Svět v lepších barvách LED od EBV Elektronik

Manažerka týmu General Lighting firmy EBV Elektronik, Cordula Carlin, popisuje možnosti použití zdrojých aplikacích. Otázky na ni k danému tématu je možné posílat na adresu generallighting@ebv.com

Obr. 1. Cordula Carlin, manažerka týmu General Lighting EBV Elektronik

Tvořivé nápady „architektů světla“ v minulosti často selhávaly, protože neplnily všeobecné fyzikální nebo komerční podmínky. Požadavky požární ochrany, rozpočtová omezení a technické problémy často způsobily, že i velmi kreativní koncepce nepronikly do praxe. Zavedení světelných zdrojů LED vrátilo designérům tvůrčí svobodu. LED umožňují zcela nové přístupy, navíc často vyhovují požadavkům praxe – a to vše s životem okolo 100 000 hodin. LED poskytují efektivně použitelné světlo s větší účinností než dřívější světelné zdroje, protože snižují spotřebu energie a tvorbu tepla. Pro účinné a optimální využívání LED je však také důležité správné know-how.

Výběr barvy světla

Individuální barvu světla mohou dostat fasády kancelářských a veřejných budov, jejich jednotlivá patra, každý dům, hotel, parkoviště apod. Ve výtahu se jako pomoc pro orientaci návštěvníků může měnit barva světla tak, aby se shodovala s barvou v následujícím poschodí. Pro takové aplikace jsou LED přímo předurčeny, neboť individuálně požadovanou barvu lze jednoduše nastavit vhodným řízením zdroje napájení. Firmy z marketingových důvodů často používají jako projev své individuality specifické barvy; ty je možné nastavit světelným zdrojem na bázi LED. Je-li navíc požadována možnost průběžně měnit barvu, jsou LED jediným smysluplným řešením.

Obr. 2. Osvětlení pódia rockové kapely velkoplošnými panely LED

Typickou aplikací je osvětlování výloh s vystavenými výrobky. Například, jestliže parfumerie vystavuje jeden týden parfémy od výrobce A a následující týden výrobky firmy B, musí obchod výrobky osvětlovat velmi specifickými barvami (teplotami chromatičnosti) podle požadavků na určení totožnosti výrobce. Při osvětlování pomocí LED je možné snadno změnit parametry v řídicí jednotce např. z malé klávesnice zabudované do systému nebo prostřednictvím notebooku, mobilního telefonu, PDA (Personal Digital Assistant) atd. Dříve bývalo v takových případech obvykle nutné osvětlení ve výloze za vynaložení vysokých nákladů kompletně obnovit.

Víc než 100 000 hodin světla

Výrobci běžně udávají střední dobu života LED více než 50 000 hodin, při správném výběru typu LED mohou fungovat déle než 100 000 hodin. Korektní návrh tepelného režimu umožňuje dosáhnout života přes 150 000 hodin. Doba 100 000 hodin odpovídá více než jedenácti letům nepřetržitého provozu, takže tvrzení, že zdroje LED nemusí být v praxi nikdy vyměňovány, je obhájitelné.

Z toho plyne první volba: používání LED na těžko přístupných místech. Například nedávno našel u specialistů na LED firmy EBV Elektronik pomoc jeden výrobce hodin pro kostelní věže. V jiném extrémním případě firma EBV Elektronik pomáhala při vývoji pozičních světel pro turbíny větrných elektráren. V tomto případě by byly výměna a údržba světelných zdrojů možné pouze za vynaložení obrovských nákladů, světlo emitující diody byly tou nejlepší volbou.

Obr. 3. Reklamní dynamické osvětlení s LED významně mění vzhled měst

V Moskvě nebo Curychu se LED používají pro dopravní světla místo obvyklých žárovek již déle než patnáct let. V Paříži, Stockholmu a dalších městech jsou dopravní světla s LED normalizována již přes pět let. Konvenční žárovky musely být pravidelně s velkými náklady vyměňovány, aby se předešlo úplným výpadkům. Tyto práce mohou být nyní téměř zcela zrušeny, což má zřejmě na celkové provozní náklady pozitivní dopad.

Dopravní světla, která jsou osazena žárovkami, fokusují světlo pomocí reflektorů. Když na reflektor dopadnou sluneční paprsky v určitém úhlu, vznikne tzv. fantomové světlo – úkaz, který u diod LED nemůže nastat. Na rozdíl od klasických dopravních světel s žárovkami se u LED nemusí používat barevné sklo, protože LED emitují světlo potřebné barvy.

Také automobilový průmysl rozpoznal výhody LED. U většiny vozů, které jsou nyní běžně ve výrobě, jsou LED v zadních světlech. Na výstavě IAA Motor Show ve Frankfurtu nad Mohanem už byly předvedeny první přední reflektory s LED. V současné době mají automobily střední třídy až 400 LED.

Obr. 4. Architekturní barevně proměnné osvětlení baru působí na psychickou pohodu

Dokonce i vývojoví pracovníci odpovědní za mechanické vlastnosti automobilů velice chválí zmiňované diody. Světla využívající polovodičové součástky jsou méně náročná na instalační hloubku. Během obvyklé doby života vozidla není také nutné tyto zdroje měnit, a vývojáři se tak dostávají k větší stylistické svobodě.

Vysoká účinnost

Z čistě teoretického hlediska nabízejí klasické světelné zdroje větší měrný výkon (lm/W) než diody LED. Zářivky mají okolo 120 lm/W, zatímco současné špičkové LED poskytují 65 lm/W a v budoucnu to bude asi 80 lm/W. Důležitým parametrem je ale efektivní využitelnost světla. Žádný světelný architekt nechce, aby světlo svítilo nežádoucím směrem. Světlo musí být zaměřeno na vybraný objekt – např. u pouličního osvětlení pouze dolů.

Tady se uplatní další výhody diod LED. Zatímco běžný světelný zdroj je všesměrový, luminescenční dioda je směrový zdroj. Protože LED vydává světlo jen v zamýšleném směru, efektivní využitelná světelná účinnost – tzn. praktická účinnost – je mnohem větší. Energetická spotřeba LED může být nižší než u tradičních světelných zdrojů a při každodenním používání spoří energii.

Obr. 5. Zadní skupinové světlo automobilu

Při používání barevných LED je důležitý i další aspekt. Protože diody LED emitují světlo definované vlnové délky, dodávají při této vlnové délce (tj. definované barvě) také svůj stoprocentní světelný tok. Vybírá-li se u konvenčního světla speciální vlnová délka filtrem, vznikají velké ztráty, protože barevné filtry převádějí nežádanou část spektra na teplo. Velikost těchto ztrát vyjádřená v procentech bývá dvouciferná.

Studené světlo

Tradiční světelné zdroje jako žárovky nebo plynem plněné výbojky vyzařují světlo i teplo stejným směrem. Osvětlovaný objekt se proto během osvětlování ohřívá. Diody LED jsou zcela odlišné, vyzařují světelnou a tepelnou energii (infračervené záření) v rozdílných směrech, resp. neemitují žádné infračervené záření (teplo) ve směru vyzařování viditelného spektra. Protože tepelná energie může být definovaným způsobem odváděna ze zadní strany zdroje světla, nabízejí LED zcela nové možnosti v oboru protipožární ochrany. Diody LED mohou být např. úspěšně a bez velkých výdajů zabudovány do podlahových materiálů a krytin.

Tvůrčí atmosféra

Co se týče atmosféry, LED nemusí působit studeně. Projektant osvětlení může světlem LED speciálně nastavit barvu od studené ledově modré k teplé červeni zapadajícího slunce. Další možností je nastavit automatické změny světla během dne tak, aby světelný architekt mohl pomocí LED zlepšovat světelnou ergonomiku. Studie ukázaly, že dobrá distribuce světla během dne s maximální intenzitou v poledne vede ke zvýšení výkonu osob až o 20 %. Když se přitom barva světla také pomalu mění, tento efekt napodobuje denní světlo i v místnostech zcela odříznutých od denního světla; sluneční světlo je ráno načervenalé, v poledne modré a k večeru zase načervenalé. Světelný architekt může s využitím LED a vhodného řídicího zařízení používat během dne příslušné barevné odstíny.

Obr. 6. Dlouhý život LED je důležitý hlavně na obtížně přístupných místech
Obr. 7. Scénické aranžmá s použitím LED

Světlem je dokonce podvědomě ovlivňováno naše chování při nákupech, jak ukazuje tento příklad: Zimní ošacení se zpravidla nakupuje koncem léta, kdy je venku ještě příjemné teplo. Avšak experti vypozorovali, že prodej vzroste až o 40 %, je-li v prodejnách zimní světlo. Toho lze snadno dosáhnout použitím LED.

Technika řízení LED

LED jsou polovodičové součástky. Na jedné straně dávají světelným architektům tvůrčí volnost, ale na druhé straně potřebují odpovídající komplexní řídicí techniku. Řešení je vždy individuální, v principu odpovídá elektronickému řízení zářivek, ačkoliv LED jsou řízeny zcela jiným způsobem. Jsou k tomu mnohé důvody.

Emise světla z LED je výsledkem protékajícího proudu. Aby bylo možné dodržet zaručenou pracovní dobu života LED, nesmí být překročen maximální povolený proud a pro dobrou světelnou emisi je také stanoven minimální proud. Proudy, které LED protékají, musí zůstat v těsném tolerančním pásmu. U zdroje s konstantním proudem lze těmto hodnotám maxima a minima vyhovět, avšak zdroje konstantního proudu nejsou levné. Předimenzované zdroje konstantního proudu tedy mají za následek zbytečně vysoké náklady a vyšší spotřebu proudu. Dále, pro napájení se používají různé zdroje (např. přímo z rozvodu 220V sítě nebo z dostupného nízkonapěťového zdroje, baterií atd.), což vede k mnoha různým řešením. K tomu ještě přistupuje požadavek, aby pro zajištění elektromagnetické kompatibility (EMC) byla řídicí jednotka co nejblíže vlastnímu světelnému zdroji.

Rozvoj elektroniky

Aplikace LED jsou obecně individuální, protože každý osvětlovací úkol je jiný. Architekti chtějí při návrhu využívat svobodu, kterou vysoce flexibilní technika LED poskytuje. Zatímco osvětlovací systémy (konvenční i LED) může instalovat jakýkoliv zkušený elektrikář, výrobci svítidel LED potřebují dovednosti specialistů-elektroniků.

Nejen to, kromě polovodičové technologie LED, zcela odlišné od konvenční technologie světelných zdrojů, se liší také dodavatelský řetězec. EBV Elektronik, vedoucí evropský polovodičový specialista, utvořil pro tyto účely nový tzv. General Lighting tým, který se zabývá pouze využíváním LED pro osvětlovací účely.

Tým EBV zná polovodičový trh a techniku velmi podrobně, má přístup k předním výrobcům LED a využívá silnou síť externích partnerů. Když výrobce osvětlovací techniky hledá např. inženýrskou firmu, která by převzala vývoj a výrobu elektroniky pro řízení LED, EBV Elektronik doporučí externího partnera. Externí partner pak dodá odpovídající inženýrské služby v oblasti vývoje elektroniky, popř. navrhne způsob odvodu tepla či chlazení, a je-li to požadováno, také optický návrh řešení. EBV Elektronik pomůže při návrhu použít správné součástky; tak může být zajištěno nákladově nejefektivnější řešení. Sama firma EBV Elektronik pak jen dodává „holé“ LED a další elektronické součástky pro výrobu.

Studie ukázaly, že při návrhu elektronického systému lze ušetřit až 90 % nákladů, zvolí-li se na samém začátku dobrá koncepce. Tak velké náklady nelze později při nákupu součástek nebo ve výrobě ušetřit. Experti EBV také přesně vědí, které součástky jsou nebo nejsou vhodné pro nové projekty. Sortiment součástek a LED na trhu se postupně mění. Jestliže při procesu projektování inženýr zvolí špatně takový výrobek, jehož dodávka bude výrobcem brzy zastavena, má takový omyl obrovský dopad na náklady.

Obr. 8. Osvětlení eskalátoru pásy LED

S 37 lety zkušeností v elektronice a ročním obratem přesahujícím 1 miliardu eur EBV dokonale zná elektronický trh. Tým EBV Elektronik kompetentní v oboru LED využívá tuto bázi, aby usnadnil řešení úkolů při zavádění nejnovějších trendů v oblasti světla.

LED pro všechny

Možnosti využití světelných zdrojů LED jsou téměř neomezené. LED jsou velmi vhodné pro osvětlení značek označujících nouzový východ nebo pro osvětlení schodů. Neonové reklamy by brzy měly být přejmenovány na LED reklamy, protože v současné době je hospodárnější využít diody LED než konvenční neonové trubice.

To neznamená, že LED nahradí všechny žárovky a zářivky. To spíše rozšíří spektrum nových aplikací a umožní je realizovat. Ani zářivkám či výbojkám se nepodařilo z trhu vytlačit „starou dobrou„ žárovku T. A. Edisona. LED však má obrovskou budoucnost a každý výrobce osvětlovacích zařízení může v partnerství s EBV nabídnout zákazníkům nová řešení.