LED světla: spása peněženky, nebo velký podvod?

Zdroj: oficiální zdroj

Co jsou vlastně LED světla? Odkud se vzala, co jsou zač a jak se chystají proniknout do domácností i komerčních prostor?

LED lampy se nedávno začaly etablovat coby hlavní zdroj světla pro domácnosti i kanceláře. Tento článek se zabývá tím, kde se trh s LED lampami nachází dnes a kam bude směřovat v blízké budoucnosti.

Co je to LED?

LED je elektronické polovodičové zařízení složené ze specifických materiálů, kterými když prochází elektrický proud, začnou světélkovat. První LED, které kdy vyprodukovalo světlo viditelné lidskému oku (červené světlo), bylo objeveno v roce 1962. Později byly vyvinuty LED čipy vytvářející oranžové, žluté, zelené, modré a fialové světlo. Základní technologickou výzvou je maximalizovat vyprodukované množství světla při co nejnižší spotřebě elektrické energie.

V oblasti osvětlení budov je hlavním cílem výrobců LED lamp věrně kopírovat spektrum světla přicházejícího ze slunce. Lidský zrak je totiž nejlépe přizpůsoben právě pro toto tzv. „bílé světlo“.

LED lze použít k vytvoření bílého světla dvěma způsoby. Lampa, která se skládá ze světelných zdrojů červené, zelené a modré (RGB), může při jejich vzájemné kombinaci tvořit bílé světlo. Častěji praktikovanou metodou běžného svícení je ale použití modrého LED zdroje pokrytého chemikálií zvanou fosfor, která posouvá barevné spektrum. Pokud fosforových vrstev použijeme více najednou, můžeme barevné spektrum přizpůsobit tomu, které vychází ze slunce. Samozřejmě každá fosforová vrstva zároveň snižuje množství vyzářeného světla, proto klíčovým aspektem dalšího vývoje je nalezení ideální rovnováhy mezi množstvím a kvalitou produkovaného světla.

Čím se LED lampy odlišují od ostatních?

Typická 100-wattová žárovka, která je nepoužívanějším typem žárovky vůbec, produkuje 17 lumenů viditelného spektra na každý spotřebovaný watt. Tomu se říká světelná „účinnost“.

Halogenové lampy jsou o něco účinnější, neboť produkují až 30 lumenů na jeden watt. Halogenové lampy vytvářejí široké spektrum světla, jehož vlnová délka je posunuta směrem k modré části spektra. O takovém světle se říká, že má poměrně vysokou „teplotu barev“. Lampy s těmito spektrálními charakteristikami se často nazývají „studeno-bílé“, protože modrou barvu vnímáme jako studenou, zatímco červenou jako teplou.

Zářivky nalezneme nejčastěji v kancelářích a průmyslových prostorách. Kompaktní zářivky (CFL) jsou hojně propagované coby úsporná alternativa ke klasickým žárovkám, avšak jen s omezeným úspěchem. Světelná účinnost se typicky pohybuje mezi 60 a 80 lumeny na jeden watt. Bohužel většina z nich neumožňuje stmívání, vytváří studené světlo, které neobsahuje přirozené barvy, a navíc jsou pomalé při rozsvěcování. Kromě toho také obsahují rtuť, která je velmi jedovatá. Některé „teplo-bílé“ stmívatelné verze jsou sice k dostání za vyšší cenu, ale i ty trpí ostatními popsanými neduhy.

Technické výzvy v oblasti vývoje LED lamp

Hlavní výzvou výrobce je produkovat LED lampy za takovou cenu, kterou jsou zákazníci ochotni za ně platit.

Pokrok v oblasti vývoje materiálů je jádrem výkonnosti LED. Téměř všechny dnešní LED lampy určené pro běžné svícení používají modré LED čipy se žlutými fosfory k vytvoření bílého světla.

LED lampa je však samozřejmě více než pouhý čip. Každá emitující dioda je napájena stejnosměrným proudem (DC), přestože hlavním zdrojem napájení v budovách je střídavý proud (AC), a to při mnohem vyšší voltáži než vyžadují LED čipy. Konverze napájení a kontrolní obvod zajišťují nezbytný přechod. Většina LED lamp pro běžné osvětlení je navržena k provozu při 110 – 115 V (AC) nebo 220 – 240 V (AC). Existují však i takové, které jsou navržené coby náhrada za 12V směrové svítilny, a tudíž operují při 12 V (DC). LED čipy jsou postavené na modulu, který obsahuje drobnou elektroniku a čiré sklo nebo plastový kryt, který lampu nejen chrání, ale zároveň rovnoměrně distribuuje světlo a zároveň minimalizuje záření. V případě směrového světla chrání ochranný kryt navíc čočky vytvářející paprsek a reflektory za zdrojem světla, které jej usměrňují. Současně je potřeba rozptýlit teplo, které se tvoří jako vedlejší produkt, takže součástí konstrukce lampy musí být také chladič. Nakonec se neobejdeme bez prostředků umožňujících připojení lampy do elektrické sítě. Ty jsou tvořeny elektrickými kontakty na její spodní straně. Aby se LED lampy dobře ujaly na trhu, používají jejich výrobci konektory, které pasují do tradičně rozšířených patic.

 

Konverze voltáže a řídící elektronika, často označovaná jako řídící obvod LED, představují nejslabší článek většiny LED lamp. Návrh řídící jednotky LED je rovněž kritickým faktorem v celkové účinnosti lampy. Samotné řadiče mívají nejčastěji 80-90% účinnost, když operují na plný výkon, tj. když LED pracuje při nejvyšší úrovni svítivosti.

Proč jsou LED lampy stále populárnější

Zkušenost spotřebitelů s kompaktními zářivkami (CFL) je často chudá, což vede k pomalému rozšíření této technologie. Mezitím se objevily LED lampy, které nabízejí lepší svítivost až 50 lumenů na jeden spotřebovaný watt energie. Přinášejí rovněž lepší kvalitu osvětlení, jsou mechanicky robustnější a nyní jsou i dostupné v různých podobách, což z nich činí praktickou náhradu za konvenční zářivky. Na japonském trhu jsou již k dostání nejnovější LED lampy, které jsou stmívatelné a s nastavitelnou barvou světla včetně schopnosti měnit teplotu bílé barvy. Také ekonomický argument je více než přesvědčivý. Přestože za vysokou kvalitu LED lamp stále zaplatíte více než za tradiční zářivky, jejich předpokládaná životnost 30 000 hodin společně s vyšší světelnou účinností vám přinese úsporu nákladů 75-80 %, takže se vám investice vrátí v přijatelné době. To samozřejmě platí jen tehdy, pokud je očekávaná životnost skutečně naplněna. Pokud již například po 15 000 hodinách musíte lampu vyměnit, vaše náklady tím za danou periodu vzrostou.

Jak zjistit kvalitu a spolehlivost

Hlavní faktory, které určují kvalitu a spolehlivost LED lampy, nemusejí být zřejmé při zkoumání jejího zevnějšku. Kvalita samotných diod, návrh řídící jednotky, kvalita komponent, které jsou v ní použité, ale i schopnost povrchu lampy pohlcovat teplo patří mezi klíčové faktory spolehlivosti. Přesto i pečlivá vizuální prohlídka má svůj smysl, neboť u lamp, u jejichž fyzického návrhu je kladen důraz na detail, je často kladen stejný důraz na detail i v případě elektronického návrhu. Pokud produkt vypadá lacině, pravděpodobně to odráží přístup k jeho návrhu a výrobě.

Pozorným srovnáním technických specifikací, zejména s ohledem na světelnou účinnost a očekávanou dobu životnosti, vám poskytne indicii o kvalitě produktu. Jestliže neznámý výrobce udává čísla o výkonu a spolehlivosti, které jsou výrazně nad průmyslovým standardem, rozhodně to svědčí o nedůvěryhodnosti těchto informací.

Dostupnost, ekonomika a kvalita LED lamp

Výběr LED lamp během několika příštích let poroste. Jejich světelná účinnost dosáhla bodu, ve kterém jsou 40W lampy již k dostání jako plnohodnotná náhrada za tradiční žárovky až do výkonu 100 W a k jejich masovému rozšíření by mělo dojít do 1. září 2012, kdy budou obyčejné žárovky již definitivně zakázané evropskou legislativou.

Prvotní LED lampy nebylo možné stmívat, zatímco moderní produkty již stmívatelné jsou, a to prostřednictvím stejných stmívačů, které byly navržené pro tradiční žárovky.

Aktuální doba životnosti kvalitních LED lamp se pohybuje mezi 15 000 a 45 000 hodinami. Obecně platí, že LED lampy s menším fyzickým rozměrem, jako jsou svícnové lampy, budou mít kratší dobu životnosti, jelikož pracují při vyšších teplotách. Pokud lampou svítíme v průměru 6 hodin denně, pak 35 000 hodin odpovídá 16 letům provozu. Proto i přesto, že LED lampa stojí 20x až 30x více než obyčejná žárovka, je z ekonomického hlediska je výhodnější. Nekvalitní LED lampy mohou samozřejmě selhat již mnohem dříve, nepřinášejí atraktivní návratnost investice, a proto je dobré se jim vyvarovat.

Od LED lamp se očekává, že nahradí během několika let většinu ostatních typů domácích i komerčních světel. Výhodou LED lamp nejsou jen nižší náklady na energii, ale také nižší nároky na jejich údržbu a nabízejí nové kreativní možnosti při jejich instalaci.