Źródła światła LED − analiza aktualnych możliwości

Szczegóły

Nadrzędna kategoria: Artykuły

Opublikowano: czwartek, 29, październik 2015 12:03

Źródło światła zwane w skrócie LED (ang. Light Emitting Diode) przeżywa okres burzliwego rozwoju. LED-y reklamowane są jako źródła światła o trwałości nawet 100.000 godzin oraz o wysokiej skuteczności świetlnej. W praktyce trwałość diody zależy od szeregu czynników takich jak wahania napięcia, zmiany temperatury pracy czy jakość połączeń z układami zasilania, a także od trwałości samych układów zasilających.

Parametry LED
Żywotność LED powinno się określać jako czas, po którym lampa utraci określony procent początkowego strumienia świetlnego, a nie zupełnie przestanie świecić. Zgodnie z wytycznymi Illuminating Engineering Society (IES) aktualnie standardem do obliczania żywotności LED jest punkt, w którym spadek strumienia osiąga 30% w stosunku do strumienia początkowego (tzw. punkt L70). Chociaż tak naprawdę źródło LED będzie działać nadal, to strumień świetlny ulegnie stopniowo dalszemu liniowemu zmniejszaniu. Z punktu widzenia techniki oświetlania istotna jest użyteczna trwałość diod LED świecących białym światłem.

Średni czas życia białej diody pracującej w temperaturze otoczenia +60°C jest ok. 4 razy krótszy niż w przypadku takiej samej diody pracującej w temperaturze +20°C. W praktyce trwałość lampy ledowej dobrej jakości (wszystkie dane dotyczące parametrów LED podano wg stanu na lipiec 2015 r.) wynosi w zależności od typu od 15.000 do 50.000 godzin. Diody świecące dzielą się na dwie grupy. Do pierwszej zaliczane są diody o mocach w granicach 50-150 mW, zwane diodami małych mocy, a do drugiej diody dużej mocy od 1 do 5 W. LED-y małej mocy mają skuteczność świetlną rzędu 10-40 lm/W. Ich strumień świetlny spada do 50% po 5-8tysiącach godzin świecenia. Źródła dużej mocy charakteryzują się większą trwałością rzędu kilkudziesięciu tysięcy godzin. Problemy chłodzenia dotyczą przede wszystkim diod dużych mocy. LED-y są wrażliwe na podwyższoną temperaturę. Dlatego lampy tego typu dobrej jakości wyposażane są w radiatory lub inne środki zapewniające skuteczne chłodzenie. Pomimo, że moc jednostkowa „czipu" LED to maksymalnie kilka watów, problemem jest efektywne odprowadzanie ciepła z małej powierzchni. Niewielkie wymiary diody powodują także konieczność rozwiązywania innego problemu.

W diodach świecących mamy do czynienia z trudną do ograniczenia i bardzo wysoką luminancją. Dlatego też umieszczanie nieosłoniętych lamp z diodami nad błyszczącymi powierzchniami (takimi jak blat kuchenny czy też blat stołu w biurze lub powierzchnia obserwacji w zakładzie przemysłowym) może powodować powstawanie przeszkadzających odbić o dużej jaskrawości. Nieporozumieniem jest stosowanie w takich miejscach nieosłoniętych kloszem źródeł ledowych w postaci długiej rury z rozmieszczonymi na niej diodami. W reklamach nie ma o tym ani słowa. Lampy tego typu są oferowane jako zamienniki standardowych świetlówek rurowych mających dużo niższą luminancję. Na szczęście oferowane są również lampy z diodami umieszczonymi w rurze ze szkła mlecznego.

Teoretycznie oprócz wysokiej trwałości LED-y mogą osiągnąć wysoką skuteczność świetlną przekraczającą w warunkach laboratoryjnych 200 lm/W. W praktyce skuteczność świetlna diod LED produkowanych obecnie seryjnie jest na poziomie 70 lm/W. Pojawiły się jednak już moduły LED o wydajności 125 lm/W, co w praktyce pozwala na konstruowanie systemów o efektywności 100 lm/W. Firma CREE wprowadziła do oferty pojedynczą diodę LED typu XLamp XP-L o jeszcze wyższych parametrach skuteczności świetlnej (200 lm/W) osiąganej przy prądzie zasilania 350 mA. Dioda ta umieszczona w małej obudowie o rozmiarach 3,45 x 3,45 mm zapewnia strumień świetlny 1226 lm. Ciekawe jest porównanie prognozy rozwoju LED opracowanej w 2002 r. ze stanem aktualnym. W prawej kolumnie zamieszczono wartości osiągane przez kompaktowe zamienniki żarówek (tablica 1).

Lansowane ostatnio lampy diodowe (podobnie jak i świetlówki kompaktowe) wymagają bardzo ostrożnego wyboru. Na rynku jest oferowanych wiele typów lamp, lecz nie wszystkie gwarantują parametry prezentowane w reklamach. Sytuacja jest podobna do okresu, gdy na rynku zaczęły pojawiać się świetlówki kompaktowe lansowane jako doskonałe zamienniki standardowych żarówek. Zarówno świetlówki kompaktowe jak i obecnie kompaktowe lampy ledowe (nie należy używać nazwy „żarówki ledowe", ponieważ w lampach tych nic się nie żarzy) oferowane są przede wszystkim jako zamienniki standardowych żarówek, jako zamienniki świetlówek rurowych oraz wysokoprężnych lamp wyładowczych w oświetleniu drogowym. W trosce o ochronę rynku a w efekcie również konsumentów rozpoczyna działanie europejski projekt EEPLIANT 2014, którego celem jest sprawdzenie jakości źródeł LED-owych zamienników lamp. Będzie on realizowany przez jednostki nadzoru rynku w krajach UE, w tym przez polski UOKiK. Projekt zakłada kontrolę lamp LED pod względem spełniania kryteriów jakości i wymogów informacyjnych. Realizacja projektu potrwa do 2017 r. i jest jedną z inicjatyw podejmowanych przez instytucje nadzoru rynkowego.

(...)

mgr inż. Janusz Strzyżewski

Pełna wersja artykułu w EI 7/2015 do zakupu na portalu www.e-czasopismo.pl oraz www.magazyn-online.com