Moduły LED

Co raz większa popularnością wśród osób prywatnych oraz przedsiębiorców zdobywają oświetlenia wykonane w technologi LED (np. Moduły led) . Zyskują one na uznaniu głownie dzięki efektywności pracy oraz trwałości.

Rys. 1 - Pojedyncza dioda led

Dowiedzmy się zatem czym jest właściwie LED. Piśmiennicze oraz internetowe źródła, definiują diodę LED ( ang. light-emithed diode),  jako półprzewodnikowe urządzenie, które emituje promieniowanie w kilku zakresach, między innymi światła widzialnego. Aktualnie, moduły dostępne na rynku są tak silne, że można je zastosować w podświetlaniu większych konstrukcji architektonicznych np.: bilbordów, murali czy całych budynków oraz ulic. Zastosowanie diod LED, daje architektom, planującym oświetlenie ogromne pole do manewru.

 Rys. 2 - Zastosowanie modułów LED w oświetlaniu budynków (Katowice, Spodek)

Jednymi z najważniejszych zalet LED’ów jest:

• efektywność – źródła podają, że oszczędność może sięgać blisko 90% z wykorzystaniem tej technologii. Diody LED stanowią wiodą zatem prym, jako najbardziej energooszczędne źródło oświetlenia oferowane na rynku.
• wysoka odporność na wstrząsy oraz wilgoć –  dzięki temu, że w konstrukcji diody nie znajdują się żadne ruchome ani też szklane elementy, są wyjątkowo odporne na  wstrząsy, zawilgocenia oraz uderzenia;
• długi czas pracy – od 25 000 do nawet 100 000 godzin, bez zauważalnej eksploatacji składników. Przeciętny czas eksploatacji modułu, waha się pomiędzy 5 a 7 lat;
• szybka reakcja przy włączaniu bądź wyłączaniu –  gasną natychmiast po odcięciu źródła zasilania. Podobnie przy podłączaniu ich do prądu – pełną jasność osiągają w zaledwie kilku mikrosekund, co stanowi poważną opozycję do do zwykłych żarówek, które do osiągnięcie pełnej mocy, potrzebują czasu na rozgrzanie;
• odporność na częste włączenie oraz wyłączenie sprzętu (brak dodatkowego poboru energii elektrycznej przy włączaniu);
• kompaktowe rozmiary;
• bezpieczeństwo eksploatacji –  diody nie emitują szkodliwego promieniowania UV oraz IR, nie zawierają trujących gazów ani metali tj. np.: rtęć.
• możliwe jest dostosowanie koloru oraz natężenia światła –  technologia zakłada osiągnięcie dowolnego koloru światła. Pomimo, że standardowe diody, świecą jedynie na biało, czerwono, zielono i niebiesko, to oferowane na rynku rozwiązania, oferują niemal nieograniczoną paletę koloru światła ;
• prawie zupełny brak emisji cieplnej – dzięki wysokiej sprawności cieplnej, blisko cała pobrana przez diodę LED energia, jest przekształcana w światło a nie energię cieplną, które emitowana do otoczenia może  mieć wpływ na temperaturę miejsca pracy np.: pracowników biurowych. Z powodzeniem można je zastosować w chłodniach, jednak zwrócić trzeba uwagę na stabilność temperatury ( wahania temperatury mogą doprowadzić do uszkodzenia diody).
• ogniskowanie światła – emitowane światło ma swój kierunek, co pozwala na tworzenie zogniskowanego źródła światła, zamiast użycia reflektorów.
• powolne przygasanie po okresie zużycia – nic nie jest wieczne, i nawet diody LED zużywają się. Ich zużycie nie następuje nagle, jak tradycyjne żarówki, natomiast systematycznie przygasają, tracąc na jasności.

Jak każda technologia, również i ta posiada swoje wady. Do należą do nich przede wszystkim:

• wysoka cena modułów – są one znacznie droższe od tradycyjnych źródeł oświetlenia. Warto jednak wspomnieć, że żywotność tego urządzenia jest na tyle wielka, że zwrot inwestycji nastąpi szybko.
• jakość światła –  dobre dla wzroku ciepłe barwy, emitowane są zaledwie przez niewielką ilość diod LED dostępnych na rynku. Zazwyczaj możliwość taką oferuję jedynie modle drogie, wiodących firm produkujących technologię. Większość modeli oświetlenia LED, znajdującego się na rynku, świecie zimnym, drażniącym oczy światłem. Często zdarza się też zafałszowanie kolorów przedmiotów, które znalazły się w obrębie oświetlającej go diody LED.
• niebieski szum – zjawisko polegające zafałszowaniu rzeczywistego koloru przedmiotu, na które pana oświetlenie zbudowane w technologio LED. Przez to, że diody emituję znacznie więcej niebieskiego światła od innych źródeł oświetlenia tradycyjnego ( w domyśle: oświetlenie żarowe lub świetlówki), ich światło jest odbijane przez atmosferę ziemską ponad dwa razy silniej niż światło białe.  Dlatego nie zaleca się długotrwałego patrzenia na świecące źródło światła, ponieważ może to doprowadzić do uszkodzenia wzroku.
• wrażliwość na temperaturę – aby moduł LED pracował skutecznie, ważne jest zadbanie o odpowiednią temperaturę otoczenia, w którym znajduje się urządzanie. Wpływ wysokich temperatur na diodę, może uszkodzić ja po przez np.: zmiany parametrów płynącego przez elementy budowy prądu, co w konsekwencji może doprowadzić do nieodwracalnego zniszczenia modułu.

Rys. 3 - Moduł LED

Jak jednak dobrać odpowiedni moduł LED? Należy go rozpatrywać biorąc po uwagę kilka zasad:

• Inwestycja – faktem jest, że profesjonalne moduły LED, są po prostu drogie. Ich zakup musi być zatem przemyślany oraz dopasowany do budżetu jakim dysponujemy.
• Ekonomia – jeżeli chcemy zastosować moduł LED, do oświetlenia wybranego punktu, przez kilkanaście godzin na dobę, to wybór tej technologi oświetlania jest jak najbardziej zasadny. Nieuzasadnionym jest zakupu drogich modułów LED, jeżeli dany punkt będzie oświetlany sporadycznie, tylko przez kilka minut dziennie. Użycie LED jest zatem nieuzasadnione ekonomicznie.
• Bezpieczeństwo użytkowania w tym ekologia – użycie oświetlenia LED, jest jak najbardziej uzasadnione, w przypadku dbania o środowisko naturalne czy bezpieczeństwo użytkowania. Moduły LED nie zawierają bowiem szkodliwych gazów, czy metali ciężkich. Ważną kwestią jest również wydzielana energi, która w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami osiąga wartości kilkuprocentowe ( ok 2% oddawanego ciepła).
• Jakość – nie jest tajemnica że cena idzie w parze z jakością. Tak samo jest i w tej sytuacji – tanie, nieoryginalne moduły LED, stanowić mogą często pole do rozczarowania z użytkowania. Często spotykana jest słaba jakość wykonania lub montażu. Wskaźnik jakości do ceny musi zatem zostać zachowany.
• Komfort użytkowania – przy wyborze oświetlania LED’owego należy brać pod uwagę kwestię dotyczącą przyzwyczajenia do nowego świtała. Dlatego jeżeli już decydujemy się na zmianę oświetlenia, warto zainwestować w jakościowe i sprawdzone rozwiązania, szczególnie jeżeli planujemy w pomieszczeniu sztucznie naświetlanym spędzić znaczną część czasu dziennie.

Moduły, diody LED

Wśród przedsiębiorców, inwestorów jak i osób prywatnych zyskują one co raz większa popularność. W sprzedaży dostępne są gotowe zestawy, które pozwalają na zastąpienie używanych i przestarzałych żarówek czy świetlówek. Najczęściej stosowanymi LED’ami są diody okrągłe o średnicy 3, 5, 8, lub 10 mm. Diody są zwykle silnie ukierunkowane, dlatego przy przy zakupie musimy wziąć pod uwagę, której kąt oświetlania dopasowanym do indywidualnych potrzeb. Jeżeli budowanym modułem LED, chcemy zastąpić stare oświetlenie, musimy wiedzieć jaką specyfika charakteryzuje się oświetlany obiekt ( im większy, tym pewnie będziemy potrzebować diody o większym kącie rozproszenia światła). Wiadome jest, że pojedyncza dioda nie daje wystarczającego natężenia światła, aby jako samodzielna jednostka mogła oświetlać dany obiekt. Dlatego, w celu osiągnięcia wymaganego poziomy światła, należy połączyć diody w moduły wielodiodowe. Sposób ich połączenia zależy od specyficznych cech użytkowania całego układu. Poniżej zostaną przedstawione kilka sposobów wzajemnego połączenia diod w odpowiednie struktury.

Zupełnie oddzielnym zagadnieniem jest efektywność danego układu. W celu minimalizacji strat ciepła wydzielanego na oporniku, należy zminimalizować napięcie odkładane na oporniku przy zachowaniu nominalnego prądu na każdej z diod. Warto również zwrócić uwagę na moc wydzielana na oporniku, zwracając uwagę na nieprzekraczanie wartości znamionowych opornika.

Połączenie równoległe:

Rys. 4 - Połączenie równoległe oporników.

Cechuje się duża niezawodnością , gdyż jeżeli jedna z diod ulegnie uszkodzeniu, cały moduł działa dalej. Im więcej diod pracuje równolegle, tym mniej zauważalne jest spalenie którejś z pojedynczych diod. W przypadku, wystąpienia napięcie większego od U=3V, następuje efekt straty energi w postaci wydzielania ciepła na oporniku. Zaleca się zatem użycia połączenia szeregowego w przypadku napięć zasilania większych od U=6V.

Połączenie szeregowe:

Rys. 5 - Połączenie szeregowe oporników

stosowane jest w przypadku większych napięć na oporniku, dla minimalizowania straty wynikającej z nagrzewaniem się elementów i oddawaniem ciepła do otoczenia. Jest to jednak układ, który charakteryzuje się najmniejszą niezawodnością, ponieważ kiedy jedna z diod ulegnie awarii, następuje przerwanie całego obwodu. Oznacza to wyłączenie całego modułu świecącego, a w konsekwencji lokalizacja usterki.

Połączenie mieszane:

Mamy odczynienia z nimi wtedy, kiedy moduły szeregowe połączymy ze sobą równolegle, przez co dodatkowo zmostkujemy  połączenia pomiędzy diodami z poszczególnych gałęzi równoległych. Zyskamy wtedy rozwiązanie, które będzie kompromisem pomiędzy sprawnością a niezawodnością układu.  W przypadku, kiedy uszkodzeniu ulegnie jedna z diod, nie wystąpi sytuacja przerwania całego układu, pomimo że przez cały układ będzie przepływał nieco większy prąd. Może mieć zastosowanie np.: w LED’owych reflektorach samochodowych.