Mi az a LED és mit kell tudni róla?

LED, magyarul: fénykibocsátó dióda

Összefoglalva a LED világítás előnye, hogy:

• energiatakarékos működésűek, akár 90% feletti is lehet az energia megtakarítás,
• nagy fényhasznosítás (50-80 lm/W, de már vannak 100lm/W értékűek is.
• minimális hőtermelésük
• hosszú az élettartamuk, 20.000-80.000 órás
• kis karbantartási költség
• kis méret (minimális beépítési helyet igényel)
• nem vibrál (az energiatakarékos lámpákkal szemben)
• könnyen irányítható fénynyaláb, nincs fényszmog
• nagy színválaszték
• késleltetés nélkül kapcsolható
• a sok kapcsolás élettartam rövidülést nem okoz
• törpefeszültségről üzemeltethető
• érzéketlenség a rázkódással, lökéssel szemben
• fényük nem melegít ( UV, infrasugárzást nem tartalmaz)

 

VIGYÁZZ! Ez egy régi cikk, a LED világítástechnika jelentős fejlődésen ment már keresztül!

A LED (Light Emitting Diode) a rákapcsolt egyenfeszültség hatására fényt bocsát ki. A LED-et 1955-ben találták fel, ekkor vizsgálták a gallium-arzenid félvezetők által elektromos áram gerjesztés hatására kibocsátott infravörös fényt. 1962-ben fejlesztették ki a gyakorlatban is használható látható fényű diódát.
A fény hullámhossza, azaz a színe az alkalmazott félvezető anyagától függ. Kezdetben a LED-eket kizárólag jelzőfényként használták piros és zöld színben. Az új ötvözetek kifejlesztésével lehetségessé vált sárga, kék, lilás-fehér és meleg fehér fényű LED gyártása is.
A későbbi fejlesztéseknek köszönhetően egyre több területen lehetett alkalmazni a LED-eket. Ma már a technológia képes olyan nagy fényerejű LED-ek gyártására, amelyek alkalmassá teszik a LED technológiát világítástechnikai alkalmazásra.

Mitől világít a LED?

A fénykibocsátás úgy keletkezik, hogy a diódára adott áramforrás a dióda anyagában levő atomok szabad elektronjainak többlet-energiát ad, amitől azok magasabb energiájú pályára lépnek. Mivel ez nem stabil állapot, ezért hamarosan visszaugrik az eredeti pályára és a többletenergiát foton (azaz fény) formájában adja le. Attól függően, hogy milyen atomban lévő elektronról van szó, a felvett majd leadott energia mennyisége más és más lehet, ezáltal a keletkező fény hullámhossza is más lesz. Ilyen módon megfelelő anyagválasztással be lehet állítani a LED által kibocsátott fény hullámhosszát. A működési elvből következően a
LED által adott fény keskeny spektrumú.
A LED tokozásával alakul ki a sugárzási szög. A LED által kibocsátott fény szöge függ a LED átmérőjének és magasságának arányától: a magasabb LED szűkebb, az alacsonyabb LED szélesebb szögben sugároz.

LED-Lámpa

LED-es lámpatest nem más mint több LED összeépítése annak érdekében, hogy koncentráltan nagyobb fényerőt érjünk el. Ezekben mivel a ledek alacsony egyenfeszültségről működnek, előtét áramkörökre van szükség, amelyek elvégzik az egyenirányítást és feszültségcsökkentést.
Ilyen módon épül fel a komplett LED-es lámpatest, amelyben a LED-ek és az előtét áramkör fixen van beépítve, ezért bármilyen esetleges meghibásodás esetén az egészet kompletten kell cserélni.Igazi áttörést az jelentett a LED-es világítás fejlődése során, amikor az előtét áramkört és a LED-eket is a hagyományos izzónak megfelelő házban helyezték el és szabványos foglalatokkal (GU4, GU5.3, GU10, E14, E27) látták el. Ezeket a használatban lévő lámpatestekbe a normál izzók kiváltására lehet használni, bizonyos paraméterek figyelembevétele mellett.

Power LED

A sok apró teljesítményű LED összeépítéséből kialakításra kerülő LED-Lámpa gyártással szemben van egy elemtétes irányvonal. Ez a Power LED, melyek nagyobb méretű, s még nagyobb teljesítményű LED-ekből állnak. Természetesen a nagyobb fényerő elérése érdekében itt a több LED összeépítése a megoldás. De amíg a kisebb teljesítményű ledekből 20-at, vagy akár 168-at is összeépítenek egy hagyományos izzó kiváltására, addig a Power LED esetén a lámpákba 1, 3, 5 esetleg tizen-egynéhány darabot építenek össze, így növelve a lámpák fényerejét.
A Power LED-ek hőtermelése jelentősebb, mint a hagyományos lednek, de még mindig jóval a normál izzóé alatt van. A hőelvezetés miatt általában hűtőbordát építenek a LED köré valamint egy lencsén keresztül vezetik át a fényt ezáltal kontrasztos lesz a megvilágított terület és pontosan beállítható a sugárzási szög.

A LED-es világítási megoldásokról az energiatakarékossági célok miatt hallunk egyre többet, s emiatt is fejleszti és terjednek el egyre inkább. AZ Energiatakarékossági célok mellett a hosszú működési idejüket szokás még kiemelni (50.000-80.000 óra), ami napi 8 órás működést feltételezve 17-27 év élettartamot jelenthet. De maradjunk az energia takarékosságnál, mivel az élettartamnál fontosabb tényező maga a fogyasztás. Elmondható, hogy a LED világítási megoldásoknak jóval kedvezőbbek a fogyasztási adatai, mint más lakossági körben elterjedt világításoknak.

Ehhez azonban érdemes áttekinteni, hogy más fényforrások milyen gazdaságossági mutatókkal bírnak.

IZZÓLÁMPA
Az izzólámpa a legrégebbi villamos fényforrásunk és egyben a legrosszabb a fényhasznosítása is. Különböző típusoknak 8-14lm/W közötti a hatékonysága. Az izzólámpa a felhasznált villamos energia kb. 95%-át hővé alakítja. Élettartamuk kb. 1000 óra.

12Voltos HALOGÉN IZZÓLÁMPA
Ez halogén izzólámpa kezdetben népszerű fényforrás és fényhasznosítása is jobb az izzólámpánál, 18-20 lm/W. Élettartamuk kb. 1000-2000 óra.

230Voltos HALOGÉN IZZÓLÁMPA
A 230V-os halogén izzólámpák a 12Voltosok után váltak népszerűvé főképp amiatt, hogy ezek működéshez már nem volt szükség külön transzformátorra. Azonban ezek közül a miniatűrök, mint amilyenek a leginkább elterjedt spotok, ezek igen rossz fényhasznosításúak, kb. 40%-kal rosszabbak, mint a 12V-os halogének, kb. 11 lm/W. Ezzel szemben az úgynevezett fényárlámpák (pl: a két végén fejeltek) hasznosítása már jobb, kb. 18-21 lm/W. Élettartamuk kb. 1000-2000 óra.

KOMPAKT FÉNYCSÖVEK
Az energiatakarékos lámpaként közismert integrált kompakt fénycsövek fényhasznosítása, típustól függően, 40-60 lm/W. (Minél jobban össze van hajtogatva a fénycső, annál rosszabb a fényhasznosításuk, hiszen a csövek takarják egymást.) Ezek professzionális változata a csak egyszer hajtott külön előtétet (működtető egységet) igénylő változatok, melyek a lakossági felhasználók számára már nem igazán ismertek (G23-G24, jellegzetes szögletes foglalattal). Ezek fényhasznosítása még jobb 70lm/W körüli. Élettartamuk igen változó 2000-15000 óra.

Ezzel be is fejezhetnénk a lakosság által használt, ill. kedvelt fényforrások felsorolását. De említsük meg, hogy léteznek még hatékonyabb fényforrások is. Ilyen a helytelenül neonnak nevezett háromsávos fénycsövek fényhasznosítása 80-100lm/W.
Ipari, közvilágítási területen alkalmazott lámpatípusok, mint nagynyomású fémhalogén lámpák, nátriumlámpák, melyek különböző változatainak fényhasznosítása, már a 100-170lm/W-os tartományba helyezhető el.

Visszatérve a LED-es világításra, az alábbi táblázatban látható, hogy a sokféle változatuk miatt, pontosabban a LED technológiák során a technológia fokozatos fejlődése révén a legújabb és egy-két megelőző generációk során a világítási célt szolgáló ledek fényhasznosítása 20-80lm/W tartományba esik.

Ebből megállapítható, hogy amennyiben hagyományos izzót, vagy halogén spotot kívánunk kiváltani ledes világítással, úgy bármelyik LED-lámpa kiválasztásával energiát takaríthatunk meg. Amennyiben a 10-20lumen/Watt fényhasznosítású izzóinkat, vagy halogén spotjainkat 70-80lunem/Watt-os LED-lámpákra cseréljük, a világítási célú áramfogyasztásunkat 71-88%-kal csökkenthetjük. Ha figyelembe vesszük, hogy a LED-ekkel kiváló irányított fényű helyi világítást tudunk kialakítani, könnyűszerrel 90% feletti energiamegtakarítást tudunk elérni, úgy hogy közben a lámpáink élettartamát 25-50-szeresére is növeltük.

Tehát a LED sokkal jobb hatásfokkal állítja látható fénnyé az elektromos áramot, mint az izzószálas lámpák – de még a kompakt fénycsövekkel is versenyképes jónéhány példányuk.

Az izzószálas lámpa működésekor a felizzított wolfram szál izzó fényét látjuk, jelentős hőmennyiség jelenlétében, ami azt jelenti, hogy az áram nagy részét nem világításra, hanem melegítésre használjuk. A LED viszont nem melegszik. A Power LED ugyan melegszik, de távol áll a hagyományos izzók azok tulajdonságétól, hogy azok megégethetnek bennünket.
Nem melegszik!

Sugárzási szög

A LED és az izzólámpa működése között van egy óriási különbség. Ha megnézünk egy izzólámpát, az a teljes felületén világít (360°-ban) míg a LED fényforrások irányított fények (pontfény – spot fény) jellemzően 60-120°-os szögben. Ez azt jelenti hogy míg egy izzólámpával be lehet világítani egy egész szoba „minden” pontját, amit csupán a foglalat takar ki. Viszont egy leddel azonban csak egy részét, a LED sugárzási szögén kívül már sötét lesz.
A különböző típusú LED-ekből összeépített lámpa más és más sugárzási szögben adja le a fényt. Az 5 mm-es magas LED-ből épített lámpa kb. 25 fokban, az ugyancsak 5 mm-es alacsony LED viszont 120 fokban világít. A 8 mm-es LED-el épített lámpák 90-100 fogban sugároznak. A Power LED-eknél a sugárzási szöget az előtét lencsével lehet szabályozni, általában ebbe célszerű olyat választani ami a legjobban megközelíti a normál halogén izzót, ez 38-60 fokos sugárzási szöget jelent. A nagyobb szögű fényszórást úgy érik el, hogy nem egy síkra ültetik a LED-eket, hanem mondjuk egy henger palástjára is, így a sugárzási szög a jelenleg kapható LED-ek alapján meghaladja a 180-fokot.
A spot jellegű megvilágítások, illetve lámpaformák esetén érdemes figyelembe venni, hogy amíg egy halogén spot esetén a megadott sugárzási szögön kívüli területeken is nagyobb a fényesség, addig A LED-es spotok esetében a kontraszt erősebb.
Pl: a halogén spot foncsorozását is átjut valamennyi fény, így a mennyezet világosabb annak ellenére, hogy nem oda irányítottuk a fényt, míg a LED-es spotok esetén a tükör mögötti terület egyáltalán nem kap fényt.
Ez az egyik magyarázat arra, hogy hogyan lehetséges, hogy nagyobb lumenű halogén spotot ki tudunk váltani kisebb fényerősségű LED-es spottal – azaz nincs felesleges irányú fényszórás. A másik, hogy sok kisebb fényerősségű LED spot szórásszöge kisebb mint egy általános halogén spoté, tehát a kisebb fényerőt kisebb szögben szórva tudja elérni a kívánt spot jelleget – feltéve, ha a megvilágítási terület elfogadható számunkra.

Összességében elmondható – a LED világítás előnye, hogy:

• energiatakarékos működésűek, akár 90% feletti is lehet az energia megtakarítás,
• nagy fényhasznosítás (50-80 lm/W, de már vannak 100lm/W értékűek is.
• minimális hőtermelésük
• hosszú az élettartamuk, 50.000-80.000 órás
• kis karbantartási költség
• kis méret (minimális beépítési helyet igényel)
• nem vibrál (az energiatakarékos lámpákkal szemben)
• könnyen irányítható fénynyaláb, nincs fényszmog
• nagy színválaszték
• késleltetés nélkül kapcsolható
• a sok kapcsolás élettartam rövidülést nem okoz
• törpefeszültségről üzemeltethető
• érzéketlenség a rázkódással, lökéssel szemben
• fényük nem melegít ( UV, infrasugárzást nem tartalmaz)

LED szakmai blog – további friss részletes információk …