Przydatne informacje

Moduły LED charakteryzują się znacznie lepszą sprawnością energetyczną od klasycznych i energooszczędnych żarówek, generując strumień świetlny o większej mocy przy mniejszym zużyciu energii. Przy czym diody LED są w pełni sterowalne, dzięki czemu możliwe jest kontrolowanie modułów LED za pomocą odpowiednich ściemniaczy i sterowników LED. Kolejną zaletą modułów LED jest równomierny rozkład światła. Dzięki temu nie występuje negatywny efekt jaśniejszych pól, który występuje w klasycznych lampach.

Trzy żarówki (po lewej) i moduł LED (po prawej) w identycznej obudowie

Dodatkowo długa żywotność diod LED, która może wynosić więcej niż 50 tys. godzin, znacznie zmniejsza koszty eksploatacji systemu oświetlenia, gdy już zostaną zastosowane diody LED. W porównaniu do zwykłych żarówek, które świecą około 12 - 15 tys. godzin.

Jest to modyfikacja starych lamp przeznaczonych do obsługi klasycznych lub halogenowych żarówek, poprzez usunięcie starej wewnętrznej konstrukcji i instalację nowych modułów LED wraz z osprzętem.

LEDyfikacja w kilku krokach:

        Stara lampa                         Usunięcie starej instalacji               Zamontowanie zasilacza

  Zamontowanie modułu                       Test modułu LED                           Złożenie lampy

Produkowanie diod LED o identycznej temperaturze barwowej jest niemożliwe. Między innymi dlatego firmy produkujące diody LED wykorzystują grupowanie w tak zwany bin, zbiór składający się z diod LED o bardzo podobnych parametrach. Różnicę w kolorach pomiędzy poszczególnymi diodami LED opisuje się za pomocą elipsy MacAdama. Skalę MacAdama dzieli się na poziomy zależne od wielkości pola powierzchni elipsy. Kiedy większość ludzi nie zauważa bardzo niewielkich różnic pomiędzy kolorami, to takie źródła światła LED znajdują się w pierwszym poziomie MacAdama (1SDCM). Jeśli różnice kolorów są coraz większe, to numer poziomu zwiększa się. Przy czym pole powierzchni drugiej elipsy MacAdama (2SDCM) jest dwa razy większe niż pole pierwszej elipsy itd. Przykładowo różnice dla diod LED 3000K mogą dochodzić do ±30K dla 1SDCM. Natomiast dla poziomu 4SDCM, różnice powinny być mniejsze niż ±100K.

Pomimo bardzo zaawansowanej produkcji elementów optoelektronicznych generujących światło o tej samej barwie, ich parametry nieznacznie różnią się od siebie. W celu pogrupowania diod LED o bardzo podobnych parametrach, stosuje się segregacje w bin (binning). Przedziały na podstawie, których dzieli się źródła światła LED, są określone indywidualnie przez producenta. Może to być binning ANSI, MacAdam lub inne.

Najczęściej spotykane temperatury barwowe na rynku to 2700K, 3000K, 4000K i 5000K. Najlepszym wyborem będzie moduł LED w jednym z powyższych odcieni, ponieważ są one łatwo dostępne i możliwa jest produkcja z wykorzystaniem takiego samego lub podobnego binu. Rzadziej wykorzystuje się diody LED o temperaturach barwowych 2200, 2400K, 3500K, 4500K, 5700K, 6500K i wyższych. W Przypadku tych odcieni źródeł światła LED może występować problem z dostępnością  oraz mogą być one znacznie droższe niż standardowe diody LED. Natomiast wybór modułów LED o określonej wartości temperatury barwowej zależy wyłącznie od indywidualnych preferencji i potrzeb. Dobrym rozwiązaniem może być wybór modułów Dynamic White z dynamiczną regulacją temperatury barwowej. Kolor światła białego ma bardzo duży wpływ na samopoczucie i odpowiednie dobranie barwy jest kluczem do najefektywniejszego wykorzystania czasu.

W przypadku zasilania stałoprądowego, niezależnie ile modułów LED jest podłączonych szeregowo do zasilacza, zawsze będzie płynąć przez nie prąd o tej samej wartości. Prąd na wyjściu zasilacza jest utrzymywany na stałym poziomie, a napięcie wyjściowe dostosowuje się do typu podłączonych źródeł światła LED. Moduły CC nie posiadają stabilizatorów prądowych, a niższe straty wynikają z jednokrotnej regulacji prądu w zasilaczu. Problemem może się okazać konieczność wymiany źródła zasilania w przypadku zmiany parametrów lamp LED lub ich rekonfiguracja.

W przypadku zasilania stałonapięciowego znika ograniczenie co do jednakowego prądu na modułach LED. Pozwala to na połączenie dowolnej liczby źródeł światła LED o ile ich łączna moc nie przekroczy mocy źródła zasilania. Brak potrzeby wymiany zasilacza, przy rekonfiguracji oprawy, jest główną zaletą modułów CV. Napięcie na wyjściu zasilacza jest stałe, zmienia się tylko pobór prądu ze źródła w zależności od podpiętych modułów LED. Zasilanie tego typu charakteryzuje się łatwiejszym i tańszym sterowaniem oświetleniem LED, jednak stabilizacja napięcia w zasilaczu oraz stabilizacja prądu na modułach LED niosą ze sobą większe straty mocy niż było to w przypadku zasilania stałoprądowego.

Po wyborze odpowiedniego modułu LED i opcjonalnego wyposażenia można przystąpić do LEDyfikacji.

Przed:                                  Po:

Pierwszym krokiem jaki należy wykonać to usunięcie wszystkich niepotrzebnych elementów z lampy, po czym można rozplanować rozłożenie elementów. Do montażu modułów LED, sterowników LED, zasilaczy można wykorzystać specjalne magnesy. Znacznie ułatwiające LEDyfikacje starej lampy.

Zasilacz, sterownik LED itp. można zamontować na środku lampy tak, aby znajdowały się pod modułem LED. Jednak może się zdarzyć, że takie rozwiązanie spowoduje zbytnie zbliżenie modułu LED do szyby, która rozprasza światło. W efekcie czego mogą być widoczne jaśniejsze okręgi lub punkty świetlne. Rozwiązaniem może być zamontowanie zasilacz, sterownik LED tuż przy bocznej ściance lub poza oprawą, dzięki czemu moduł LED będzie wystarczająco oddalony od szyby. Poprawnie wykonana LEDyfikacja pozwala uzyskać idealnie jednolite światło na całej powierzchni szyby danej oprawy.

Inteligentne oświetlenie jest nowatorską technologią, systemem zaprojektowanym z myślą o dużej efektywności energetycznej oraz komforcie użytkowników. Technologia ta obejmuje nowoczesne urządzenia o wysokiej sprawności i autonomiczne sterowniki LED. Dostosowujące swoje parametry w oparciu o warunki w jakich pracują, między innymi ilość osób w pomieszczeniu, natężenie światła słonecznego itp. Do sterowania wykorzystuje się transmisje bezprzewodowe (np. Bluetooth, Zigbee, Thread, Lightify, IR), przewodowe (np. DMX, Dali, KNX/EiB, 1-10V) oraz różnego rodzaju czujniki (np. HF,PIR). Ważnym elementem inteligentnego oświetlenia jest modułowość i prostota rekonfiguracji sterowania. System ten najczęściej wykorzystuje się do celów praktycznych oraz estetycznych. Włączając w to oświetlenie specjalne, oświetlenie akcentowe, oświetlenie ogólne i użytkowe.

Na rynku jest dostępnych wiele różnych typów sterowników LED. Zaczynając od standardowych ściemniaczy przyciskowych, przez ściemniacze dotykowe bez mechanicznych części, kończąc na sterownikach nie wymagających dotykania, opartych na czujnikach zbliżeniowych lub wykrywających ruch w polu widzenia ich sensorów. Do oświetlenia LED stosuje się także sterowniki LED  wykorzystujące sterowanie radiowe i standardy takie jak Dali, KNX/EiB, DMX, WiFi, Bluetooth, IR itp. Często można spotkać sterowniki LED w postaci niewielkich inteligentnych modułów montowanych bezpośrednio na płycie PCB.

Moduły RGB składają się wyłącznie z czerwonych, zielonych i niebieskich lub trójkolorowych diod LED. Zastosowanie takich diod pozwala na uzyskanie prawie każdego kolor z zakresu światła widzialnego. Natomiast moduły LED RGBW i RGBA posiadają dodatkowe diody LED. W przypadku modułów RGBW są to najczęściej białe diody LED o zimnej temperaturze barwowej (około 5700K). Zwiększają one intensywność białego światła LED oraz posiadają znacznie lepszy współczynnik oddawania barw CRI w porównaniu do modułów RGB. Widmo generowanego światła, o białym odcieniu, przez te źródła jest bardzo selektywne.  W Modułach RGBA stosuje się dodatkowe, diody LED w kolorze Amber. Generowane przez nie światło LED wpływa na nasycenie innych barw przez co wydają się one bardziej pastelowe.

Większość modułów LED stałoprądowych, stałonapięciowych, a także część modułów Power LED z diodami LED o dużej mocy nie wymaga dodatkowego chłodzenia w postaci radiatora. Jednak należy pamiętać, aby zapewnić odpowiednią wentylacje modułom LED. Temperatura na punkcie kontrolnym Tc lub na środku płytki nie może przekraczać 70°C. W przypadku kiedy temperatura jest wyższa, konieczne jest zastosowanie radiatorów pasywnych bądź chłodzenia aktywnego. Natomiast w przypadku większości modułów 230V AC i niektórych innych modułów LED wymaga się zamontowania dodatkowego radiatora odprowadzającego nadmiar ciepła. Odpowiednio dopasowany radiatora powinien być w stanie odprowadzić nadmiar energii cieplnej. Radiatory pasywne charakteryzują się mniejszą sprawnością energetyczną niż chłodzenie aktywne, jednak nie wytwarzają żadnych dźwięków.

Temperatura pracy wpływa na parametry diod LED umieszczonych na modułach LED. Zbyt wysoka temperatura na chipach skraca żywotność diod LED. Czyli ich intensywność spada znacznie szybciej do poziomu 80% lub 70% określonego przez normy a opisującego żywotność diod LED. Czas po jakim zmaleje intensywność do tych poziomów określa się odpowiednio jako parametr L80 lub L70. W celu wydłużenia żywotności modułów LED można zastosować odpowiednie chłodzenie w postaci radiatora. Taki zabieg wydłuża nawet kilkukrotnie żywotność diod LED, jeśli temperatura na chipach będzie odpowiednio niska. Dodatkowo wzrost temperatury wpływa niekorzystnie na inne parametry diod LED, takie jak luminacja, sprawność energetyczna, rezystywność itp. Parametr określający żywotność diod nie mówi o tym kiedy dokładnie diody przestaną świecić całkowicie a jedynie kiedy strumień świetlny przez nie generowany w określonych warunkach spadnie do jakiegoś poziomu zdefiniowanego w normie.

Diody COB (Chip on Board) to typ diod LED składający się z bardzo dużej ilości chipów zamkniętych pod jednym luminoforem. Największą wadą takiego rozwiązania jest problem z odprowadzaniem wytworzonego ciepła. Kolejnymi problemami diod COB są niestandardowe wartości prądu wejściowego oraz dopasowanie ich parametrów do standardowych zasilaczy lub sterowników LED. Lepszym rozwiązaniem może być zastosowanie wielu diod LED średniej lub wysokiej mocy, jako zmiennika diod COB. Takie moduły LED lepiej wypromieniowują ciepło oraz są projektowane pod indywidualne potrzeby klienta. Na rynku można znaleźć wiele zmienników COB np. SCOB, czy SKOT o większej mocy.

Optyki stosuje się w różnych celach, takich jak skupienie, rozmycie światła, ochrony diod LED itp. Zmieniając parametry optyczne światła generowanego przez moduły LED, w zależności od materiału, kształtu itp. W lampach LED stosuje się miedzy innymi mleczne, półprzezroczyste i przezroczyste dyfuzory. Optyki mleczne znacznie lepiej rozpraszają światło LED niż półprzezroczyste, lecz mocnej je tłumią. Poza materiałem z jakiego zostały wyprodukowane optyki, wpływ na parametry ma kształt optyki. Soczewki załamując światło skupiają lub rozpraszają strumień świetlny. Do skupiania wykorzystuje się także reflektory, których powierzchnia refleksyjna odbija promienie świetle w pożądanym kierunku. Wadą optyk jest zmniejszenie całkowitej luminancji, mocy strumienia świetlnego, efektywności oraz wartości kąta połówkowego. Podczas projektowania lamp LED, ważnym elementem  jest optymalne dopasowanie do siebie modułów LED, optyk i specjalnych uchwytów do ich połączenia. Niewłaściwe dobranie tych elementów, pogarsza efektywność i może być przyczyną nierównomiernego rozkładu światła LED.

Sposób łączenia modułów LED zależy od ich konstrukcji. Jednak z reguły moduły LED CV stałonapięciowe  i na napięcie sieciowe 230V AC można łączyć wyłącznie równolegle. W przypadku szeregowego łączenia może dojść do uszkodzenia lub zniszczenia źródeł światła LED. Natomiast moduły LED CC stałoprądowe powinny być łącze szeregowo albo szeregowo-równolegle, ważne żeby w każdym szeregu była jednakowa liczba modułów o takich samych parametrach. Moduły LED CC i CV wymagają zastosowania zasilaczy LED, opcjonalnie dodatkowe sterowniki LED. Urządzenia te muszą być przystosowane do pracy z diodami LED. Moduły LED, zasilacze i sterowniki LED muszą być podłączone zgodnie z polaryzacją. Odwrotna polaryzacja jest bardzo niebezpieczna dla urządzeń elektronicznych na napięcie stałe.

A)                                                                                                         B)

C)                                                                                                          D)

A – Połącznie szeregowe modułów CC, B – Połączenie szeregowo-równolegle modułów CC

C i D – Połączenie równoległe modułów CV

Sterowniki LED umożliwiają tworzenie skomplikowanych iluminacji. Wybierając kontroler LED należy zwrócić uwagę na rodzaj i parametry modułów LED, które mają być podłączone. Maksymalne napięcie i prąd sterownika LED muszą być większe niż całkowita wartość potrzebna do poprawnego działania wszystkich podłączonych źródeł światła LED. Ważne jest aby nie łączyć razem stałoprądowych i stałonapięciowych modułów LED, zasilaczy, sterownik LED itp. ponieważ nie są ze sobą kompatybilne. Dla modułów RGBW wymaga się kontrolery LED z czterema kanałami sterującymi. Kolejno moduły LED RGB, Dynamic White, mono wymagają o jeden kanał sterujący mniej od poprzednio wymienionego modułu LED. Możliwe jest też połączenie kilku modułów LED mono do sterowników LED z większą ilością kanałów. Np. czterokanałowy kontroler LED może pełnić funkcje czterech ściemniaczy. Rodzaj w jaki sposób się steruje zależy od indywidualnych potrzeb użytkownika. Wybrać można z wielu różnych systemów przewodowych i bezprzewodowych. Do przewodowych systemów zalicza się sterowniki DMX, Dali, KNX/EiB, 1-10V itp. Natomiast do transmisji bezprzewodowej w sterowników LED wykorzystuje się sterowanie radiowe oraz różnego rodzaju standardy, między innymi Zigbee, Thread, Lightify IR, Bluetooth. Dostępne są też sterowniki LED z zewnętrznymi lub wbudowanymi sensorami, takie jak czujniki ruchu, zbliżeniowe, mikrofalowe, poziomu światła itp. Najczęściej wykorzystuje się je do inteligentnego oświetlenia. W celu uzyskania informacji o kompatybilności oraz uniknięcia złego dopasowania zaleca się skontaktować z producentem modułów LED. Korzystając z wieloletniego doświadczenia naszych handlowców można dobrać system oświetlenia spełniający wszystkie wymagania.

Płytki PCB wykonane są z tworzyw sztucznych, najczęściej z twardego lub elastycznego laminatu szklano-epoksydowego FR4. Laminat FR4 charakteryzuje się dużą odpornością na wysokie temperatury w porównaniu do innych laminatów. Dodatkowo jest tworzywem ogniotrwałym i samogasnącym. Natomiast podłoże MCPCB jest wykonane z metalu. Najczęściej jest to aluminium ALUPCB albo miedź COPPERPCB. Takie podłoża bardzo dobrze rozpraszają nadmiar ciepła lub oddają je do radiatora. MCPCB idealnie nadają się do modułów LED o dużej mocy lub 230V AC, jednak są one droższe i bardziej kłopotliwe w produkcji.

Moduły LED typu Dynamic White posiadają możliwość zmienny odcienia białej barwy, ponieważ posiadają one białe diody LED w dwóch skrajnych, założonych temperaturach barwowych. Pierwszy zestaw diod LED generuje białe światło o zimnym odcieniu (CW), natomiast drugi o ciepłej barwie (WW). Tworząc światło o wypadkowej temperaturze barwowej. Regulacja współczynnika wypełnienia diod LED o skrajnych odcieniach, pozwala na zmienię barwy białego światła w powstałym między nimi zakresie. Zwiększanie wartości współczynnika dla kanału CW i zmniejszanie go dla kanału WW, powoduje ochłodzenie białego światła LED. Natomiast ocieplanie barwy jest procesem odwrotnym. Przy jednoczesnym zachowaniu stałej wartość całkowitej mocy zasilania, z tego powodu moduły LED Dynamic White wymagają specjalnego sterownika LED.

Powyższe charakterystyki pokazują wypadkową temperaturę barwową (czarny punkt) przy różnych ustawieniach współczynnika wypełnienia kanałów.

Duża część dostępnych na rynku komercyjnych zamienników LED jest produkowanych z tanich diod LED o słabej jakości, kiepskiej sprawności i bardzo niskim współczynniku oddawania barw CRI (nawet poniżej 60). Niska wartość tego parametru zniekształca postrzeganie kolorów, może też powodować dyskomfort i negatywnie wpływa na wzrok. Dodatkowo komercyjne zamienniki LED często posiadają wbudowane przetwornice o bardzo prostej budowie. Zastosowanie takich układów może powodować przepięcia oraz skraca żywotność całego zamiennika LED. Możliwe jest też zaobserwowanie negatywnego efektu tętnienia światła. Natomiast bardziej profesjonalne moduły LED wykorzystują diody LED o wysokiej jakości, charakteryzują się one odpowiednią wartością współczynnika CRI (powyżej 80) i wysoką sprawnością energetyczną, dzięki czemu moduł LED dostarcza więcej światła o lepszej jakości przy tej samej mocy znamionowej i mniej energii zostaje przekształcone w ciepło. Poza nowoczesnymi diodami, profesjonale źródła światła LED są projektowane z dopasowanymi układami stabilizacyjnymi. Moduły LED z bezpośrednim podłączeniem do sieci posiadają układy przetwarzające napięcie zmienne na napięcie stałe z bardzo dużą sprawnością. A stałonapięciowe są wyposażone w stabilizatory prądowe, osiągające wydajność do 130 lumenów na Watt.

Źródła światła LED używane zgodnie z zaleceniami nie są niebezpieczne dla zdrowia, jednak zamienniki LED o bardzo małej wartości CRI mogą wypływać niekorzystnie na samopoczucie i błędne postrzeganie otoczenia. Dlatego należy używać modułów LED o wartości CRI powyżej 80. Dodatkowym problemem w przypadku zamienników modułów LED jest tak zwany Flickering, Czyli migotanie światła z częstotliwością zależną od częstotliwości sieci energetycznej. W przypadku stosowania takich zamienników należy zwrócić szczególną uwagę by nie montować ich w miejscu gdzie znajdują się szybko obracające się elementy takie jak tokarki czy wiertarki. Pokrycie się częstotliwości migotania światła z częstotliwością obrotową urządzeń może wywołać efekt, przy którym człowiek ma wrażenie jakby elementy się nie obracały. Jest to szczególnie niebezpieczne zjawisko.