Kam nás vedie LED?

Tlačový servis  /  01. 02. 2011, 00:00

LED svetlá: odkiaľ sa vzali, čo sú zač a ako sa chystajú preniknúť do domácností i komerčných priestorov.

 

LED lampy sa nedávno začali etablovať ako hlavný zdroj svetla pre domácnosti i kancelárie. Tento článok sa zaoberá tým, kde sa trh s LED lampami nachádza dnes a kam bude smerovať v blízkej budúcnosti.

 

Čo je to LED?

 

LED je elektronické polovodičové zariadenie zložené zo špecifických materiálov, ktorými keď prechádza elektrický prúd, začnú svetielkovať. Prvé LED, ktoré kedy vyprodukovalo svetlo viditeľné ľudskému oku (červené svetlo), bolo objavené v roku 1962. Neskôr boli vyvinuté LED čipy vytvárajúce oranžové, žlté, zelené, modré a fialové svetlo. Základnou technologickou výzvou je maximalizovať vyprodukované množstvo svetla pri čo najnižšej spotrebe elektrickej energie.

 

V oblasti osvetlenia budov je hlavným cieľom výrobcov LED lámp verne kopírovať spektrum svetla prichádzajúceho zo slnka. Ľudský zrak je totiž najlepšie prispôsobený práve pre toto tzv. „biele svetlo“.

 

LED je možné použiť na vytvorenie bieleho svetla dvoma spôsobmi. Lampa, ktorá sa skladá zo svetelných zdrojov červenej, zelenej a modrej (RGB), môže pri ich vzájomnej kombinácii tvoriť biele svetlo. Častejšie praktikovanou metódou bežného svietenia je ale použitie modrého LED zdroja pokrytého chemikáliou zvanou fosfor, ktorá posúva farebné spektrum. Ak fosforové vrstvy použijeme viac naraz, môžeme farebné spektrum prispôsobiť tomu, ktoré vychádza zo slnka. Samozrejme každá fosforová vrstva zároveň znižuje množstvo vyžiareného svetla, preto kľúčovým aspektom ďalšieho vývoja je nájdenie ideálnej rovnováhy medzi množstvom a kvalitou produkovaného svetla. Fialové LED zdroje vyvinuté a patentované spoločnosťou Mitsubishi Chemical Corporation pod značkou Verbatim sľubujú znateľný pokrok v oboch charakteristikách.

 

Čím sa LED lampy odlišujú od ostatných?

 

Typická 100-wattová žiarovka, ktorá je najpoužívanejším typom žiarovky vôbec, produkuje 17 lúmenov viditeľného spektra na každý spotrebovaný watt. Tomu sa hovorí svetelná „účinnosť“.

 

Halogénové lampy sú o niečo účinnejšie, pretože produkujú až 30 lúmenov na jeden watt. Halogénové lampy vytvárajú široké spektrum svetla, ktorého vlnová dĺžka je posunutá smerom k modrej časti spektra. O takom svetle sa hovorí, že má pomerne vysokú „teplotu farieb“. Lampy s týmito spektrálnymi charakteristikami sa často nazývajú „studeno-biele“, pretože modrú farbu vnímame ako studenú, zatiaľ čo červenú ako teplú.

 

Žiarivky nájdeme najčastejšie v kanceláriách a priemyselných priestoroch. Kompaktné žiarivky (CFL) sú hojne propagované ako úsporná alternatíva ku klasickým žiarovkám, no len s obmedzeným úspechom. Svetelná účinnosť sa typicky pohybuje medzi 60 a 80 lúmenmi na jeden watt. Bohužiaľ, väčšina z nich neumožňuje stmievanie, vytvára studené svetlo, ktoré neobsahuje prirodzené farby, a navyše sú pomalé pri rozsvecovaní. Okrem toho tiež obsahujú ortuť, ktorá je veľmi jedovatá. Niektoré „teplo-biele“ stmievateľné verzie síce dostať za vyššiu cenu, ale aj tie trpia ostatnými opísanými neduhmi.

 

Ekologické & ekonomické prednosti LED lámp Verbatim

 

 

 

 

Porovnanie po 35 000 hodinách používania

Žiarovka typu

Classic A 40 W

Verbatim LED

10 W Classic A Superior

Priemerná životnosť

1 000 hodín

35 000 hodín

Spotreba energie

1 400 kWh

350 kWh

Náklady na spotrebovanú energiu (0,17 €/kWh)1

238 €

59,50 €

Náklady na obstaranie2

70 € (2 €/kus)

30 €

Náklady na údržbu (2 €/kus)

70 €

2 €

Emisie CO23

700 kg

175 kg

Celkové náklady (po 35 000 hodinách používania)4

378 €

91,50 €

1 Priemerné náklady na elektrinu v Európe 0,17 €/kWh

2 Obstarávacia cena založená na dnešných maloobchodných cenách sa môže líšiť v rôznych štátoch v závislosti od vývoja trhu

3 Emisie CO2 (kg) @ 0,5 kg CO2/kWh

4 Kalkulácia založená na dnešných hodnotách

 

Technické výzvy v oblasti vývoja LED lámp

 

Hlavnou výzvou výrobcu je produkovať LED lampy za takú cenu, ktorú sú zákazníci ochotní zaplatiť.

 

Pokrok v oblasti vývoja materiálov je jadrom výkonnosti LED. Takmer všetky dnešné LED lampy určené na bežné svietenie používajú modré LED čipy so žltými fosformi na vytvorenie bieleho svetla.

 

LED lampa je však samozrejme viac ako len čip. Každá emitujúca dióda je napájaná jednosmerným prúdom (DC) napriek tomu, že hlavným zdrojom napájania v budovách je striedavý prúd (AC), a to pri omnoho vyššej voltáži než vyžadujú LED čipy. Konverzia napájania a kontrolný obvod zaisťujú nevyhnutný prechod. Väčšina LED lámp na bežné osvetlenie je navrhnutá na prevádzku pri 110 – 115 V (AC) alebo 220 – 240 V (AC). Existujú však i také, ktoré sú navrhnuté ako náhrada za 12 V smerové svietidlá, a teda operujú pri 12 V (DC). LED čipy sú postavené na module, ktorý obsahuje drobnú elektroniku a číre sklo alebo plastový kryt, ktorý lampu nielen chráni, ale zároveň rovnomerne distribuuje svetlo a zároveň minimalizuje žiarenie. V prípade smerového svetla chráni ochranný kryt navyše šošovky vytvárajúce lúč a reflektory za zdrojom svetla, ktoré ho usmerňujú. Súčasne je potrebné rozptýliť teplo, ktoré sa tvorí ako vedľajší produkt, takže súčasťou konštrukcie lampy musí byť aj chladič. Nakoniec sa neobídeme bez prostriedkov umožňujúcich pripojenie lampy do elektrickej siete. Tie sú tvorené elektrickými kontaktmi na jej spodnej strane. Aby sa LED lampy dobre ujali na trhu, používajú ich výrobcovia konektory, ktoré pasujú do tradične rozšírených pätíc.

 

Konverzia voltáže a riadiaca elektronika, často označovaná ako riadiaci obvod LED, predstavujú najslabší článok väčšiny LED lámp. Návrh riadiacej jednotky LED je tiež kritickým faktorom v celkovej účinnosti lampy. Samotné radiče mávajú najčastejšie 80 – 90 % účinnosť, keď operujú na plný výkon, t. j. keď LED pracuje pri najvyššej úrovni svietivosti.

 

Prečo sú LED lampy stále populárnejšie

 

Skúsenosť spotrebiteľov s kompaktnými žiarivkami (CFL) je často slabá, čo vedie k pomalému rozšíreniu tejto technológie. Medzitým sa objavili LED lampy, ktoré ponúkajú lepšiu svietivosť, až 50 lúmenov na jeden spotrebovaný watt energie. Prinášajú tiež lepšiu kvalitu osvetlenia, sú mechanicky robustnejšie a teraz sú i dostupné v rôznych podobách, čo z nich robí praktickú náhradu za konvenčné žiarivky. Na japonskom trhu sú už v predaji najnovšie LED lampy, ktoré sú stmievateľné a s nastaviteľnou farbou svetla vrátane schopnosti meniť teplotu bielej farby. Aj ekonomický argument je viac než presvedčivý. Napriek tomu, že za vysokú kvalitu LED lámp stále zaplatíte viac než za tradičné žiarivky, ich predpokladaná životnosť 30 000 hodín spoločne s vyššou svetelnou účinnosťou vám prinesie úsporu nákladov 75 – 80 %, takže sa vám investície vrátia v prijateľnom čase. To samozrejme platí len vtedy, ak je očakávaná životnosť skutočne naplnená. Ak už napríklad po 15 000 hodinách musíte lampu vymeniť, vaše náklady tým za danú periódu vzrastú.

 

Ako zistiť kvalitu a spoľahlivosť

 

Hlavné faktory, ktoré určujú kvalitu a spoľahlivosť LED lampy, nemusia byť zrejmé pri skúmaní jej zovňajška. Kvalita samotných diód, návrh riadiacej jednotky, kvalita komponentov, ktoré sú v nej použité, ale i schopnosť povrchu lampy pohlcovať teplo patria medzi kľúčové faktory spoľahlivosti. Napriek tomu i dôkladná vizuálna prehliadka má svoj zmysel, pretože pri lampách, pri fyzickom návrhu ktorých sa kladie dôraz na detail, je často kladený rovnaký dôraz na detail i v prípade elektronického návrhu. Ak produkt vyzerá lacno, pravdepodobne to odráža prístup k jeho návrhu a výrobe.

 

Pozorným porovnaním technických špecifikácií, najmä s ohľadom na svetelnú účinnosť a očakávanú životnosť, vám poskytne indíciu o kvalite produktu. Ak neznámy výrobca udáva čísla o výkone a spoľahlivosti, ktoré sú výrazne nad priemyselným štandardom, rozhodne to svedčí o nedôveryhodnosti týchto informácií.

 

Dostupnosť, ekonomika a kvalita LED lámp

 

Výber LED lámp za niekoľko nasledujúcich rokov porastie. Ich svetelná účinnosť dosiahla bod, v ktorom sú 40 W lampy už v predaji ako plnohodnotná náhrada za tradičné žiarovky až do výkonu 100 W a k ich masovému rozšíreniu by malo dôjsť do 1. septembra 2012, keď budú obyčajné žiarovky už definitívne zakázané európskou legislatívou.

 

Prvotné LED lampy nebolo možné stmievať, zatiaľ čo moderné produkty už stmievateľné sú, a to prostredníctvom rovnakých stmievačov, ktoré boli navrhnuté pre tradičné žiarovky.

 

Aktuálna životnosť kvalitných LED lámp sa pohybuje medzi 15 000 a 45 000 hodinami. Všeobecne platí, že LED lampy s menším fyzickým rozmerom, ako sú sviečkové lampy, budú mať kratšiu životnosť, keďže pracujú pri vyšších teplotách. Ak lampou svietime v priemere 6 hodín denne, potom 35 000 hodín zodpovedá 16 rokom prevádzky. Preto i napriek tomu, že LED lampa stojí 20× až 30× viac než obyčajná žiarovka, je z ekonomického hľadiska výhodnejšia. Nekvalitné LED lampy môžu samozrejme zlyhať už omnoho skôr, neprinášajú atraktívnu návratnosť investície, a preto je dobré sa im vyvarovať.

 

Od LED lámp sa očakáva, že nahradia o niekoľko rokov väčšinu ostatných typov domácich i komerčných svetiel. Výhodou LED lámp nie sú len nižšie náklady na energiu, ale tiež nižšie nároky na ich údržbu a ponúkajú nové kreatívne možnosti pri ich inštalácii.

Neprehliadnite: