Светодиодно осветление

01.09.2007, Брой 9/2007 / Технически статии / Осветление

 

Особености, предимства и недостатъци на LED лампите

Малко продукти са произвеждани в такива количества, както лампите с нажежаема нишка. По приблизителни сметки от появата им преди малко повече от век са направени поне няколкостотин милиарда. Недостатъците им се компенсират от ниската цена и затова те продължават да са най-масово използваните източници за осветление. Напоследът към конкурентите им в лицето на халогенните и луминесцентните, се прибавиха и светодиодните лампи. Засега те са по-скъпи, но от икономията на електроенергия най-новите модели се изплащат за около две години, след което осветлението започва да излиза няколко пъти по-евтино.

В следващите страници се разглежда принципа на действие на светодиодните лампи, техните най-важни параметри, предимства и недостатъци, и реализации на осветителни тела с тях. Дадени са и характерни съвременни приложения.


› Реклама



За светлината

Основна величина за оценка на количеството на излъчвана светлина от едно тяло е светлинната интензивност Iv. Тя се измерва в кандели, като според системата SI 1 cd се получава от площ 1/600000 m2 на абсолютно черно тяло, нагрято до температурата на втвърдяване на платината. На тази величина съответства популярното наименование сила на светлината. Енергията на светлината, излъчвана от какъвто и да е източник за 1 s, се нарича поток лъчение (Fe) и се измерва във W. За излъчването на видимата светлина обикновено се предпочита величината светлинен поток (Fv), който реално оценява усещането за светло на човешкото око. Той се измерва в лумени (lm), като 1 lm е светлинният поток в пространствен ъгъл 1 sr (стерадиан или 57,3 градуса), създаван от източник с Iv = 1 cd. Един от двата потока се дава като параметър на светодиодните лампи в техните каталози. Отношението Fv/Fe е параметър на всеки източник на светлина, нарича се светлинна ефикасност (или ефективност) и се измерва във лумени на ват (lm/W). Също за източници на светлина е в сила параметърът яркост Lv. Той представлява светлинната интензивност от 1 m2 на повърхността на източника в посока, перпендикулярна на нея, и се измерва в кандели на квадратен метър (cd/m2). Някои производители предпочитат да наричат тази мерна единица нит (nt).

За оценка на силата на осветяване на една повърхност се използва величината осветеност, измервана в луксове (lx). Когато върху 1 m2 от повърхността попада светлинен поток 1 lm, осветеността й е 1 lx.

Видимата светлина е с дължина на вълната между 400 и 700 nm, като всеки от цветовете съдържа дължини на вълните в определена лента (фиг. 1). Бялата светлина представлява комбинация от всички цветове в определено съотношение. Светлина само с една дължина на вълната (фиг. 2) се нарича монохроматична (едноцветна), но реално в природата няма източници за нея. С приблизително монохроматична светлина, т.е. с дължини на вълните в много тясна лента Dl, са лазерите, но те не се използват за осветление, а само за светлинни ефекти. Реалните източници на светлина имат по-широка Dl. Като основен параметър на всеки източник е дължината на вълната l0, съответстваща на максимална интензивност, която съответно определя и цвета му. Както се вижда от фиг. 2, границите на лентата са при намаляване на интензивността наполовина. Друг начин за определяне на цвета, също използван в каталозите на източниците на светлина, е цветната температура, давана в келвини. Тя е температурата на абсолютно черно тяло, което излъчва светлина със същия цвят.

Всички осветителни тела, които преобразуват електрическата енергия в светлина, неизбежно и нежелателно се нагряват, което означава консумация на допълнителна енергия (нишката на електрическите лампи е с температура 3000°С). Поради това важен параметър е коефициентът на полезно действие (к.п.д.), който е отношението на светлинната към общата консумирана електроенергия. Типичните му стойности при лампите с нажежаема нишка са между 10 и 15%, т.е. значително повече топлят, отколкото светят. Това е един от големите им недостатъци и основната причина да се търсят други източници за осветление.

Някои източници на светлина излъчват и извън видимата област, така наречените инфрачервени и ултравиолетови лъчи (неправилно те се наричат светлина, тъй като не се виждат). Първите са с дължина на вълната между 740 nm и 3 mm, а вторите - от 10 до 380 nm. Те са нежелани, тъй като са свързани с консумиране на електроенергия, която не се използва за осветление.




Принцип на действие на светодиодите

Светодиодът (LED) представлява полупроводников кристал, през който може да протича ток само в една посока и част от неговата енергия се преобразува в светлина. Тя е с твърде тясна лента, т.е. винаги има определен цвят, зависещ от вида на полупроводника. Добиващите все по-голяма популярност бели LED съдържат кристал със синя светлина, която осветява специален луминофор и той, от своя страна, излъчва бялата светлина. За разлика от другите източници на светлина, напрежението върху излъчващия LED е малко и е пряко свързано с цвета на светлината - между 1,6 V за червените и 3,6 V за сините и белите. Светлинният поток зависи от големината на тока и съответно от консумираната електрическа мощност. Например при 1 W син LED има поток 10 lm, зелен и бял са с 30 lm и червен е с 44 lm. За осигуряване на желаните стойности на постоянното напрежение и ток на LED в осветителните тела трябва да има електронен блок, захранван от мрежата. Голяма част от тези блокове осигуряват неизменна стойност на тока при промени на мрежовото напрежение. Подобни блокове има и в светодиодното осветление на автомобилите, тъй като напрежението на акумулатора също се променя. В електрическите фенерчета те обикновено липсват, за да се осигури ниска цена и малко тегло. Токът на LED за осветление (те се наричат мощни LED) е от няколко стотици mA до малко над 1 А, като производителите се стремят към увеличаването му. Това е трудно, тъй като токът нагрява полупроводника, а максимално допустимата му температура е малко над 100°С.

Предимства на LED

Светлинната им ефикасност е най-голяма от всички светлинни източници. Тя е между 50 и 100 lm/W, докато при лампите с нажежаема нишка е 12-15 lm/W, а при луминесцентните - около 50 lm/W. Това, заедно с много по-малкото нагряване на LED (в сравнение с лампите с нажежаема нишка, те са студени) определя к.п.д. между 25 и 35%. Общият резултат от това е осигуряване на желана сила на светлината с 10, а понякога и повече пъти по-малък разход на електроенергия. Например, 12-ватов LED може да дава светлинен поток колкото 150-ватова лампа с нажежаема нишка.

Експлоатационният срок на LED, в края на който светлинният им поток намалява с 30% спрямо първоначалния (което практически остава незабележимо за окото), е средно 50 000 часа, като вече не са малко диодите със 100 000 часа. Едва след това започва забележимо намаляване на силата на светлината, но без познатото от лампите с нажежаема нишка внезапно изгаряне. Експлоатационният срок на LED е несравнимо по-голям от този на лампите с нажежаема нишка (средно 1500 часа) и е причина осветителните тела с LED да се считат за вечни. Например при непрекъсната работа (24-часов режим) и минималния експлоатационен срок, LED ще се използва в продължение на 6 години, а обикновената лампа трябва да се сменя на всеки два месеца. Предимството нараства, когато става въпрос за трудно достъпни места (осветление на фасади, рекламни табла) и такива с жизнено важни функции (светофари, осветление на тунели, предупредителни светлини на високи здания, мостове, аварийно осветление в сгради). Дългият срок води до специфична възможност при изработката на осветителни тела - запояване на LED вместо завиването им като обикновена лампа. Така се избягват повреди поради лоши контакти, независимо от причините за възникването им (окисление, умора на материала).

Светодиодите са и значително по-устойчиви на удари и вибрации, тъй като нямат чуплив стъклен балон, нито тънка нишка, която да се къса. Същевременно малкото им нагряване ги прави подходящи за места, където трябва да се подържа ниска температура (хладилници, фризери).

Не по-малко важно предимство е непосредственото излъчване на светлина с определен цвят. За същата цел другите лампи изискват поставянето на цветни филтри, което не само повишава цената, но и намалява силата на светлината (филтрите пропускат само част от нея). Вече има и LED със специфични цветове като розов, кехлибарен, кралско синьо и дори чернобилско синьо. Малките размери на мощните LED (например 9x9x4 mm) позволяват в едно осветително тяло да се монтират множество диоди с различен цвят и чрез лесно включване и изключване на едни или други от тях да се получава различна светлина. Същевременно значително по-лесно и евтино в сравнение с другите видове източници може да се регулира силата на светлината в много широки граници (например от 2 до 100%), без това да променя цвета й. Всичко това създава условия за получаване на желано по сила и цвят осветление в помещението. Допълнително предимство на белите LED е, че тяхната светлина е по-близка до естествената.

Друго предимство, обусловено от малките размери на LED, е възможността за създаване на компактни и лесни за монтиране осветителни тела, използвани във все по-популярното и същевременно по-икономично дискретно осветление. Широко се използват и в осветителните тела със светлина, насочена върху сравнително малка площ - настолни лампи, спотове, лунички. За целта обикновените лампи, които реално излъчват във всички посоки, изискват обемисти рефлектори и лещи, докато естественият малък ъгъл на излъчване на LED само в някои случаи налага конструкцията им да съдържа миниатюрни насочващи елементи.


 

Няма излъчване от LED на ултравиолетови и инфрачервени лъчи, както при лампите с нажежаема нишка. И накрая LED са екологично чисти, докато например халогенните лампи съдържат живак.

Недостатъци на LED

Засега максималната сила на светлината на най-мощните LED не надхвърля тази на обикновена електрическа лампа от десетина W. Този недостатък се намалява чрез реализация на осветителни тела с много LED, като светлинният поток на някои от тях вече надхвърля този на 1000-ватова лампа с нажежаема нишка. Това все още ограничава приложението им за осветяване на цели жилищни помещения. Вторият съществен недостатък, по-високата покупна цена, е не по-малко съществен, но, както при много други изделия, с течение на времето той би трябвало да намалява.

Светодиодни източници

и осветителни тела

След плахите първи стъпки от преди няколко години, днес не са малко производителите, които предлагат няколко десетки разновидности на светодиодни източници и осветителни тела, а общият брой на моделите им понякога надхвърля 500. Някои фирми произвеждат светодиодни лампи с Едисонов цокъл, които непосредствено заменят съществуващите с нажежаема нишка. Но много по-широко се произвеждат източници и осветителни тела, в които LED са неподвижно закрепени (обикновено запоени). Подобно типично светодиодно осветително тяло е снабдено с 9 светодиода с различни цветове, осигурява светлинен поток между 200 и 600 lm, има електрическа мощност 36 W и експлоатационен срок 50 000 часа.

Многобройни са разновидностите в зависимост от предназначението. Произвеждат се осветителни тела за непосредствено закрепване на стени и тавани или за вграждане в тях. Сред тях има такива с възможност за непрекъсната промяна на цвета, които обикновено са плоски и с разновидности на конструктивното оформление за поставяне в ниша или висящи.

Съществуват тела за външно осветление и за монтиране във водата на басейни и фонтани. Формите им са кръгли, квадратни и правоъгълни, включително дълги с разположени в един ред LED. Има модели с 24 и 48 LED в ред. Кръглите тела могат да са с различен ъгъл на излъчване (12, 25 и 40 градуса). Дълбочината, на която могат да бъдат потопявани, достига до 10 m.

Ъгълът на излъчване на LED осветителните тела е твърде различен. Има такива с малък ъгъл под формата на прожектори за осветяване на фасади и тревни площи с покривано разстояние до 30 m. Съществуват модели с лесно регулируем ъгъл на излъчване, например в границите от 5 до 30 градуса. За същите цели има осветителни тела под формата на гъвкава лента, подобна на гуменото уплътнение на алуминиева дограма, но по-дебела от него. Тя има LED по цялата си дължина и се доставя на рула, от които могат да се режат парчета с необходимата дължина.

Предлагат се и LED осветители за монтаж в земята, в пътни и подови настилки, чрез които се осъществява декоративно осветление на дворове и паркове, включително очертаване на пътеките и алеите. Върху някои подобни модели могат да преминават коли и малки камиони, тъй като издържат статичен товар до 2 тона.

Осветителите, наречени спотове, обикновено са с малък диаметър (3-3,5 cm), съдържат по един LED и могат да са единични и двойни. Съществуват оригинални разновидности с един спот, монтиран на края на дълга и огъваща се тръба, включвани в електрически контакт и имащи като правило бяла светлина. Използват се за четене в кресло или леглото, като светлината им лесно се насочва непосредствено върху книгата. Има и по-големи спотове с по три LED, които могат да се монтират по няколко върху рамка и са подходящи за домашен бар и малки заведения.

За декоративно осветление чрез плъзгаща се по стената светлина съществуват малки тела, обикновено с призматична форма и лъч в една посока.

Вградено в стената светодиодно тяло с много слаба светлина (по-скоро сияние) е удобно да бъде поставено в спалнята или в друго помещение през нощта, за да може лесно да бъде намерен ключът за осветление.

Конструкторите на осветителни тела вече са улеснени от предлаганите от електронната промишленост интегрални схеми за реализация на захранващите блокове, както и готови блокове. Последните използват същия принцип, както захранванията на персоналните компютри и телевизорите, и осигуряват на LED лампите електрическа мощност около 25 W, която е достатъчна да осигури светлинен поток колкото 250-300-ватова лампа с нажежаема нишка. Вече има и блокове с мощност 150 W. Самите блокове могат да са вградени в тялото на осветителя или да са оформени като допълнителен модул, разполаган на разстояние до няколко десетки метра.

Предлагат се и специализирани блокове за регулиране на силата на светлината. Те работят на импулсен принцип с регулируем коефициент на запълване (ШИМ). Регулирането на силата на светене при значителна част от блоковете може да е дистанционно. За да може да става това от домашния компютър или друго устройство, се използват специализирани протоколи, сред най-популярните от които са DALI и DMX.



 

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Новости във видеонаблюдението на строителни площадкиТехнически статии

Новости във видеонаблюдението на строителни площадки

Сигурността на строителните обекти продължава да е критичен въпрос дори и в съвременната високотехнологична епоха, макар че новостите във видеонаблюдението предлагат широки възможности за превенция и контрол на кражби и вандалски прояви

Разпределена интелигентност в управлението на осветлениетоТехнически статии

Разпределена интелигентност в управлението на осветлението

Иновациите при технологиите за управление на осветлението създават ново поколение интелигентни разпределени системи, основани на биомодели, заимствани от природата

Електробезопасност на плувни и спа съоръженияТехнически статии

Електробезопасност на плувни и спа съоръжения

Осигуряването на ефективна защита от токов удар за хората и материалните активи е от ключово значение в плувни басейни, спа центрове, джакузита и други водни съоръжения за спорт и релаксация, в които има работят типове електрически инсталации

Видеодиагностика и инспекция на тръби и каналиТехнически статии

Видеодиагностика и инспекция на тръби и канали

Видеодиагностиката на тръби и канали е традиционен метод за проверка на състоянието и изправността на ВиК системите. Мониторингът и инспекцията на тръбопроводите посредством видеокамера са ключови при диагностициране и превенция на различни проблеми като течове, запушвания и миризми и спомагат за предотвратяването на тежки аварии при влошено състояние на тръбната инфраструктура.

Съвременната видеодиагностика на тръбопроводите и канализационните системи обикновено се осъществява с цифрова камера, прикрепена към гъвкаво жило, което прави възможно въвеждането на камерата във вътрешността на тръбопроводните системи. Все по-често в практиката се използват и роботизирани системи с дистанционно управление, които позволяват проверка на проходимостта и състоянието на тръби и канали с по-голям диаметър.

Климатични и вентилационни камери хигиенно изпълнениеТехнически статии

Климатични и вентилационни камери хигиенно изпълнение

Климатичните и вентилационни камери са съществена част от много сградни ОВК инсталации. От тяхната ефективност и функционалност пряко зависи качеството на въздуха нататък по системата.

В широка гама приложения, като болници, чисти стаи, фармацевтични и електронни производства, предприятия от ХВП и т. н., изискванията към чистотата на въздуха са изключително високи. В такъв тип обекти обикновено се инсталират климатични и вентилационни камери в хигиенно изпълнение.

Сценично LED осветлениеТехнически статии

Сценично LED осветление

През последното десетилетие пазарът на светодиодно осветление отбелязва сериозен ръст, а LED осветителите навлизат във все по-широка гама от приложения, включително в сценичната осветителна техника. LED осветителите са съвременна алтернатива на халогенните или газоразрядни лампи с висок интензитет, използвани традиционно в сценичното оборудване.

Причини за това са динамичното развитие на технологията и множеството й предимства. Сред тях са по-високата светлинна мощност и по-ниската консумация на енергия на LED осветителите в сравнение с конвенционалните варианти. Достъпната цена на светодиодите допълнително разширява приложната им област в сценичното изкуство.


 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание ТД Инсталации. TLL Media © 2018 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top