LED svetlá: Odkiaľ sa vzali, aké sú 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, ktoré pri prechode elektrického prúdu začnú svetielkovať. Prvé LED, ktoré vyprodukovalo svetlo viditeľné ľudskému oku (červené svetlo), bolo objavené v roku 1962. Neskôr boli vyvinuté čipy LED 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 na toto tzv. biele svetlo.
LED možno 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 praktizovaná metóda bežného svietenia je však použitie modrého LED zdroja pokrytého chemikáliou nazývanou fosfor, ktorá posúva farebné spektrum. Ak použijeme naraz viac fosforových vrstiev, môžeme farebné spektrum prispôsobiť slnečnému svetlu. 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 badateľný 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. Žiaľ, väčšina z nich neumožňuje stmievanie, vytvára studené svetlo, ktoré neobsahuje prirodzené farby, a navyše sú pomalé pri rozsvecovaní. Okrem toho obsahujú aj ortuť, ktorá je veľmi jedovatá. Niektoré „teplo-biele“ stmievateľné verzie sú síce dostupné za vyššiu cenu, ale aj tie trpia ostatnými opísanými neduhmi.
Ekologické a ekonomické prednosti LED lámp oproti bežným žiarovkám
Technické výzvy v oblasti vývoja LED lámp
Hlavnou výzvou pre 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 čipy LED 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 oveľa vyššej voltáži, než vyžadujú čipy LED. 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). Čipy LED 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 treba 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.
Konštrukcia LED lampy: terminály, chladič, kryt, šošovky, riadiaca elektronika, LED modul
Konverzia voltáže a riadiaca elektronika, často označovaná ako riadiaci obvod LED, predstavujú najslabší článok väčšiny LED lámp. Návrh riadiacej jednotky LED predstavuje takisto kritický faktor v celkovej účinnosti lampy. Radiče mávajú najčastejšie účinnosť 80 – 90 %, keď operujú na plný výkon, t. j. keď LED pracuje pri najvyššej úrovni svietivosti.
Prečo sú LED lampy čoraz 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, a to až 50 lúmenov na jeden spotrebovaný watt energie. Prinášajú takisto lepšiu kvalitu osvetlenia, sú mechanicky robustnejšie a teraz sú 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 splnená. 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 vonkajšieho vzhľadu. Kvalita 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 zmysel, pretože pri lampách, pri ktorých fyzickom návrhu sa kladie dôraz na detail, možno predpokladať, že sa rovnaký dôraz na detail kládol aj v prípade elektronického návrhu. Ak produkt vyzerá lacno, pravdepodobne to odráža prístup k jeho návrhu a výrobe.
Pozorné porovnanie technických špecifikácií, najmä s ohľadom na svetelnú účinnosť a očakávanú životnosť, vám poskytne indíciu o kvalite produktu. Ak neznámy výrobca udáva údaje o výkone a spoľahlivosti, ktoré výrazne presahujú priemyselný štandard, rozhodne to svedčí o nedôveryhodnosti týchto informácií.
Dostupnosť, ekonomika a kvalita LED lámp
Ponuka LED lámp sa v nasledujúcich rokoch bude rozširovať. 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. K ich masovému rozšíreniu by malo dôjsť do 1. septembra 2012, keď budú obyčajné žiarovky už definitívne zakázané európskou legislatívou.
Ponuka LED lámp Verbatim od Mitsubishi Chemical Corporation (január 2011)
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 menšími fyzickými rozmermi, 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 oveľa skôr, neprinášajú atraktívnu návratnosť investície, a preto je dobré sa im vyhýbať.
Očakáva sa, že LED lampy o niekoľko rokov nahradia väčšinu ostatných typov domácich i komerčných svetiel. Výhodou LED lámp nie sú len nižšie náklady na energiu, ale aj nižšie nároky na ich údržbu, pričom ponúkajú nové kreatívne možnosti pri inštalácii.
