Zalety i wady oświetlenia LED

Sztuczne źródła światła posiadają przypisaną im generację, w przypadku diod oświetleniowych LED stanowią one czwartą generację sztucznych źródeł światła, jest to niewątpliwa rewolucja w kontekście techniki świetlnej, dlatego warto poznać wady i zalety tego typu oświetlenia. Technologia jest cały czas udoskonalana, badania w tym zakresie przewidują, że w niedalekiej przyszłości tradycyjne źródła światła zostaną w większej mierze wyparte przez oświetlenie LEDowe. Na rynku pozostaną tańsze i efektywniejsze rozwiązania, a takim z nich niewątpliwie są diody tego typu. Diody nawet po bardzo długim okresie użytkowania nie przestaną nieoczekiwanie świecić, nie przepalą się. Sygnałem, który wskazuje na to, że diody tracą swoją żywotność będzie malejący strumień świetlny, mniejsza efektywność świecenia. Użytkownik z dużym wyprzedzeniem jest w stanie dostrzec zużywanie się diod, dzięki czemu może być przygotowany do ewentualnej wymiany oświetlenia. Przedsiębiorcy dostrzegają potencjał w oświetleniu LEDowy, nie tylko w zakresie dużo mniejszych kosztów za energię elektryczną, ale również jeżeli chodzi o ich dużą żywotność i wydajność świecenia. Diody LED nie są pozbawione wad, jednak są obecnie najlepszym rozwiązaniem na rynku w dziedzinie techniki świetlnej. Posiadają znacznie więcej zalet niż wad, a do podstawowych zalet i wad można zaliczyć takie aspekty jak:

  • Możliwość używania diod LEDowych i źródeł światła bazującego na tej technologii zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynków. Efektywne oświetlanie budynków odbywa się zatem w każdym miejscu, i w każdych warunkach.
  • Bardzo wysoka trwałość i żywotność diod LED, w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań świetlnych, trwałość oświetlenia LEDowego jest wielokrotnie wyższa. Przyjmuje się, że żywotność diod LED obejmuje zakres od 55 tysięcy do 120 tysięcy godzin świecenia. Nie każda barwa świetlna oświetlenia LED posiada taką samą żywotność, przykładem tutaj mogą być białe diody LED, które charakteryzują się jedną z najniższych trwałości, będącą na poziomie około 35 tysięcy godzin świecenia. Warto jednak podkreślić, że w porównaniu do najdłużej święcących świetlówek, czyli tradycyjnego oświetlenia, biała dioda LED posiada i tak dwukrotnie większą żywotność.
  • Duża skuteczność świetlna.
  • Pracują niemalże w każdych warunkach, przy każdej temperaturze. Temperatura pracy mieści się w zakresie od -40 do +85°C. Producenci oświetlenia LED stale podnoszą poprzeczkę tej kwestii, prześcigając się w parametrach pracy, więc wartości te są płynne.
  • Są bezpieczne dla zdrowia, ponieważ nie posiadają szkodliwej dla środowiska i ludzi rtęci, która jest obecna w tradycyjnych źródłach światła.
  • Niewielkie napięcie zasilania, a przy tym jednocześnie większa efektywność świetlna w porównaniu do tradycyjnych świetlówek wymagających identycznego zasilania. W oświetleniu LED stosuje się II klasę izolacji, co również ma niebagatelny wpływ na bezpieczeństwo użytkowników. Tego typu rozwiązania znacznie obniżają ryzyko wystąpienia pożaru, a także minimalizują ryzyko porażenia prądem niemalże do zera.
  • Niewielka, bardzo mała awaryjność, której towarzyszy odporność na wstrząsy, wibracje, uderzenia.
  • Kompaktowe, niewielkie rozmiary oświetlenia LED, a jednocześnie niewielka waga, dzięki czemu istnieje możliwość używania różnorodnych opraw, niedostępnych w przypadku tradycyjnego oświetlenia.
  • Solidna i trwała struktura półprzewodnikowa, elementy szklane i żarniki nie są wrażliwe na wstrząsy i towarzyszące temu przeciążenia. Przy transporcie oświetlenia LEDowego nie trzeba używać tak wielu rozwiązań zabezpieczających, właśnie z tego względu, że konstrukcja tego typu oświetlenia jest odporna na wstrząsy. Dodatkowym atutem w tej kwestii jest możliwość częstego montażu i demontażu oświetlenia LEDowego, bez obawy o uszkodzenie.
  • Bezpieczne dla zdrowia oświetlenie ze względu na brak obecności szkodliwego promieniowania UV (nadfioletowego) i IR (podczerwonego).
  • Natychmiastowa gotowość do pracy, diody LED świecą pełną mocą w momencie otrzymania źródła zasilania. Nie trzeba czekać aż się rozgrzeją, dzięki czemu świecą pełnym blaskiem w każdej sytuacji.
  • Małe koszty eksploatacji. Inwestycja w oświetlenie LEDowe może wydawać się na początku kosztowna, ale zwróci się w bardzo krótkim czasie.
  • Oświetlenie LED wymaga znacznie mniejszego poboru energii do tego, żeby wytworzyć taką samą ilość promieniowania świetlnego niż w przypadku innych źródeł światła (żarówek, halogenów, świetlówek, neonów, lamp wyładowczych itd.).
  • Oświetlenie LED wymagana niewielkiego zakresu czynności obsługowych związanych z zapewnieniem prawidłowego stanu technicznego. Odpowiada za to przede wszystkim wysoka trwałość diod, minimalne zużycie energii, a jednocześnie niskie napięcie zasilające.

Diody LED oczywiście nie są rozwiązaniem technologicznie idealnym, nawet jeżeli posiadają wiele zalet. Budowa matrycy diodowa emitera warunkuje rozsył światła diody. Obecność plastikowej obudowy wpływać może na pogorszenie wybranych właściwości oświetlenia np. stabilność parametrów diody, co związane jest z niekorzystnymi warunkami termicznymi pracy złącza p-n. Wśród wymienianych wad wylicza się to, ze w niektórych przypadkach stosowanie diod LED wewnątrz budynków spowodować może pogorszenie warunków widzenia. Wiąże się to z tym, że oświetlenie tego typu jest skupionym źródłem światła, a więc wraz ze wzrostem efektywności świetlnej, zwiększa się także jego luminacja. Kolejną wadą są stosunkowo duże straty mocy w trakcie pracy diod o dużej mocy. Efektem tego jest zwiększone wydzielanie ciepła i konieczność lepszego chłodzenia elementów konstrukcyjnych oświetlenia np. za pomocą radiatorów. Producenci jednak coraz skuteczniej radzą sobie z tym problemem, dzięki stosowaniu wysokiej jakości układów zasilania. Współczesne zasilacze zapewniają stabilizację prądu diody, a tym samym nie pozwalają na duże zmiany temperatury na złączu półprzewodnika. Brak odprowadzania ciepła lub rozwiązania nie gwarantującego skutecznego pozbycia nadmiaru się energii cieplnej, w konsekwencji prowadzą do skrócenia czasu żywotności diody a także mogą pogorszyć barwę świetlną.

 

Diody LED jako nowy standard w oświetleniu i iluminacji

W wyniku postępu technologicznego w produkcji źródeł światła bazujących na półprzewodnikach, jakimi są diody LED, w ciągu ostatnich lat stało się możliwe stosowanie rozwiązań świetlnych bazujących na tej technologii. Diody LED stały się pełnowartościowymi źródłami światła, posiadającymi wiele zalet, których nie mają starsze technologie świetlne. Wraz z upływem czasu, diody LED mogły pochwalić się większymi mocami emisyjnymi i lepszymi właściwościami świetlnymi. Zaczęto stosować oświetlenie LEDowe we wielu przemysłach, między innymi w przemyśle motoryzacyjnym do podświetlania wyświetlaczy LCD, w sygnalizacji ulicznej, w oświetleniu ogólnym wewnętrznym i zewnętrznym, zarówno w zastosowaniach domowych, jak i komercyjnych, a także w oświetleniu architektonicznym, urbanistycznym i dekoracyjnym. Rozporządzenia wydane przez Unię Europejską nakazały wycofanie z rynku energochłonnych, żarowych źródeł światła, które niewątpliwie nie wpływają pozytywnie na środowisko naturalne. Zgodnie z przyjętym harmonogramem prace polegające na wycofaniu tego typu oświetlenia będą trwać od 2009 do 2016 roku. Idea rozporządzenia mówi o tym, żeby wszystkie wycofywane żarówki i źródła światła, zastępowane były przez lampy o większej efektywności świetlnej. Niewątpliwie najlepszą alternatywą wobec starych żarówek, są nowoczesne źródła światła oparte na technologii LEDowej, będącej jednocześnie bardzo energooszczędne w stosunku do tradycyjnych żarówek. Prywatne osoby, firmy, przedsiębiorstwa, urzędy, instytucje i wszelkie organizacje, powinny zainteresować się tą technologią, właśnie ze względu na znacznie mniejsze zużycie energii elektrycznej jeżeli chodzi o technologię opartą o LED. Poniżej omówiona zostanie po krótce historia rozwoju diod LED, zasada konstrukcyjna i budowa, a także sposób w jaki funkcjonują. Ponadto przedstawione zostaną argumenty przemawiające za wyborem oświetlenia LED.

Historia technologii led sięga początku XX wieku, a konkretnie roku 1907, kiedy to H. J. Round opisał zjawisko elektroluminescencji będące podstawą działania diod LED. Wyżej wymieniony badacz dostrzegł wówczas emisję światła widzialnego z kryształu węglika krzemu. W późniejszym okresie naukowcy zaobserwowali występowanie zjawiska elektroluminescencji w siarczku cynku. Zasadniczy problem w opracowaniu konstrukcji diod LED polegał na znalezieniu odpowiedniej jakości związków półprzewodnikowych, charakteryzujących się pożądanymi parametrami optycznymi i elektrycznymi. Pierwszymi wyprodukowanymi diodami LED, były te wytworzone na bazie arsenku galu, miało to miejsce w 1962 roku, co pokazuje, że musiało zajść wiele zmian technologicznych, żeby wyprodukować diody LED jakie dostępne są dzisiaj na rynku konsumenckim. Na początku lat 70 rozpoczęła się produkcja diod wskaźnikowych o mocy 100 mW, posiadających średnicę 5 mm, co ciekawe są to diody stosowane obecnie do dzisiaj. W kwestii diod o dużej mocy w przedziale od 0,8 do 6 W, niezwykle istotnym etapem w historii technologii LED, był rok 1994, w którym to firma Lumileds wyprodukowała pierwsze diody LED o wskazanej wcześniej mocy. Współczesna technologia świetlna pochwalić się może półprzewodnikowymi źródłami światła o dużej wydajności świetlnej i wysokiej energooszczędności. Dzisiejsze źródła światła emitują światło w oparciu o trzy podstawowe barwy: czerwoną, zieloną i niebieską. Za sprawą mieszania tych trzech barw, możliwe jest otrzymanie światła białego.

Jedną z najistotniejszych zalet technologii LED jest jej energooszczędność. Cecha ta nieubłaganie wprowadza oprawy i lampy LED do wszystkich obszarów aplikacyjnych oświetlenia. Zamienniki LED świetlówek liniowych nie są jeszcze powszechnie stosowane. Na rynku pojawiają się różne typy i wykonania tych źródeł światła. Ze względu na mniejsze zużycie energii elektrycznej wydają się być ciekawą alternatywą w stosunku do świetlówek liniowych. Nie zawierają również szkodliwych substancji oraz nie emitują promieniowania UV, co w przypadku oświetlenia wewnętrznego jest istotną zaletą. Przeprowadzone badania pozwalają na określenie zalet i wad zamienników LED w porównaniu ze świetlówkami liniowymi. Niewątpliwie najważniejszą ich zaletą jest mniejszy pobór mocy czynnej i biernej, co przekłada się na mniejsze straty mocy i energii w instalacjach oświetleniowych oraz powoduje zmniejszenie obciążenia przewodów w instalacji. Odbiorca energii elektrycznej, który jest rozliczany z dostawcą energii elektrycznej zgodnie z taryfą C11 lub gdy ponosi koszty poboru energii biernej (indukcyjnej) również zmniejszy koszty eksploatacji instalacji oświetleniowej, w której zainstaluje zamienniki LED. Zastosowanie tego typu źródła światła zwiększy również efektywność energetyczną obiektu, w którym są one zastosowane, co jest szczególnie ważne w świetle wymogów Unii Europejskiej. Zastosowanie liniowych lamp LED w istniejących oprawach oświetleniowych wymaga przeprowadzenia modyfikacji układu połączeń wewnętrznych oprawy. Powinna to zrobić osoba kompetentna w celu zapewnienia bezpieczeństwa użytkowania takiej zmodyfikowanej oprawy. Koszty takich operacji powinny być brane pod uwagę przy analizie opłacalności zamiany lamp. Zamienniki LED świetlówek liniowych zwykle posiadają mniejszy strumień świetlny niż świetlówki tradycyjne. Zastosowanie zamiennika LED do oprawy przystosowanej do świetlówek może spowodować zmianę krzywej rozsyłu światłości, a tym samym może spowodować zmianę warunków oświetleniowych na oświetlanych płaszczyznach pracy. Podczas badań stwierdzono również, że zamienniki LED mogą posiadać długości nieco inne niż znormalizowane wymiary świetlówek liniowych. Może to utrudniać lub wręcz uniemożliwiać ich zamontowanie w typowych oprawach. Bardzo ważne jest też sprawdzenie, czy stan techniczny oprawek lampowych pozwala na zamocowanie w nich cięższych liniowych lamp LED. Reasumując, liniowe lampy LED stanowią kolejną atrakcyjną ofertę na poszukiwanie oszczędności w zużyciu energii elektrycznej w wewnętrznych instalacjach oświetleniowych. Przed zastosowaniem tego typu lamp należy starannie i rozsądnie dokonać analizy warunków technicznych takiej wymiany oraz oceny zmian warunków oświetlenia na stanowiskach pracy w wyniku innego rozsyłu światłości oprawy.