Globální trh s osvětlením prochází radikální transformací řízenou masivně rostoucím přijetím technologie světelných diod (LED). Tato revoluce v polovodičovém osvětlení (SSL) zásadně změnila základní ekonomiku trhu a dynamiku tohoto odvětví. Technologie SSL umožnila nejen různé formy produktivity, ale přechod od konvenčních technologií k osvětlení LED hluboce mění i způsob, jakým lidé o osvětlení přemýšlí. Konvenční světelné technologie byly navrženy především pro řešení zrakových potřeb. S LED osvětlením přitahuje stále větší pozornost pozitivní stimulace biologických účinků světla na zdraví a pohodu lidí. Nástup technologie LED také připravil cestu pro konvergenci mezi osvětlením a internetem věcí (IoT), což otevírá zcela nový svět možností. Zpočátku panoval velký zmatek ohledně LED osvětlení. Vysoký růst trhu a obrovský zájem spotřebitelů vytváří naléhavou potřebu odstranit pochybnosti kolem technologie a informovat veřejnost o jejích výhodách a nevýhodách.
Jak fungují LED diody?
LED je polovodičový balíček obsahující LED matrici (čip) a další součásti, které poskytují mechanickou podporu, elektrické spojení, tepelnou vodivost, optickou regulaci a konverzi vlnové délky. LED čip je v podstatě pn přechodové zařízení tvořené opačně dotovanými složenými polovodičovými vrstvami. Běžně používaným složeným polovodičem je nitrid galia (GaN), který má přímou mezeru v pásmu umožňující vyšší pravděpodobnost radiační rekombinace než polovodiče s nepřímou mezerou v pásmu. Když je pn přechod vychýlen v propustném směru, elektrony z vodivého pásma polovodičové vrstvy typu n se pohybují přes mezní vrstvu do p-přechodu a rekombinují se s otvory z valenčního pásma polovodičové vrstvy typu p v aktivní oblasti diody. Rekombinace elektron-díra způsobí, že elektrony upadnou do stavu s nižší energií a přebytečnou energii uvolní ve formě fotonů (balíčků světla). Tento efekt se nazývá elektroluminiscence. Foton může přenášet elektromagnetické záření všech vlnových délek. Přesné vlnové délky světla vyzařovaného z diody jsou určeny mezerou energetického pásma polovodiče.
Světlo generované elektroluminiscencí v LED čipu má úzké rozložení vlnových délek s typickou šířkou pásma několik desítek nanometrů. Úzkopásmové emise vedou k tomu, že světlo má jedinou barvu, jako je červená, modrá nebo zelená. Aby bylo možné zajistit širokospektrální zdroj bílého světla, musí být šířka spektrálního rozložení výkonu (SPD) LED čipu rozšířena. Elektroluminiscence z LED čipu je částečně nebo úplně přeměněna fotoluminiscencí ve fosforech. Většina bílých LED kombinuje krátkovlnnou emisi z InGaN modrých čipů a znovu emitované světlo o delší vlnové délce z luminoforů. Fosforový prášek je dispergován v křemíkové, epoxidové matrici nebo jiné pryskyřičné matrici. Matrice obsahující fosfor je nanesena na LED čip. Bílé světlo lze také vyrobit čerpáním červeného, zeleného a modrého fosforu pomocí ultrafialového (UV) nebo fialového LED čipu. V tomto případě může výsledná bílá dosáhnout vynikajícího barevného podání. Tento přístup však trpí nízkou účinností, protože velký posun vlnové délky, který se podílí na přeměně UV nebo fialového světla směrem dolů, je doprovázen vysokou ztrátou Stokesovy energie.
Výhody LED osvětlení
Vynález žárovek před více než sto lety způsobil revoluci v umělém osvětlení. V současné době jsme svědky revoluce digitálního osvětlení, kterou umožňuje SSL. Polovodičové osvětlení nejen přináší nebývalý design, výkon a ekonomické výhody, ale také umožňuje řadu nových aplikací a hodnotových návrhů, které byly dříve považovány za nepraktické. Návratnost sklizně těchto výhod silně převáží relativně vysoké počáteční náklady na instalaci systému LED, nad nimiž na trhu stále panuje určité váhání.
1. Energetická účinnost
Jedním z hlavních důvodů pro přechod na LED osvětlení je energetická účinnost. Za poslední desetiletí se světelná účinnost luminoforem konvertovaných bílých LED balíčků zvýšila z 85 lm/W na více než 200 lm/W, což představuje účinnost přeměny elektrické energie na optickou energii (PCE) přes 60 procent při standardním provozním proudu. hustota 35 A/cm2. Navzdory zlepšení účinnosti InGaN modrých LED diod, fosforů (účinnost a vlnová délka odpovídá reakci lidského oka) a balíčku (optický rozptyl/absorpce), americké ministerstvo energetiky (DOE) říká, že pro PC-LED zůstává více prostoru. zlepšení účinnosti a světelné účinnosti přibližně 255 lm/W by měly být prakticky možné pro modré LED diody čerpadla. Vysoká světelná účinnost je nepochybně obrovskou výhodou LED oproti tradičním světelným zdrojům – žárovkové (až 20 lm/W), halogenové (až 22 lm/W), lineární zářivky (65-104 lm/W), kompaktní zářivky (46-87 lm/W), indukční fluorescenční (70-90 lm/W), rtuťové páry (60-60 lm/W), vysokotlaký sodík (70-140 lm/W) , halogenid křemenného kovu (64-110 lm/W) a halogenid keramického kovu (80-120 lm/W).
2. Účinnost optického přenosu
Kromě výrazného zlepšení účinnosti světelného zdroje je schopnost dosáhnout vysoké optické účinnosti svítidel pomocí osvětlení LED méně známá běžným spotřebitelům, ale velmi žádaná designéry osvětlení. Efektivní dodávka světla vyzařovaného světelnými zdroji k cíli byla hlavní konstrukční výzvou v tomto odvětví. Tradiční žárovky ve tvaru žárovky vyzařují světlo do všech směrů. To způsobí, že velká část světelného toku produkovaného výbojkou je zachycena ve svítidle (např. reflektory, difuzory) nebo uniká ze svítidla ve směru, který není užitečný pro zamýšlenou aplikaci nebo jednoduše urážlivý pro oko. HID svítidla, jako jsou halogenidy kovů a vysokotlaká sodíková svítidla, jsou obecně asi 60 až 85 procent účinná při směrování světla produkovaného výbojkou ven ze svítidla. Není neobvyklé, že zapuštěná svítidla a stropní svítidla, která používají fluorescenční nebo halogenové světelné zdroje, vykazují 40-50procentní optické ztráty. Směrový charakter LED osvětlení umožňuje efektivní dodávku světla a kompaktní tvar LED umožňuje účinnou regulaci světelného toku pomocí složených čoček. Dobře navržené LED osvětlovací systémy mohou poskytovat optickou účinnost vyšší než 90 procent.
3. Rovnoměrnost osvětlení
Jednotné osvětlení je jednou z nejvyšších priorit při návrhu osvětlení vnitřního prostředí a venkovního osvětlení. Rovnoměrnost je mírou vztahů mezi osvětlením v oblasti. Dobré osvětlení by mělo zajistit rovnoměrné rozložení lumenů dopadajících na pracovní plochu nebo oblast. Extrémní rozdíly jasu způsobené nerovnoměrným osvětlením mohou vést k únavě zraku, ovlivnit výkon úkolu a dokonce představovat bezpečnostní problém, protože oko se potřebuje přizpůsobit mezi povrchy s rozdílnou svítivostí. Přechody z jasně osvětlené oblasti do oblasti s velmi rozdílnou svítivostí způsobí přechodnou ztrátu zrakové ostrosti, což má velké bezpečnostní důsledky ve venkovních aplikacích, kde je zapojena automobilová doprava. Ve velkých vnitřních zařízeních přispívá rovnoměrné osvětlení k vysokému zrakovému komfortu, umožňuje flexibilitu pracovních míst a eliminuje potřebu přemisťování svítidel. To může být zvláště výhodné v průmyslových a komerčních zařízeních s vysokými regály, kde jsou stěhování svítidel spojeno se značnými náklady a nepohodlí. Svítidla využívající výbojky HID mají mnohem vyšší svítivost přímo pod svítidlem než oblasti dále od svítidla. To má za následek špatnou uniformitu (typický poměr max/min 6:1). Návrháři osvětlení musí zvýšit hustotu svítidel, aby zajistili, že rovnoměrnost osvětlení splňuje minimální požadavky na návrh. Naproti tomu velká plocha vyzařující světlo (LES) vytvořená z řady malých LED diod vytváří rozložení světla s rovnoměrným poměrem menším než 3:1 max/min, což se promítá do lepších vizuálních podmínek a také výrazně sníženého počtu. instalací nad pracovní oblastí.
4. Směrové osvětlení
Díky jejich směrovému vyzařovacímu vzoru a vysoké hustotě toku jsou LED diody neodmyslitelně vhodné pro směrové osvětlení. Směrové svítidlo soustřeďuje světlo vyzařované světelným zdrojem do směrovaného paprsku, který se nerušeně šíří ze svítidla do cílové oblasti. Úzce zaostřené paprsky světla se používají k vytvoření hierarchie důležitosti pomocí kontrastu, k tomu, aby vybrané prvky vynikly z pozadí a dodaly objektu zajímavost a emocionální přitažlivost. Směrová svítidla, včetně reflektorů a reflektorů, jsou široce používána v aplikacích akcentačního osvětlení ke zvýšení nápadnosti nebo zvýraznění designového prvku. Směrové osvětlení se také používá v aplikacích, kde je zapotřebí intenzivní paprsek, který pomáhá plnit náročné vizuální úkoly nebo poskytuje osvětlení na velkou vzdálenost. Produkty, které k tomuto účelu slouží, zahrnují svítilny, světlomety, sledovací body, dálková světla pro vozidla, světlomety na stadiony atd. LED svítidlo dokáže svým světelným výkonem vytvořit velmi dobře definovaný "tvrdý" paprsek pro vysoké drama. COB LED nebo vrhat dlouhý paprsek do dálky pomocí vysoce výkonných LED.
5. Spektrální inženýrství
Technologie LED nabízí novou schopnost řídit spektrální distribuci výkonu světelného zdroje (SPD), což znamená, že složení světla lze přizpůsobit různým aplikacím. Spektrální ovladatelnost umožňuje zkonstruovat spektrum osvětlovacích produktů tak, aby vyvolalo specifické odezvy lidského zraku, fyziologické, psychologické, rostlinné fotoreceptory nebo dokonce polovodičové detektory (tj. HD kamera) nebo kombinaci takových reakcí. Vysoké spektrální účinnosti lze dosáhnout maximalizací požadovaných vlnových délek a odstraněním nebo snížením škodlivých nebo nepotřebných částí spektra pro danou aplikaci. V aplikacích s bílým světlem lze SPD LED optimalizovat pro předepsanou barevnou věrnost a korelovanou barevnou teplotu (CCT). Díky vícekanálovému designu s více emitory lze barvu produkovanou LED svítidlem aktivně a přesně ovládat. Systémy míchání barev RGB, RGBA nebo RGBW, které jsou schopny produkovat celé spektrum světla, vytvářejí nekonečné estetické možnosti pro designéry a architekty. Dynamické bílé systémy využívají multi-CCT LED k zajištění teplého stmívání, které napodobuje barevné charakteristiky žárovek při ztlumení, nebo k poskytování laditelného bílého osvětlení, které umožňuje nezávislé ovládání jak teploty barev, tak intenzity světla. Lidské centrické osvětlení založené na laditelné bílé LED technologii je jedním z impulsů, který stojí za mnoha nejnovějšími vývojovými technologiemi osvětlení.
6. Zapínání/vypínání
LED diody se rozsvítí při plném jasu téměř okamžitě (v jednotkách až desítkách nanosekund) a mají dobu zhasnutí v desítkách nanosekund. Naproti tomu doba zahřívání nebo doba, kterou žárovka potřebuje k dosažení plného světelného výkonu, u kompaktních zářivek může trvat až 3 minuty. HID lampy vyžadují několik minut zahřátí, než poskytnou použitelné světlo. Hot restrike je mnohem větší obavy než počáteční uvedení do provozu u metalhalogenidových výbojek, které byly kdysi hlavní technologií používanou pro osvětlení vysokých sloupů a vysoce výkonné světlomety v průmyslových zařízeních, stadionech a arénách. Výpadek proudu v zařízení s halogenidovým osvětlením může ohrozit bezpečnost a zabezpečení, protože proces horkého zážehu halogenidových výbojek trvá až 20 minut. Okamžité spuštění a horké restartování propůjčují LED diodám jedinečnou pozici pro efektivní provádění mnoha úkolů. Krátkou dobu odezvy LED diod výrazně prospívá nejen aplikace pro obecné osvětlení, ale tuto schopnost sklízí také široká škála speciálních aplikací. Například LED světla mohou pracovat v synchronizaci s dopravními kamerami a poskytovat přerušované osvětlení pro zachycení jedoucího vozidla. LED diody se zapínají o 140 až 200 milisekund rychleji než žárovky. Výhoda reakční doby naznačuje, že brzdová světla LED jsou při předcházení nárazu zezadu účinnější než žárovky. Další výhodou LED ve spínacím provozu je spínací cyklus. Životnost LED diod není ovlivněna častým spínáním. Typické ovladače LED pro aplikace obecného osvětlení jsou dimenzovány na 50{12}} spínacích cyklů a je neobvyklé, že vysoce výkonné ovladače LED vydrží 100,{14}}, 200,000 nebo dokonce 1 milion spínací cykly. Životnost LED není ovlivněna rychlým cyklováním (vysokofrekvenční přepínání). Díky této funkci jsou LED světla vhodná pro dynamické osvětlení a pro použití s ovládacími prvky osvětlení, jako jsou senzory obsazenosti nebo denního světla. Na druhou stranu časté zapínání a vypínání může zkrátit životnost žárovek, HID a zářivek. Tyto světelné zdroje mají obecně jen několik tisíc spínacích cyklů během své jmenovité životnosti.
7. Možnost stmívání
Schopnost produkovat světelný výkon velmi dynamickým způsobem propůjčuje LED dokonale ovládání stmívání, zatímco zářivky a HID výbojky nereagují dobře na stmívání. Stmívání zářivek vyžaduje použití drahých, velkých a složitých obvodů, aby se udržely podmínky buzení plynu a napětí. Stmívání výbojek HID povede ke kratší životnosti a předčasnému selhání výbojky. Halogenidové a vysokotlaké sodíkové výbojky nelze stmívat pod 50 procent jmenovitého výkonu. Reagují také na signály stmívání podstatně pomaleji než LED. Stmívání LED lze provést buď pomocí konstantní redukce proudu (CCR), což je lépe známé jako analogové stmívání, nebo aplikací pulzně šířkové modulace (PWM) na LED, neboli digitálního stmívání. Analogové stmívání řídí proud měniče protékající LED diodami. Toto je nejrozšířenější řešení stmívání pro aplikace obecného osvětlení, i když LED nemusí fungovat dobře při velmi nízkých proudech (pod 10 procent). PWM stmívání mění pracovní cyklus pulsně šířkové modulace k vytvoření průměrné hodnoty na jejím výstupu v celém rozsahu od 100 procent do 0 procent. Ovládání stmívání LED umožňuje sladit osvětlení s lidskými potřebami, maximalizovat úspory energie, umožnit míchání barev a CCT ladění a prodloužit životnost LED.
8. Ovladatelnost
Digitální povaha LED umožňuje bezproblémovou integraci senzorů, procesorů, ovladačů a síťových rozhraní do osvětlovacích systémů pro implementaci různých strategií inteligentního osvětlení, od dynamického osvětlení a adaptivního osvětlení až po cokoli, co IoT přinese. Dynamický aspekt LED osvětlení sahá od jednoduché změny barev až po složité světelné show napříč stovkami nebo tisíci individuálně ovladatelných světelných uzlů a komplexním překladem video obsahu pro zobrazení na maticových systémech LED. Technologie SSL je srdcem velkého ekosystému propojených řešení osvětlení, která mohou využívat sběr denního světla, snímání obsazenosti, řízení času, vestavěnou programovatelnost a síťově připojená zařízení k řízení, automatizaci a optimalizaci různých aspektů osvětlení. Migrace ovládání osvětlení do sítí založených na protokolu IP umožňuje inteligentním systémům osvětlení nabitým senzory spolupracovat s dalšími zařízeními v sítích IoT. To otevírá možnosti pro vytváření široké škály nových služeb, výhod, funkcí a zdrojů příjmů, které zvyšují hodnotu LED osvětlovacích systémů. Řízení LED osvětlovacích systémů lze implementovat pomocí různých kabelových a bezdrátových komunikačních protokolů, včetně protokolů pro řízení osvětlení, jako jsou 0-10V, DALI, DMX512 a DMX-RDM, protokolů automatizace budov, jako jsou BACnet, LON, KNX a EnOcean a protokoly nasazené na stále oblíbenější architektuře mesh (např. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Flexibilita designu
Malá velikost LED umožňuje návrhářům svítidel vytvářet světelné zdroje do tvarů a velikostí vhodných pro mnoho aplikací. Tato fyzická charakteristika dává návrhářům větší svobodu vyjádřit svou filozofii designu nebo skládat identitu značky. Flexibilita vyplývající z přímé integrace světelných zdrojů nabízí možnosti vytvářet světelné produkty, které v sobě nesou dokonalé spojení formy a funkce. LED svítidla mohou být vytvořena tak, aby rozmazala hranice mezi designem a uměním pro aplikace, kde je požadováno dekorativní ohnisko. Mohou být také navrženy tak, aby podporovaly vysokou úroveň architektonické integrace a zapadaly do jakékoli kompozice designu. Solid state osvětlení pohání nové designové trendy i v jiných odvětvích. Jedinečné možnosti stylingu umožňují výrobcům vozidel navrhovat výrazné světlomety a zadní světla, která dodávají vozům přitažlivý vzhled.
10. Trvanlivost
LED vyzařuje světlo z bloku polovodiče – spíše než ze skleněné baňky nebo trubice, jako je tomu u starších žárovek, halogenových, fluorescenčních a HID lamp, které využívají k generování světla vlákna nebo plyny. Polovodičová zařízení jsou obecně namontována na desce s tištěnými spoji s kovovým jádrem (MCPCB), s připojením typicky zajišťovaným pájenými vodiči. Žádné křehké sklo, žádné pohyblivé části a žádné lámání vlákna, LED osvětlovací systémy jsou proto extrémně odolné vůči nárazům, vibracím a opotřebení. Odolnost LED osvětlovacích systémů v pevné fázi má evidentní hodnoty v různých aplikacích. V průmyslovém zařízení jsou místa, kde světla trpí nadměrnými vibracemi velkých strojů. Svítidla instalovaná podél silnic a tunelů musí vydržet opakované vibrace způsobené těžkými vozidly projíždějícími vysokou rychlostí. Vibrace tvoří typický pracovní den pracovních světel namontovaných na stavebních, důlních a zemědělských vozidlech, strojích a zařízeních. Přenosná svítidla, jako jsou baterky a kempingové svítilny, jsou často vystavena nárazům kapek. Existuje také mnoho aplikací, kde rozbité lampy představují nebezpečí pro cestující. Všechny tyto výzvy vyžadují robustní řešení osvětlení, což je přesně to, co může nabídnout polovodičové osvětlení.
11. Životnost produktu
Dlouhá životnost je jednou z hlavních výhod LED osvětlení, ale tvrzení o dlouhé životnosti založené čistě na metrice životnosti pro LED balíček (světelný zdroj) může být zavádějící. Životnost LED balení, LED lampy nebo LED svítidla (svítidla) je často uváděna jako časový okamžik, kdy výkon světelného toku poklesl na 70 procent původního výkonu neboli L70. Obvykle mají LED (balíčky LED) životnost L70 mezi 30,000 a 100,000 hodinami (při Ta=85 stupních). Nicméně měření LM-80, která se používají k predikci životnosti L70 pouzder LED pomocí metody TM{10}}, se provádějí s pouzdry LED pracujícími nepřetržitě za dobře kontrolovaných provozních podmínek (např. v prostředí s kontrolovanou teplotou a napájen konstantním stejnosměrným hnacím proudem). Naproti tomu systémy LED v aplikacích v reálném světě často čelí vyššímu elektrickému přepětí, vyšším teplotám spojů a drsnějším podmínkám prostředí. Systémy LED mohou zaznamenat zrychlenou údržbu světelného toku nebo přímo předčasné selhání. Obecně platí, že LED lampy (žárovky, trubice) mají životnost L70 mezi 10,{14}} a 25,{16}} hodinami, integrovaná LED svítidla (např. výškové osvětlení, pouliční osvětlení, stropní svítidla) mají životnost mezi 30, 000 hodin a 60,000 hodin. V porovnání s tradičními osvětlovacími produkty – žárovka (750-2,000 hodin), halogenová (3,000-4,000 hodin), kompaktní zářivka (8,000-10 ,000 hodin) a halogenidů kovů (7,500-25,000 hodin), systémy LED, zejména integrovaná svítidla, poskytují podstatně delší životnost. Vzhledem k tomu, že LED světla nevyžadují prakticky žádnou údržbu, snížené náklady na údržbu ve spojení s vysokou úsporou energie při používání LED světel během jejich prodloužené životnosti poskytují základ pro vysokou návratnost investic (ROI).
12. Fotobiologická bezpečnost
LED diody jsou fotobiologicky bezpečné zdroje světla. Nevytvářejí žádné infračervené (IR) vyzařování a vyzařují zanedbatelné množství ultrafialového (UV) světla (méně než 5 uW/lm). Žárovky, zářivky a halogenidové výbojky přeměňují 73 procent, 37 procent a 17 procent spotřebované energie na infračervenou energii. Vyzařují také v UV oblasti elektromagnetického spektra – žárovky (70-80 uW/lm), kompaktní fluorescenční (30-100 uW/lm) a halogenidy kovů (160-700 uW/lm) . Při dostatečně vysoké intenzitě mohou zdroje světla, které vyzařují UV nebo IR světlo, představovat fotobiologické nebezpečí pro kůži a oči. Vystavení UV záření může způsobit kataraktu (zakalení normálně čiré čočky) nebo fotokeratitidu (zánět rohovky). Krátkodobé vystavení vysokým úrovním IR záření může způsobit tepelné poškození sítnice oka. Dlouhodobé vystavení vysokým dávkám infračerveného záření může vyvolat u sklářů kataraktu. Tepelná nepohoda způsobená žárovkovým osvětlovacím systémem je ve zdravotnickém průmyslu již dlouho nepříjemná, protože konvenční operační světla a světla pro zubní ordinace používají žárovkové zdroje světla k produkci světla s vysokou věrností barev. Paprsek s vysokou intenzitou produkovaný těmito svítidly dodává velké množství tepelné energie, která může být pro pacienty velmi nepříjemná.
Diskuse o fotobiologické bezpečnosti se nevyhnutelně často zaměřuje na nebezpečí modrého světla, které se týká fotochemického poškození sítnice v důsledku expozice záření o vlnových délkách primárně mezi 400 nm a 500 nm. Obvyklá mylná představa je, že LEDky mohou s větší pravděpodobností způsobovat nebezpečí modrého světla, protože většina bílých LED s konvertovaným fosforem využívá čerpadlo modré LED. DOE a IES daly jasně najevo, že LED produkty se neliší od jiných světelných zdrojů, které mají stejnou barevnou teplotu s ohledem na nebezpečí modrého světla. Fosforové konvertované LED nepředstavují takové riziko ani za přísných hodnotících kritérií.
13. Účinek záření
LED produkují zářivou energii pouze ve viditelné části elektromagnetického spektra od přibližně 400 nm do 700 nm. Tato spektrální charakteristika poskytuje LED světlům cennou aplikační výhodu oproti světelným zdrojům, které produkují zářivou energii mimo spektrum viditelného světla. UV a IR záření z tradičních světelných zdrojů představuje nejen fotobiologické nebezpečí, ale vede také k degradaci materiálu. UV záření je extrémně škodlivé pro organické materiály, protože fotonová energie záření v UV spektrálním pásmu je dostatečně vysoká, aby vyvolala přímé štěpení vazeb a fotooxidační dráhy. Výsledné narušení nebo zničení chromoforu může vést ke znehodnocení materiálu a změně barvy. Muzejní aplikace vyžadují, aby všechny zdroje světla, které generují UV nad 75 uW/lm, byly filtrovány, aby se minimalizovalo nevratné poškození uměleckých děl. IR neindukuje stejný typ fotochemického poškození způsobeného UV zářením, ale stále může přispívat k poškození. Zvýšení povrchové teploty předmětu může mít za následek zrychlenou chemickou aktivitu a fyzikální změny. Infračervené záření o vysoké intenzitě může vyvolat tvrdnutí povrchu, změnu barvy a praskání maleb, znehodnocení kosmetických výrobků, vysychání zeleniny a ovoce, tání čokolády a cukrovinek atd.
14. Požární a výbuchová bezpečnost
Nebezpečí požáru a expozice nejsou charakteristická pro systémy LED osvětlení, protože LED přeměňuje elektrickou energii na elektromagnetické záření prostřednictvím elektroluminiscence v polovodičovém pouzdru. To je v kontrastu se staršími technologiemi, které produkují světlo zahříváním wolframových vláken nebo buzením plynného média. Selhání nebo nesprávná obsluha může způsobit požár nebo výbuch. Halogenidové výbojky jsou zvláště náchylné k riziku výbuchu, protože křemenná oblouková trubice pracuje při vysokém tlaku (520 až 3 100 kPa) a velmi vysoké teplotě (900 až 1 100 stupňů). Nepasivní poruchy obloukové trubice způsobené podmínkami na konci životnosti výbojky, poruchami předřadníku nebo použitím nesprávné kombinace výbojky a předřadníku mohou způsobit rozbití vnější baňky halogenidové výbojky. Horké úlomky křemene mohou zapálit hořlavé materiály, hořlavý prach nebo výbušné plyny/páry.
15. Komunikace viditelného světla (VLC)
LED diody lze zapínat a vypínat na frekvenci rychlejší, než je lidské oko schopné detekovat. Tato možnost neviditelného zapínání/vypínání otevírá nové možnosti použití pro osvětlovací produkty. Technologie LiFi (Light Fidelity) získala značnou pozornost v odvětví bezdrátové komunikace. K přenosu dat využívá sekvence "ON" a "OFF" LED. Ve srovnání se současnými technologiemi bezdrátové komunikace využívající rádiové vlny (např. Wi-Fi, IrDA a Bluetooth) LiFi slibuje tisíckrát větší šířku pásma a výrazně vyšší přenosovou rychlost. LiFi je považována za přitažlivou aplikaci IoT díky všudypřítomnosti osvětlení. Každé LED světlo lze použít jako optický přístupový bod pro bezdrátovou datovou komunikaci, pokud je jeho ovladač schopen transformovat streamovaný obsah na digitální signály.
16. DC osvětlení
LED diody jsou nízkonapěťová, proudem řízená zařízení. Tato povaha umožňuje LED osvětlení využívat výhod nízkonapěťových distribučních sítí stejnosměrného proudu (DC). Stále roste zájem o DC mikrosíťové systémy, které mohou fungovat buď samostatně, nebo ve spojení se standardní rozvodnou sítí. Tyto malé energetické sítě poskytují vylepšená rozhraní s generátory obnovitelné energie (solární, větrné, palivové články atd.). Lokálně dostupné stejnosměrné napájení eliminuje potřebu přeměny střídavého a stejnosměrného napájení na úrovni zařízení, která zahrnuje značné energetické ztráty a je běžným bodem selhání v systémech LED napájených střídavým proudem. Vysoce účinné LED osvětlení zase zlepšuje autonomii dobíjecích baterií nebo systémů pro ukládání energie. Jak síťová komunikace na bázi IP nabírá na síle, Power over Ethernet (PoE) se objevila jako nízkoenergetická mikrosíťová možnost dodávající nízkonapěťové stejnosměrné napájení přes stejný kabel, který dodává ethernetová data. LED osvětlení má jasné výhody pro využití silných stránek PoE instalace.
17. Provoz při nízké teplotě
LED osvětlení vyniká v chladném prostředí. LED převádí elektrickou energii na optickou energii prostřednictvím injekční elektroluminiscence, která se aktivuje, když je polovodičová dioda elektricky předpětí. Tento proces spouštění není závislý na teplotě. Nízká okolní teplota usnadňuje rozptyl odpadního tepla generovaného LED diodami a tím je zbavuje tepelného poklesu (snížení optického výkonu při zvýšených teplotách). Naproti tomu provoz při nízkých teplotách je pro zářivky velkou výzvou. Pro spuštění zářivky v chladném prostředí je potřeba vysoké napětí ke spuštění elektrického oblouku. Zářivky také ztrácejí podstatnou část svého jmenovitého světelného výkonu při teplotách pod bodem mrazu, zatímco světla LED fungují nejlépe v chladném prostředí – dokonce až do -50 stupňů . LED světla jsou proto ideálně vhodná pro použití v mrazničkách, chladničkách, chladírenských skladech a venkovních aplikacích.
18. Vliv na životní prostředí
LED světla mají výrazně menší dopad na životní prostředí než tradiční světelné zdroje. Nízká spotřeba energie znamená nízké emise uhlíku. LED diody neobsahují žádnou rtuť, a proto na konci životnosti vytvářejí méně ekologických komplikací. Pro srovnání, likvidace zářivek a HID výbojek s obsahem rtuti vyžaduje použití přísných protokolů o likvidaci odpadu.
Nevýhody a výzvy LED osvětlení
Nenechte se vzrušovat množstvím výhod, které LED osvětlení nabízí. I když je tato technologie rozhodně přelomovým úspěchem v historii elektrického osvětlení, přináší sama o sobě problémy. Osvětlovací průmysl čelí výzvě v rozsahu, se kterým se nikdy předtím nemusel vypořádat. Solid state osvětlení změnilo filozofii designu a inženýrství. Osvětlovací systémy již nejsou tupé osvětlovače, vyvinuly se ve výkonovou elektroniku. Jinými slovy, návrh osvětlovacích systémů je nebývale složitý. LED jsou samozahřívací, proudově citlivé a světelně intenzivní polovodičové světelné zdroje. To vede k největším obavám LED osvětlení – výkon a spolehlivost LED systému silně závisí na vícerozměrné práci. Metriky LED balíčku jsou pouze jedním aspektem holistického designu a systémového inženýrství systému LED osvětlení. Do hry vstupuje mnoho dalších vzájemně závislých faktorů, včetně tepelného managementu, regulace hnacího proudu a optického ovládání.
Odborníci na křesla často sestavují dlouhý seznam nevýhod LED osvětlení. A aby byl příběh senzační, nikdy nezapomněli zmínit, že LED osvětlení může vyvolat nebezpečí modrého světla. Bílé světlo je v podstatě směsí vlnových délek z různých barevných pásem. Všechny bílé se stejným barevným vzhledem, bez ohledu na zdroje světla, ze kterých je světlo vyzařováno, mají ve viditelném spektru zhruba stejný podíl modrých vlnových délek. Barevný vzhled bílého světla lze charakterizovat jako mající korelovanou barevnou teplotu (CCT). Modrý obsah světelného zdroje obecně odpovídá jeho CCT. Čím vyšší je CCT, tím vyšší je podíl modrých vlnových délek. Za stejných podmínek jasu a osvětlení je modré záření z 3000 K LED produktu tak nízké jako ze 3000 K žárovky a modré záření z 6000 K LED produktu je stejně vysoké jako ze 6000 K zářivky. Stejně jako u jiných světelných zdrojů je nebezpečí modrého světla u bílých LED jen zřídka problémem. Schopnost navrhnout spektrální složení bílého světla je obrovskou výhodou LED technologie. S LED osvětlením lze vytvořit jakékoli spektrální složení světla, které pozitivně přispívá k lidskému zdraví a pohodě. Lidské centrické osvětlení, hlavní technologický trend, který je hnacím motorem růstu osvětlovacího průmyslu, využívá schopnost CCT ladění systémů LED upravit množství modrého záření pro zdravé spektrum bílého světla.
Ve skutečnosti má LED osvětlení jen několik vnitřních nevýhod.
Nejznámější slabinou LED osvětlení je, že LED produkují vedlejší produkt – teplo. LED diody se nazývají prodejní topná zařízení, protože generují teplo v balení zařízení – spíše než vyzařování tepla ve formě infračervené energie. Přibližně polovina elektrické energie přiváděné do LED se přeměňuje na teplo, které musí být vedeno a konvekováno fyzickou tepelnou cestou. Neudržení teploty přechodu zařízení pod nastavenou mez může urychlit kinetiku poruchových mechanismů, jako je tvorba a růst atomárních defektů v aktivní oblasti diody, karbonizace a žloutnutí zapouzdřující látky a změna barvy plastového pouzdra. Při překročení maximální jmenovité teploty přechodu se životnost LED zkrátí o 30 až 50 procent na každých 10 °C zvýšení teploty na přechodu.
Nejneznámější a také největší slabinou LED osvětlení je, že LED jsou jemnou výkonovou elektronikou. Jsou extrémně vybíraví v potravě – hnacím proudu. U LED je jejich vysoká citlivost na dopředný proud dvousečným mečem. Poskytuje osvětlovacím systémům vynikající ovladatelnost, ale také činí regulaci hnacího proudu enormně náročným. Velmi malá změna v budícím proudu způsobí kolísání světelného výkonu. LED diody jsou zařízení napájená stejnosměrným proudem, ale často musí být napájena střídavým zdrojem energie. Neúplné potlačení střídavého tvaru vlny po usměrnění může mít za následek zbytkové zvlnění (zbytkové periodické kolísání) v proudovém výstupu z budiče do LED. Toto zvlnění způsobuje blikání LED s dvojnásobnou frekvencí vstupního síťového napětí, tj. 100 Hz nebo 120 Hz. Elektrická a tepelná vzájemná závislost LED také zvyšuje složitost regulace zátěže. Jak teplota přechodu stoupá, propustné napětí klesá, elektrický výkon dodávaný do LED se také snižuje. Na druhou stranu, čím vyšší je budicí proud, tím větší je odpadní teplo generované v polovodičové matrici. Přebuzení, pro které je LED dimenzována, může vést k předčasnému selhání LED v důsledku tepelného úniku. Nicméně nejškodlivější hrozba pro LED pochází z elektrického přepětí (EOS). EOS nastane, když proud nebo napětí měniče překročí maximální jmenovité hodnoty součásti. Existuje mnoho možných zdrojů elektrického přepětí, které zahrnují elektrostatický výboj (ESD), zapínací proud nebo jiné typy přechodných rázů. Zranitelnost LED diod vůči různým typům elektrického namáhání proto vyžaduje přísnou regulaci budícího proudu.
Třetí nevýhodou je, že LED mají vysokou hustotu toku. Koncentrované světelné zdroje směrového světla mohou potenciálně vytvářet oslnění. Vysoké jasy v zorném poli ruší vidění (neschopné oslnění) nebo způsobují pocit podráždění nebo bolesti (nepohodové oslnění). Do designu svítidel lze začlenit další optiku pro zmírnění oslnění, která však často vede k vysokým optickým ztrátám.
V neposlední řadě zvýšená složitost návrhu systému vede k vyšším počátečním nákladům na produkty LED ve srovnání se staršími produkty osvětlení. Díky tomu je optimalizace nákladů důležitou součástí procesu návrhu svítidel. Když tlak na náklady převáží výkon a spolehlivost produktů, vznikne proud problémů.
