky, domácích spotřebičů a automobilových produktů se stal běžným jevem. To, co bylo překvapivé před dvěma nebo třemi lety, je dnes často beznadějně zastaralé. Většina změn se týká vylepšení stávajících věcí, jako je například úspornější a ekologičtější motor auta model od modelu. Prováděná vylepšení jsou srozumitelná především úzkému okruhu odborníků.
Motory vyrábí stejné společnosti ve stejných továrnách. Navenek se průmysl mění poměrně pomalu a postupně.
Mnohem méně často dochází k zásadním změnám – technickým revolucím. Během revoluce se mění samotný přístup k řešení problému. To vede k zásadní změně vlastností výrobků i průmyslu jako celku.
Dnes ve světě světelné techniky právě taková technická revoluce probíhá. Tato revoluce v průběhu příštích 3-5 let může zcela změnit trh s osvětlením a také ovlivnit seznam klíčových hráčů. Je důvod se nad situací zamyslet jak u stávajících výrobců, tak u nových firem, které se této oblasti dosud neangažovaly.
Uveďme historický příklad.
Až do 70. let minulého století byly základem radiotechnických zařízení elektronická vakuová zařízení – radioelektronky. První počítače byly postaveny na lampách a právě lampám vděčí za svou kyklopskou velikost a cenu za výpočetní výkon kalkulačky.
V 50. letech začal aktivní vývoj polovodičové technologie, objevily se tranzistory a později integrované obvody obsahující stovky a tisíce tranzistorů. Elektronky byly z většiny oblastí zcela vytlačeny a objemy jejich výroby se desítkykrát snížily. Řada výrobních firem byla nucena se zcela přeorientovat nebo zmizet z trhu. Polovodiče vzaly svět útokem a otevřely příležitosti pro tisíce společností a obrovské množství nových aplikací. Níže se k tomuto příkladu vrátíme, abychom viděli zajímavé paralely mezi revolucí před půl stoletím a tím, co se děje nyní před našima očima.
Polovodiče, tyto úžasné materiály jsou základem moderní elektroniky. Mají důležité vlastnosti používané v tranzistorech a mikroobvodech. Jejich použití se však neomezuje pouze na toto.
Ještě na počátku minulého století byl pozorován vliv slabé záře v oblasti elektrického kontaktu polovodičů různých typů vodivosti. V té době tento fenomén nebyl pochopen a studován. Předpokládá se, že první polovodičová LED byla vyrobena v roce 1962 v USA.
Až do devadesátých let byly LED široce používány jako zobrazovací zařízení a dekorativní prvky. Použití LED diod v osvětlovací technice bránily potíže se získáním bílé záře. Faktem je, že krystal, na kterém je dioda postavena, může vyzařovat pouze světlo přesně definované vlnové délky. Naše oko takové záření vnímá jako čistou barvu ze spektra, například červenou nebo zelenou. Bílou vidíme, když do našeho oka vstoupí velmi široké spektrum vlnových délek nebo směs několika specifických primárních barev.
Tento problém lze vyřešit třemi způsoby.
Prvním je sestavení LED tří barev na jeden čip, například červené, zelené a modré.
Tento způsob našel své uplatnění ve video obrazovkách a dekorativních světelných prvcích se změnou barev.
Druhým je využití principu zářivek: záření ultrafialové LED dopadá na fosfor, který při vystavení ultrafialovému záření svítí bíle.
Třetím způsobem je použití modré LED potažené žlutým fosforem. Směs žluté a modré je také vnímána okem jako bílá (obr. 1).
Poslední způsob se ukázal jako nejpohodlnější a nejefektivnější pro výrobu superjasných LED. Takové LED byly poprvé představeny v roce 1997. Od této doby začalo používání LED řešit obecné problémy s osvětlením.
V současné době jsou běžně dostupné LED diody, které poskytují světelný tok až 140 lumenů na 1 watt spotřeby. V laboratorních podmínkách byla získána zařízení, která vyzařují až 200 lumenů 1 na watt. Teoretický limit dnešní technologie je asi 300 lumenů 1 na watt.
Pro srovnání: žárovka dává asi 7 lm/W a moderní energeticky úsporná zářivka až 105 lm/W. Vysokotlaké sodíkové výbojky mají účinnost srovnatelnou s LED na úrovni 130 lm/W. Značnou nevýhodou sodíkových výbojek je jejich téměř monochromatické oranžovo-žluté světlo, které zhoršuje barevné podání předmětů.
Světelný tok zdroje, vyjádřený v lumenech, charakterizuje jeho emisivitu bez zohlednění vyzařovacího diagramu. Když hodnotíme užitečný efekt vytvářený světelným zdrojem, je pro nás důležité rozložení světla z lampy v prostoru. Například silniční svítilna by měla poskytovat rovnoměrný a jasný světelný bod na vozovce, aniž by oslňovala řidiče a neosvětlovala vzdálený okraj obrubníku. K tomu se používají reflektory a čočky – reflexní nebo zaostřovací optika.
Účinnost jakéhokoli reflektoru nebo čočky závisí do značné míry na geometrii světelného zdroje. LED je téměř bodový zdroj, který umožňuje dosáhnout 80-90% účinnosti při tvorbě osvětlované plochy. Lampa vyzařuje do všech stran a má velkou plochu, která vyzařuje světlo. Abyste dosáhli požadovaného vyzařovacího diagramu, budete muset obětovat 40 až 70 % světla. Z tohoto důvodu je LED i při stejné energetické účinnosti (lumenů na watt) jedenapůlkrát až dvakrát účinnější než tradiční žárovka.
Osram má unikátní řešení, integrovanou čočku LED s vyzařovacím diagramem ideální pro pouliční a dálniční osvětlení (obr. 2). Při použití takové diody není potřeba používat žádnou sekundární optiku, tudíž nedochází k žádným světelným ztrátám a dodatečným nákladům.
LED diody tvrdí, že jsou vážnou alternativou k jiným světelným zdrojům.
Zvažme jejich výhody a nevýhody, abychom mohli nezávisle posoudit, jak oprávněná jsou tato očekávání.
Výhody LED
Takže první a nejdůležitější výhoda je energetická účinnost. Elektrický proud v LED se přeměňuje přímo na světelná kvanta – fotony. K takové transformaci teoreticky dochází bez ztráty energie – kolik energie se spotřebuje, tolik se vyzáří. V praxi samozřejmě dochází ke ztrátám, ale ve srovnání s jinými zdroji již bylo dosaženo působivých výsledků. Rozložení světla svítidla je vytvořeno s mnohem menšími ztrátami světla.
Spolehlivost a životnost. Začněme definicí životnosti zařízení. U LED je životnost počet hodin, po které bude pracovat, dokud se jeho světelný tok nesníží o 30 %. Přední výrobci (jako Osram) uvádějí životnost přes 100 XNUMX hodin.
Porovnejme: žárovka – 1000 hodin, standardní zářivka – 12 tisíc hodin, výbojky – až 40 tisíc hodin. Údaje o tradičních světelných zdrojích jsou uvedeny na základě kritéria úplného selhání zdroje.
Malá velikost LED. Výkonná jednowattová LED dioda řady OSLON od společnosti Osram má velikost pouzdra 3×3 mm. To vám umožní zapadnout do jakéhokoli designu lampy a také vytvořit miniaturní a zároveň velmi výkonná svítidla. (obr. 3).
Ekologická bezpečnost.
Samotná LED dioda obsahuje setiny gramu látky v krystalické, vysoce chemicky inertní formě. Fluorescenční žárovka obsahuje látky velmi nebezpečné pro člověka i přírodu, jako je rtuť. Likvidace takových lamp je nákladný a komplikovaný proces.
Čas zapnutí a vypnutí a ovládání jasu. Trvá zlomky mikrosekund (150 ns pro bílou XNUMX-wattovou LED Golden Dragon Plus), než LED začne pracovat na plný výkon poté, co je pod napětím. To umožňuje regulovat světelný tok přiváděním krátkých proudových impulsů, které následují o vysoké frekvenci.
Jas lampy lze tedy nastavit v libovolném rozsahu při zachování 100% účinnosti. Lze zaznamenat ještě jeden efekt – LED není kritická pro počet cyklů zapnutí a vypnutí, což je metla například u levných úsporných žárovek.
Mechanická pevnost a odolnost proti nárazu. LED je pevný krystal v plastovém nebo keramickém pouzdře. Pokud je to žádoucí, může být zničeno kladivem. V praxi je absolutně necitlivý na vibrace a další vlivy, které jsou typické pro průmyslové aplikace.
Stabilní provoz při nízkých teplotách bez snížení životnosti a ztráty jasu. LED lampa nevyžaduje start, téměř okamžitě dosáhne nastavené teploty.
Nevýhody LED
Největší výzvou při navrhování LED svítidel je rozhodování, co dělat s generovaným teplem. Jak již bylo zmíněno, LED převádí elektrický proud přímo na světelný výstup.
To je výhoda, která se mění v nevýhodu, pokud jde o odvod tepla. Faktem je, že LED prakticky nevyzařuje energii v infračerveném rozsahu spektra. Infračervené záření cítíme jako teplo vycházející z žárovky. Z pohledu našich očí je to k ničemu, ale velmi dobře odvádí přebytečné teplo ze zdroje světla.
V praxi se asi 25 % energie přemění na světlo a zbytek na teplo. Polovodiče nemají rády teplo, jejich životnost výrazně klesá při teplotách nad 130-150 0C. (pro srovnání spirála žárovky se zahřeje na 2300 0С a pro halogenovou žárovku se zahřeje na 2700 0С).
Takže nevýhoda číslo 1: musíte odstranit teplo a to musí být provedeno pomocí radiátorů a někdy i aktivních chladicích systémů. Abyste dosáhli očekávané účinnosti LED lampy, musíte se postarat o správný zdroj energie. Zdroj musí poskytovat stabilizovaný proud (a ne napětí, jak vyžaduje naprostá většina zařízení) na úrovni od 100 mA do 1 A v závislosti na typu diody. Pro dosažení účinnosti se obvykle používají spínané zdroje s korekcí účiníku.
Nevýhoda č. 2 – Poměrně složitý plán napájení.
Nevýhoda číslo 3, pravděpodobně jen dočasná – vysoká cena LED. V osvětlovacím průmyslu je zvykem mluvit o lumenech přijatých za utracený dolar nebo euro. Dnes je tato hodnota až 3 eurocenty za 1 lumen, což je řádově více než náklady na 1 lumen v zářivce. To je hlavní faktor, který brání širokému používání LED žárovek v každodenním životě. V oblastech, kde jsou důležité náklady na vlastnictví, včetně nákladů na údržbu, jsou však LED již levnější než klasické žárovky.
Abychom se o tom přesvědčili, stačí si spočítat náklady na práci pomocí korečkového vozíku na výměnu lamp ve stožárech veřejného osvětlení, nemluvě o výrazné úspoře energie. Velmi často se přechod na LED provádí jednoduše kvůli fyzickému nedostatku elektrické energie v oblasti.
Ne náhodou je na začátku článku příběh o radioelektronkách a tranzistorech. Kromě nejlepších technických vlastností, kterými se mimochodem nemohly pochlubit první tranzistory, otevřely polovodiče cestu do průmyslu tisícům malých firem. S jejich vzhledem se prudce snížila finanční a technologická bariéra vstupu na trh. První počítače nové doby se montovaly v garážích. Obři ztratili monopol a do elektronického průmyslu přišla neuvěřitelně silná konkurence.
Nástup LED otevírá cestu k výrobě svítidel pro obrovské množství firem, které se tím dříve nezabývaly. Vše, co je potřeba v první fázi, je běžné vybavení pro montáž desek elektronických obvodů. U nás je přebytek takové produkce, která čeká v křídlech.
Světelné diody neboli LED (Light Emitting Diodes), respektive jejich první vzorky, se objevily v polovině minulého století, ale široký zájem o ně ze strany obyčejných lidí se objevil relativně nedávno. Je to dáno tím, že LED postupně nahrazují nám známé zdroje umělého světla (žárovky, halogeny, zářivky atd.). Ještě před pár lety si mnozí nedokázali představit, že se LED technologie stanou součástí každodenního života a jejich záběr se již nebude omezovat na indikátory elektronických zařízení, informační tabule a hračky.
Výhody LED
Důvodem rostoucí popularity je řada výhod LED oproti jiným světelným zdrojům:
- Prvním a nepochybným plusem je velmi dlouhá životnost LED diod (cca 50000 XNUMX hodin).
- Nízká spotřeba energie ve srovnání s jinými světelnými zdroji.
- Ekonomický přínos je výsledkem kombinace životnosti a úspory energie.
- Vysoký světelný výkon. LED přeměňuje téměř veškerou přijatou energii na světlo, na rozdíl například od žárovky, která při stejném výkonu dává méně světla a uvolňuje mnohonásobně více tepla.
Závěsné svítidlo s LED matricí, XAL
- Možnost volby barevné teploty LED v závislosti na účelu osvětlení: od obvyklého teplého bílého světla žárovky (2700-3000K) po studené bílé nebo denní světlo (6500K). Zde je důležité věnovat pozornost takovému parametru, jako je binning – seskupení podle vlnové délky a teploty barvy LED. Faktem je, že bezohlední výrobci levných LED svítidel nebo pásků často nezajistí, aby všechny LED v produktu měly stejnou barvu. Proto je velmi důležité při nákupu zkontrolovat, zda se LED ve svítidle / pásku / lampě neliší barvou nebo jasem.
- Pokud je úkolem barevné dekorativní osvětlení, pak jsou nejlepším řešením RGB LED, protože počet barev a světelných scén je v tomto případě omezen pouze fantazií designéra. Umožňují organizovat osvětlení kterékoli z barev spektra a měnit jej pomocí speciálního ovladače podle vašeho uvážení.
- LED lampy lze stmívat (upravit jas světla).
- Kompaktnost, flexibilita a rozmanitost LED modulů umožňuje realizovat mnoho designových řešení osvětlení v nejrůznějších interiérech.
- LED se nezahřívá, protože pracuje při nízkém napětí, což zajišťuje vysoký stupeň požární bezpečnosti. Díky této vlastnosti se LED stále častěji používají ve vestavných svítidlech, protože riziko popálení při šlápnutí bosou nohou je sníženo na nulu.
- LED diody jsou odolné vůči mechanickému poškození díky absenci křehkých prvků, jako je skleněná žárovka nebo vlákno.
- Nepřítomnost fosforu, rtuti a dalších toxických prvků nám umožňuje mluvit o šetrnosti k životnímu prostředí a bezpečnosti tohoto světelného zdroje.
A to není úplný výčet výhod LED osvětlení!
Nevýhody LED
V souvislosti s výše uvedeným se nabízí rozumná otázka o nevýhodách a nevýhodách LED: existují nějaká úskalí? Na tuto otázku odborníci na osvětlení odpovídají sborově: „Cena“.
Odborný komentář. Ekaterina Bukina, světelná designérka: „Vysoká cena je snad jediným negativem. LED diody jsou téměř dokonalým zdrojem světla.“
Velmi důležitý je samozřejmě cenový faktor. Na druhou stranu kvůli rychlé návratnosti díky úsporám energie a životnosti LED není toto mínus tak výrazné. V dnešní době jde LED technologie kupředu mílovými kroky, konkurence mezi firmami, které vyrábějí LED produkty, se zvyšuje, to vše samozřejmě vede k postupnému snižování nákladů. Je pravděpodobné, že časem se LED stanou dostupnějšími, i když snížení cen na úroveň žárovek s největší pravděpodobností nepřichází v úvahu.
Pomocí LED diod můžete zvýraznit garnýž závěsů, polic nebo jakéhokoli jiného designu.
Kromě vysoké ceny existuje několik nevýhod. Za prvé, LED je náročná na napájení. Potřeba LED driveru (napájecího zdroje) nejen zvyšuje náklady, ale také vyvolává otázku, kam jej schovat, aby byl pro oči neviditelný a dostupný v případě potřeby výměny. Mnoho továren na osvětlení integruje napájecí zdroje do pouzdra svítidla, což značně zjednodušuje připojení a instalaci.
Za druhé, i přes dlouhou životnost LED časem stmívá a ztrácí jas v důsledku degradace chemických a fyzikálních parametrů krystalu emitujícího světlo. Rychlost degradace LED přímo závisí na kvalitě chladiče. Při nákupu LED produktů byste proto měli věnovat pozornost nejen ceně, ale také výrobci: je lepší vybrat si dražší, ale osvědčený, abyste se vyhnuli zbytečným zklamáním a dodatečným nákladům. Pokud se bavíme o výkonných LED páscích, pak se o odvod tepla můžete postarat sami např. připevněním pásky na hliníkový profil nebo lištu. V ostatních případech vše závisí na konstrukci lampy a bezúhonnosti výrobců.
Zatřetí, pokud LED v matici lampy nebo v pásce z nějakého důvodu vyhoří, bude velmi problematické ji vyměnit a ve většině případů je to prostě nemožné. Některé továrny na osvětlení však i dnes deklarují, že v případě poruchy LED mají náhradní prvky.
Odborný komentář. Konstantin Tsepelev, světelný designér: „V tuto chvíli je to nejslibnější zdroj světla a také zdroj světla s nejvyššími kvalitativními charakteristikami. To vše se však týká pouze vysoce kvalitních, a tedy drahých produktů. Pokud je tedy rozpočet omezený, je lepší zvolit jiné světelné zdroje. V současné době jsou LED prezentovány téměř v celém sortimentu dekorativních a technických svítidel, takže s kompletní sestavou objektu nebudou žádné problémy. Takže LED lampy mají nevýhodu, s největší pravděpodobností jednu – lampy nebo lampy s dobrými kvalitativními vlastnostmi nebudou levné.
I přes stávající nevýhody je zřejmé, že LED technologie jsou budoucností, neboť rozsah jejich aplikací se postupně rozšiřuje. Mnoho odborníků na design osvětlení věří, že LED jsou dokonalým základem pro inovativní řešení osvětlení a kreativní designové nápady.
Odrůdy LED diod
Pro osvětlení interiéru se používá několik typů LED produktů, které jsme již zmínili v článku:
LED Žárovky. Nové technologie v nám známé podobě. Svůj oblíbený lustr není nutné vyhazovat, pokud chcete jít s dobou a ušetřit za elektřinu. Stačí si pořídit LED lampu s potřebnou základnou a požadovaným tvarem.
Závěsná LED světla
LED pás. Obvykle se používají hlavně pro podsvícení, pro vytvoření dodatečného světelného scénáře. Ale pokud existuje touha, pak výkonná páska může dobře sloužit jako hlavní zdroj světla v místnosti.
V interiéru LED pásek většinou není vidět, neboť se používá pro skryté osvětlení Platek Light
Svítidla s LED matricí. Rozmanitost tvarů, velikostí a typů je omezena představivostí designérů a projektantů. Taková svítidla se však hodí spíše do moderních interiérů, takže milovníci klasiky a provensálského či venkovského stylu se budou muset spokojit s LED svítidly.
Vestavná LED svítidla s mikroprizmatickým difuzorem, který vytváří zajímavý dekorativní efekt
Pokud se po zvážení všech pro a proti rozhodnete pro LED diody, pak byste na kvalitě neměli šetřit. Je lepší nakupovat produkty od důvěryhodných výrobců, i když jsou o něco dražší, pak můžete plně zažít všechny výhody LED osvětlení.
V článku byly použity fotografie showroomu Light&Design, děkujeme za pomoc při práci na materiálu.
