Použitie LED "retrofitov" do svietidiel s klasickými svetelnými zdrojmi

--- Ing. Marek Mácha ---

Pojem „retrofit“
S nástupom LED svetelných zdrojov do praxe prichádzajú na trh a následne k zákazníkom rôzne podoby produktov tejto relatívne mladej oblasti svetelnej techniky. Na trhu možno nájsť rôzne druhy a typy náhrad klasických svetelných zdrojov nesprávne označovaných ako LED žiarovka a LED žiarivka. LED náhrady sú najmä náhradami za klasickú žiarovku (obr. 1a, 1b) a halogénovú žiarovku (obr. 1c).
Obr. 1. LED náhrada za a) klasickú žiarovku, b) sviečkovú žiarovku, c) halogénovú žiarovku MR16

Cieľom týchto náhradných svetelných zdrojov je najmä úspora elektrickej energie. Spotreba a množstvo svetelného toku nie sú jediným parametrom svetelných zdrojov. Veľmi dôležitá je aj smerová charakteristika vyžarovania svetla do priestoru a jeho spektrálne zloženie. So spektrálnym zložením priamo súvisí index podania farieb (R_a, angl. CRI – Color Rendering Index). V interiérovom osvetlení je to jeden z najdôležitejších parametrov svetelného zdroja. LED svetelné zdroje používané ako náhrady za klasické svetelné zdroje sú vyrábané s rôznymi päticami tak, aby ich užívateľ mohol inštalovať namiesto pôvodných zdrojov do svietidla.

Obr. 2. LED náhrada za lineárnu žiarivku T8
 

Obr. 3. LED náhrada za lineárnu žiarivku T5

Obr. 4. Schéma konštrukcie LED „retrofitu“

Sú k dispozícii s päticami E27, E14, GU 10, GU 5.3 atď. Samostatnou kapitolou sú produkty, ktoré sa snažia nahradiť lineárne žiarivky T8, popr. T5 (obr. 2 a obr. 3).

Konštrukcia „retrofitu“

LED svetelný zdroj k svojej prevádzke potrebuje elektronický predradný prístroj, „driver“, ktorý premieňa AC na DC parametre a napája samotnú LED. Práve táto časť je kritická pre funkčnú spoľahlivosť.

V dôsledku miniaturizácie jednotlivých častí a vynechaním niektorých riadiacich obvodov predradníka jednotlivé komponenty zlyhávajú. Pre správnu prevádzku musí byť predradník dostatočne chladený, aby nedochádzalo k poškodzovaniu zdrojov a skracovaniu života. Poslednou časťou je pätica, ktorá určuje použitie zdroja v existujúcich svietidlách.

Svietiaca časť lacných zdrojov od čínských výrobcov je zložená z väčšieho množstva nízkopríkonových LED s nízkym svetelným tokom (obr. 5). Drahšie riešenia zdroja, kde je dôležitým parametrom aj kvalita svetla, majú odlišnú konštrukciu svietiacej časti. Používajú sa LED, ktoré vyžarujú v modrej oblasti, a toto svetlo je premieňané pomocou difúzora so špeciálnym typom luminofora na svetlo biele vo viditeľnej oblasti. Táto konštrukcia sa nazýva „remote phosphor“ (vzdialený luminofor) (obr. 6). Takýto zdroj dosahuje vysoký merný výkon na úrovni 80 lm/W a vyšší.

Obr. 5. Použitie nízkopríkonových LED

Obr. 6. LED „retrofit“ s konštrukciou „remote“

Obr. 7. Princíp „remote phosphoru“ (vzdialeného luminofora)

Porovnanie „retrofitu“ s pôvodným riešením

Náhrady klasických svetelných zdrojov na báze LED majú odlišné svetelnotechnické parametre. Prvým parametrom, ktorý je odlišný, je charakter vyžiareného svetla. Pri nahrádzaní klasickej žiarovky je potrebné si uvedomiť, že spektrum LED svetelného zdroja je iné než spektrum obyčajnej žiarovky alebo halogénovej žiarovky. Rozdiely sú znázornené na obr. 8.

Práve preto je použitie LED „retrofitov“ v krištáľových lustroch nezmyslom – nevzniká požadovaný efekt rozkladu svetla. Norma STN EN 12 464-1 Svetlo a osvetlenie.

 
Tab. 1. Meranie spektrálneho vyžarovania rôznych LED „retrofitov“

Osvetlenie pracovných miest.

Časť 1: Vnútorné pracovné miesta určuje pre interiérové osvetlenie kancelárií minimálny index podania farieb na úrovni 80 a vyššej [1]. Pre viacero priestorov je táto hodnota záväzná. Pracovníci OMS Lighting vykonali spektrálne merania pre viaceré bežne dostupné náhrady a z výsledkov v tab. 1 sú patrné rozdielne hodnoty indexu podania farieb. Z tab. 1 je zrejmé, že index podania farieb je u bežne dostupných lacných riešení zdrojov nedostačujúci pre bežné použitie v priestoroch, kde je kladený dôraz na kvalitu svetla.

Obr. 8. Porovnanie spektrálneho vyžarovania rôznych svetelných zdrojov

Zdroje, ktoré boli merané, majú byť priamymi náhradami za obyčajnú žiarovku a halogénovú žiarovku. Oba tieto zdroje patria do skupiny teplotních svetelných zdrojov a ich index podania farieb je na úrovni 100. O priamej náhrade teda nemožno hovoriť. Krivka svietivosti popisuje, akým spôsobom je svetlo distribuované zo svetelného zdroja do priestoru. Definícia svietidla je nasledovná: „Svietidlo je zariadenie, ktorého cieľom je meniť rozloženie svetelného toku zdrojov, rozptyľovať svetlo a prípadne meniť jeho spektrálne zloženie [2].“ Svietidlo je navrhnuté na použitie s určitým svetelným zdrojom. Je veľmi dôležité nahrádzať pôvodný svetelný zdroj zdrojom, ktorý má rovnakú krivku svietivosti, inak optický systém nebude pracovať správne a zmení sa charakteristika vyžarovania svetla do priestoru.

Obr. 9. Svietidlo AD-RELAX LED PAR MAT-V2 A8 L1 1×LGL 1200 26W

Tieto zmeny majú výrazný vplyv na osvetľovaný priestor. V dôsledku zmeny svetelnotechnických parametrov sa zmení rovnomernosť osvetlenia pracovného priestoru a aj osvetlenosť pracovného priestoru.

S nízkou hladinou osvetlenosti prichádzajú sprievodné javy, ktoré majú vplyv na užívateľa. Patrí medzi ne najmä zraková únava a s ňou spojené problémy jako narušená orientácia, chybovosť, zhoršené videnie a problémy, ktoré môžu vyústiť až do úrazov. Prípady, kedy sú použité náhrady za obyčajné žiarovky v domácnostiach, nie sú kritické vzhľadom na užívateľa. 

Problematické sú inštalácie v pracovnom prostredí. Najmä používanie LED „retrofitov“ ako náhrady za lineárne žiarivky T5, popr. T8. Svietidlá, v ktorých je ako optický systém parabolická hliníková mriežka, strácajú svoju funkciu. Problémom sú vysoké jasy spôsobené iným rozložením svetelného toku v optickom systéme a aj zmena krivky svietivosti. Osvetľovacia sústava v takomto prípade nemá zachované fotometrické parametre, ktoré boli pred výmenou, a nepracuje správne.

Obr. 10. Porovnanie kriviek svietivosti svietidla s T5 (vľavo) a s LED náhradou (vpravo)

Obr. 11. Porovnanie kriviek svietivosti LED náhrady lineárnej žiarivky (vľavo) a T5 (vpravo)

Obr. 12. Porovnanie kriviek svietivosti LED náhrady lineárnej žiarivky (vľavo) a T5 (vpravo)

Obr. 13. Porovnanie kriviek svietivosti svietidla Tronado s LED náhradou lineárnej žiarivky (vľavo) a s pôvodným zdrojom (vpravo)

Dôsledkom sú už spomínané riziká. Na obr. 12 je svietidlo, v ktorom boli použité LED náhrady za lineárnu žiarivku – LED Tube LGM-600-4000-D 549 mm G5.
Rozdielne krivky svietivosti toho istého svietidla s použitím pôvodného svetelného zdroja T5 1×14 W (obr. 10 vľavo) a LED náhrady (obr. 10 vpravo) zreteľne znázorňujú odlišnosti vo vyžarovaní svietidla. Je to typický príklad nesprávneho použitia svetelného zdoja vo svietidle jako náhradu za lineárnu žiarivku. Rozdiel je spôsobený iným tvarom krivky svietivosti trubicového LED zdroja a lineárnej žiarivky (obr. 11).

Rozdielne charakteristiky majú nielen svietidlá pri použití v hliníkových parabolických mriežkach, ale aj v reflektoroch. Rozdiel je viditeľný na obr. 12. Vo svietidle, kde optický systém vytváral v priečnom smere hlbokú krivku svietivosti s uhlom polovičnej svietivosti 55°, po výmene zdroja a nahradením za LED bola následkom zmena tohto uhla na 88°. Svietidlo už nie je použiteľné do pôvodnej aplikácie, kde inštalačná výška bola 6 m. Intenzita v bode 0° klesla na polovicu. Vo veľkej miere sa v priemyselných inštaláciách používajú svietidlá s vysokým krytím IP67. Aby odborníci dokázali výrazné zmeny pri nesprávnom použití LED náhrad, zmerali svietidlo Tornado 2× 54 W s lineárnou žiarivkou T5 a s LED trubicami, ktoré majú byť priamymi náhradami.
Na obr. 13 je porovnanie kriviek svietivosti. Opäť je viditeľná zmena vyžarovania svetelného toku.

Záver
Z uvedených poznatkov a meraní vyplýva, že použitie „retrofitov“ ako úsporného riešenia výmeny klasických, menej účinných zdrojov musí byť veľmi dobře uvážené. Úspora v konečnom dôsledku nebude výrazná a výmena zdrojov za nové môže mať veľmi výrazný vplyv na fotometrické parametre osvetľovacej sústavy, ktorá v najhoršom prípade nebude spĺňať svoju funkciu tak, ako bola pôvodne navrhnutá. LED náhrady možno použiť v jednoduchých svietidlách v domácnostiach, kde nie sú veľké požadavky na kvalitu osvetlenia a nie sú regulované normami. Vhodné náhrady možno nájsť za obyčajnú žiarovku, popr. Za kompaktnú žiarovku. Tam, kde je potřebné smerovanie svetla, sú použiteľné náhrady za halogénovú žiarovku MR16 s úzkymi uhlami svetelného zväzku, resp. za QR 111.

Literatúra:
[1] STN EN 12464-1: Svetlo a osvetlenie. Osvetlenie pracovných miest. Časť 1: Vnútorné pracovné miesta.
[2] HORŇÁK, P. – TREMBAČ, V. – AJZENBERG, J.: Svietidlá a svetelné zdroje. Bratislava: Alfa – vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry, 1983.