Globalno tržište rasvjete prolazi kroz radikalnu transformaciju potaknutu masovnim porastom usvajanja tehnologije svjetlosnih dioda (LED). Ova revolucija solid state rasvjete (SSL) iz temelja je promijenila temeljnu ekonomiju tržišta i dinamiku industrije. SSL tehnologija nije omogućila samo različite oblike produktivnosti, prijelaz s konvencionalnih tehnologija na LED rasvjetu duboko mijenja i način na koji ljudi razmišljaju o rasvjeti. Konvencionalne tehnologije osvjetljenja prvenstveno su dizajnirane za rješavanje vizualnih potreba. Uz LED rasvjetu sve više pozornosti privlači pozitivna stimulacija bioloških učinaka svjetlosti na zdravlje i dobrobit ljudi. Pojava LED tehnologije također je otvorila put konvergenciji između rasvjete i Interneta stvari (IoT), što otvara cijeli novi svijet mogućnosti. U početku je postojala velika zabuna oko LED rasvjete. Visok rast tržišta i veliki interes potrošača stvaraju hitnu potrebu da se razjasne sumnje oko tehnologije i informira javnost o njezinim prednostima i nedostacima.
Kako LED diode rade?
LED je paket poluvodiča koji se sastoji od LED matrice (čipa) i drugih komponenti koje pružaju mehaničku potporu, električnu vezu, toplinsku vodljivost, optičku regulaciju i pretvorbu valne duljine. LED čip je u osnovi pn spojni uređaj formiran od suprotno dopiranih složenih poluvodičkih slojeva. Složeni poluvodič u uobičajenoj uporabi je galijev nitrid (GaN) koji ima izravni zabranjeni pojas koji omogućuje veću vjerojatnost radijacijske rekombinacije od poluvodiča s neizravnim zabranjenim pojasom. Kada je pn spoj prednapredan u smjeru prema naprijed, elektroni iz vodljivog pojasa poluvodičkog sloja n-tipa kreću se preko graničnog sloja u p-spoj i rekombiniraju se s rupama iz valentnog pojasa poluvodičkog sloja p-tipa u aktivno područje diode. Rekombinacija elektron-rupa uzrokuje da elektroni padnu u stanje niže energije i otpuste višak energije u obliku fotona (paketića svjetlosti). Taj se učinak naziva elektroluminiscencija. Foton može prenositi elektromagnetsko zračenje svih valnih duljina. Točne valne duljine svjetlosti koju emitira dioda određene su energetskim zabranjenim pojasom poluvodiča.
Svjetlost generirana elektroluminiscencijom u LED čipu ima usku distribuciju valne duljine s tipičnom propusnošću od nekoliko desetaka nanometara. Uskopojasne emisije rezultiraju svjetlom jedne boje kao što je crvena, plava ili zelena. Kako bi se osigurao izvor bijele svjetlosti širokog spektra, širina distribucije spektralne snage (SPD) LED čipa mora se proširiti. Elektroluminiscencija iz LED čipa se djelomično ili potpuno pretvara kroz fotoluminiscenciju u fosforima. Većina bijelih LED dioda kombinira emisiju kratke valne duljine iz InGaN plavih čipova i ponovno emitiranu svjetlost duže valne duljine iz fosfora. Fosforni prah je raspršen u silikonskoj, epoksidnoj matrici ili drugim smolnim matricama. Matrica koja sadrži fosfor presvučena je na LED čip. Bijelo svjetlo također se može proizvesti pumpanjem crvenog, zelenog i plavog fosfora pomoću ultraljubičastog (UV) ili ljubičastog LED čipa. U ovom slučaju, dobivena bijela boja može postići vrhunski prikaz boja. Ali ovaj pristup ima nisku učinkovitost jer je veliki pomak valne duljine koji je uključen u konverziju UV ili ljubičaste svjetlosti popraćen velikim gubitkom Stokesove energije.
Prednosti LED rasvjete
Izum žarulja sa žarnom niti prije više od jednog stoljeća revolucionarizirao je umjetnu rasvjetu. Trenutno smo svjedoci revolucije digitalne rasvjete koju je omogućio SSL. Rasvjeta temeljena na poluvodiču ne samo da donosi neviđeni dizajn, performanse i ekonomske prednosti, već također omogućuje mnoštvo novih primjena i vrijednosnih prijedloga koji su se prije smatrali nepraktičnima. Povrat od ubiranja ovih prednosti uvelike će nadmašiti relativno visoke početne troškove instaliranja LED sustava, oko čega na tržištu još uvijek postoje neka oklijevanja.
1. Energetska učinkovitost
Jedan od glavnih razloga za prelazak na LED rasvjetu je energetska učinkovitost. Tijekom prošlog desetljeća, svjetlosna učinkovitost paketa bijelih LED dioda pretvorenih u fosfor porasla je s 85 lm/W na preko 200 lm/W, što predstavlja učinkovitost pretvorbe električne energije u optičku (PCE) od preko 60 posto, pri standardnoj radnoj struji gustoće od 35 A/cm2. Unatoč poboljšanjima u učinkovitosti InGaN plavih LED dioda, fosfora (učinkovitost i valna duljina odgovaraju odgovoru ljudskog oka) i paketa (optičko raspršenje/apsorpcija), američko Ministarstvo energetike (DOE) kaže da ostaje više prostora za PC-LED poboljšanja učinkovitosti i svjetlosna učinkovitost od približno 255 lm/W trebala bi biti praktički moguća za LED s plavom crpkom. Visoka svjetlosna učinkovitost neupitno je ogromna prednost LED dioda u odnosu na tradicionalne izvore svjetlosti — žarulje sa žarnom niti (do 20 lm/W), halogene (do 22 lm/W), linearne fluorescentne (65-104 lm/W), kompaktne fluorescentne (46-87 lm/W), indukcijska fluorescentna (70-90 lm/W), živina para (60-60 lm/W), visokotlačni natrij (70-140 lm/W) , kvarcni metalni halid (64-110 lm/W) i keramički metalni halid (80-120 lm/W).
2. Optička učinkovitost isporuke
Osim značajnih poboljšanja u učinkovitosti izvora svjetlosti, sposobnost postizanja visoke optičke učinkovitosti svjetiljke s LED rasvjetom manje je poznata općim potrošačima, ali je jako željena od strane dizajnera rasvjete. Učinkovita isporuka svjetlosti koju emitiraju izvori svjetlosti do mete je glavni izazov dizajna u industriji. Tradicionalne svjetiljke u obliku žarulje emitiraju svjetlost u svim smjerovima. To uzrokuje da veliki dio svjetlosnog toka koji proizvodi žarulja bude zarobljen unutar rasvjetnog tijela (npr. reflektori, difuzori) ili da pobjegne iz rasvjetnog tijela u smjeru koji nije koristan za namjeravanu primjenu ili je jednostavno uvredljiv za oko. HID svjetiljke kao što su metal halogene i visokotlačne natrijeve općenito su oko 60 posto do 85 posto učinkovite u usmjeravanju svjetla koje proizvodi lampa izvan rasvjetnog tijela. Nije neuobičajeno da ugradne svjetiljke i troferi koji koriste fluorescentne ili halogene izvore svjetlosti dožive 40-50 posto optičkih gubitaka. Usmjerena priroda LED rasvjete omogućuje učinkovitu isporuku svjetla, a kompaktni oblik LED dioda omogućuje učinkovitu regulaciju svjetlosnog toka pomoću složenih leća. Dobro dizajnirani sustavi LED rasvjete mogu pružiti optičku učinkovitost veću od 90 posto.
3. Jednolikost osvjetljenja
Ujednačeno osvjetljenje jedan je od glavnih prioriteta u dizajnu rasvjete unutarnjeg ambijenta i vanjskog prostora/kolnika. Ujednačenost je mjera odnosa osvjetljenja na nekom području. Dobra rasvjeta trebala bi osigurati jednoliku raspodjelu lumena koji padaju preko radne površine ili područja. Ekstremne razlike u svjetlini koje proizlaze iz neujednačenog osvjetljenja mogu dovesti do vizualnog zamora, utjecati na izvedbu zadatka i čak predstavljati sigurnosnu zabrinutost jer se oko treba prilagođavati između površina različite svjetline. Prijelazi s jarko osvijetljenog područja na jedno vrlo različite svjetline uzrokovat će prijelazni gubitak vidne oštrine, što ima velike sigurnosne implikacije u vanjskim primjenama gdje je uključen promet vozila. U velikim zatvorenim objektima jednoliko osvjetljenje pridonosi visokoj vizualnoj udobnosti, dopušta fleksibilnost mjesta zadataka i eliminira potrebu za premještanjem rasvjetnih tijela. Ovo može biti osobito korisno u industrijskim i komercijalnim objektima s visokim udjelima gdje su premještanje rasvjetnih tijela povezani sa značajnim troškovima i neugodnostima. Svjetiljke koje koriste HID žarulje imaju mnogo veću osvijetljenost neposredno ispod svjetiljke od područja koja su dalje od svjetiljke. To rezultira lošom ujednačenošću (tipični omjer max/min 6:1). Dizajneri rasvjete moraju povećati gustoću svjetiljki kako bi osigurali da ujednačenost osvjetljenja zadovoljava minimalne zahtjeve dizajna. Nasuprot tome, velika površina koja emitira svjetlost (LES) stvorena od niza malih LED dioda proizvodi distribuciju svjetlosti s jednolikošću manje od omjera 3:1 max/min, što znači bolje vizualne uvjete kao i značajno smanjeni broj instalacija na radnom području.
4. Usmjereno osvjetljenje
Zbog svog uzorka usmjerene emisije i velike gustoće toka, LED diode su inherentno prikladne za usmjereno osvjetljenje. Usmjerena svjetiljka koncentrira svjetlost koju emitira izvor svjetlosti u usmjereni snop koji putuje bez prekida od svjetiljke do ciljnog područja. Usko usmjerene zrake svjetlosti koriste se za stvaranje hijerarhije važnosti korištenjem kontrasta, kako bi odabrane značajke iskočile iz pozadine i kako bi objektu dodali zanimljivost i emocionalnu privlačnost. Usmjerena rasvjetna tijela, uključujući reflektore i reflektore, naširoko se koriste u aplikacijama za naglašavanje rasvjete kako bi se povećala istaknutost ili istaknuo element dizajna. Usmjerena rasvjeta također se koristi u primjenama gdje je potreban intenzivan snop kako bi se pomoglo u ispunjavanju zahtjevnih vizualnih zadataka ili kako bi se osiguralo osvjetljenje velikog dometa. Proizvodi koji služe ovoj svrsi uključuju baterijske svjetiljke, reflektore, svjetla za praćenje, svjetla za vožnju vozila, reflektore za stadione itd. LED rasvjetno tijelo može imati dovoljno snage u svom svjetlu, bilo da stvara vrlo dobro definiran "tvrdi" snop za veliku dramu s COB LED ili za bacanje dugog snopa daleko u daljinu s LED-ima velike snage.
5. Spektralno inženjerstvo
LED tehnologija nudi novu mogućnost kontrole spektralne distribucije snage izvora svjetlosti (SPD), što znači da se sastav svjetlosti može prilagoditi za različite primjene. Spektralna upravljivost omogućuje da se spektar rasvjetnih proizvoda konstruira tako da uključi specifične ljudske vizualne, fiziološke, psihološke reakcije, reakcije biljnih fotoreceptora ili čak poluvodičkih detektora (tj. HD kamera) ili kombinaciju takvih reakcija. Visoka spektralna učinkovitost može se postići maksimiziranjem željenih valnih duljina i uklanjanjem ili smanjenjem štetnih ili nepotrebnih dijelova spektra za određenu primjenu. U primjenama bijelog svjetla, SPD LED dioda može se optimizirati za propisanu vjernost boja i koreliranu temperaturu boje (CCT). S višekanalnim dizajnom s više emitera, bojom koju proizvodi LED svjetiljka može se aktivno i precizno upravljati. RGB, RGBA ili RGBW sustavi miješanja boja koji mogu proizvesti puni spektar svjetlosti stvaraju beskonačne estetske mogućnosti za dizajnere i arhitekte. Dinamički bijeli sustavi koriste multi-CCT LED za pružanje toplog zatamnjenja koje oponaša karakteristike boja žarulja sa žarnom niti kada su zatamnjene ili za pružanje podesivog bijelog osvjetljenja koje omogućuje neovisnu kontrolu i temperature boje i intenziteta svjetla. Rasvjeta usmjerena na čovjeka temeljena na podesivoj bijeloj LED tehnologiji jedan je od pokretača većine najnovijih razvojnih tehnologija rasvjete.
6. Uključivanje/isključivanje
LED diode pale se punom svjetlinom gotovo trenutno (u jednoznamenkastim do desecima nanosekundi) i imaju vrijeme isključivanja u desecima nanosekundi. Nasuprot tome, vrijeme zagrijavanja ili vrijeme koje je žarulji potrebno da postigne svoju punu svjetlosnu snagu, kod kompaktnih fluorescentnih svjetiljki može trajati do 3 minute. HID svjetiljke zahtijevaju period zagrijavanja od nekoliko minuta prije nego što daju upotrebljivo svjetlo. Ponovno paljenje u vrućem stanju je od puno veće brige od početnog pokretanja za metalhalogene žarulje koje su nekada bile glavna tehnologija korištena za rasvjetu visokih dvorana i reflektore velike snage u industrijskim postrojenjima, stadionima i arenama. Nestanak struje u objektu s metalhalogenom rasvjetom može ugroziti sigurnost jer proces vrućeg ponovnog paljenja metalhalogenih žarulja traje do 20 minuta. Trenutačno pokretanje i ponovno uključenje LED diodama daju jedinstveni položaj za učinkovito obavljanje mnogih zadataka. Ne samo da aplikacije opće rasvjete imaju velike koristi od kratkog vremena odziva LED-a, širok raspon posebnih aplikacija također koristi ovu sposobnost. Na primjer, LED svjetla mogu raditi sinkronizirano s prometnim kamerama kako bi osigurala isprekidano osvjetljenje za snimanje vozila u pokretu. LED diode se pale 140 do 200 milisekundi brže od žarulja sa žarnom niti. Prednost vremena reakcije sugerira da su LED kočiona svjetla učinkovitija od žarulja sa žarnom niti u sprječavanju sudara straga. Još jedna prednost LED dioda u radu sklopki je ciklus sklopki. Na životni vijek LED dioda ne utječe često mijenjanje. Tipični LED drajveri za opću rasvjetu predviđeni su za 50,000 ciklusa prebacivanja, a neuobičajeno je da LED drajveri visokih performansi izdrže 100,000, 200,000 ili čak 1 milijun sklopni ciklusi. Na vijek trajanja LED-a ne utječe brzo mijenjanje (prebacivanje visoke frekvencije). Ova značajka čini LED svjetla prikladnima za dinamičnu rasvjetu i za upotrebu s kontrolama rasvjete kao što su senzori zauzetosti ili dnevnog svjetla. S druge strane, često uključivanje/isključivanje može skratiti vijek trajanja žarulja sa žarnom niti, HID i fluorescentnih svjetiljki. Ovi izvori svjetlosti općenito imaju samo nekoliko tisuća ciklusa uključivanja tijekom svog nazivnog vijeka trajanja.
7. Mogućnost zatamnjenja
Sposobnost proizvodnje svjetla na vrlo dinamičan način daje LED diodama savršenu kontrolu prigušivanja, dok fluorescentne i HID svjetiljke ne reagiraju dobro na prigušivanje. Zatamnjenje fluorescentnih svjetiljki zahtijeva korištenje skupih, velikih i složenih strujnih krugova kako bi se održali uvjeti pobude plina i napona. Prigušivanje HID žarulja dovest će do kraćeg vijeka trajanja i preranog kvara žarulje. Metalhalogene i visokotlačne natrijeve žarulje ne mogu se prigušiti ispod 50 posto nazivne snage. Također reagiraju na signale zatamnjenja znatno sporije od LED dioda. Zatamnjenje LED-a može se izvršiti smanjenjem konstantne struje (CCR), što je poznatije kao analogno zatamnjenje, ili primjenom modulacije širine pulsa (PWM) na LED, odnosno digitalnog zatamnjivanja. Analogno prigušivanje kontrolira pogonsku struju koja teče kroz LED diode. Ovo je najčešće korišteno rješenje za prigušivanje za opću rasvjetu, iako LED diode možda neće dobro raditi pri vrlo niskim strujama (ispod 10 posto). PWM prigušivanje mijenja radni ciklus modulacije širine impulsa kako bi se stvorila prosječna vrijednost na izlazu u cijelom rasponu od 100 posto do 0 posto. Kontrola prigušivanja LED dioda omogućuje usklađivanje rasvjete s ljudskim potrebama, maksimiziranje uštede energije, omogućavanje miješanja boja i CCT podešavanje te produljenje životnog vijeka LED dioda.
8. Upravljivost
Digitalna priroda LED dioda olakšava besprijekornu integraciju senzora, procesora, kontrolera i mrežnih sučelja u sustave rasvjete za implementaciju različitih strategija inteligentne rasvjete, od dinamičke rasvjete i prilagodljive rasvjete do svega što IoT donosi. Dinamički aspekt LED rasvjete kreće se od jednostavne promjene boje do zamršenih svjetlosnih prikaza preko stotina ili tisuća pojedinačno kontroliranih rasvjetnih čvorova i složenog prijevoda video sadržaja za prikaz na LED matričnim sustavima. SSL tehnologija je u središtu velikog ekosustava povezanih rasvjetnih rješenja koja mogu iskoristiti prikupljanje dnevnog svjetla, prepoznavanje prisutnosti, kontrolu vremena, ugrađenu mogućnost programiranja i uređaje povezane s mrežom za kontrolu, automatizaciju i optimizaciju različitih aspekata rasvjete. Migracija kontrole rasvjete na mreže temeljene na IP-u omogućuje inteligentnim sustavima rasvjete opterećenim senzorima da međusobno rade s drugim uređajima unutar IoT mreža. Ovo otvara mogućnosti za stvaranje širokog spektra novih usluga, pogodnosti, funkcionalnosti i tokova prihoda koji povećavaju vrijednost LED rasvjetnih sustava. Upravljanje sustavima LED rasvjete može se implementirati korištenjem raznih žičnih i bežičnih komunikacijskih protokola, uključujući protokole za upravljanje rasvjetom kao što su 0-10V, DALI, DMX512 i DMX-RDM, protokole za automatizaciju zgrada kao što su BACnet, LON, KNX i EnOcean, te protokoli raspoređeni na sve popularnijoj mrežnoj arhitekturi (npr. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Fleksibilnost dizajna
Mala veličina LED dioda omogućuje dizajnerima rasvjetnih tijela izradu izvora svjetlosti u oblicima i veličinama prikladnim za mnoge primjene. Ova fizička karakteristika daje dizajnerima veću slobodu da izraze svoju filozofiju dizajna ili da sastavljaju identitet robne marke. Fleksibilnost koja proizlazi iz izravne integracije izvora svjetlosti nudi mogućnosti stvaranja rasvjetnih proizvoda koji nose savršenu fuziju između oblika i funkcije. LED rasvjetna tijela mogu se izraditi kako bi se zamaglile granice između dizajna i umjetnosti za primjene u kojima je potrebna dekorativna žarišna točka. Također se mogu dizajnirati da podržavaju visoku razinu arhitektonske integracije i uklopiti se u bilo koju dizajnersku kompoziciju. Solid state rasvjeta pokreće nove trendove dizajna iu drugim sektorima. Jedinstvene mogućnosti oblikovanja omogućuju proizvođačima vozila da dizajniraju prepoznatljiva prednja i stražnja svjetla koja automobilima daju privlačan izgled.
10. Trajnost
LED emitira svjetlost iz bloka poluvodiča—a ne iz staklene žarulje ili cijevi, kao što je slučaj kod naslijeđenih žarulja sa žarnom niti, halogenih, fluorescentnih i HID žarulja koje koriste niti ili plinove za stvaranje svjetlosti. Poluprovodnički uređaji općenito se montiraju na tiskanu ploču s metalnom jezgrom (MCPCB), s priključcima koji se obično osiguravaju zalemljenim vodovima. Bez lomljivog stakla, bez pokretnih dijelova i bez loma žarne niti, sustavi LED rasvjete izuzetno su otporni na udarce, vibracije i habanje. Trajnost sustava LED rasvjete u čvrstom stanju ima očite vrijednosti u raznim primjenama. Unutar industrijskog pogona postoje mjesta na kojima svjetla pate od pretjeranih vibracija velikih strojeva. Svjetiljke postavljene uz prometnice i tunele moraju izdržati ponavljane vibracije uzrokovane teškim vozilima koja prolaze velikom brzinom. Vibracije čine tipičan radni dan radnih svjetala montiranih na građevinskim, rudarskim i poljoprivrednim vozilima, strojevima i opremi. Prijenosna rasvjetna tijela kao što su baterijske svjetiljke i svjetiljke za kampiranje često su izložena udaru kapljica. Također postoje mnoge primjene u kojima razbijene lampe predstavljaju opasnost za putnike. Svi ovi izazovi zahtijevaju robusno rješenje rasvjete, a to je upravo ono što solid state rasvjeta može ponuditi.
11. Životni vijek proizvoda
Dug životni vijek ističe se kao jedna od glavnih prednosti LED rasvjete, ali tvrdnje o dugom vijeku temeljene isključivo na metrici životnog vijeka za LED paket (izvor svjetla) mogu dovesti u zabludu. Korisni životni vijek LED paketa, LED svjetiljke ili LED svjetiljke (rasvjetna tijela) često se navodi kao vremenska točka u kojoj je izlazni svjetlosni tok pao na 70 posto svog početnog izlaza, ili L70. Tipično, LED diode (LED paketi) imaju životni vijek L70 između 30,000 i 100,000 sati (na Ta=85 stupnjeva). Međutim, LM-80 mjerenja koja se koriste za predviđanje L70 životnog vijeka LED paketa pomoću metode TM-21 uzimaju se s LED paketima koji kontinuirano rade pod dobro kontroliranim radnim uvjetima (npr. u okruženju s kontroliranom temperaturom i napaja se konstantnom istosmjernom pogonskom strujom). Nasuprot tome, LED sustavi u primjenama u stvarnom svijetu često su suočeni s većim električnim prenaprezanjem, višim temperaturama spojeva i oštrijim uvjetima okoline. LED sustavi mogu doživjeti ubrzano održavanje lumena ili potpuni preuranjeni kvar. Općenito, LED svjetiljke (žarulje, cijevi) imaju životni vijek L70 između 10,000 i 25,000 sati, integrirane LED svjetiljke (npr. visoka svjetla, ulična svjetla, svjetla za dolje) imaju životni vijek između 30, 000 sati i 60,000 sati. U usporedbi s tradicionalnim rasvjetnim proizvodima — žarulja sa žarnom niti (750-2, 000 sati), halogena (3, 000-4, 000 sati), kompaktna fluorescentna (8, 000-10 ,000 sati), i metal halid (7,500-25,000 sati), LED sustavi, posebno integrirane svjetiljke, pružaju znatno duži vijek trajanja. Budući da LED svjetla ne zahtijevaju praktički nikakvo održavanje, smanjeni troškovi održavanja u kombinaciji s visokom uštedom energije od upotrebe LED svjetla tijekom njihovog produženog životnog vijeka pružaju temelj za visok povrat ulaganja (ROI).
12. Fotobiološka sigurnost
LED diode su fotobiološki sigurni izvori svjetlosti. Ne proizvode infracrveno (IR) zračenje i emitiraju zanemarivu količinu ultraljubičastog (UV) svjetla (manje od 5 uW/lm). Žarulje sa žarnom niti, fluorescentne i metalhalogene žarulje pretvaraju 73 posto, 37 posto odnosno 17 posto potrošene energije u infracrvenu energiju. Oni također emitiraju u UV području elektromagnetskog spektra - žarulja sa žarnom niti (70-80 uW/lm), kompaktna fluorescentna (30-100 uW/lm) i metal halid (160-700 uW/lm) . Pri dovoljno visokom intenzitetu, izvori svjetlosti koji emitiraju UV ili IR svjetlost mogu predstavljati fotobiološku opasnost za kožu i oči. Izlaganje UV zračenju može uzrokovati kataraktu (zamućenje normalno prozirne leće) ili fotokeratitis (upalu rožnice). Kratkotrajno izlaganje visokim razinama infracrvenog zračenja može uzrokovati toplinsko oštećenje mrežnice oka. Dugotrajno izlaganje visokim dozama infracrvenog zračenja može izazvati staklopuhačku kataraktu. Toplinska nelagoda uzrokovana sustavom rasvjete sa žarnom niti dugo je bila smetnja u zdravstvenoj industriji budući da konvencionalna svjetla za kirurške zadatke i stomatološka svjetla koriste izvore svjetlosti sa žarnom niti za proizvodnju svjetla visoke vjernosti bojama. Snop visokog intenziteta koji proizvode ove svjetiljke isporučuje veliku količinu toplinske energije koja pacijentima može biti vrlo neugodna.
Neizbježno je da se rasprava o fotobiološkoj sigurnosti često fokusira na opasnost od plavog svjetla, što se odnosi na fotokemijsko oštećenje mrežnice koje je posljedica izlaganja zračenju na valnim duljinama prvenstveno između 400 nm i 500 nm. Uobičajena zabluda je da postoji veća vjerojatnost da će LED diode uzrokovati opasnost od plavog svjetla jer većina bijelih LED dioda pretvorenih u fosfor koristi plavu LED pumpu. DOE i IES jasno su dali do znanja da se LED proizvodi ne razlikuju od drugih izvora svjetlosti koji imaju istu temperaturu boje s obzirom na opasnost od plave svjetlosti. LED diode pretvorene u fosfor ne predstavljaju takav rizik čak ni pod strogim kriterijima ocjenjivanja.
13. Učinak zračenja
LED diode proizvode energiju zračenja samo unutar vidljivog dijela elektromagnetskog spektra od približno 400 nm do 700 nm. Ova spektralna karakteristika daje LED svjetlima vrijednu prednost primjene u odnosu na izvore svjetlosti koji proizvode energiju zračenja izvan spektra vidljive svjetlosti. UV i IR zračenje iz tradicionalnih izvora svjetlosti ne predstavlja samo fotobiološku opasnost, već dovodi i do degradacije materijala. UV zračenje je izuzetno štetno za organske materijale budući da je energija fotona zračenja u UV spektralnom pojasu dovoljno visoka da proizvede izravni rascjep veze i puteve fotooksidacije. Nastali poremećaj ili uništenje kromofora može dovesti do propadanja materijala i promjene boje. Muzejske aplikacije zahtijevaju filtriranje svih izvora svjetlosti koji stvaraju UV iznad 75 uW/lm kako bi se nepovratna šteta na umjetninama svela na minimum. IR ne izaziva istu vrstu fotokemijskog oštećenja uzrokovanog UV zračenjem, ali ipak može pridonijeti oštećenju. Povećanje površinske temperature predmeta može rezultirati ubrzanom kemijskom aktivnošću i fizičkim promjenama. Infracrveno zračenje visokog intenziteta može izazvati otvrdnjavanje površine, promjenu boje i pucanje slika, kvarenje kozmetičkih proizvoda, sušenje povrća i voća, topljenje čokolade i slastica itd.
14. Sigurnost od požara i eksplozije
Opasnost od požara i izloženosti nije karakteristika LED rasvjetnih sustava jer LED pretvara električnu energiju u elektromagnetsko zračenje putem elektroluminiscencije unutar poluvodičkog paketa. To je u suprotnosti s naslijeđenim tehnologijama koje proizvode svjetlost zagrijavanjem volframovih niti ili pobuđivanjem plinovitog medija. Kvar ili nepravilan rad može dovesti do požara ili eksplozije. Metal halogene žarulje posebno su podložne riziku od eksplozije jer kvarcna lučna cijev radi pri visokom tlaku (520 do 3100 kPa) i vrlo visokoj temperaturi (900 do 1100 stupnjeva). Kvarovi nepasivne lučne cijevi uzrokovani uvjetima na kraju životnog vijeka žarulje, kvarom balasta ili upotrebom neodgovarajuće kombinacije žarulje i balasta mogu uzrokovati lom vanjske žarulje metalhalogene žarulje. Vrući kvarcni fragmenti mogu zapaliti zapaljive materijale, zapaljivu prašinu ili eksplozivne plinove/pare.
15. Komunikacija vidljivim svjetlom (VLC)
LED diode se mogu paliti i gasiti na frekvenciji većoj od one koju ljudsko oko može otkriti. Ova nevidljiva mogućnost uključivanja/isključivanja otvara novu primjenu za rasvjetne proizvode. Tehnologija LiFi (Light Fidelity) dobila je značajnu pozornost u industriji bežičnih komunikacija. Iskorištava sekvence LED dioda "ON" i "OFF" za prijenos podataka. U usporedbi s trenutnim bežičnim komunikacijskim tehnologijama koje koriste radio valove (npr. Wi-Fi, IrDA i Bluetooth), LiFi obećava tisuću puta veću propusnost i znatno veću brzinu prijenosa. LiFi se smatra privlačnom IoT aplikacijom zbog sveprisutnosti rasvjete. Svako LED svjetlo može se koristiti kao optička pristupna točka za bežičnu podatkovnu komunikaciju, sve dok je njegov pokretački program sposoban transformirati strujanje sadržaja u digitalne signale.
16. DC rasvjeta
LED diode su niskonaponski uređaji koje pokreće struja. Ovakva priroda omogućuje LED rasvjeti da iskoristi distribucijske mreže niskog napona istosmjerne struje (DC). Postoji sve veći interes za istosmjerne mikromrežne sustave koji mogu raditi neovisno ili u sprezi sa standardnom komunalnom mrežom. Ove male električne mreže pružaju poboljšana sučelja s generatorima obnovljive energije (solarna, vjetar, gorivne ćelije, itd.). Lokalno dostupno istosmjerno napajanje eliminira potrebu za AC-DC pretvorbom na razini opreme koja uključuje značajan gubitak energije i česta je točka kvara u LED sustavima s izmjeničnim napajanjem. Visokoučinkovita LED rasvjeta zauzvrat poboljšava autonomiju punjivih baterija ili sustava za pohranu energije. Kako mrežna komunikacija temeljena na IP-u dobiva na zamahu, Power over Ethernet (PoE) se pojavio kao opcija mikromreže male snage za isporuku istosmjerne struje niskog napona preko istog kabela koji isporučuje Ethernet podatke. LED rasvjeta ima jasne prednosti za iskorištavanje prednosti PoE instalacije.
17. Rad na niskim temperaturama
LED rasvjeta je izvrsna u okruženjima s niskom temperaturom. LED pretvara električnu energiju u optičku pomoću injekcijske elektroluminiscencije koja se aktivira kada je poluvodička dioda električno prednapredna. Ovaj proces pokretanja ne ovisi o temperaturi. Niska temperatura okoline olakšava rasipanje otpadne topline generirane od LED dioda i tako ih oslobađa od toplinskog pada (smanjenje optičke snage na povišenim temperaturama). Nasuprot tome, rad na niskim temperaturama veliki je izazov za fluorescentne svjetiljke. Za pokretanje fluorescentne svjetiljke u hladnom okruženju potreban je visok napon za pokretanje električnog luka. Fluorescentne svjetiljke također gube znatnu količinu svoje nominalne izlazne svjetlosti na temperaturama ispod ništice, dok LED svjetla najbolje rade u hladnim okruženjima—čak i do -50 stupnjeva. Stoga su LED svjetla idealna za upotrebu u zamrzivačima, hladnjacima, hladnjačama i vanjskoj primjeni.
18. Utjecaj na okoliš
LED svjetla proizvode značajno manji utjecaj na okoliš od tradicionalnih izvora rasvjete. Niska potrošnja energije znači niske emisije ugljika. LED diode ne sadrže živu i stoga stvaraju manje komplikacija za okoliš na kraju životnog vijeka. Za usporedbu, odlaganje fluorescentnih i HID žarulja koje sadrže živu uključuje korištenje strogih protokola za odlaganje otpada.
Nedostaci i izazovi LED rasvjete
Nemojte se uzbuđivati zbog bogatstva prednosti koje nudi LED rasvjeta. Iako je ova tehnologija definitivno značajno postignuće u povijesti električne rasvjete, sama po sebi izaziva probleme. Industrija rasvjete suočava se s izazovom razmjera s kojim se nikada prije nije suočila. Solid state rasvjeta promijenila je filozofiju dizajna i inženjeringa. Rasvjetni sustavi više nisu glupa rasvjetna tijela, oni su evoluirali u energetsku elektroniku. Drugim riječima, dizajn sustava rasvjete je dosad neviđeno složen. LED diode su poluvodički izvori svjetlosti koji se sami zagrijavaju, osjetljivi su na struju i imaju intenzivnu svjetlost. To dovodi do najveće zabrinutosti LED rasvjete - performanse i pouzdanost LED sustava uvelike se oslanjaju na višedimenzionalni rad. Mjere LED paketa samo su jedan aspekt holističkog dizajna i inženjeringa sustava LED sustava rasvjete. Mnogi drugi međuovisni čimbenici dolaze u igru, uključujući upravljanje toplinom, regulaciju pogonske struje i optičku kontrolu.
Stručnjaci za fotelje često sastavljaju dugačak popis nedostataka LED rasvjete. A kako bi priča bila senzacionalna, nikad ne bi zaboravili spomenuti da LED rasvjeta može izazvati opasnosti od plave svjetlosti. Bijelo svjetlo je u osnovi mješavina valnih duljina različitih pojaseva boja. Sve bijele boje s istim izgledom boje, bez obzira na izvore svjetlosti iz kojih se svjetlost emitira, imaju otprilike isti udio plavih valnih duljina u vidljivom spektru. Izgled boje bijelog svjetla može se okarakterizirati kao korelirana temperatura boje (CCT). Plavi sadržaj izvora svjetlosti općenito odgovara njegovoj CCT. Što je viši CCT, veći je udio plavih valnih duljina. Pod istim uvjetima osvjetljenja i osvjetljenja, plavo zračenje LED proizvoda od 3000 K jednako je nisko kao ono od žarulje sa žarnom niti od 3000 K, a plavo zračenje LED proizvoda od 6000 K jednako je visoko kao ono od fluorescentne lampe od 6000 K. Kao i kod drugih izvora svjetlosti, opasnost od plavog svjetla rijetko je zabrinjavajuća za bijele LED diode. Sposobnost projektiranja spektralnog sastava bijele svjetlosti velika je prednost LED tehnologije. S LED rasvjetom može se proizvesti bilo koji spektralni sastav svjetlosti koji pozitivno pridonosi ljudskom zdravlju i dobrobiti. Osvjetljenje usmjereno na čovjeka, glavni tehnološki trend koji pokreće rast industrije rasvjete, koristi CCT sposobnost ugađanja LED sustava za prilagodbu količine plavog zračenja za zdrav spektar bijelog svjetla.
Zapravo, LED rasvjeta ima samo nekoliko intrinzičnih nedostataka.
Najpoznatija slabost LED rasvjete je da LED proizvodi nusprodukt - toplinu. LED diode se nazivaju prodajnim uređajima za grijanje jer stvaraju toplinu unutar paketa uređaja—a ne zrače toplinu u obliku infracrvene energije. Otprilike polovica električne energije koja se dovodi do LED-a pretvara se u toplinu, koja se mora provesti i prevesti kroz fizički toplinski put. Neuspjeh u održavanju temperature spoja uređaja ispod postavljene granice može ubrzati kinetiku mehanizama kvara kao što su stvaranje i rast atomskih defekata u aktivnom području diode, karbonizacija i žutilo kapsulanta te promjena boje kućišta plastičnog pakiranja. Izvan maksimalne nazivne temperature spoja, životni vijek LED-a smanjit će se za 30 do 50 posto za svakih 10 stupnjeva C porasta temperature spoja.
Najnepoznatija, a ujedno i najveća slabost LED rasvjete je to što su LED diode osjetljiva energetska elektronika. Iznimno su izbirljivi u pogledu hrane—pogonske struje. Za LED diode, njihova visoka osjetljivost na struju je dvosjekli mač. Sustavima rasvjete daje vrhunsku upravljivost, ali također čini regulaciju pogonske struje iznimno zahtjevnom. Vrlo mala promjena u struji pogona uzrokovat će fluktuaciju izlazne svjetlosti. LED diode su uređaji s istosmjernom strujom, no često se moraju napajati iz izvora izmjenične struje. Nepotpuno potiskivanje izmjeničnog valnog oblika nakon ispravljanja može rezultirati zaostalim valovima (preostala periodična varijacija) u strujnom izlazu od pokretača do LED dioda. Ovo mreškanje uzrokuje treperenje LED dioda dvostruko većom frekvencijom od dolaznog mrežnog napona, tj. 100 Hz ili 120 Hz. Električna i toplinska međuovisnost LED dioda također komplicira regulaciju opterećenja. Kako temperatura spoja raste, prednji napon se smanjuje, električna snaga isporučena LED-u također se smanjuje. S druge strane, što je veća pogonska struja, veća je otpadna toplina koja se stvara na poluvodičkoj ploči. Prekoračenje onoga za što je LED dioda ocijenjeno može dovesti do ranog kvara LED-a zbog toplinskog odlaska. Ipak, najštetnija prijetnja LED diodama dolazi od električnih prenaprezanja (EOS). EOS se javlja kada pogonska struja ili napon premaše maksimalne nazivne vrijednosti komponente. Postoje mnogi mogući izvori električnih prenaprezanja, koji uključuju elektrostatičko pražnjenje (ESD), udarnu struju ili druge vrste prijelaznih strujnih udara. Osjetljivost LED dioda na različite vrste električnih naprezanja stoga zahtijeva strogu regulaciju pogonske struje.
Treći nedostatak je što LED diode imaju visoku gustoću toka. Koncentrirani izvori usmjerenog svjetla potencijalno mogu stvoriti odsjaj. Visoka osvjetljenja u vidnom polju ometaju gledanje (odsjaj s invaliditetom) ili uzrokuju osjećaj iritacije ili boli (odsjaj s nelagodom). Dodatna optika za ublažavanje bliještanja može se ugraditi u dizajn rasvjetnih tijela, ali ona često rezultira velikim optičkim gubitkom.
Posljednje, ali ne manje važno, povećana složenost dizajna sustava dovodi do viših početnih troškova LED proizvoda u usporedbi s naslijeđenim rasvjetnim proizvodima. To čini optimizaciju troškova važnim dijelom procesa projektiranja svjetiljki. Kada pritisak na troškove nadmaši performanse i pouzdanost proizvoda, pojavit će se niz problema.
