Globalno tržište rasvjete prolazi kroz radikalnu transformaciju vođenu sve većim usvajanjem tehnologije dioda koje emituju svjetlost (LED). Ova revolucija u čvrstoj rasvjeti (SSL) iz temelja je izmijenila osnovnu ekonomiju tržišta i dinamiku industrije. SSL tehnologija nije omogućila samo različite oblike produktivnosti, prelazak sa konvencionalnih tehnologija na LED rasvjetu duboko mijenja način na koji ljudi razmišljaju i o rasvjeti. Konvencionalne tehnologije osvetljenja su dizajnirane prvenstveno za zadovoljavanje vizuelnih potreba. Uz LED rasvjetu, pozitivna stimulacija biološkog djelovanja svjetlosti na zdravlje i dobrobit ljudi privlači sve veću pažnju. Pojava LED tehnologije također je utrla put za konvergenciju između rasvjete i Interneta stvari (IoT), što otvara potpuno novi svijet mogućnosti. U početku je postojala velika zabuna oko LED rasvjete. Visok rast tržišta i ogromno interesovanje potrošača stvaraju hitnu potrebu da se razbiju sumnje oko tehnologije i da se javnost informiše o njenim prednostima i nedostacima.
Kako LED diode rade?
LED je poluvodički paket koji se sastoji od LED matrice (čipa) i drugih komponenti koje pružaju mehaničku podršku, električnu vezu, toplinsku provodljivost, optičku regulaciju i konverziju valne dužine. LED čip je u osnovi uređaj pn spoja formiran od suprotno dopiranih složenih poluvodičkih slojeva. Složeni poluprovodnik u uobičajenoj upotrebi je galijum nitrid (GaN) koji ima direktnu pojasnu širinu što omogućava veću verovatnoću radijacione rekombinacije od poluprovodnika sa indirektnim pojasom. Kada je pn spoj pristrasan u smjeru naprijed, elektroni iz pojasa provodljivosti 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 oslobađaju višak energije u obliku fotona (paketa svjetlosti). Ovaj efekat se naziva elektroluminiscencija. Foton može prenositi elektromagnetno zračenje svih talasnih dužina. Tačne valne dužine svjetlosti emitirane iz diode određene su energetskim pojasom poluvodiča.
Svjetlo generirano elektroluminiscencijom u LED čipu ima usku distribuciju talasne dužine sa tipičnim opsegom od nekoliko desetina nanometara. Emisije uskog pojasa rezultiraju svjetlom koje ima jednu boju kao što je crvena, plava ili zelena. Da bi se obezbedio izvor bele svetlosti širokog spektra, širina spektralne distribucije snage (SPD) LED čipa mora biti proširena. Elektroluminiscencija LED čipa se djelimično ili potpuno pretvara kroz fotoluminiscenciju u fosforima. Većina bijelih LED dioda kombinuje emisiju kratkih talasnih dužina iz InGaN plavih čipova i ponovo emitovanu svetlost duže talasne dužine iz fosfora. Fosforni prah se raspršuje u silikonskoj, epoksidnoj matrici ili drugim smolnim matricama. Matrica koja sadrži fosfor obložena je LED čipom. Bijelo svjetlo se također može proizvesti pumpanjem crvenog, zelenog i plavog fosfora pomoću ultraljubičastog (UV) ili ljubičastog LED čipa. U ovom slučaju, rezultirajuća bijela može postići vrhunski prikaz boja. Ali ovaj pristup pati od niske efikasnosti jer je veliki pomak talasne dužine uključen u donju konverziju UV ili ljubičaste svjetlosti praćen visokim Stokesovim gubitkom energije.
Prednosti LED rasvjete
Pronalazak sijalica sa žarnom niti prije više od jednog vijeka revolucionirao je umjetnu rasvjetu. Trenutno smo svjedoci revolucije digitalne rasvjete koju je omogućio SSL. Rasvjeta zasnovana na poluprovodnicima ne samo da donosi neviđeni dizajn, performanse i ekonomske prednosti, već također omogućava mnoštvo novih primjena i vrijednosnih prijedloga za koje se ranije smatralo da su nepraktični. Povrat od berbe ovih prednosti će uveliko nadmašiti relativno visoke početne troškove instaliranja LED sistema, oko kojih na tržištu još uvijek postoji određeno oklijevanje.
1. Energetska efikasnost
Jedno od glavnih opravdanja za prelazak na LED rasvjetu je energetska efikasnost. Tokom protekle decenije, svetlosna efikasnost belih LED paketa pretvorenih u fosfor porasla je sa 85 lm/W na preko 200 lm/W, što predstavlja efikasnost električne u optičku konverziju snage (PCE) od preko 60 procenata, pri standardnoj radnoj struji. gustine 35 A/cm2. Uprkos poboljšanjima u efikasnosti InGaN plavih LED dioda, fosfora (efikasnost i talasna dužina odgovaraju reakciji ljudskog oka) i paketa (optičko rasejanje/apsorpcija), Ministarstvo energetike SAD (DOE) kaže da ostaje više prostora za PC-LED Poboljšanja efikasnosti i svjetlosna efikasnost od približno 255 lm/W bi trebala biti praktično moguća za LED diode plave pumpe. Visoka svjetlosna efikasnost je nesumnjivo 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), indukciona fluorescentna (70-90 lm/W), pare žive (60-60 lm/W), natrijum visokog pritiska (70-140 lm/W) , kvarc metal halid (64-110 lm/W) i keramički metal halid (80-120 lm/W).
2. Efikasnost optičke isporuke
Osim značajnih poboljšanja u efikasnosti izvora svjetlosti, sposobnost postizanja visoke optičke efikasnosti svjetiljke sa LED rasvjetom je manje poznata širokim potrošačima, ali je vrlo poželjna od strane dizajnera rasvjete. Efikasna isporuka svjetlosti koju emituju izvori svjetlosti do cilja bio je veliki izazov dizajna u industriji. Tradicionalne lampe u obliku sijalice emituju svjetlost u svim smjerovima. Ovo uzrokuje da veliki dio svjetlosnog toka koji proizvodi lampa bude zarobljen unutar svjetiljke (npr. reflektori, difuzori) ili da pobjegne iz svjetiljke u smjeru koji nije koristan za predviđenu primjenu ili jednostavno uvredljiv za oko. HID svetiljke kao što su metal halogenid i natrijum pod visokim pritiskom generalno su efikasne oko 60 do 85 procenata u usmeravanju svetlosti koju proizvodi lampa van svetiljke. Nije neuobičajeno za ugradne downlights i trofere koji koriste fluorescentne ili halogene izvore svjetlosti da dožive 40-50 posto optičkih gubitaka. Usmjerena priroda LED rasvjete omogućava efikasnu isporuku svjetla, a kompaktni faktor oblika LED dioda omogućava efikasnu regulaciju svjetlosnog toka pomoću složenih sočiva. Dobro dizajnirani LED rasvjetni sistemi mogu pružiti optičku efikasnost veću od 90 posto.
3. Ujednačenost osvetljenja
Ujednačeno osvjetljenje je jedan od glavnih prioriteta u dizajnu unutrašnjeg ambijenta i dizajna rasvjete na otvorenom prostoru/kolovozu. Ujednačenost je mjera odnosa osvjetljenja na površini. Dobro osvetljenje treba da obezbedi ujednačenu distribuciju lumena koji upada na površinu ili površinu zadatka. Ekstremne razlike u osvjetljenju koje su rezultat neujednačenog osvjetljenja mogu dovesti do zamora vida, utjecati na performanse zadataka, pa čak i predstavljati zabrinutost za sigurnost jer se oko mora prilagoditi između površina različitog osvjetljenja. Prijelazi iz jako osvijetljenog područja u područje vrlo različite osvjetljenja uzrokovat će prijelazni gubitak vidne oštrine, što ima velike sigurnosne implikacije u vanjskim aplikacijama gdje je uključen saobraćaj vozila. U velikim zatvorenim objektima, ujednačeno osvetljenje doprinosi visokoj vizuelnoj udobnosti, omogućava fleksibilnost lokacija zadataka i eliminiše potrebu za izmeštanjem svetiljki. Ovo može biti posebno korisno u visokim industrijskim i komercijalnim objektima gdje su značajni troškovi i neugodnosti uključeni u pomicanje svjetiljki. Svetiljke koje koriste HID lampe imaju mnogo veću osvetljenost direktno ispod svetiljke nego područja koja su udaljena od svetiljke. Ovo rezultira lošom ujednačenošću (tipični omjer max/min 6:1). Dizajneri rasvjete moraju povećati gustinu uređaja kako bi osigurali da ujednačenost osvjetljenja zadovoljava minimalne zahtjeve dizajna. Nasuprot tome, velika površina koja emituje svetlost (LES) kreirana od niza malih LED dioda proizvodi distribuciju svetlosti sa ujednačenošću od manje od 3:1 max/min omjera, što znači bolje vizuelne uslove kao i značajno smanjen broj instalacija preko područja zadatka.
4. Usmjereno osvjetljenje
Zbog svog usmjerenog uzorka emisije i velike gustine fluksa, LED diode su inherentno prikladne za usmjereno osvjetljenje. Usmjerena svjetiljka koncentriše svjetlost koju emituje izvor svjetlosti u usmjereni snop koji neprekidno putuje od svjetiljke do ciljanog područja. Usko fokusirani snopovi svjetlosti koriste se za stvaranje hijerarhije važnosti korištenjem kontrasta, da bi odabrane karakteristike iskočile iz pozadine i da bi se objektu dodala zanimljivost i emocionalna privlačnost. Usmjerene svjetiljke, uključujući reflektore i reflektore, naširoko se koriste u aplikacijama akcentnog osvjetljenja kako bi se poboljšala istaknutost ili istaknuo element dizajna. Usmjereno osvjetljenje se također koristi u aplikacijama u kojima je potreban intenzivan snop za postizanje zahtjevnih vizualnih zadataka ili za osiguranje dugog dometa. Proizvodi koji služe za ovu svrhu uključuju baterijske lampe, reflektore, prateće reflektore, svjetla za vožnju vozila, reflektore za stadione, itd. LED svjetiljka može imati dovoljno snage u svom svjetlosnom izlazu, bilo da kreira vrlo dobro definisan "tvrdi" snop za veliku dramu sa COB LED diode ili za izbacivanje dugog snopa daleko u daljinu sa LED diodama velike snage.
5. Spektralni inženjering
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 omogućava da se spektar rasvjetnih proizvoda konstruira tako da uključi specifične ljudske vizualne, fiziološke, psihološke, reakcije biljnih fotoreceptora ili čak poluvodičkih detektora (tj. HD kamera), ili kombinaciju takvih odgovora. Visoka spektralna efikasnost može se postići kroz maksimiziranje željenih talasnih dužina i uklanjanje ili smanjenje štetnih ili nepotrebnih delova spektra za datu primenu. U aplikacijama za bijelo svjetlo, SPD LED dioda može se optimizirati za propisanu vjernost boja i koreliranu temperaturu boje (CCT). Sa višekanalnim dizajnom s više emitera, boja koju proizvodi LED svjetiljka može se aktivno i precizno kontrolisati. RGB, RGBA ili RGBW sistemi za mešanje boja koji su u stanju da proizvedu pun spektar svetlosti stvaraju beskonačne estetske mogućnosti za dizajnere i arhitekte. Dinamički bijeli sistemi koriste multi-CCT LED diode za pružanje toplog zatamnjivanja koje oponaša karakteristike boje žarulja sa žarnom niti kada su prigušene, ili za obezbjeđivanje podesivog bijelog osvjetljenja koje omogućava nezavisnu kontrolu temperature boje i intenziteta svjetlosti. Osvjetljenje usmjereno na čovjeka zasnovano na podesivoj bijeloj LED tehnologiji jedan je od pokretača mnogih najnovijih razvoja tehnologije rasvjete.
6. Uključivanje/isključivanje
LED diode se pale pri punoj svjetlini gotovo trenutno (u jednocifrenim do desetinama nanosekundi) i imaju vrijeme gašenja u desetinama nanosekundi. Nasuprot tome, vrijeme zagrijavanja ili vrijeme koje je potrebno sijalici da postigne svoj puni svjetlosni učinak, kompaktnih fluorescentnih sijalica može trajati do 3 minute. HID lampe zahtevaju period zagrevanja od nekoliko minuta pre nego što daju upotrebljivo svetlo. Hot restrike izaziva mnogo veću zabrinutost od početnog pokretanja za metal-halogene lampe koje su nekada bile glavna tehnologija koja se koristila za osvetljenje velikih polja i reflektore velike snage u industrijskim objektima, stadionima i arenama. Nestanak struje u objektu s metalhalogenim osvjetljenjem može ugroziti sigurnost i sigurnost jer proces vrućeg ponovnog udara metal-halogenih lampi traje do 20 minuta. Trenutačno pokretanje i vrući restrike daju LED diode u jedinstvenu poziciju za efikasno izvršavanje mnogih zadataka. Ne samo da primjene općeg osvjetljenja imaju velike koristi od kratkog vremena odziva LED dioda, već i širok spektar specijalnih aplikacija koristi ovu mogućnost. Na primjer, LED svjetla mogu raditi u sinhronizaciji sa saobraćajnim 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 u vremenu reakcije sugeriše da su LED kočiona svetla efikasnija od lampi sa žarnom niti u sprečavanju sudara od pozadi. Još jedna prednost LED dioda u radu prekidača je ciklus prebacivanja. Česta preklapanja ne utiču na životni vek LED dioda. Tipični LED drajveri za aplikacije općeg osvjetljenja su ocijenjeni za 50,000 ciklusa prebacivanja, a neuobičajeno je da LED drajveri visokih performansi izdrže 100,000, 200,000 ili čak 1 milion ciklusi prebacivanja. Brzi ciklusi (visokofrekventno prebacivanje) ne utiču na život LED dioda. Ova karakteristika čini LED svjetla pogodnim za dinamičko osvjetljenje i za korištenje s kontrolama osvjetljenja 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 sijalica. Ovi izvori svjetlosti općenito imaju samo nekoliko hiljada ciklusa uključivanja tokom svog nazivnog vijeka trajanja.
7. Mogućnost zatamnjivanja
Sposobnost proizvodnje svjetla na vrlo dinamičan način daje LED diode savršeno za kontrolu zatamnjivanja, dok fluorescentne i HID lampe ne reaguju dobro na zatamnjenje. Zatamnjenje fluorescentnih sijalica zahteva upotrebu skupih, velikih i složenih kola kako bi se održali uslovi pobuđivanja gasa i napona. Zatamnjenje HID lampi će dovesti do kraćeg veka trajanja i prevremenog kvara lampe. Metal halogenidne i natrijumske sijalice visokog pritiska ne mogu se prigušiti ispod 50 procenata nazivne snage. Oni također reagiraju na signale zatamnjenja znatno sporije od LED dioda. Zatamnjivanje LED-a se može izvršiti ili smanjenjem konstantne struje (CCR), što je poznatije kao analogno zatamnjivanje, ili primjenom modulacije širine impulsa (PWM) na LED, AKA digitalno zatamnjenje. Analogno zatamnjenje kontroliše struju pogona koja teče kroz LED diode. Ovo je najčešće korišteno rješenje za zatamnjivanje za primjene općeg osvjetljenja, iako LED diode možda neće raditi dobro pri vrlo malim strujama (ispod 10 posto). PWM zatamnjenje mijenja radni ciklus modulacije širine impulsa kako bi se stvorila prosječna vrijednost na svom izlazu u cijelom rasponu od 100 posto do 0 posto. Kontrola zatamnjivanja LED dioda omogućava usklađivanje rasvjete s ljudskim potrebama, maksimiziranje uštede energije, omogućavanje miješanja boja i CCT podešavanje, te produžuje vijek trajanja LED dioda.
8. Upravljivost
Digitalna priroda LED dioda olakšava besprijekornu integraciju senzora, procesora, kontrolera i mrežnih sučelja u sustave rasvjete za implementaciju različitih strategija inteligentnog osvjetljenja, od dinamičkog osvjetljenja i prilagodljivog osvjetljenja do onoga što IoT donosi. Dinamički aspekt LED rasvjete se kreće od jednostavne promjene boje do zamršenih svjetlosnih emisija na stotinama ili hiljadama individualno kontroliranih svjetlosnih čvorova i složenog prijevoda video sadržaja za prikaz na LED matričnim sistemima. SSL tehnologija je u srcu velikog ekosistema povezanih rješenja za rasvjetu koja mogu iskoristiti prikupljanje dnevne svjetlosti, prepoznavanje zauzetosti, kontrolu vremena, ugrađenu programibilnost i mrežno povezane uređaje za kontrolu, automatizaciju i optimizaciju različitih aspekata rasvjete. Migracija kontrole rasvjete na mreže zasnovane na IP-u omogućava inteligentnim sistemima rasvjete opterećenim senzorima da interoperiraju 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 sistema. Upravljanje LED rasvjetnim sistemima može se implementirati korištenjem raznih žičanih i bežičnih komunikacionih protokola, uključujući protokole upravljanja rasvjetom kao što su 0-10V, DALI, DMX512 i DMX-RDM, protokole za automatizaciju zgrada kao što su BACnet, LON, KNX i EnOcean, i protokoli koji se koriste na sve popularnijoj mesh arhitekturi (npr. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Fleksibilnost dizajna
Mala veličina LED dioda omogućava dizajnerima da naprave izvore svjetlosti u oblike i veličine pogodne za mnoge primjene. Ova fizička karakteristika daje dizajnerima više slobode da izraze svoju filozofiju dizajna ili da kreiraju identitete brenda. Fleksibilnost koja je rezultat direktne integracije izvora svjetlosti nudi mogućnosti za stvaranje rasvjetnih proizvoda koji nose savršenu fuziju između forme i funkcije. LED rasvjetna tijela mogu se izraditi tako da zamagljuju granice između dizajna i umjetnosti za aplikacije u kojima je naređena dekorativna žarišna točka. Takođe mogu biti dizajnirani da podrže visok nivo arhitektonske integracije i da se uklope u bilo koju kompoziciju dizajna. Solid state rasvjeta pokreće nove trendove dizajna iu drugim sektorima. Jedinstvene mogućnosti stila omogućavaju proizvođačima vozila da dizajniraju prepoznatljiva prednja i zadnja svjetla koja daju automobilima privlačan izgled.
10. Trajnost
LED emituje svjetlost iz bloka poluvodiča - umjesto iz staklene sijalice ili cijevi, kao što je slučaj u starim žaruljama sa žarnom niti, halogenim, fluorescentnim i HID lampama koje koriste niti ili plinove za stvaranje svjetlosti. Poluprovodnički uređaji se generalno montiraju na štampanu ploču sa metalnim jezgrom (MCPCB), sa vezom koja se obično obezbeđuje pomoću zalemljenih vodova. Bez lomljivog stakla, bez pokretnih dijelova i bez lomljenja niti, LED rasvjetni sistemi su stoga izuzetno otporni na udarce, vibracije i habanje. Izdržljivost u čvrstom stanju LED rasvjetnih sistema ima evidentne vrijednosti u raznim primjenama. Unutar industrijskog objekta postoje lokacije na kojima svjetla pate od pretjeranih vibracija velikih mašina. Svetiljke postavljene uz puteve i tunele moraju izdržati ponavljane vibracije uzrokovane teškim vozilima koja prolaze velikom brzinom. Vibracije čine tipičan radni dan radnih svjetala postavljenih na građevinska, rudarska i poljoprivredna vozila, mašine i opremu. Prijenosne svjetiljke kao što su baterijske lampe i lampioni za kampovanje često su podložne udaru kapljica. Postoje i mnoge primjene u kojima slomljene lampe predstavljaju opasnost za putnike. Svi ovi izazovi zahtijevaju robusno rješenje za rasvjetu, a to je upravo ono što poluprovodnička rasvjeta može ponuditi.
11. Životni vijek proizvoda
Dugi vijek trajanja ističe se kao jedna od najvećih prednosti LED rasvjete, ali tvrdnje o dugom vijeku trajanja zasnovane isključivo na metrici životnog vijeka LED paketa (izvor svjetla) mogu biti pogrešne. Korisni vek LED paketa, LED lampe ili LED svetiljke (svetlećih tela) često se navodi kao trenutak u kome je izlaz svetlosnog toka opao na 70 procenata svog početnog izlaza, ili L70. Tipično, LED diode (LED paketi) imaju L70 vijek trajanja između 30,000 i 100,000 sati (na Ta=85 stepeni). Međutim, mjerenja LM-80 koja se koriste za predviđanje L70 vijeka trajanja LED paketa korištenjem TM-21 metode se uzimaju sa LED paketima koji rade kontinuirano pod dobro kontroliranim radnim uvjetima (npr. u okruženju s kontroliranom temperaturom i napaja se konstantnom DC strujom). Nasuprot tome, LED sistemi u stvarnim aplikacijama često se suočavaju sa većim električnim prenaprezanjem, višim temperaturama spoja i težim uslovima okoline. LED sistemi mogu doživjeti ubrzano održavanje lumena ili potpuno prijevremeni kvar. Općenito, LED lampe (sijalice, cijevi) imaju L70 vijek trajanja između 10,000 i 25,000 sati, integrirane LED svjetiljke (npr. visoko reflektore, ulična svjetla, downlights) imaju vijek trajanja između 30, 000 sati i 60,000 sati. U poređenju sa 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 halogena (7,500-25,000 sati), LED sistemi, posebno integrisane svjetiljke, pružaju znatno duži vijek trajanja. Budući da LED svjetla ne zahtijevaju gotovo nikakvo održavanje, smanjeni troškovi održavanja u kombinaciji s velikom uštedom energije korištenjem LED svjetala tokom njihovog produženog vijeka trajanja predstavljaju osnovu za visok povrat ulaganja (ROI).
12. Fotobiološka sigurnost
LED diode su fotobiološki sigurni izvori svjetlosti. Ne proizvode infracrvenu (IR) emisiju i emituju zanemarljivu količinu ultraljubičastog (UV) svjetla (manje od 5 uW/lm). Žarulje sa žarnom niti, fluorescentne i metalhalogene sijalice pretvaraju 73 posto, 37 posto, odnosno 17 posto potrošene energije u infracrvenu energiju. Oni također emituju u UV području elektromagnetnog spektra - užarene (70-80 uW/lm), kompaktne fluorescentne (30-100 uW/lm) i metal-halogene (160-700 uW/lm) . Pri dovoljno visokom intenzitetu, izvori svjetlosti koji emituju UV ili IR svjetlo mogu predstavljati fotobiološku opasnost za kožu i oči. Izloženost UV zračenju može uzrokovati kataraktu (zamućenje normalno prozirnog sočiva) ili fotokeratitis (upalu rožnjače). Kratkotrajno izlaganje visokim nivoima IR zračenja može uzrokovati termičku ozljedu mrežnice oka. Dugotrajno izlaganje visokim dozama infracrvenog zračenja može izazvati kataraktu staklopuhača. Toplotna nelagoda uzrokovana sistemom rasvjete sa žarnom niti dugo je smetala u zdravstvenoj industriji jer konvencionalna svjetla za operacije i svjetla za stomatološke ordinacije koriste izvore svjetla sa žarnom niti za proizvodnju svjetlosti visoke vjernosti boja. Snop visokog intenziteta koji proizvode ove svetiljke isporučuje veliku količinu toplotne energije koja pacijentima može učiniti veoma neprijatnim.
Neizbježno, rasprava o fotobiološkoj sigurnosti često se fokusira na opasnost od plave svjetlosti, koja se odnosi na fotokemijsko oštećenje mrežnice koje je rezultat izlaganja zračenju na talasnim dužinama prvenstveno između 400 nm i 500 nm. Uobičajena zabluda je da je veća vjerovatnoća da će LED diode uzrokovati opasnost od plavog svjetla jer većina bijelih LED dioda koje se pretvaraju u fosfor koristi plavu LED pumpu. DOE i IES su jasno dali do znanja da se LED proizvodi ne razlikuju od drugih izvora svjetlosti koji imaju istu temperaturu boje u odnosu na opasnost od plave svjetlosti. Fosfor konvertovane LED diode ne predstavljaju takav rizik čak ni pod strogim kriterijumima evaluacije.
13. Efekat zračenja
LED diode proizvode energiju zračenja samo unutar vidljivog dijela elektromagnetnog spektra od približno 400 nm do 700 nm. Ova spektralna karakteristika daje LED svjetlima vrijednu prednost u primjeni u odnosu na izvore svjetlosti koji proizvode energiju zračenja izvan spektra vidljive svjetlosti. UV i IR zračenje iz tradicionalnih izvora svjetlosti ne samo da predstavlja fotobiološku opasnost, već dovodi i do degradacije materijala. UV zračenje je izuzetno štetno za organske materijale jer je energija fotona zračenja u UV spektralnom pojasu dovoljno visoka da proizvede direktan prekid veze i puteve fotooksidacije. Rezultirajući prekid ili uništenje kromofora može dovesti do propadanja materijala i promjene boje. Muzejske aplikacije zahtijevaju filtriranje svih izvora svjetlosti koji stvaraju UV preko 75 uW/lm kako bi se nepovratno oštećenje umjetnina svelo na minimum. IR ne izaziva istu vrstu fotohemijskog oštećenja uzrokovanog UV zračenjem, ali ipak može doprinijeti oštećenju. Povećanje površinske temperature objekta može rezultirati ubrzanom kemijskom aktivnošću i fizičkim promjenama. IC zračenje visokog intenziteta može izazvati površinsko stvrdnjavanje, promjenu boje i pucanje slika, kvarenje kozmetičkih proizvoda, isušivanje povrća i voća, topljenje čokolade i konditorskih proizvoda itd.
14. Sigurnost od požara i eksplozije
Opasnost od požara i izlaganja nisu karakteristika LED rasvjetnih sistema jer LED pretvara električnu energiju u elektromagnetno zračenje putem elektroluminescencije unutar poluprovodničkog kućišta. Ovo je u suprotnosti sa starim tehnologijama koje proizvode svjetlost zagrijavanjem volframovih niti ili pobuđivanjem plinovitog medija. Kvar ili nepravilan rad može dovesti do požara ili eksplozije. Metal halogenidne lampe su posebno sklone opasnosti od eksplozije jer kvarcna lučna cijev radi na visokom pritisku (520 do 3.100 kPa) i vrlo visokoj temperaturi (900 do 1.100 stepeni). Kvarovi nepasivne lučne cijevi uzrokovani uslovima isteka vijeka trajanja sijalice, kvarovima balasta ili upotrebom neodgovarajuće kombinacije lampa-prigušnica mogu uzrokovati lomljenje vanjske sijalice metal-halogene lampe. Vreli kvarcni fragmenti mogu zapaliti zapaljive materijale, zapaljivu prašinu ili eksplozivne plinove/pare.
15. Komunikacija vidljivim svjetlom (VLC)
LED diode se mogu uključivati i gasiti na frekvenciji bržoj od one koju ljudsko oko može otkriti. Ova nevidljiva mogućnost uključivanja/isključivanja otvara novu aplikaciju za rasvjetne proizvode. LiFi (Light Fidelity) tehnologija je dobila značajnu pažnju u industriji bežičnih komunikacija. Koristi "ON" i "OFF" sekvence LED dioda za prijenos podataka. U poređenju sa trenutnim bežičnim komunikacionim tehnologijama koje koriste radio talase (npr. Wi-Fi, IrDA i Bluetooth), LiFi obećava hiljadu puta širi propusni opseg i značajno veću brzinu prenosa. LiFi se smatra privlačnom IoT aplikacijom zbog sveprisutnosti rasvjete. Svako LED svjetlo može se koristiti kao optička pristupna tačka za bežičnu komunikaciju podataka, sve dok je njegov pokretač sposoban da transformiše streaming sadržaja u digitalne signale.
16. DC rasvjeta
LED diode su niskonaponski uređaji na struju. Ova priroda omogućava LED rasvjeti da iskoristi prednosti distributivnih mreža niskog napona jednosmjerne struje (DC). Sve je veći interes za DC mikromrežne sisteme koji mogu da rade nezavisno ili u sprezi sa standardnom komunalnom mrežom. Ove male električne mreže pružaju poboljšana sučelja s generatorima obnovljive energije (solarna energija, vjetar, gorivne ćelije, itd.). Lokalno dostupno DC napajanje eliminiše potrebu za AC-DC konverzijom na nivou opreme koja uključuje značajan gubitak energije i uobičajena je tačka kvara u LED sistemima napajanim izmjeničnom strujom. Visokoefikasna LED rasvjeta zauzvrat poboljšava autonomiju punjivih baterija ili sistema za skladištenje energije. Kako mrežna komunikacija zasnovana na IP-u dobija na zamahu, Power over Ethernet (PoE) se pojavio kao mikromrežna opcija male snage za isporuku niskonaponske jednosmerne struje preko istog kabla koji isporučuje Ethernet podatke. LED rasvjeta ima jasne prednosti za iskorištavanje prednosti PoE instalacije.
17. Rad na hladnoj temperaturi
LED rasvjeta je izvanredna u okruženjima sa niskim temperaturama. LED pretvara električnu energiju u optičku kroz elektroluminiscenciju ubrizgavanja koja se aktivira kada je poluvodička dioda električno nagnuta. Ovaj proces pokretanja ne zavisi od temperature. Niska temperatura okoline olakšava disipaciju otpadne topline generirane iz LED dioda i na taj način ih oslobađa od termičkog pada (smanjenje optičke snage na povišenim temperaturama). Nasuprot tome, rad na niskim temperaturama je veliki izazov za fluorescentne lampe. Da bi se fluorescentna lampa pokrenula u hladnom okruženju, potreban je visoki napon za pokretanje električnog luka. Fluorescentne sijalice takođe gube značajnu količinu svog nominalnog izlaza svjetlosti na temperaturama ispod nule, dok LED svjetla najbolje rade u hladnim okruženjima – čak i do -50 stepeni. LED svjetla su stoga idealna za upotrebu u zamrzivačima, frižiderima, hladnjačama i vanjskim aplikacijama.
18. Uticaj na životnu sredinu
LED svjetla proizvode znatno manje utjecaja na okoliš od tradicionalnih izvora rasvjete. Niska potrošnja energije znači nisku emisiju ugljika. LED diode ne sadrže živu i tako stvaraju manje ekoloških komplikacija na kraju životnog vijeka. Za usporedbu, odlaganje fluorescentnih i HID sijalica 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 dostignuće u istoriji električne rasvjete, sama po sebi postavlja probleme. Industrija rasvjete suočava se s izazovom s kojim se nikada ranije nije suočila. Solid state rasvjeta je promijenila filozofiju dizajna i inženjeringa. Rasvjetni sistemi više nisu glupa rasvjetna tijela, već su evoluirali u energetsku elektroniku. Drugim riječima, dizajn sistema rasvjete je neviđeno složen. LED diode su poluprovodnički izvori svjetlosti koji se samo zagrijavaju, osjetljivi na struju i intenzivno svjetlo. Ovo izaziva najveću zabrinutost za LED rasvjetu—performanse i pouzdanost LED sistema u velikoj mjeri se oslanjaju na višedimenzionalni rad. metrika LED paketa samo je jedan aspekt holističkog dizajna i sistemskog inženjeringa LED rasvjetnog sistema. Mnogi drugi međuzavisni faktori dolaze u igru, uključujući upravljanje toplotom, regulaciju struje pogona i optičku kontrolu.
Stručnjaci za fotelje često sastavljaju dugu listu nedostataka LED rasvjete. A kako bi priča bila senzacionalna, nikada ne bi zaboravili spomenuti da LED rasvjeta može izazvati opasnost od plave svjetlosti. Bijela svjetlost je u osnovi mješavina valnih dužina iz različitih opsega boja. Svi bijeli s istim izgledom boje, bez obzira na izvore svjetlosti iz kojih se emituje svjetlost, imaju otprilike isti udio plavih valnih dužina u vidljivom spektru. Izgled boje bijele svjetlosti može se okarakterizirati kao da ima koreliranu temperaturu boje (CCT). Plavi sadržaj izvora svjetlosti općenito odgovara njegovom CCT-u. Što je veći CCT, veći je udio plavih valnih dužina. Pod istim uslovima osvetljenja i osvetljenja, plavo zračenje LED proizvoda od 3000 K je tako nisko kao ono iz sijalice sa žarnom niti od 3000 K, a plavo zračenje LED proizvoda od 6000 K je jednako visoko kao ono iz fluorescentne lampe od 6000 K. Kao i kod drugih izvora svjetlosti, opasnost od plave svjetlosti rijetko predstavlja zabrinutost za bijele LED diode. Sposobnost izrade spektralnog sastava bijele svjetlosti je ogromna prednost LED tehnologije. Sa LED rasvjetom može se proizvesti bilo koja spektralna kompozicija svjetlosti koja pozitivno doprinosi ljudskom zdravlju i dobrobiti. Osvjetljenje usmjereno na čovjeka, glavni tehnološki trend koji pokreće rast industrije rasvjete, koristi sposobnost CCT podešavanja LED sistema kako bi prilagodio količinu plavog zračenja za zdrav spektar bijele svjetlosti.
U stvari, LED rasvjeta ima samo nekoliko suštinskih nedostataka.
Najpoznatija slabost LED rasvjete je da LED diode proizvode nusproizvod - toplinu. LED diode se nazivaju uređajima za grijanje jer proizvode toplinu unutar paketa uređaja - umjesto da zrače toplinu u obliku infracrvene energije. Otprilike polovina električne energije koja se dovodi u LED pretvara se u toplinu, koja se mora provoditi i konveksirati kroz fizički termički put. Neuspjeh da se održi temperatura spoja uređaja ispod postavljene granice može ubrzati kinetiku mehanizama kvara kao što su stvaranje atomskih defekata i rast u aktivnom području diode, karbonizacija i požutjela kapsula i promjena boje kućišta plastičnog pakovanja. Iznad maksimalne nazivne temperature spoja, vijek trajanja LED diode će se smanjiti za 30 do 50 posto za svakih 10 stupnjeva C porasta temperature spoja.
Najnepoznatija, a ujedno i najveća slabost LED rasvjete je ta što su LED diode osjetljiva energetska elektronika. Izuzetno su izbirljivi u pogledu hrane - pogonske struje. Za LED diode, njihova visoka osjetljivost na struju je dvosjekli mač. To daje sistemima rasvjete superiornu kontrolu, ali također čini regulaciju pogonske struje ogromnim izazovom. Vrlo mala promjena struje pogona će uzrokovati fluktuaciju izlazne svjetlosti. LED diode su uređaji na DC, međutim često se moraju napajati izvorom izmjenične struje. Nepotpuno potiskivanje naizmjeničnog valnog oblika nakon ispravljanja može rezultirati rezidualnim talasom (preostalom periodičnom varijacijom) u izlaznoj struji od drajvera do LED dioda. Ovo talasanje uzrokuje treperenje LED dioda na dvostruko većoj frekvenciji od dolaznog mrežnog napona, tj. 100Hz ili 120Hz. Električna i termička međuzavisnost LED dioda također dodaje složenost regulaciji opterećenja. Kako temperatura spoja raste, prednji napon opada, električna snaga koja se isporučuje na LED također se smanjuje. S druge strane, što je veća struja pogona, veća je i otpadna toplina koja se stvara na poluvodičkoj matrici. Preopterećenje onoga za šta je LED dioda ocijenjena može dovesti do ranog kvara LED diode zbog termalnog bijega. Ipak, najveća prijetnja za LED diode dolazi od električnih prenaprezanja (EOS). EOS se javlja kada struja ili napon pogona premašuju maksimalne nazivne vrijednosti komponente. Postoji mnogo mogućih izvora električnih prenapona, koji uključuju elektrostatičko pražnjenje (ESD), udarnu struju ili druge vrste prolaznih napona. Osjetljivost LED dioda na različite vrste električnih naprezanja stoga zahtijeva strogu regulaciju pogonske struje.
Treći nedostatak je što LED diode imaju veliku gustinu fluksa. Koncentrisani izvori svjetlosti usmjerene svjetlosti potencijalno mogu stvoriti odsjaj. Visoka osvjetljenja u vidnom polju ometaju vid (odsjaj s invaliditetom) ili izazivaju osjećaj iritacije ili bola (neugodno odsjaj). Dodatna optika za ublažavanje odsjaja može se ugraditi u dizajn svetiljki, ali često rezultira velikim optičkim gubicima.
Posljednje, ali ne i najmanje važno, povećana složenost dizajna sistema dovodi do veće prve cijene LED proizvoda u poređenju sa starim rasvjetnim proizvodima. Ovo čini optimizaciju troškova važnim dijelom procesa dizajna svjetiljke. Kada pritisak troškova nadmaši performanse i pouzdanost proizvoda, pojavit će se niz problema.
