Publikacje

Publikacje - LEDmarket część 2

33.jpg
30 listopad 2015

LEDmarket część 2

 

Od razu na samym początku powiem, że sytuacja jest lepsza od niż w zwykłym sklepiku osiedlowym. Mamy tu już większy wybór i rozpiętość cenową. Dalej pozostaje kwestia braku wiedzy personelu, a w zasadzie nieuczciwych działań marketingowych producentów i importerów. Jednym z nich jest brak ważnych informacji na opakowaniu produktu, a mam tu na myśli wskaźnik oddawania barw Ra (CRI). Pojawia się on tylko w przypadku produktów, dla których wartość Ra przekracza 80, choć nie jest to regułą. W zasadzie w czasie zakupów nie powinniśmy brać pod uwagę źródeł gdzie wskaźnik oddawania barw Ra nie jest określony. Analogicznie jak we wszystkich moich artykułach staram się nie wskazywać nazw firm, aby nie być posądzanym o pisanie pod zamówienie. Dla tych, którzy nie czują się na siłach zagłębiania w meandry techniczne przeprowadzonych badań polecam skorzystanie z podsumowania znajdującego się na końcu artykułu.


Podobnie jak w poprzednim artykule pomiarów dokonywałem za pomocą spektrometru GL SPECTIS 1.0 touch, kuli Ulbrichta, czujnika tętnienia Sensor Switch oraz watomierzy.



Rys. 1. Spektrometr GL SPECTIS 1.0 touch


 


Rys. 2. Kula Ulbrichta stosowana do pomiaru całkowitego strumienia


 


Rys. 3. Przyrząd do pomiaru tętnienia światła Sensor Switch

 



Rys. 4. Mierniki użyte do pomiaru mocy oraz cos ϕ źródeł

 

Pierwszym z mierzonych źródeł jest LED 51 mm (GU10) 230V. Źródło posiada 4 diody LED SMD.

 


Rys. 5. Mierzone źródło LED 51 mm (GU10) 2W 3000°K


 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

2 W

2,2 W

Strumień

105 lm

194 lm

Temperatura barwowa CCT

3000 °K

3104 °K

Kąt rozsyłu

50°

nie mierzone

Trwałość

10 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

>80

83,7

cosϕ

brak danych

0,20

Sprawność

52,5 lm/W

88,4 lm/W

 

 

 

Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:
 

 


Rys. 6. Rozkład widmowy źródła LED 51 mm (GU10) 2W 3000 °K

 

Badane źródło w stanie ustalonym temperatury charakteryzuje się znacznie większym strumieniem niż deklarowany przez producenta. Jest to ewenement wśród testowanych źródeł. Przyczyny upatruję w plastikowej obudowie, która nie zapewnia dobrego odprowadzenia ciepła. Być może producent założył szybki spadek strumienia świetlnego w czasie. Może o tym świadczyć krótka deklarowana trwałość 10 000 h. Niskie wskaźniki cosϕ to cecha charakterystyczna źródeł o małej mocy. Producent określa, że jest to odpowiednik 20W halogenu, co w przypadku zmierzonego wyższego strumienia nie odbiega daleko od prawdy. Więcej informacji na temat odpowiedników halogenów można znaleźć w artykule http://www.vitomle.pl/resources/Halogen+VS+LED.pdf.


Subiektywne wrażenia światła jest bardzo pozytywne. Niestety przyrząd do pomiaru tętnienia wskazuje, że dłuższe przebywanie przy świetle wytworzonym tylko przez to źródło może negatywnie wpływać na samopoczucie. Występowanie tętnienia może świadczyć o zastosowaniu przetwornicy o uproszczonej budowie, która niewątpliwie występuje ponieważ ściemnianie źródła powodowało jego migotanie, a nie przyciemnienie jak to ma miejsce w przypadku źródeł z szeregowym połączeniem diod przez rezystor.
 



Rys. 7. Wykres chromatyczności dla źródła LED 51 mm (GU10) 2W 3000 °K

 

Kąt rozsyłu nie był badany. Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI) jest dość wysoki, a jego wartość jest jedną z najwyższych wśród testowanych źródeł. Poszczególne wskaźniki oddawania barw wyglądają następująco:
 



Rys. 8. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED 51 mm (GU10) 2W 3000 °K

 

Tradycyjnie już wartość wskaźnika R09 dla nasyconej czerwieni nie jest imponująca.


Kolejne testowane źródło jest tego samego typu, lecz innego producenta (GU10 230V). Oparte na 72 diodach LED źródło do złudzenia wyglądem przypomina poprzednie.
 

 


Rys. 9. Mierzone źródło LED 51 mm (GU10) 4W „biały ciepły”


 

 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

4 W

3,7 W

Strumień

280 lm

241 lm

Temperatura barwowa CCT

„biały ciepły”

2905 °K

Kąt rozsyłu

120°

nie mierzone

Trwałość

25 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

brak danych

72,2

cosϕ

brak danych

0,40

Sprawność

70,0 lm/W

65,1 lm/W

 


Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:
 



Rys. 10. Rozkład widmowy źródła LED 51 mm (GU10) 4W „biały ciepły”


 

Testowane źródło posiadało znacznie mniejszy strumień od deklarowanego (-17%) i jest to najgorszy wynik negatywnej niezgodności z deklaracją w przeprowadzonym teście. Ponownie zaobserwowano tętnienie światła i występowanie uproszczonej przetwornicy. Pociesza fakt, że nigdzie na opakowaniu nie można znaleźć krzyczących porównań do źródła halogenowego. Ocenę odpowiednika pozostawiono klientowi na podstawie wartości strumienia świetlnego (zresztą nieprawidłowego).
 



Rys. 11. Wykres chromatyczności dla źródła LED 51 mm (GU10) 4W „biały ciepły”


 

Kąt rozsyłu jest tożsamy z kątem świecenia diod LED. Wskaźnik oddawania barw jest nieakceptowalny i można odczuć dyskomfort w oświetlanym pomieszczeniu. Poszczególne wskaźniki oddawania barw wyglądają następująco:
 



Rys. 12. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED 51 mm (GU10) 4W „biały ciepły”


 

Ujemna wartość wskaźnika R09 świadczy o problemach w wiernym oddawaniu barwy czerwonej nasyconej. Wskaźnik R13 odpowiedzialny za postrzeganie ludzkiej skóry też nie jest satysfakcjonujący. Wszystkie te parametry mają odzwierciedlenie w subiektywnym odczuciu barwy światła, którego doświadczyłem. Następne badane źródła są już z gatunku dookólnych (zamienniki tradycyjnych żarówek, kulek i świeczek). Zapotrzebowanie rynku na tego rodzaju produkty jest coraz większe. Kampanie na rzecz stosowania źródeł niezawierających rtęci przynoszą zamierzony skutek.
 



Rys. 13. Mierzone źródło LED GL (E27) 7W „biały ciepły”


 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

7 W

6,8 W

Strumień

530 lm

526 lm

Temperatura barwowa CCT

„biały ciepły”

2713 °K

Kąt rozsyłu

brak danych

nie mierzone

Trwałość

25 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

brak danych

83,4

cosϕ

brak danych

0,56

Sprawność

75,7 lm/W

77,4 lm/W


 

Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:





Rys. 14. Rozkład widmowy źródła LED GL (E27) 7W „biały ciepły”


 

Źródło sprawia bardzo pozytywne wrażenie. Pomimo nieco mniejszego strumienia od deklarowanego ilość światła i sprawność jest zaskakująco dobra. Pomiar nie wykazał także występowania pulsacji. Prawdopodobnie przestrzeń wewnątrz trzonka źródła jest na tyle duża, aby umieścić bardziej złożoną przetwornicę. Zaskakująco dobry jest wskaźnik oddawania barw Ra (CRI). Aż dziwne, że w tym przypadku nie można go znaleźć na opakowaniu.


 


Rys. 15. Wykres chromatyczności dla źródła LED GL (E27) 7W „biały ciepły”


 

Martwi fakt, że źródła o innych mocach i kształtach tego samego producenta nie mają już tak dobrych właściwości. Część z nich znalazła się w tym teście. Rozkład poszczególnych wskaźników oddawania barw przedstawiono poniżej:


 


Rys. 16. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED GL (E27) 7W „biały ciepły”


 

Następne jest konkurencyjne źródło o nieco większej mocy 9,5 W.


 


Rys. 17. Mierzone źródło LED GL (E27) 9,5W 2700 °K

 


 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

9,5 W

10,2 W

Strumień

600 lm

776 lm

Temperatura barwowa CCT

2700 °K

2731 °K

Kąt rozsyłu

brak danych

nie mierzone

Trwałość

15 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

brak danych

79,7

cosϕ

brak danych

0,63

Sprawność

63,2 lm/W

76,1 lm/W

 



Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:


 


Rys. 18. Rozkład widmowy źródła LED GL (E27) 9,5W 2700 °K


 

Źródło wywarło bardzo pozytywne wrażenie. Niewątpliwie najwyższy strumień przyćmiewa pozostałe cechy źródła. Trzeba jednak pamiętać, że moc jest również najwyższa z badanych.


 


Rys. 19. Wykres chromatyczności dla źródła LED GL (E27) 9,5W 2700 °K


 

Martwi trochę wskaźnik oddawania barw Ra (CRI) oscylujący poniżej wartości 80. Brak pulsacji światła i znakomite parametry to niewątpliwie zalety tego źródła. Poszczególne wskaźniki oddawania barw wyglądają następująco:


 


Rys. 20. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED GL (E27) 9,5W 2700 °K


 

Niższe wartości wskaźników dla barw nasyconych i skóry ludzkiej plasują to źródło niżej od poprzednika. Ogólne wrażenia bardzo pozytywne.


Kolejne źródła to zamienniki żarówek „świeczkowych”. Do nie dawna można było pomarzyć o uzyskaniu sensownego strumienia z oprawy o tak niewielkich wymiarach. Dzisiaj powoli zbliżamy się do zamiennika 40W żarówki.

 

 


Rys. 21. Mierzone źródło LED świeczka (E14) 3,5W „ciepły biały”

 


 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

3,5 W

3,7 W

Strumień

300 lm

349 lm

Temperatura barwowa CCT

„ciepły biały”

2974 °K

Kąt rozsyłu

brak danych

nie mierzone

Trwałość

25 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

brak danych

72,1

cosϕ

brak danych

0,41

Sprawność

85,7 lm/W

94,2 lm/W

 

 

Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:


 


Rys. 22. Rozkład widmowy źródła LED świeczka (E14) 3,5W „ciepły biały”

 


Zadziwiająco wysoka sprawność źródła osiągana jest kosztem zbyt niskiego wskaźnika oddawania barw Rai wyższej temperatury barwowej CCT. Daje się to odczuć, nawet w połączeniu z innymi źródłami.


 


Rys. 23. Wykres chromatyczności dla źródła LED świeczka (E14) 3,5W „ciepły biały”


 

Niestety wykrywalne tętnienie światła to konsekwencja prostszej przetwornicy. Poszczególne wskaźniki oddawania barw kształtują się następująco:





Rys. 24. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED świeczka (E14) 3,5W „ciepły biały”


 

Niska wartość wskaźnika R09 i R13 daje się odczuć podczas prób oświetleniowych. Światło jest mało naturalne i od razu sprawia wrażenie jakiegoś niedostatku, choć trzeba przyznać, że światła jest dużo. Nie jest to jednak argument przemawiający za zakupem tego źródła.


Kolejne źródło o kształcie świeczki wygląda bardzo podobnie i obiecująco.

 


Rys. 25. Mierzone źródło LED świeczka (E14) 4W 2700÷2900 °K

 

 

 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

4 W

4,2 W

Strumień

320 lm

317 lm

Temperatura barwowa CCT

2700÷2900 °K

3147 °K

Kąt rozsyłu

120°

nie mierzone

Trwałość

20 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

brak danych

73,4

cosϕ

brak danych

0,49

Sprawność

80,0 lm/W

75,4 lm/W


 

Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:


 


Rys. 26. Wykres chromatyczności dla źródła LED świeczka (E14) 4W 2700÷2900 °K


 

Pierwsze, co rzuca się w oczy to wyższa temperatura barwowa CCT od deklarowanej. W oświetlanym pomieszczeniu jest to wyczuwalne. Podobnie jak źródło poprzedzające odczuwalny jest też niski wskaźnik oddawania barw Ra (CRI). Światło jest delikatnie nienaturalne i zmusza do ciągłego skupiania się na postrzeganych barwach.


 


Rys. 27. Wykres chromatyczności dla źródła LED świeczka (E14) 4W 2700÷2900 °K

 


Ponownie urządzenie do wykrywania tętnienia światła potwierdza zastosowanie prostej przetwornicy. Wartości dla poszczególnych wskaźników barw kształtują się następująco:





Rys. 28. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED świeczka (E14) 4W 2700÷2900 °K

 

 

Ujemna wartość wskaźnika R09 i pozostałych dla kolorów nasyconych potwierdza wrażenia wzrokowe. Źródło nie jest przyjemne dla oka ludzkiego.


Ostatnim z badanych źródeł jest „kulka” E27.




Rys. 29. Mierzone źródło LED kulka (E27) 4W „ciepły biały”

 

 

 

 

Wartość deklarowana

Wartość zmierzona

Moc

3,5 W

3,8 W

Strumień

300 lm

317 lm

Temperatura barwowa CCT

„ciepły biały”

2871 °K

Kąt rozsyłu

brak danych

nie mierzone

Trwałość

25 000 h

nie mierzone

Wskaźnik oddawania barw Ra (CRI)

brak danych

71

cosϕ

brak danych

0,41

Sprawność

85,7 lm/W

83,3 lm/W



 

Rozkład widmowy badanego źródła LED wygląda następująco:


 


Rys. 30. Wykres chromatyczności dla źródła LED kulka (E27) 4W „ciepły biały”

 


Po raz kolejny odczuwamy niski wskaźnik oddawania barw Ra (CRI). Ponownie występuje tętnienie światła wykryte przez przyrząd. 


 


Rys. 31. Wykres chromatyczności dla źródła LED kulka (E27) 4W „ciepły biały”


 

Wartości dla poszczególnych wskaźników barw kształtują się następująco:
 

 


Rys. 32. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED kulka (E27) 4W „ciepły biały”

 


 

Tak jak we wszystkich poprzednich źródłach o niskim wskaźniku oddawania barw tak i w tym przypadku wartość wskaźnika R09 odpowiedzialnego za nasyconą czerwień jest bardzo niska.


Oprócz wymienionych przeze mnie powyżej źródeł LED można spotkać jeszcze źródła wykonane w technologii diod przewlekanych DIP (Dual In Package) 3 lub 5 mm. Nie brałem tych źródeł pod uwagę, ponieważ stają się one marginalne. Prym w ich sprzedaży wiedzie nadal Internet oraz koszyki promocyjne w sklepach dla majsterkowiczów. O ich cechach rozpisywałem się szerzej w artykule Świetlówka VS LED.
 



Rys. 32. Źródła LED wykonane w technologii DIP

 

Podsumowanie:

 

Poniżej przedstawiam zestawienie badanych źródeł LED.


 

 

 

 

Trzonek

GU 10

GU 10

E27

E27

Napięcie

AC 230 V

AC 230 V

AC 230 V

AC 230 V

Moc deklarowana / moc pomierzona

2 W

2,2 W

4 W

3,7 W

7 W

6,8 W

9,5 W

10,2 W

Strumień deklarowany / strumień pomierzony

105 lm

194 lm

280 lm

241 lm

530 lm

526 lm

600 lm

776 lm

Sprawność deklarowana / sprawność wyliczona

52,5 lm/W

88,4 lm/W

70,0 lm/W

65,1 lm/W

75,7 lm/W

77,3 lm/W

63,2 lm/W

76,1 lm/W

CCT deklarowana /

CCT mierzona

3000 °K

3104 °K

„ciepły biały”

 2905 °K

„biały ciepły”

2713 °K

2700 °K

2731 °K

Kąt rozsyłu deklarowany

50°

120°

brak danych

brak danych

Trwałość deklarowana

10 000 h

25 000 h

25 000 h

15 000 h

Ra (CRI) zmierzone / wskaźnik R09

83,7

19,4

72,2

-16,6

83,4

20,8

79,7

6,5

cosϕ zmierzone

0,20

0,40

0,56

0,63

Uwagi

Tętnienie światła

Tętnienie światła, niski wskaźnik R09

Wysoki wskaźnik R13

Niski wskaźnik R09



 

 

 

 

Trzonek

E14

E14

E27

Napięcie

AC 230 V

AC 230 V

AC 230 V

Moc deklarowana /        moc pomierzona

3,5 W

3,7 W

4 W

4,2 W

3,5 W

3,8 W

Strumień deklarowany / strumień pomierzony

300 lm

349 lm

320 lm

317 lm

300 lm

317 lm

Sprawność deklarowana / sprawność wyliczona

85,7 lm/W

94,2 lm/W

80,0 lm/W

75,4 lm/W

85,7 lm/W

83,3 lm/W

CCT deklarowana /

CCT mierzona

„ciepły biały”

2974 °K

2700÷2900 °K

3147 °K

„ciepły biały”

2871 °K

Kąt rozsyłu deklarowany

brak danych

brak danych

brak danych

Trwałość deklarowana

25 000 h

20 000 h

25 000 h

Ra (CRI) zmierzone / wskaźnik R09

72,1

-21,0

73,4

- 14,5

71,0

-22,9

cosϕ zmierzone

0,41

0,49

0,41

Uwagi

Tętnienie światła, niski wskaźnik R09

„Nienaturalne” światło

Niskie Ra oraz wskaźniki R09 i R13

 

 

Sytuacja w hurtowniach elektrotechnicznych wygląda o wiele lepiej niż w przypadku asortymentu dostępnego w najbliższym sklepie osiedlowym z artykułami oświetleniowymi. Jeżeli jednak podsumujemy całe zestawienie uwzględniając normy i przepisy, to okaże się, że tylko 3 z 7-miu źródeł (43%) może zostać dopuszczone do sprzedaży. Pozostałe 4 pozycje nie spełniają norm. Na granicy błędu pomiarowego pozostaje źródło, którego wskaźnik Ra wynosi 79,7. Poniżej przedstawiam uregulowania prawne, zgodnie z którymi źródła LED powinny spełniać określone standardy:

 

US Energy Star requires:
 

•CRI (Colour Rendering Index) minimum 80 for indoorapplications.

•CCT (Correlated Colour Temperature) limited to warm white ANSI bins(nominal 2700, 3000, 3500 and 4000 with defined tolerance).
 

The UK EST program requires:

 

•CRI >80 in 2010, > 85 in 2011 and >90 in 2012 (bardzo wysokie wymagania).

 

•CCT target range 2700-3500 K.

In the future, UK EST expect to set requirements to maintenance of CRI and CCT.

 

The Eup Ecodesign lot 19 pre-study for domestic lighting requires for any LED lamp that is referred to as being  a halogen or GLS retrofit lamp: 

 

 

•CRI should minimum be 80 with future goal 90. Verification method: CIE 13.3 - 1995.

 

•CCT should maximum be 3200 K with future goal 2700-2900 K.

 

The EU LED QC requirements are:
 

•CRI >80. Testing due to CIE No. 13.3 – 1995.

•CCT in the interval 2600 – 3500 K. With reference to IEC/PAS 62612Ed.1. and IEC 60081, Annex D.2 modified, the ratedcolour of thelamp shall preferably be one of the three values: F2700 (CCT=2720,X=0.463 and Y=0.420), F3000 (CCT=2940, X=0.440 andY=0.403) orF3500 (CCT=3450, X=0.409 and Y=0.394).


 

O ile temperatura barwowa CCT jest sprawą bardziej indywidualną i zależną od upodobań konsumentów, o tyle wskaźnik oddawania barw Ra jest już sprawą bezdyskusyjną. Przy dzisiejszej technologii, która dla przypomnienia ma być następczynią świetlówek kompaktowych, przyzwoitość nakazuje aby nie był on mniejszy od 84. Pozwolę sobie poniżej przytoczyć jedno ze źródeł LED, które wywarło na mnie bardzo duże wrażenie. Zostało ono zastosowane w lampce biurkowej. Komfort pracy przy takim źródle jest porównywalny do tradycyjnej żarówki.


 


Rys. 33. Wykres chromatyczności dla źródła LED o bardzo wysokich parametrach jakościowych

 

Światło jest bardzo przyjemne, choć z uwagi na niską temperaturę barwową może powodować uczucie senności, a także zmniejszać wydajność pracy. Na pewno doskonale się sprawdzi do wypoczynku. Bardzo wysoki wskaźnik oddawania barw na poziomie 93,5 oraz rewelacyjnie wysokie wartości wskaźników R09 (nasycona czerwień) i R13 (kolor ludzkiej skóry) dają właściwości światła, o których w źródłach przeznaczonych dla „zwykłego śmiertelnika” możemy jeszcze tylko pomarzyć. Oczywiście tak dobre parametry skutkują spadkiem sprawności źródła, której to niestety nie miałem możliwości pomierzyć.


 


Rys. 34. Wykres chromatyczności dla źródła LED o bardzo wysokich parametrach jakościowych


 

Wartości dla poszczególnych wskaźników barw kształtują się następująco:


 


Rys. 35. Wartości poszczególnych wskaźników oddawania barw dla źródła LED o bardzo wysokich parametrach jakościowych

 


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

Mgr inż. Tomasz Przytarski