Treść artykułu
- Mniejsze koszty energii elektrycznej – więcej światła
- Jak długo będzie działać lampa LED
- Rodzaje lamp LED
- Wybór lamp LED
W tym artykule omówimy szczegółowo oświetlenie LED, ponieważ w najbliższych latach lampy te zostaną zamontowane w większości lamp w naszych domach i w ich pobliżu. Dowiesz się jakie rodzaje lamp LED istnieją, od jakich czynników zależy żywotność lampy LED, jak dokonać właściwego wyboru.
W porównaniu ze zwykłymi lampami domowymi – z żarnikiem i świetlówkami – większość z nas niewiele wie o sprzęcie elektrycznym LED. Nie, zwykłe diody od dawna są obecne w życiu codziennym, informując nas o włączaniu sprzętu AGD czy mieniących się wielokolorowymi światełkami na noworocznym drzewku, ale jak mogą oświetlić pokój czy ulicę – diody są takie małe, prawda? Proponuję dokładnie przyjrzeć się oświetleniu LED ze wszystkich stron, ponieważ w najbliższych latach lampy te będą montowane w większości lamp w naszych domach i w ich pobliżu.
Mniejsze koszty energii elektrycznej – więcej światła
Wszelkie lampy elektryczne zamieniają dostarczoną im energię elektryczną na promieniowanie świetlne widoczne dla ludzkiego oka i mierzone w lumenach. Im wyższa skuteczność świetlna, tym wydajniejsze są te oprawy..
Porównajmy lampy LED i „lampy Iljicza”. Dwie dekady wcześniej, aby poprawić oświetlenie, gospodarstwa domowe wymieniły np. 100-watową żarówkę na mocniejszą 150-200 watową lub zainstalowały lampy z kilkoma gniazdami, w każdym razie zwiększając zużycie energii elektrycznej. Stosunek między zużyciem energii elektrycznej a skutecznością świetlną żarówek wynosi – 1 wat, około 12 lumenów. Efektywność świetlną takich lamp można zwiększyć tylko poprzez zwiększenie temperatury nagrzewania żarnika wolframowego, ale to poważnie obniży ich już i tak krótką żywotność – zwykła lampa 100 W nie może świecić dłużej niż 1000 godzin, ponieważ ogrzewanie niszczy żarnik. Jedynym sposobem na zwiększenie żywotności jest zmniejszenie i tak już niskiej sprawności, która nie przekracza 15%. Przykładowo obniżając wartość sprawności do 4% poprzez redukcję napięcia pobieranego przez lampę można tysiąckrotnie wydłużyć jej żywotność – ale taka lampa będzie świecić zupełnie przyćmiona.
Nowoczesne lampy LED na każdy zużyty wat energii elektrycznej wytwarzają co najmniej 100 lumenów, a natężenie generowanego przez nie strumienia świetlnego jest około 10-krotnie większe od natężenia światła żarówek. Na przykład naświetlacze LED są bardziej wydajne i mniej energochłonne niż ich odpowiedniki żarowe. Skuteczność świetlna lampy LED uzależniona jest od rodzaju i temperatury grzania LED, charakterystyki zasilacza, a także od jej konstrukcji – elementy optyczne i rozpraszające umieszczone na trzonku lampy.
Aby osiągnąć maksymalną skuteczność świetlną, nie wystarczy wyposażenie lampy tylko w wysokiej jakości diody LED. Producent musi zbudować w nim najbardziej efektywny reżim termiczny – jeśli temperatura diod LED w aktywnym obszarze (strefa rekombinacji elektronów na powierzchni kryształu) wzrośnie o 10 ° C, to strumień świetlny takiej lampy zmniejszy się o 2,5%. Innymi słowy lampa LED, która generuje strumień świetlny 100 lumenów, z nagrzewaniem w strefie rekombinacji elektronów o około 25 ° C, po zamontowaniu w zamkniętej lampie może nagrzewać się w strefie aktywnej do 100 ° C – natężenie jej promieniowania w tym przypadku spadnie do 80 lumenów.
Kierunkowość promieniowania świetlnego. Żarówki i świetlówki montowane w oprawach generują jednolity strumień świetlny we wszystkich kierunkach – oświetlenie takie można skupić tylko w jednym kierunku przy pomocy klosza lub odbłyśnika. Emisja światła diod LED jest zawsze skierowana tylko w jednym kierunku, dlatego lampy LED wyposażone są w element optyczny (optykę wtórną), który zmienia liniowy kierunek strumienia świetlnego z każdej diody LED na wymagany kąt, co pozwala uzyskać pewne rozproszenie światła.
Liniowość strumienia świetlnego wytwarzanego przez lampę LED jest zarówno zaletą, jak i wadą lamp tego typu – z jednej strony lumeny nie są marnowane i oświetlają tylko niezbędne obszary, co pozwala na zamontowanie w lampach lamp o mniejszej mocy. Z drugiej strony konstrukcja oświetlenia lampami LED musi być traktowana szczególnie odpowiedzialnie, ponieważ nieprawidłowe rozmieszczenie urządzeń oświetleniowych doprowadzi do powstania w pomieszczeniu nadmiernie oświetlonych i zbyt ciemnych obszarów..
Jak długo będzie działać lampa LED
Różni producenci mówią o żywotności 30 000-100 000 godzin, czyli w pierwszym przypadku lampa wytrzyma ponad 8 lat, w drugim ponad 27 lat, pod warunkiem, że lampa będzie używana codziennie przez 10 godzin. Jak wspomniano powyżej, żywotność lamp LED zależy od podobnych właściwości diody – przyjrzyjmy się im bliżej..
Pierwszym kryterium wpływającym na żywotność diody LED jest jakość kryształu diody LED i jednorodność jego struktury. Podczas pracy kryształ ulega degradacji z dwóch powodów – w wyniku wielokrotnych naruszeń sieci krystalicznej oraz na skutek migracji atomów metali tworzących elektrody.
a) budowa konwencjonalnej diody LED: 1 – anoda; 2 – katoda; 3 – przewodnik; 4 – kryształ; 5 – soczewka plastikowa
b) konstrukcja mocnej diody LED: 1 – korpus; 2 – przewodnik; 3 – radiator; 4 – kryształ; 5 – soczewka; 6 – katodaW tych obszarach kryształu, w których sieć krystaliczna ucierpiała najbardziej, energia elektryczna jest zużywana tylko z uwolnieniem ciepła, to znaczy bez promieniowania świetlnego. Dokładna przyczyna tej wady nie została ustalona i uważa się, że jest ona spowodowana elektrycznością statyczną..
Atomy metali wnikające w strukturę kryształu z elektrod powodują prądy upływowe – ruch prądu w krysztale przez wtrącenia metalu na poziomie atomowym, nie jest wytwarzane światło. Wraz ze wzrostem prądu i temperatury następuje gwałtowny wzrost procesu wnikania atomów metalu w kryształ LED, a jednocześnie spada promieniowanie świetlne i napięcie – taka dioda szybko się zawiedzie. Ta wada tkwi nieodłącznie w niedrogich „podkręconych” lampach LED, które mają wysoką jasność przy niewystarczająco wydajnym odprowadzaniu ciepła – preferują to pozbawieni skrupułów producenci, najtańszy sposób na zwiększenie wydajności świetlnej swoich produktów ze względu na stosunkowo krótką żywotność produktu.
Jednak nie tylko producent, ale także użytkownik jest często odpowiedzialny za wzrost temperatury wewnątrz lampy LED, a co za tym idzie, szybkie zużycie. Grzejnik odprowadzający ciepło z diod LED musi oddawać je do otaczającego powietrza lub do ściany, do której mocowana jest oprawa. Jeśli zainstalujesz kilka lamp LED w suficie podwieszanym lub zamkniesz ich żarówkę blisko przylegającym materiałem, to nawet najwyższej jakości lampa szybko się przegrzeje ze względu na brak miejsca na odprowadzanie ciepła. Nawiasem mówiąc, prawidłowe będzie zainstalowanie lamp sufitowych LED Armstrong w podwieszanym suficie, wykonanym w postaci paneli.
Słabe odprowadzanie ciepła podczas pracy lampy LED wpływa również na luminofor pokrywający kryształ diody i układ optyczny wbudowany w diodę. Oznaką zużycia luminoforu jest niebieskawy odcień promieniowania świetlnego spowodowany przewagą bezpośredniego promieniowania kryształu. Układ optyczny, wykonany głównie z silikonu lub tworzywa sztucznego, traci swoją przezroczystość, co zmniejsza strumień świetlny diod LED.
Należy zaznaczyć, że diody czterech największych światowych producentów w tej dziedzinie, a mianowicie japońskiej firmy Nichia, holenderskiego Philipsa, amerykańskiego Gree i niemieckiego Osram, charakteryzują się najwyższą wydajnością i najdłuższą żywotnością. Jeśli chodzi o żywotność lamp LED, należy zauważyć, że mogą one generować promieniowanie świetlne przez kilka dziesięcioleci, ale intensywność tego promieniowania będzie się stopniowo zmniejszać z powodów opisanych powyżej. Po 25000 godzin (przy pracy 10 godzin dziennie – 6,5 roku) pracy, natężenie strumienia świetlnego zmniejszy się o 25-30%, co jednak spełnia wymagania współczesnych norm.
Rodzaje lamp LED
W zależności od przeznaczenia lampy LED dzielimy na uliczne, przemysłowe i domowe.
Oprawy zewnętrzne LED emitujące białe światło przeznaczone są do oświetlania dróg, parków oraz różnorodnych obiektów architektonicznych, nie posiadają wymiennej lampy. Ich obudowa służy dwóm celom – zapewnić maksymalną ochronę przed kurzem i wilgocią, a także działać jako radiator odprowadzający ciepło do atmosfery.
Oprawy do biur (światło białe), mieszkań i obiektów komunalnych oraz warsztatów przemysłowych również nie posiadają żadnych elementów wymiennych i praktycznie nie wymagają konserwacji. Różnią się od opraw ulicznych tym, że spełniają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jakości oświetlenia, stabilnego oddawania barw i warunków pracy..
Domowe lampy LED (światło żółte) mają małą moc (do 20 W), ich konstrukcja i właściwości spełniają szereg wymagań dotyczących jakości oświetlenia, bezpieczeństwa przeciwpożarowego i elektrycznego, wyróżniają się dekoracyjnym wyglądem. Zazwyczaj oprawy domowe są wyposażone w wymienne żarówki LED. Ta grupa lamp jest najbardziej zróżnicowana pod względem konstrukcji i miejsca montażu – mogą być osadzane w suficie, podłodze, ścianach, meblach, zwieszane, stosowane do oświetlenia stołu, jako lampka nocna, oświetlenie punktowe itp..
Wybór lamp LED
Żywotność lampy LED zależy od szeregu cech, które są w niej wcielane podczas produkcji, dlatego przy wyborze ważna jest nazwa producenta – to znaczy tylko kryterium ceny nie decyduje o jej jakości. Przejdźmy do wyboru – jak nie popełniać błędów, kupując w ogóle niedrogą lampę LED?
Zwykłe kryterium wyboru – moc lampy w watach – nie jest całkowicie orientacyjne w odniesieniu do lamp LED, ponieważ podaje tylko zużycie energii na jednostkę i musimy znać ilość promieniowania świetlnego.
Emisja światła mierzona w lumenach (lm) charakteryzuje zdolność danej lampy do oświetlania pomieszczenia. W niektórych przypadkach producent „zapomina” o wskazaniu wartości strumienia świetlnego na opakowaniu lampy, powołując się jedynie na porównanie z żarówką o określonej mocy – mówią, że ta lampa LED w pełni jej odpowiada pod względem jakości oświetlenia. Proponuję skorzystać z poniższej tabeli, aby określić zależność między emisją światła a mocą lampy..
Moc żarówki (W) Świetlówka, moc (W) Lampa LED, moc (W) Strumień świetlny (lm), średni 20 5-7 2-3 250 40 10-13 4-5 400 60 15-16 8-10 700 75 18–20 10-12 900 sto 25-30 12-15 1200 150 40-50 18–20 1800 200 60-80 25-30 2500 Wydawać by się mogło, że te dane wystarczą, aby dokonać wyboru lampy LED, ale tak nie jest – należy wziąć pod uwagę, że lampy LED emitują wąską wiązkę, w przeciwieństwie do świetlówek i żarówek. Producenci rozszerzają kąt świecenia lampy o element optyczny, wskazujący kąt rozbieżności wiązki światła na opakowaniu. Jeśli kąt wynosi 120 °, oznacza to, co następuje – strumień świetlny emitowany przez lampę zmniejsza się o połowę, gdy strumień światła odchyla się od osi środkowej o 60 °. Kierunkowość promieniowania świetlnego o rozbieżności 120 ° jest dość szeroka – przestrzeń pod taką lampą będzie oświetlana na dużym obszarze z niemal taką samą jasnością. Lampy LED o kącie rozbieżności od 20 ° do 30 ° nadają się tylko do oświetlenia obszarowego (akcentującego), nie nadają się do zwykłego oświetlenia pomieszczeń.
Możesz pomyśleć, że świetnie, powinieneś wybrać lampy LED z dywergencją 120 ° – bez względu na wszystko! Oświetlenie szerokokątne stwarza kolejny problem – wysoką jasność pod szerokim kątem, która może powodować dyskomfort dla oczu w domach. Z tego powodu lampy o dużym kącie rozbieżności można montować tylko w oprawach sufitowych i ściennych, w których spełniony jest wymóg dotyczący kąta ochronnego. Pozwólcie, że wyjaśnię: kąt ochronny oprawy to największy kąt, pod którym samo źródło światła (lampa) nie wpada w bezpośrednią linię wzroku ludzkiego oka, to znaczy nie oświetla oczu. Narożnik ochronny w oprawach tworzony jest za pomocą ekranów kratowych, ustawionych w pewnej odległości od żarówki lampy.
Następnym wskaźnikiem jest temperatura barwowa, czyli inaczej mówiąc tonacja barwna promieniowania świetlnego generowanego przez daną lampę. Jeśli w przypadku żarówek wszystko było proste – ich światło było tylko żółte, to w przypadku świetlówek i lamp LED tak nie jest. Wybierając lampę należy zwrócić uwagę na temperaturę barwową wskazaną na opakowaniu w stopniach Kelvina:
- Od 2700 do 3500 ° K – tzw. „Ciepłe” światło o żółtym zabarwieniu, zbliżone do promieniowania świetlnego żarówek. Jednocześnie lampy o temperaturze barwowej 2700 ° K emitują wyraźne żółte światło, ale ich strumień świetlny nie jest tak silny, a te o temperaturze barwowej 3500 ° K wyróżniają się silniejszym promieniowaniem świetlnym o niższych odcieniach żółtego (wytwarzają więcej światła białego niż żółtego).
- Od 4000 do 5000 ° K – neutralna biała emisja światła, zapewniająca jasne oświetlenie. Lampy te są powszechnie używane w biurach, firmach i instytucjach publicznych;
- Ponad 6500 ° K – chłodne, białe światło o wysokiej skuteczności świetlnej. Ta grupa lamp jest używana tylko do oświetlenia ulicznego.
Na koniec należy zwrócić uwagę na wskaźnik oddawania barw (wskaźnik oddawania barw) wskazany na opakowaniu lampy – jego wartość liczbowa określa, na ile barwa obiektów oświetlonych tą lampą będzie odpowiadać ich naturalnej barwie. Optymalną wartością tego wskaźnika będzie współczynnik oddawania barw 70 i więcej (lub stopień oddawania barw co najmniej 2 A). Lampy uliczne mogą mieć niższą wartość wskaźnika 60 (lub 2B), ale nie niższą.
Bądź pierwszy, który skomentuje ten wpis