Publikacje

Publikacje - Halogen VS LED

43.jpg
30 listopad 2015

Halogen VS LED

 

Jednym z pierwszych zabiegów marketingowych było wprowadzenie źródeł o wysokiej temperaturze barwowej CCT ≥ 4000 K. Światło sztuczne ma w gruncie rzeczy zapewnić odpowiednie natężenie oświetlenia w miejscach bez dostępu światła naturalnego lub w nocy. Jak wiadomo oko ludzie posiada 3 rodzaje receptorów odpowiadających za widzenie. Są to:
 

- czopki - aktywne przy wysokich poziomach natężenia oświetlenia (widzenie fotopowe),

- pręciki - aktywne przy niskich poziomach natężenia oświetlenia (widzenie skotopowe),

- gangliony – komórki zwojowe nie będące stricte fotoreceptorami odpowiadają za synchronizację produkcji hormonów w ludzkim organizmie (czułość cyrkadialna). Komórki te są zwane również „receptorami niebieskiego nieba” i odpowiadają za cykl dobowy człowieka.




Rys. 1. Czułości widmowe fotoreceptorów siatkówki oka


 

Czopki odpowiedzialne za rozróżnianie barw są znacznie mniej czulsze od pręcików i uczestniczą w widzeniu dziennym przy wysokich poziomach natężenia oświetlenia. Pręciki, które są odpowiedzialne za widzenie konturów w różnych stopniach szarości uaktywniają się przy niskich poziomach natężenia oświetlenia. Różnice w poziomach natężenia światła w ciągu doby mogą być znaczne. Dla przykładu w słoneczny dzień może wynosić 100 000 lx, podczas gdy oświetlenie ewakuacyjne 1 lx. Tak naprawdę w rzeczywistości nie zdarzają się sytuacje, w których tylko jeden rodzaj receptorów odpowiadałby za widzenie. Widzenie pośrednie nazywane jest mezopowym.
 

 


Rys. 2. Udział receptorów oka ludzkiego w zależności od luminancji (http://www.zdroweoswietlenie.pl)

 

Wniosek jaki można wysnuć jest następujący: wraz z mniejszymi wartościami natężenia oświetlenia czułość oka przesuwa się w kierunku fal krótszych. Zimniejsza barwa światła → większe wrażenie wzrokowe (duże uproszczenie). Dodatkowo dochodzi udział ganglionów (komórek zwojowych), których maksymalna czułość przesunięta jest w okolicę barwy niebieskiej. To wpływa na nasze pobudzenie i powoduje, że barwę zimną możemy odczuwać nawet o 30% jaśniejszą od barwy ciepłej (te same wskazania luksomierza).


 


Rys. 3. Te same pomieszczenia oświetlone źródłami światła o identycznym strumieniu lecz różnej temperaturze barwowej

 


Wszystko jest oczywiście uzależnione od wartości współczynnika oddawania barw CRI, a dokładniej od szczegółowego rozkładu widmowego źródła.




Rys. 4. Przykłady rozkładów widmowych diod LED dla źródła zimnego (lewa strona) i ciepłego (prawa strona)



Jak widać na poniższym wykresie dla niskich wartości natężenia oświetlenia (kolor zielony) wzrasta odczuwalność i znaczenie źródeł o barwie zimnej.
 



Rys. 5. Efektywność źródeł o różnych barwach światła w różnych warunkach widzenia (http://www.zdroweoswietlenie.pl)

 


Ten zabieg polegający na wprowadzeniu do obrotu źródeł LED o wyższej temperaturze barwowej pozwolił rozpocząć konkurencję ze źródłami halogenowymi, które pod względem jakości światła na głowę biły niezbyt jeszcze wydajne źródła LED.


Dzisiaj jedną z największych bolączek źródeł LED jest powtarzalność barwy. Jest to związane z koszykowaniem (binowaniem) diod LED. O ile w droższych modelach można utrzymać barwę z tolerancją ± 150 K, o tyle w tańszych modelach mamy już znaczne różnice w poszczególnych egzemplarzach tych samych produktów. Podawanie temperatury barwowej jako barwa ciepła lub zimna światła może oznaczać bardzo dużą rozbieżność. Dla przykładu niektóre firmy podają temperaturę barwową CCT 2700K ÷ 3500K (ciepła) lub 4000K ÷ 5000K (zimna). To oznacza, że kupując dwa źródła z tej samej partii możemy dostać produkty znacznie różniące się kolorystycznie. Prawdopodobieństwo rozbieżności wzrasta, kiedy dokupujemy źródło z innej partii.


Jednymi z pierwszych źródeł LED były odpowiedniki halogenów MR16 (51 mm) oparte na najtańszych diodach wykonanych w technologii diod przewlekanych DIP (Dual In Package) 5 mm. Ich sprawność nie przekraczała 25lm/W, podczas gdy halogeny MR16 miały sprawność od 15 lm/w do 27 lm/W. Oczywiście (przynajmniej w teorii) trwałość halogenów był kilkukrotnie krótsza. Najgorszą skuteczność mają źródła wysokonapięciowe (230V), których przetwornica ma większe straty.W ekstremalnych przypadkach w źródłach LED 12V nie stosuje się w ogóle przetwornicy. Diody LED są łączone szeregowo-równolegle. Występuje kompletny brak stabilizacji i zabezpieczeń przed wahaniami napięcia oraz przepięciami.





Rys. 6. Przykłady „zamienników” źródeł LED w technologii DIP 5 mm dla tradycyjnych halogenów  MR16

 


Technologia LED DIP 5 mm charakteryzuje się relatywnie krótką trwałością ze względu na brak możliwości odprowadzenia ciepła i niskimi parametrami jakości światła (niski współczynnik oddawania barw CRI<80) przy bardzo korzystnej cenie.


Poniższy wykres pokazuje jak spada strumień w funkcji czasu dla różnych technologii, w tym LED DIP.


 


Rys. 7. Spadek strumienia w czasie (GVN Technologies)

 


Dodatkowym mankamentem był skrajnie szeroki kąt zbliżony do pojedynczych diod LED (ok. 120°). Uniemożliwiało to jakiekolwiek utrzymanie charakteru wnętrza. Jednym z głównych zadań halogenów jest uzyskanie akcentów świetlnych.


 


Rys. 8. Oświetlenie akcentujące w muzeum (J. Paul GettyMuseum)


 

Niski współczynnik barw (CRI<80) dyskredytuje kompletnie źródła LED wykonane w tej technologii. Obecnie już rzadko widujemy źródła z diodami LED 5 mm. Nawet hipermarkety, które przodowały w sprzedaży tej technologii (niska cena) skorzystały z pojawienia się nowych lepszych i tańszych rozwiązań oraz bardziej wyedukowanego klienta. Obecnie największy popyt na rynku na tego rodzaju produkty kreowany jest przez sprzedaż Internetową.
 

Zimna barwa światła (CCT ≥ 4000 K) podyktowana była nie tylko koniecznością wywołania większego wrażenia wzrokowego w porównaniu do halogenów (CCT ≈ 3000 K). Technologia wysokich sprawności diod LED dopiero zaczynała się rozwijać. Największe skuteczności lm/W uzyskiwano dla barwy zimnej. Ta zależność jest aktualna również obecnie. Jest to ok. 10%-15% strumienia więcej na korzyść barwy chłodniejszej (przy tym samym współczynniku oddawania barw CRI). Osiągnięcie wyższych sprawności przy jednoczesnym spadku cen produkcji umożliwiło wprowadzenie nowszych rozwiązań.
 



Rys. 9. Rozwój sprawności oraz kosztów uzyskania strumienia świetlnego z diod LED w funkcji czasu

 

Obecnie spotykane rozwiązania bazują na:
 

- diodach mocy (POWER LED),
- diodach SMD (SurfaceMounted Devices) lub inaczej SMT (Surface Mount Technology), czyli montażu powierzchniowego elementów elektronicznych,
- COB (Chip-on-Board), czyli modułu LED składającego się z wielu chipów na większej powierzchni.


 


Rys. 10. Rodzaje diod LED spotykane w zamiennikach źródeł halogenowych
 



 

Powyżej przedstawiono podział źródeł LED o średnicy 51 mm z uwzględnieniem optyki. Układ optyczny stanowi drugi z zabiegów marketingowych stosowanych przez producentów. Kiedy pojawiały się pierwsze źródła LED będące zamiennikami tradycyjnych halogenów miały one wąskie kąty (10° - 25°). Miało to powodować zwiększenie światłości źródeł, co za tym idzie natężenia oświetlenia na niewielkiej powierzchni (zwiększenie luminancji). Wielu klientów dało się nabrać na te zabiegi. Często można było spotkać w hurtowniach i sklepach ekspozytory ze źródłami o wąskich kątach rozsyłu. W miarę zwiększania się sprawności źródeł pojawiały się coraz szersze kąty. Biorąc pod uwagę soczewki, to obecnie jednym z najszerszych dostępnych kątów jest 60°. Źródła LED bez soczewek lub z odbłyśnikami osiągają kąty zbliżone do diod LED (ok. 120°- 160°). Dlaczego wybór układu optycznego ma duże znaczenie?


W przypadku diod POWER LED różnica pomiędzy pojedynczą soczewką a multisoczewką może wyglądać jak na rysunku poniżej.




Rys. 12. Różnica w formowaniu światła przez źródło z jedną soczewką i rozwiązaniem wielosoczewkowym

 


W źródłach z wieloma soczewkami mogą być widoczne zarysy optyki.

 

W przypadku diod LED SMD oraz COB bez odbłyśnika kąt wyznacza sama dioda. Źródła te służą przeważnie do oświetlenia ogólnego i nie tworzą akcentów świetlnych w odróżnieniu od tych z soczewką. Źródła LED z odbłyśnikiem stanowią kompromis. Mają one kąty pośrednie (38° - 120°). Odbłyśnik wielopłaszczyznowy zmiękcza światło i zaciera granicę pomiędzy miejscem iluminowanym i poza nim.
 

W tym miejscu najczęściej możemy natknąć się na haczyk stosowany celowo lub z niewiedzy, przy czym ciężko nazywać niewiedzą zachowanie polegające na przedrukowywaniu niesprawdzonych informacji dostarczonych przez producentów komponentów lub produktów końcowych. Standaryzowany pomiar kąta źródła światła polega na określeniu jego maksymalnej światłości CBCP (Center BeamCandle Power) i znalezieniu kąta, przy jakim otrzymamy 50% CBCP (połowa światłości maksymalnej). Dwukrotna  jego wartość to miara kąta rozsyłu soczewki/odbłyśnika. Tutaj powstają nieścisłości, ponieważ kąt ten mylony jest z kątem połówkowym, którego nazwa wywodzi się od wartości połowy luminancji. Dla przykładu poniżej (rys. b.) kąt połówkowy wynosi 15°, a kąt odbłyśnika 30%.Z uwagi na rozpowszechnione wśród użytkowników oświetlenia pojęcie dotyczące kąta rozsyłu źródła lub oprawy częściej posługujemy się dwukrotną wartości kąta połówkowego. 

 



Rys. 13. Pomiar kąta rozsyłu źródła światła

 


Jak to się w takim razie zdarza, że dwa źródła światła o tym samym deklarowanym kącie rozsyłu mogą wywoływać zdecydowanie różne efekty świetlne? Jest to bardziej skomplikowany temat, który będzie poruszany w innym artykule do znalezienia na moich stronach http://www.vitomle.pl/artykuly.html. Aby zobaczyć skąd się bierze różnica warto sięgnąć po dość skrajny przykład pokazany na Rys. 14. Dwa źródła o zdecydowanie różnych rozsyłach osiągają połowę światłości I przy tym samym kącie połówkowym. Z tego powodu bardzo często dookreśla się wartość kąta rozsyłu dla 10% maksymalnej światłości I. Daje to bardziej precyzyjną informację o sposobie rozsyłu strumienia świetlnego przez źródło światła.

 


Rys. 14. Wykres światłości w układzie kartezjańskim dla dwóch źródeł o różnym rozsyle

 

Po zweryfikowaniu temperatury barwowej i kąta rozsyłu światła należy poddać analizie jeden z największych problemów dotyczących źródeł LED, a więc współczynnik oddawania barw CRI (Ra). To on, poza temperaturą barwową CCT, odgrywa główną rolę w naszym samopoczuciu przy świetle sztucznym bez udziału światła naturalnego. Obecnie najniższe spotykane wartości CRI wynoszą 70, a maksymalne osiągają > 90. Współczynnik oddawania barw zastosowanych diod w dużej mierze wpływa na cenę produktu oraz strumień świetlny źródła. Większość stosowanych białych diod LED oparta jest na technologii żółtego luminoforu (stąd żółta barwa diody). W skrócie polega to na zamianie światła niebieskiego (470 nm) lub granatowego (460 nm) poprzez żółty luminofor. Część światła niebieskiego jest przepuszczana, a część konwertowana w światło o barwie żółtej. Wymieszanie obu barw daje światło białe.

 


Rys. 15. Sposób wytwarzania światła białego w diodach LED (źródło rys. swiatlo.tak.pl)


 

Ważnym parametrem diody jest określenie wartości CRI jako „typical” lub „minimum”. Parametr „typical CRI” oznacza, że dana partia diod oscyluje wokół danej wartości, a więc np. „typical CRI” = 80 oznacza, że możemy spotkać diody zarówno poniżej tej wartości jak i powyżej. „Minimum CRI” = 80 oznacza, że diody zastosowane w danym produkcie nie mają mniejszego współczynnika oddawania barw niż 80. Oczywiście takiej informacji producenci nie podają. Dziś już ze względu na rozwój technologii nikt nie powinien takiej informacji ukrywać.
 





Rys. 16. Porównanie dwóch materiałów oświetlonych źródłami LED o niskim (lewa strona) i wysokim (prawa strona) CRI



Obecnie można już spotkać źródła LED o współczynniku oddawania barw CRI > 90. Marketingowo dedykowane są one do oświetlania biżuterii, wystaw, kosmetyki, dermatologii, medycyny itp. 

 


Rys. 17. Zastosowania diod LED o CRI > 90


 

Oczywiście współczynnik oddawania barw CRI, oraz temperatura barwowa CCT koreluje z wartościami strumienia jakie uzyskujemy z diod LED/źródeł LED. Ponieważ w tym artykule rozważamy retrofity LED źródeł halogenowych emitujących światło w określonym kącie bryłowym (halogeny z odbłyśnikiem – źródła LED z soczewką) powinniśmy posługiwać się wartościami światłości I oraz efektywnością energetyczną źródła lm/W. Ponieważ dla przeciętnego klienta wartość światłości jest abstrakcyjna, wiąże się bowiem bezpośrednio z kątem źródła światła, większość producentów do opisu swojego produktu korzysta z pojęcia strumienia świetlnego emitowanego przez źródło. Dobrze jest oczywiście, kiedy wartość nie jest sumą strumieni pojedynczych diod LED ale uwzględnia straty w układzie optycznym. Jednym słowem jest wartością zmierzoną lub bardzo dokładnie wyliczoną.


 


Rys. 18. Porównanie wartości strumienia dla źródeł o jednakowych światłościach maksymalnych lecz różnych kątach

 


Jak pokazano na Rys. 18. Może się zdarzyć, że źródła będą miały identyczną światłość maksymalną, ale różne wartości strumienia z uwagi na różnice w kątach rozsyłu. Tak naprawdę w tym przypadku więcej „światła daje” źródło o większym kącie rozsyłu. Zależność ta będzie się sprawdzała w znakomitej większości przypadków, choć jak wykazał to na Rys. 14. przy specyficznych odbłyśnikach ta reguła może nie mieć zastosowania.




Rys. 19. Porównanie źródeł MR16 LED różnych producentów (www.tllr.org)



Jak widać na powyższym rysunku – tabeli, dla źródeł LED podaje się wartość strumienia świetlnego, której nie podawano w przypadku źródeł halogenowych (pierwsza pozycja). Jeżeli mamy podaną wartość strumienia retrofitu LED możemy w łatwy sposób porównać sprawności różnych źródeł. Sprawność jak wiadomo obliczamy dzieląc całkowity strumień źródła przez całkowitą moc pobieraną przez to źródło.




 

Sprawność źródeł LED wynosi obecnie 35 ÷ 96 lm/W. W porównaniu do źródła halogenowego to 1,29 ÷ 6,4 razy więcej. Tak duża rozbieżność sprawności wynika z zastosowanej technologii LED (soczewka, odbłyśnik, CRI, możliwość ściemniania itp.).


Spójrzmy jak zatem wygląda porównanie obu źródeł w programie obliczeniowym. Jako halogenu użyłem źródła marki PHILIPS BRLLIANTline 35W, 12V, 36°, 3000K. Jego sprawność wynosi 18 lm/W, a więc mniej niż przeciętna. Sprawdziłem kilku producentów źródeł LED, których pliki fotometryczne były dostępne. Już samo znalezienie takich plików graniczy z cudem. Aby rzetelnie podejść do tematu należy rozważyć zastosowanie odpowiednich współczynników utrzymania. Maksymalny spadek strumienia dla źródła halogenowegowg. producenta wynosi 20%. Dla LED przyjąłem 10% ÷20% w całym okresie czasu na podstawie danych producenta.


 

 

Halogen PhilipsBRILLIANTline

LED PHILIPS MASTER LED

LED TOSHIBA

LED MEGAMAN

Strumień [lm]

630

300

546

309

Moc [W]

35

5,5

8,5

6

Sprawność [lm/W]

18

55

64

51

Kąt [°]

36

36

35

36

Barwa CCT [°K]

3000

3000

3000

2800

Trwałość [h]

4000

25000

40 000

25 000

Średnie natężenie oświetlenia [lx]

331

170

275

175

Rys. 20. Porównanie źródła halogenowego 35W z jego „odpowiednikiem” LED

 

Jak wynika z powyższej tabeli żadne ze źródeł LED będących wg. producentów odpowiednikiem 35W nie spełnia tego zadania. W ekstremalnych przypadkach jest to prawie 2 razy mniejsze natężenie oświetlenia (potwierdzone pomiarami)!Skoro sprawność źródeł LED we wszystkich przypadkach jest znacznie wyższa od sprawności halogenu (18 lm/W) to problem nie tkwi w samej technologii, a w mocach maksymalnych jakie możemy uzyskać przy tak niewielkich rozmiarach. W przypadku większych mocy występuje problem z odprowadzeniem ciepła ze źródła. Dodatkowo są one często zamkniętew suficie podwieszanym, gdzie nie ma wystarczającej cyrkulacji powietrza. Rysunek poniżej pokazuje w jaki sposób kształty niektórych źródeł LED odbiegają od tradycyjnego źródła halogenowego.


 


Rys. 21. Przykłady kształtów źródeł LED odbiegających od wymiarów standardowego halogenu (kolor zielony)



Zatem przy obecnej sprawności na średnim poziomie 60 lm/W potrzebujemy ok. 10W źródła LED aby w pełni zastąpiło nam halogen 35W. Jak wygląda to z ekonomicznego punktu widzenia? Poniżej przedstawiono wykres, z którego możemy odczytać na jakim poziomie powinna kształtować się cena źródła aby uzyskać zwrot po określonym czasie (miesiące). Założono cenę energii elektrycznej 0,50 zł/kWh. Uwzględniono trwałość i koszt źródła halogenowego. Obliczenia przeprowadzono dla 3, 6, 12 i 24 godzin użytkowania na dobę.
 



Rys. 22. Czas zwrotu źródła LED


 

Niektórzy oczywiście mogą być zaskoczenie faktem, że dopiero 10W LED zastępuje w pełni halogen 35W. Wydłuża to automatycznie czas zwrotu inwestycji. Jak widać przy użytkowaniu oświetlenia 3 godziny na dobę praktycznie nie ma uzasadnienia dla zamiany konwencjonalnego źródła na LED. W przypadku hoteli, gdzie oświetlenie funkcjonuje 24 godziny na dobę źródło LED za 100 zł zwróci się po ok. 10-ciu miesiącach. Oczywiście jeśli akceptujemy spadek jakości oświetlenia poprzez zainstalowanie 5W ÷ 7W źródła LED czas ten będzie znacznie krótszy. Czy tak naprawdę można zatem zakupić prawdziwy odpowiednik źródła 35W? Na dzień dzisiejszy w marketach jest to raczej niemożliwe. Można tam kupić nawet markowe substytuty źródeł, jednak realnie są to odpowiedniki 20W halogenów. O 50W odpowiedniku LED można na razie pomarzyć. Dopiero zintegrowana oprawa LED może być prawdziwym zamiennikiem 50W halogenu, a jej moc musi wynosić ok. 15W.


Jednym z problemów występującym w przypadku źródeł LED niskonapięciowych jest ich zastosowanie z istniejącym już w instalacji transformatorem/przetwornicą. W przypadku transformatorów toroidalnych, rozpowszechnionychw starszych instalacjach, mamy do czynienia ze wzrostem napięcia przy niedociążeniu układu. Typową zależność napięcia wyjściowego od obciążenia transformatora toroidalnego pokazuje Rys. 23. Z reguły staramy się, aby obciążenie było w okolicach 90% mocy znamionowej transformatora. Jeśli zastosujemy źródła LED o mocy kilka razy mniejszej niż halogeny napięcie może „podskoczyć” np. o 10%. Wzrost napięcia zasilania może spowodować szybsze uszkodzenie źródła. Dotyczy to w szczególności najtańszych źródeł bez przetwornicy z szeregowo-równoległym połączeniem diod. Dodatkowym problemem jest chwilowy podskok napięcia w momencie załączania obwodu. Tutaj źródła ze słabymi jakościowo przetwornicami mogą ulegać częstym awariom.
 



Rys. 23. Zależność napięcia wyjściowego transformatora toroidalnego w zależności od stopnia obciążenia


 

Kolejny problem to moc minimalna przetwornic zasilających, zwanych popularnie „transformatorami elektronicznymi”. W wielu przypadkach przejście z oświetlenia halogenowego na LED powoduje wyjście poza zakres pracy przetwornicy. Objawia się to najczęściej szybkim pulsowaniem źródła światła LED.




Rys. 24. Przykłady zakresów pracy przetwornic 12V

 

Bardzo częstym błędem jest zła ocena poboru mocy ze względu na pojemnościowy charakter obciążenia źródła LED (podobnie jak zasilaczy komputerowych, UPS itp.). W przypadku źródeł LED o małych mocach (3W ÷ 4W) cos ϕ wynosi nawet 0,34. Dla mocy większych oscyluje w okolicy 0,70. Jednym słowem transformator o mocy czynnej 50W może nie poradzić sobie ze źródłami 10 x 4W = 40W, ponieważ przy cos ϕ = 0,44 moc pozorna pobierana przez te źródła wynosi 91VA. Najczęściej objawia się to podobnie jak w przypadku niedociążenia, a więc migotaniem źródła LED, w ekstremalnych przypadkach uszkodzeniem przetwornicy.


Ważnym aspektem dotąd przeze mnie nieporuszanym jest trwałość źródeł LED. Bzdurny wyścig godzin zdaje się mamy już za sobą. Jeszcze czasami możemy spotkać opisy sięgające trwałością 70 ÷ 100 tyś. godzin. Klienci zaczęli sobie jednak zdawać sprawę, że nie potrzebują technologii, która będzie „wieczna”. Przy obecnym rozwoju LED okres 5 lat jest satysfakcjonujący. Poruszałem już ten temat w moim poprzednim artykule „Systemy liniowe LED”, który można znaleźć na http://www.vitomle.pl/artykuly.html. Pojawiła się za to ostatnio tendencja do podawania dwóch czasów trwałości źródeł LED. Pierwszy determinuje spadek strumienia L70 (do wartości 70% strumienia początkowego), drugi odnosi się do trwałości średniej źródła ze względu na układ zasilający. Tak więc możemy spotkać trwałość 40 000 godzin dla L70 i trwałość średnią 25 000 godzin. Oznacza to, że po 25 000 godzin może ulec awarii 50% źródeł, natomiast gwarantuje się, że strumień świetlny tych z nich, które przetrwają do 40 000 godzin nie spadnie poniżej 70% strumienia początkowego. Powoli zaczyna się głośno mówić o awaryjności przetwornic, które do tej pory były pomijane.




Rys. 25. Przetwornica niskonapięciowego źródła LED

 

Samo źródło jest tak trwałe, jak jego najsłabszy element. W walce cenowej obniża się jakość rozwiązań i proponuje źródła o pogorszonych parametrach. Trwałość nie jest wówczas ograniczona spadkiem strumienia LED ale użytymi podzespołami oraz materiałem odpowiedzialnym za odprowadzenie ciepła.
 



Rys. 26. Przykłady konsumenckich źródeł LED o relatywnie niskiej trwałości 

 

Ostatnią kwestią jaką chciałem poruszyć jest możliwość ściemniania źródeł LED. Źródła, które nadają się do współpracy ze ściemnianymi przetwornicami (12V) oraz ściemniaczami mają specjalne oznaczenie, które możemy znaleźć na pudełku.




Rys. 27. Przykłady oznaczeń źródeł przeznaczonych do ściemniania


 

O ile w przypadku źródeł niskonapięciowych najważniejszą rolę spełnia przetwornica 12V, o tyle w źródłach na 230V dużą role odgrywa dobór odpowiedniego ściemniacza. Sytuacja jest trochę podobna do doboru transformatora elektronicznego. Ważną rolę odgrywa moc minimalna ściemniacza. Jego niedociążenie skutkuje migotaniem źródła podobnie jak w przypadku przetwornicy. Kolejną informacją jaką powinniśmy posiadać jest to, w jaki sposób ściemniane jest źródło LED, a więc zboczem opadającym (LeadingEdge), narastającym (TrailingEdge), czy nie ma to znaczenia.




Rys. 28. Przykłady zboczy opadającego i narastającego

 

Niektórzy producenci tworzą listy kompatybilności swoich produktów z konkretnymi modelami ściemniaczy.

 


Rys. 29. Fragment listy kompatybilności źródeł LED współpracujących ze ściemniaczami (PHILIPS LIGHTING)

 


Poniżej pokazano podział ściemniaczy ze względu na rodzaj obciążenia.
 



Rys. 30. Oznaczenia i rodzaje ściemniaczy

 

Bardzo często informacja o rodzaju ściemniania źródła LED nie jest podawana. Zazwyczaj producenci starają sią aby źródła współpracowały z dotychczas najbardziej rozpowszechnionymi ściemniaczami do źródeł o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym RL. Jeśli nie mamy informacji od producenta źródła jakim sposobem jest ono ściemniane, wówczas najbezpieczniej jest wybrać ściemniacz ze zboczem opadającym bądź dużo droższy uniwersalny.
 



Rys. 31. Przykład ściemniacza uniwersalnego i jego oznaczeń
 

 

Może się zdarzyć, że przy minimalnym ściemnieniu wystąpi zjawisko migotania. Ponownie wynika to z niedociążenia ściemniacza.
 

Do załączania źródeł LED na napięcie sieciowe nie można stosować włączników „z podświetleniem”. Podobnie jak w przypadku świetlówek kompaktowych może to skutkować ładowaniem się kondensatora w układzie zasilania LED w stanie wyłączonym i spontaniczne rozbłyśnięcia źródła. 




Rys. 32. Ładowanie kondensatora układu zasilającego poprzez obwód neonówki we włączniku z podświetleniem

 

Jednym z ciekawszych rozwiązań stosowanych w źródłach ściemnianych jest zmiana temperatury barwowej na cieplejszą wraz ze zmniejszeniem strumienia świetlnego. Zadanie to realizuje dodatkowa dioda w kolorze amber (bursztynowym). Wrazze zmniejszaniem ilości światła (ściemnianiem) zwiększa się udział dodatkowej diody. Wymieszane światło białe staje się cieplejsze.
 



Rys. 33. Technologia umożliwiająca zmniejszenie temperatury barwowej waz ze ściemnianiem źródła LED (PHILIPS)

 


Poza rozpatrywanymi powyżej źródłami niskonapięciowymi MR16 GU5.3 oraz na napięcie sieciowe GU10 spotykamy jeszcze inne rodzaje źródeł. Ich technologia, budowa, zalety, wady i problemy z nimi związane są kontynuacją powyższych rozważań. Jednym z najbardziej popularnych źródeł jest odpowiednik źródła halogenowego AR111 (MR111, QR111).
 

 


Rys. 34. Retrofity LED źródła AR111
 

 

Możemy jeszcze spotkać zamienniki innych halogenów. 


 


Rys. 35. Retrofity LED Halogenów o różnych kształtach i trzonkach


 

Na koniec wypada wspomnieć o jeszcze jednej przewadze źródeł LED nad halogenami. Źródła te pozbawione są promieniowania podczerwonego IR oraz ultrafioletowego UV. Bardzo często można zobaczyć wystawy sklepowe doświetlone halogenami. Towar, który przez dłuższy czas jest poddany ekspozycji światła generowanego przez te źródła może nosić wyraźne ślady odbarwienia. Spotkałem się już z przypadkiem wystawy jubilerskiej i zegarka wartego 30 000 zł, który nie został sprzedany z uwagi na odbarwienie paska skórzanego oświetlanego przez halogen. Podobne problemy dotyczą laptopów, toreb skórzanych, odzieży itp. 
 



Rys. 36. Przykład odbarwienia materiału na skutek działania promieniowania UV oraz IR

 


Podsumowując, zamienniki LED dla źródeł halogenowych są najszybciej zwracającą się inwestycją. Decyduje o tym głównie stosunkowo niska cena, duża konkurencja i prostota wykonania. Jeśli używamy oświetlenia krócej niż 3 godziny dziennie wymiana halogenów na źródła LED jest nieuzasadniona. Jeżeli godzimy się na pogorszenie warunków oświetleniowych i/lub jakości światła można rozważyć taką możliwość. Wydaje się, że dużą szansę na powodzenie ma technologia diod COB. W miarę opanowywania problemów termicznych i zwiększania efektywności energetycznej diod LED będziemy zbliżali się do godnego następcy źródła halogenowego. 


Po więcej informacji zajrzyj także na http://www.vitomle.pl/

Mgr inż. Tomasz Przytarski