Google+

Podstawową zaletą lamp LED jest ich duża trwałość.

Fot. 1. Oświetlenie przestrzeni miejskiej światłem LED dobrej jakości poprawia komfort życia mieszkańców znacząco wpływając na bezpieczeństwo komunikacji.Fot. 1. Oświetlenie przestrzeni miejskiej światłem LED dobrej jakości poprawia komfort życia mieszkańców znacząco wpływając na bezpieczeństwo komunikacji.

LED – światło idealne?

W początkowym czasie eksploatacji (nawet do 1000 h) strumień świetlny diod LED nieco wzrasta, następnie wraz z dalszym używaniem systematycznie spada. Proces ten zależy od temperatury diody. Im wyższa temperatura, tym spadek strumienia świetlnego jest większy. Odpowiada to około 30 tysiącom godzin pracy. Warto przypomnieć, że tradycyjna żarówka ma trwałość 1000 godzin. A więc w zwykłych warunkach oświetlenia wnętrz, przyjmując 4 godziny pracy lampy na dobę, jedna lampa LED będzie mogła być eksploatowana przez 20 lat.

Kolejną zaletą lamp LED jest ich spora skuteczność świetlna. W zależności od barwy emitowanego światła (ciepłobiała, biała, chłodnobiała) skuteczność świetlna przyjmuje różne wartości: od 40 do około 60 lm/W dla lamp o szerokim rozsyle światła oraz od 27 do około 50 lm/W w przypadku lamp LED z odbłyśnikiem – o zawężonym rozsyle światła. Skuteczność świetlna zwykłych żarówek zależy od ich mocy i wynosi od 6 do 16 lm/W, a żarówek z odbłyśnikiem – znacznie mniej. Większą skutecznością świetlną charakteryzują się żarówki halogenowe, nawet 25 lm/W, ale ich trwałość nie przekracza wtedy 400 godzin. Warto w tym miejscu wspomnieć o właściwościach świetlnych świetlówek kompaktowych, jako zamienników tradycyjnych żarówek. Ich skuteczność świetlna również zależy od barwy światła i wynosi od 30 do 65 lm/W. Dostępne są również świetlówki kompaktowe o większych mocach (o większym strumieniu świetlnym) w porównaniu z lampami LED, co ma znaczenie przy oświetlaniu dużych pomieszczeń.

Kolejną zaletą lamp LED jest możliwość doboru odpowiedniej barwy światła, czego nie ma w przypadku żarówek. Jeśli pole pracy wzrokowej ma mieć wysoki poziom natężenia oświetlenia, to stosuje się wyższe temperatury barwowe (światło chłodnobiałe), jeśli zaś natężenie oświetlenia może być niewielkie – barwę ciepłobiałą. Takie możliwości doboru barwy światła dają lampy LED.

Tab. 1. Oznakowanie lamp LED
W 2W
lm 100lm
T [Kelvin] 3 000 K = warm white
Ra 60
0 s = 100% light
-
t[h] 25 000 h = 25 years (≈ 2,7 h/day)
50 000

Do zalet lamp LED można również zaliczyć niewrażliwość na częstość zapalania (podobnie jak w przypadku żarówek), w odróżnieniu od świetlówek kompaktowych, w których częste zapalanie bardzo skraca ich trwałość.

Pewną zaletą lamp LED jest także to, że ich wymiary gabarytowe są zbliżone do tradycyjnych żarówek. A więc po zastąpieniu żarówki lampą LED w istniejącej oprawie oświetleniowej (np. w żyrandolu z kloszami) wystąpi podobny kąt ochrony przed olśnieniem.

Producenci lamp LED oferują wyroby, które świecą barwnym światłem. Istnieją lampy monobarwne: niebieskie, zielone, żółte i czerwone, oraz lampy, w których można zmieniać barwę światła od białego do różnych barw mocno nasyconych.

Konsument, skuszony szeroko reklamowanymi zaletami LED, często zaskoczony jest bardzo wysoką ceną produktów markowych, zwłaszcza w porównaniu do dużo tańszych produktów nieznanych producentów. Często decyduje się na zakup produktu tańszego w przekonaniu, że dokonał racjonalnego wyboru. Czy na pewno? Nie da się odpowiedzieć na to pytanie bez wnikliwego przyjrzenia się technologii wytwarzania LED, parametrom, jakimi posługują się producenci tych źródeł światła, a także wymogom, jakie spełniać powinny lampy LED, by mogły być określone mianem idealnego zamiennika tradycyjnych źródeł światła.

Fot. 2. Technologia LED jest już dostępna niemal dla wszystkich aplikacji źródeł światła.Fot. 2. Technologia LED jest już dostępna niemal dla wszystkich aplikacji źródeł światła.

Możliwe wady lamp LED

Wprowadzające w błąd oznakowanie

Tylko prawidłowo opisany produkt LED umożliwia konsumentowi dokonanie świadomej decyzji zakupowej. Tymczasem wiele produktów LED dostępnych w Polsce, zwłaszcza tych, których cena znacząco odbiega od produktów markowych, świadomie pozbawiona jest niektórych oznaczeń lub też podane na nich wartości poszczególnych parametrów odbiegają od rzeczywistości. Prawidłowo oznakowana lampa LED powinna zawierać przede wszystkim informacje o mocy znamionowej [W], strumieniu świetlnym [lm], temperaturze barwowej [K], wskaźniku oddawania barw (Ra) i trwałości [h] konkretnego produktu.

Nierównomiernie rozłożenie światła

Technologia wytwarzania diod LED jest trudna i droga. Produkcję utrudnia fakt, że pojedyncze diody LED mogą różnić się między sobą mocą, strumieniem świetlnym, a zwłaszcza temperaturą barwową i wskaźnikiem oddawania barw. Rzetelny producent diod dokonuje ich selekcji (binningu), ustalając stosunkowo wąskie pole tolerancji dla poszczególnych parametrów. Proces ten jest kosztowny i przekłada się na wyższą cenę produktu.

Niektórzy producenci lamp LED przyjmują szerokie pole tolerancji dla wytwarzanych diod lub wręcz w ogóle nie sprawdzają wszystkich istotnych parametrów technicznych diod LED. W tej sytuacji cena wyrobu będzie niższa, ale i jego parametry mogą odbiegać od deklarowanych. Jeśli w jednej lampie znajdą się diody o różnych cechach, to rzucane przez daną lampę LED światło będzie rozkładać się nierównomiernie. Jest to nieestetyczne, a może też męczyć wzrok. Niezbyt wysoki wskaźnik oddawania barw Do wad niektórych lamp LED należy zaliczyć niezbyt wysoki wskaźnik oddawania barw światła. Wielu producentów nie chwali się wartością tego parametru. W lampach LED wskaźnik Ra wynosi najczęściej 60, rzadko 80. Zatem lampy LED, tak jak i diody LED świecące światłem białym, ustępują światłu żarowemu (Ra = 100). Tak jak barwa światła różni się pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami diod LED, tak i wskaźnik oddawania barw może się wahać w znacznym przedziale.

Fot. 3. Diody LED MyAmbiance LED dają piękne, ciepłe, białe światło. Dzięki temu pozwalają ujrzeć kolory takimi, jakie naprawde są. Dodatkowo są designerskim kąskiem dla miłośników dobrego wzornictwa, czego dowodem jest przyznana lampie Philips MASTER LED Bulb 12 W nagroda IF.Fot. 3. Diody LED MyAmbiance LED dają piękne, ciepłe, białe światło. Dzięki temu pozwalają ujrzeć kolory takimi, jakie naprawde są. Dodatkowo są designerskim kąskiem dla miłośników dobrego wzornictwa, czego dowodem jest przyznana lampie Philips MASTER LED Bulb 12 W nagroda IF.

Słabej jakości system zasilający

Wszystkie diody LED, aby działać, muszą być zasilane niskonapięciowym prądem stałym o stabilizowanej wartości. Tymczasem w naszej sieci zasilającej występuje prąd przemienny o dość wysokim napięciu (230 V) i o częstotliwości 50 Hz. To dlatego każda dostępna w sprzedaży lampa LED musi posiadać własny zasilacz.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że jeśli producent zastosuje słabej jakości zasilacz, to lampa LED bardzo szybko się zepsuje lub nie będzie działać prawidłowo. Często szukając oszczędności, producenci wmontowują w zasilacz do lampy LED prymitywny stabilizator napięcia lub jako zamiennik – rezystor. Skutkuje to większym narażeniem lampy LED na wahnięcia w napięciu sieci zasilającej i w rezultacie szybkim zepsuciem się urządzenia.

Zakłócenia w działaniu innych urządzeń

Wadą zasilaczy do diod LED jest to, że generują wyższe harmoniczne częstotliwości do sieci zasilającej. Renomowani producenci zasilaczy stosują odpowiednie filtry, dzięki którym do sieci zasilającej przenikają jedynie znikome wartości harmonicznych. W ten sposób jednak wzrastają wymiary urządzenia (co ma wpływ na gabaryty lamp LED) i koszty ich wytwarzania.

Wielu producentów nie stosuje wspomnianych filtrów. Nominalny nabywca lampy nie ma możliwości sprawdzenia istnienia filtrów w wyrobie, ani w momencie zakupu, ani w warunkach domowych. Tymczasem wyższe harmoniczne powodują zakłócenia w funkcjonowaniu innych urządzeń elektrycznych włączonych do tej samej sieci zasilającej.

Negatywny wpływ mocy biernej (cos φ)

Cechą zasilaczy LED jest pobór mocy biernej z sieci zasilającej. Teoretycznie kompensację mocy biernej (poprawę współczynnika cos φ) powinien przeprowadzić użytkownik lamp LED. W praktyce nie ma on takich możliwości. Oznacza to, że dostawca prądu zmuszony jest ponosić zwiększone koszty dostawy energii.

W przyszłości, wraz ze znaczącym rozpowszechnieniem się urządzeń z lampami LED, możemy spodziewać się zmiany regulacji i np. prawnego wymuszenia na zarządcach budynków lub właścicielach domków dokonywania kompensacji w ramach jednego obiektu lub też bardziej restrykcyjnego podejścia dostawców energii do jej odbiorców i wzrost ceny za dostarczoną kilowatogodzinę nawet o 20%.

Fot. 4. LED’owy zamiennik żarówki 75-watowej. Wprowadzona na amerykański rynek 17-watowa lampa Philips EnduraLED A21 to kolejny kamień milowy w oświetleniu konsumenckim wykorzystującym technologię LED. EnduraLED 17W wykorzystuje diody LUXEON LED. Dzięki wydajności i znakomitym parametrom, diody te idealnie sprawdzają się we wnętrzach.Fot. 4. LED’owy zamiennik żarówki 75-watowej. Wprowadzona na amerykański rynek 17-watowa lampa Philips EnduraLED A21 to kolejny kamień milowy w oświetleniu konsumenckim wykorzystującym technologię LED. EnduraLED 17W wykorzystuje diody LUXEON LED. Dzięki wydajności i znakomitym parametrom, diody te idealnie sprawdzają się we wnętrzach.

Wysoki poziom oddawania ciepła

Mówiąc o diodach LED nie sposób nie wspomnieć o niezwykle ważnym aspekcie, jakim jest problem termiczny. Półprzewodnik (chip) emitujący światło jest mały, a w modułach LED dość gęsto rozmieszczony. Przetwarza on określoną moc elektryczną na promieniowanie optyczne i na ciepło, a więc powoduje nagrzewanie tego elementu lampy LED. Wraz ze wzrostem temperatury pogarszają się jego właściwości: maleje skuteczność świetlna i bardzo skraca się trwałość. W tej sytuacji półprzewodnik musi być chłodzony.

Dobrej jakości LED musi być wyposażony w dobrej jakości radiator, który wytworzone ciepło przekaże do otaczającego powietrza. Wielkość radiatora powinna być odpowiednio dobrana w zależności od temperatury otoczenia. Problem narasta, jeśli w jednej oprawie oświetleniowej występuje wiele diod (np. 100 egzemplarzy). W tym przypadku odprowadzenie ciepła nie jest sprawą łatwą. Ważna jest dobra przewodność cieplna złącza pomiędzy półprzewodnikiem i radiatorem.

Wysoka luminancja (jaskrawość)

Do wad lamp LED można zaliczyć także wysoką luminancję (jaskrawość) właściwego obszaru świecącego diody (złącze półprzewodnikowe). Luminancja ta zależy od mocy diody i głównie od zastosowanego półprzewodnika. Może wynosić 10 Mcd/m2 lub więcej. Porównywalna jest z luminancją żarnika żarówki o dużej mocy. Z powyższego powodu w lampach LED często stosuje się bańki rozpraszające światło (szkło matowe, mleczne itp.). Luminancja znacznie spada w porównaniu z właściwym obszarem świecącym, ale nadal jest niebezpiecznie wysoka dla oczu. To dlatego instalując lampy LED, musimy pamiętać o odpowiednich osłonach chroniących wzrok (klosze, abażury, odbłyśniki np. w oprawach oświetlenia miejscowego).

Podsumowanie

Podstawową wadą niemarkowych lamp LED jest ich słaba jakość. Wadą markowych LED jest z kolei odstraszająca, w porównaniu do żarowych źródeł światła, cena.

Gdyby jednak przeprowadzić analizę całkowitych kosztów wynikających z eksploatacji markowej lampy LED o mocy 12 W w porównaniu z żarówką o mocy 60 W (podobne strumienie świetlne), przyjmując, że lampa świeci 4 godziny na dobę, uwzględniając trwałość i koszt lamp oraz zużycie energii elektrycznej, to koszt inwestycji w lampę LED zwraca się po 4 latach, a dalsza eksploatacja lampy tego typu jest znacznie tańsza od oświetlenia lampami żarowymi.

Trzeba jednak pamiętać, że aby powyższa kalkulacja okazała się prawidłowa, musimy mieć do czynienia z lampą LED, która ma wysoką trwałość.

Podejmując zatem decyzję o wymianie tradycyjnych żarówek na nowoczesne, bardziej energooszczędne źródła światła, zastanówmy się, czy na pewno stać nas na wymianę oświetlenia na LED. Chcąc zaoszczędzić, pomyślmy raczej o dobrych alternatywach w postaci markowych świetlówek kompaktowych lub żarówek halogenowych.

Decydując się na LED, wybierajmy jedynie te urządzenia, co do których trwałości, stabilności i jakości światła jesteśmy pewni.

prof. dr hab. inż. Władysław Dybczyński
Politechnika Białostocka,
Wydział Elektryczny