Nazeleno.cz – úspory energie, izolace, zdravý životní styl, biopotraviny, ekologie [logo]

DOPORUČUJEME:

Ceny Energie

Najdeme nejlevnějšího dodavatele!

LED žárovky a osvětlení v domácnosti

Technologie světelných zdrojů s LED diodami se v současnosti velmi rychle rozvíjí. Svými parametry už LED diody pomalu překonávají nejen klasické žárovky, ale i kompaktní úsporné zářivky.

06. 05. 2013 | Karel Murtinger

Ve zkratce:

Světelné zdroje využívající LED diody patří k nejperspektivnějším technologiím v oblasti osvětlování. LED žárovky jsou úsporné, výkonné a mají velmi dlouhou životnost. Jejich cena navíc pomalu klesá, za čas tak nejspíš vytlačí ekologicky problematické úsporné zářivky. Jak nejlépe LED žárovky využít v domácnosti?

Nepochybuji o tom, že časem LED diody vytlačí i lineární zářivky (když už pro nic jiného, tak kvůli tomu, že neobsahují rtuť). V mnoha ohledech je technologie LED diod výrazně lepší, než jiné světelné zdroje, ale stále ještě má nějaká omezení. V tomto článku se pokusím upozornit na výhody a nevýhody a naznačit, kde je v domácnosti výhodné použít LED zdroje světla a kde je lepší ještě nějakou dobu počkat.

Princip a praktické provedení LED diod

Zkratka LED pochází z anglického light-emitting diode; jde o polovodičovou součástku s takzvaným p-n přechodem podobně, jako je tomu u usměrňovacích diod nebo třeba u fotovoltaických článků. Dalo by se říci, že LED diody a fotovoltaické články jsou v principu analogická zařízení ale s inverzní funkcí. Ve fotovoltaickém článku se mění energie fotonů dopadajícího záření na energii elektrického proudu a v LED diodách naopak procházející elektrický proud vyvolává emisi fotonů. Pokud jde o praktické provedení, tak jsou ovšem mezi fotovoltaickým článkem a LED rozdíly zcela zásadní.

LED žárovky mohou při správném provozování svítit až 100 000 hodin

LED diody jsou zdroje monochromatického záření. Vyzařovaná vlnová délka a tedy barva světla je dána použitým materiálem. To je dost značná nevýhoda, pro osvětlení potřebujeme světlo obsahující alespoň 3 základní barvy. Naštěstí to lze řešit podobně, jako u zářivek - použitím vhodného luminoforu. Protože luminofory umí vlnovou délku jen prodloužit, pro osvětlování se používají LED diody s modrou barvou a luminofor vygeneruje červenou a zelenou.

Dnes nejběžnější bílé LED diody obvykle používají jako polovodič InGaN produkující modré světlo a luminofor, který jeho část transformuje na vlnové délky v rozmezí 500 až 700 nm. Dohromady to vytvoří víceméně bílou barvu. Kvalita barevného podání záleží na použitém luminoforu a ve spektru je vždy více nebo méně znatelný peak v oblasti modré barvy.

 Světelné spektrum bílé LED diody. Modrá barva vždy převládá. (Obr.: Wikipedia.org)

Lepšího výsledku lze dosáhnout použitím několika různých luminoforů. Obvykle jde ovšem zlepšení kvality barevného podání na úkor účinnosti. Například LUXEON S (výrobce Philips) má index barevného podání (CRI) 85 %. To je dobrá hodnota, ale jeho energetická účinnost je jen kolem 80 lm/W. Luxeon R používaný pro méně náročné průmyslové prostory má CRI jen asi 70 %, ale zase dosahuje účinnost 128 lm/W. Existuje také dokonalejší, i když složitější řešení. Namísto luminoforu použít tři LED diody (zpravidla na jednom čipu) s různými barvami a z nich složit bílé světlo. Výběr materiálů (a tedy i barev) pro LED diody je už naštěstí dostatečný.

Color Rendering Index – CRI

Hodnota CRI zjednodušeně řečeno udává, nakolik se světlo z umělého světelného zdroje liší od běžného denního světla – jak budou barvy objektů v tomto světle vnímány odlišně od reality. Denní světlo má CRI hodnotu 100, jakékoli světlo z umělého zdroje má hodnotu nižší. Čím blíže hodnotě 100, tím lépe.

 

Velkou výhodou tohoto řešení je, že řízením proudu jednotlivými diodami můžeme měnit barvu světla a přizpůsobit ji tak momentální potřebě. Je například známo, že když se má míchat umělé a denní osvětlení, tak je třeba použít vyšší barevnou teplotu světla a naopak pro večerní odpočinek či posezení u vína je preferováno „teplejší“ osvětlení s nižší barevnou teplotou.

 Spektrum tříčipové LED (nastavitelná barva světla) (Obr.: Wikipedia.org)

Vlastním zdrojem světla v LED diodách je polovodičový přechod o poměrně malých rozměrech. Energie, která se nevyzáří ve formě světla, se v něm mění v teplo. To přechod zahřívá a při zvýšení teploty nad určitou mez jej může velmi rychle zničit. LED diody větších výkonů musí být proto opatřeny chladičem.

LED svítidlo s výraznými chladicími žebry. Kvalitní chlazení výrazně prodlužuje životnost LED žárovky. (Foto: Thinkstockphotos.com)

Výhody světelných zdrojů s LED diodami

Světelná účinnost - LED jsou již účinnější než jiné zdroje se srovnatelným barevným podáním. Tam, kde na barvě nezáleží, jsou ale stále lepší některé výbojky (třeba nízkotlaká sodíková výbojka). Koncem roku 2012 byla dosažena u materiálu GaN kvantová účinnost 90 %, což znamená dosažení teoretické účinnosti 200 lm/W. Je patrně jen otázkou času, kdy se LED diody stanou nejúčinnějšími zdroji světla.

Barva světla – zde jasně vítězí LED, použitím 3 čipů je možné namíchat v podstatě libovolnou barvu .

Životnost- odhaduje se, že kvalitní LED mohou při správném provozování svítit až 100 000 hodin. To je více než 11 let nepřetržitého svícení. Výhodou je také to, že nejsou citlivé na zapínání a vypínání jako třeba zářivky a výbojky a do jisté míry i žárovky. Je ale třeba počítat s určitým stárnutím a změnou některých parametrů. U bílých LED jde především o snižování světelného toku v důsledku změn luminoforu. Udává se, že světelný tok po 50 000 hodinách dosahuje hodnot mezi 50 až 70 % počáteční hodnoty. Důležitá je ale také životnost použitého napájecího zdroje; kritická je hlavně životnost kondenzátorů. V praxi proto výrobci raději udávají střední dobu života LED světelných zdrojů znatelně kratší.

Rozměry zdroje světla – Moderní výkonné čipy umožňují dosahovat vysoké svítivosti při velmi malých rozměrech

Regulace výkonu (stmívání) – je výkon možné snadno regulovat změnou proudu nebo změnou střídy napájecích impulzů (změna doby ZAPNUTO/VYPNUTO). Protože LED mohou být spínány s vysokou frekvencí, je blikání nepostřehnutelné.

Napájení – je nutný stejnosměrný proud a obecně platí, že LED by měly být napájeny ze zdroje konstantního proudu. Protože potřebné napětí je kolem 3 až 4 V, tak se jednotlivé LED respektive jejich čipy obvykle řadí do série. Jsou proto výhodné pro záložní nebo nouzové osvětlení napájené z akumulátorů. Pokud je třeba napájet za sítě, musí se použít vhodný předřadník – nejlépe spínaný zdroj konstantního proudu. Bohužel účinnost napájecích zdrojů snižuje výslednou účinnost LED osvětlení. Výrazné to bývá u menších a levnějších LED světelných zdrojů.

Nepřítomnost UV a IČ záření - z principu funkce LED diod tyto světelné zdroje nevyzařují UV záření ani teplo

Rychlost náběhu na plný výkon a odolnost proti chladu je u LED diod srovnatelná jako u žárovek.

Slabé stránky a nevýhody LED diod

Světelný tok – i přes stálé a velmi výrazné zvyšování výkonu nejsou zatím LED zdroje vhodné tam, kde je třeba velmi vysoký světelný tok (například na fotbalových stadionech). Pro osvětlení běžných interiérů jsou ale současné výkony LED už dostačující. Před časem bylo zformulováno pravidlo (Haitz’s Law) popisující růst světelného výkonu LED diod s časem. Zatím se zdá, že ten růst stále trvá.

LED diody se stále zlepšují. Graf ukazuje nárůst výkonu (v lm) LED diod v čase. (Zdroj: Wikipedia.org)

Index barevného podání – ten je horší než u halogenové žárovky, případně zářivky s vícepásmovými luminofory. Většinou nicméně dosahuje hodnoty CRI >80 což je pro běžné osvětlení dostačující.

Cena – zatím je pořizovací cena rozumně výkonných světelných zdrojů s LED diodami poměrně vysoká, nicméně rychle a setrvale klesá. Například 10W LED žárovka EVOLVEO EcoLight stojí 450 K, LED žárovky od renomovaných evropských firem jsou dražší. Třeba žárovka Philips Master LEDbulb 12 W stojí 945 Kč. Ne vždy je ale stanovená cena na první pohled logická; například CorePro LEDBulb 9.5 W, která má jen o nějakých 25 % menší svítivost, stojí okolo čtyř set korun. Je ale pravda, že řada Master, je kompatibilní s většinou stmívačů a má delší garantovanou životnost.

LED osvětlení je zatím mladý obor a výrobci ve svých prospektech někdy přehánějí. Je proto dobré brát jejich informace s kritickým odstupem a raději si vše ověřovat z nezávislých zdrojů. Velmi podrobně jsou probrána různá přehnaná tvrzení a mýty, které se o LED diodách objevují v prezentaci 100 000 Hour Lifetimes And Other LED Fairytales.

LED žárovky v domácnosti – kdy se vyplatí?

Na co je vhodné LED osvětlení v domácnosti využít, záleží do značné míry na tom, co všechno už máte instalované. Pokud někdo ještě používá běžné žárovky, tak se mu asi vyplatí nahradit je LED žárovkami. Pro celkové osvětlení se hodí ty, které mají široký vyzařovací úhel, pro lokální osvětlení (třeba na čtení u postele) je lepší použít typy s užším úhlem vyzařování - nejlépe tak, aby pokryly plochu knihy. Díky tomu stačí znatelně menší výkon.

Zatím se nevyplatí vyměňovat žárovky, které se používají jen občas, tam je lepší počkat, až doslouží, respektive až vám dojde jejich zásoba. Tam, kde jsou už osazeny kompaktní zářivky, má okamžitá výměna za LED žárovky cenu snad jen tehdy, pokud jde o světlo s velkou četností cyklů zapínání/vypínání. V ostatních případech je lépe počkat až kompaktní zářivka doslouží a pak ji eventuálně vyměnit za LED žárovku.

LED žárovky se vyplatí všude tam, kde je potřeba svítit dlouho, nebo často zapínáte a vypínáte světlo. Cena kvalitní LED žárovky se pohybuje v rozmezí 400 - 1000 Kč. (Foto: Thinkstockphotos.com)

Tam, kde jsou instalované klasické zářivky se startérem a indukčním předřadníkem, je teoreticky možné uvažovat o jejich výměně za takzvané LED tube, která má kompatibilní patice a rozměry. Je to ale trochu problematické, protože se musí upravit svítidlo a rozdíl v účinnosti není zase tak velký, takže doba návratnosti je nejistá. Pokud má někdo pro celkové osvětlení instalované moderní lineární zářivky s elektronickým předřadníkem a třípásmovým luminoforem, tak rozhodně zatím nemá cenu je vyměňovat za LED zdroje.

LED diody jsou velice výhodný světelný zdroj do bateriemi napájených lampiček, baterek či světel na kolo. V této oblasti už nemají konkurenci.

Související články

Tagy: Bydlení, Úsporné spotřebiče, Osvětlení,

Nazeleno.cz - vše o úsporách energií