Villanyszerelők Lapja

Világítástechnika

Mire és hogyan alkalmazhatók a LED-ek? II.

2014. március 14. | Molnár Károly Zsolt |  2549 | |

Az alábbi tartalom archív, 5 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Mire és hogyan  alkalmazhatók a LED-ek? II.

Korábbi cikkünkben ismertettük azokat a fotometriai és villamos jellemzőket, amelyek alapján a LED-es világítási eszközök minősíthetők. Jelen írásunkban arra szeretnénk rávilágítani, hogy a LED-es világítási megoldások hogyan alkalmazhatók a gyakorlatban.

Amint azt már korábbi cikkünkben is leírtuk, a LED-ek kis méretű, viszonylag nagy fényáramú fényforrások. Felépítésük, alakjuk, elektromos táplálásuk, fényeloszlásuk eltér a korábban alkalmazott fényforrások jellemzőitől, így az eddig megszokott fényforrásokat (izzólámpa, fénycső, kompakt fénycső, kis- és nagynyomású nátriumlámpa, fémhalogén lámpák) nem lehet egy az egyben LED-ekre cserélni. Ezidáig megszoktuk, hogy egy-egy adott fényforrástípushoz konstruálnak egy megfelelő lámpatestet, ami gondoskodik az adott fényforrás „fényének” megfelelő elosztásáról és működtetéséről. A fényforrást és a lámpatestet együttesen világítótestnek neveztük. A LED-ek esetében a fényforrás, lámpatest és világítótest fogalmak nem határolhatók el ennyire egyértelműen. A fényforrásként szolgáló LED – mint elektronikai elem – a legtöbb esetben nem különül el a többi alkatrésztől, hanem valamilyen nyomtatott áramkör részét képezi, vagyis az igazi fényforrás (a LED) cseréje csak szakműhelyben, forrasztással végezhető el. A legtöbb lámpatestben nem csak egyetlen LED-et alkalmaznak, hanem LED-csoportokat (klasztereket), így még inkább igazzá válik, hogy a LED – mint fényforrás – egy összetett elektronikai áramkör része (1 ábra).

Korábbi cikkünkben arról is szóltunk, hogy a LED-ek megfelelő működéséhez gondoskodni kell azok hűtéséről. Ebből az következik, hogy a kis méretű fényforrások mellé sokszor igen nagy méretű (és tömegű) hűtést kell beépíteni. Minél nagyobb fényáramú berendezést kívánunk készíteni, a világítótest tömegének annál jelentősebb részét teszi ki a hűtőbordák tömege. Lassan már-már el kell azon gondolkoznunk, hogy be kellene vezetnünk egy új mértékegységet a LED-es világítótestekre, a lumen/kg fogalmát (2. ábra). A leírtakat figyelembe véve a LED-ek gyakorlati világítástechnikai alkalmazására jelenleg két irányvonal kezd kirajzolódni.

 

Elektronikával egybeépített LED-es konstrukció. A fényforrásként szolgáló LED – mint elektronikai elem – a legtöbb esetben nem különül el a többi alkatrésztől, hanem valamilyen nyomtatott áramkör részét képezi, vagyis az igazi fényforrás (a LED) cseréje csak szakműhelyben, forrasztással végezhető el. A legtöbb lámpatestben nem csak egyetlen LED-et alkalmaznak, hanem LED-csoportokat (klasztereket), így még inkább igazzá válik, hogy a LED – mint fényforrás – egy összetett elektronikai áramkör része.

 

„Retrofit” megoldások:

Az értelmező szótár alapján a „retrofit” szó azt jelenti, hogy „valamilyen alkatrész cseréje újabb, modernebb eszközzel”. Ennek szellemében ezen irányvonal képviselői arra törekednek, hogy olyan LED-es fényforrásokat fejlesszenek ki, amelyek egy az egyben csereszabatosak az eddigi fényforrásokkal, így az izzólámpák, fénycsövek, kompakt fénycsövek, nagynyomású kisülőlámpák a lámpatest átalakítása nélkül helyettesíthetők legyenek ezen LED-es termékekkel. A kialakítás tekintetében számos konstrukciós megoldás létezik, amelyek közül csak ízelítőül mutatunk be néhányat a 3. ábrán.

A „retrofit” termékek kétségtelen előnye, hogy viszonylag olcsók. Mivel ezek alkalmazásuknál csupán csak a fényforrást kell kicserélni, nem kell számolnunk sem a lámpatest esetleges átalakítási költségeivel, sem az elektromos hálózat módosításának költségvonzatával. Ezen előny mellett azonban felmerül néhány műszaki probléma is, amelyek óvatos megfontolásra intenek bennünket a „retrofit” termékek alkalmazását illetően.

Az első elgondolkodtató kérdés mindjárt a retrofit szó értelmezéséből ered, vagyis hogy „valamilyen alkatrész cseréje újabb, modernebb eszközzel”. A LED valóban új, modern eszköz, de vajon célszerű-e ezeket a valóban korszerű, hoszszú élettartamú fényforrásokat elavult, műszakilag leamortizálódott lámpatestekben elhelyezni (4. ábra)? Nem konzerváljuk-e ezzel hosszú időre az elavult világítási berendezések műszaki színvonalát? Amennyiben gazdaságossági megfontolások alapján erre a kérdésre még pozitív választ tudunk adni, akkor felmerül a következő probléma.

A LED-es retrofit fényforrások fényárama és fényeloszlása általában eltér a kiváltani kívánt fényforrások fénytechnikai jellemzőitől. Ebből az következik, hogy a retrofit LED-es termékkel üzemelő világítótest más megvilágítási és fénysűrűségviszonyokat teremthet a megvilágítani kívánt helyiségben vagy külső téren. Nem állítjuk, hogy ez mindig problémát okoz – sőt bizonyos esetekben akár kedvező változások is bekövetkezhetnek –, de ennek ellenőrzése csak világítástechnikai számításokkal vagy mérésekkel végezhető el, amire egy átlagos felhasználó általában nincs berendezkedve. Hangsúlyozni szeretnénk tehát, hogy retrofit termék alkalmazása előtt szakember bevonásával győződjünk meg arról, hogy a világítás színvonalát illetően a későbbiekben nem ér minket csalódás.

A LED-ek hűtése jelentős tömegnövekedéssel jár Retrofit LED-es lámpák Számos konstrukció létezik

Amennyiben a retrofit LED-es fényforrást valóban úgy alakították ki, hogy annak beszereléséhez a meglévő lámpatestben semmilyen átalakítást nem kell végezni, akkor megelégedhetünk az előbb említett két „problémával”. Vannak azonban olyan termékek is – főként a fénycsövek kiváltására készült LED-csövek –, amelyek alkalmazása során a lámpatestben kisebb-nagyobb mértékű átalakítás szükséges. (Pl. előtét kikötése vagy átkötése, gyújtó kiszerelése vagy cseréje a LED-csőhöz forgalmazott helyettesítő elemmel – ami legtöbbször egy olvadóbiztosító –, polaritás ellenőrzése vagy megfordítása stb.) Ez a „csekély” szerelési művelet azonban súlyosabb problémákat vet fel, mint pusztán annak anyagi vonzata. Mindenekelőtt ezt a beavatkozást csak szakember végezheti, tehát a fényforrás cseréjét a szakképesítés nélküli átlagos felhasználó nem tudja elvégezni. Ennél azonban sokkal nagyobb gond, hogy bármilyen átalakítás a lámpatesten magával vonja, hogy megszűnik a gyártói garancia, és érvényüket veszítik a gyártmányra kiadott biztonsági és műszaki minősítések. Ilyen beavatkozás során tehát a felhasználónak tudatában kell lennie, hogy az átalakítást követően minden anyagi és jogi felelősség áthárul az átalakítást végző „személyre”, ill. arra, akire ezt delegálják. Természetesen van arra lehetőség, hogy az átalakított berendezést újraminősítsék, de ennek költségvonzata már olyan, ami miatt az átalakítás gazdaságossága megkérdőjelezhetővé válik. A „retrofit” megoldások fentiekben felsorolt előnyeit és hátrányait az 1. táblázatban foglaljuk össze. Az előnyöket és hátrányokat összevetve összegezhetjük, hogy a retrofit termékek alkalmazása mikor ajánlott, ill. milyen feltételek mellett kerülendő a használatuk.

A csere ajánlott olyan lámpatestekben, ahol a fényforrás elektromos átalakítás nélkül cserélhető, és a lámpatesteknek nincs külön optikai rendszere (pl. csillárokban, „spotlámpák” kiváltásánál). Kerülendő azokban az esetekben, ha a lámpatest egy adott fényforráshoz tervezett optikai rendszerrel rendelkezik (pl. tükrös, rácsos lámpatestek), vagy ha a fényforrás LED-re történő cseréjével együtt elektromos szerkezeti átalakítás is szükséges (pl. fénycsövek helyett).

Új utak keresése

Számos konstruktőr felismerte, hogy a LED-ek jelentős eltérése a „hagyományos” fényforrá- soktól azt igényli, hogy a világítótest kialakításánál újításokat kell bevezetni. Nem elegendő tehát meghagyni a lámpatestet, és ehhez kreálni egy új, LED-es fényforrást, hanem a lámpatest optikai rendszerét a LED-ek méretéhez és fényeloszlásához kell igazítani. Ez a felismerés nagyon fontos, és lehetővé tenné a lámpatest- konstruktőröknek, hogy fantáziájukat elengedve új, az alkalmazott LED-ekhez igazodó világítótesteket fejlesszenek ki. Egy-egy új konstrukció azonban új gyártástechnológiát is igényel, aminek bevezetése jelentős költségekkel jár. A költségek optimalizálása céljából tehát kialakult egy olyan irányvonal a LED-es világítótestek fejlesztése területén, amely igyekszik megtartani a „hagyományos” lámpatest-felépítést és -formavilágot, és kisebb-nagyobb változtatásokkal a korábbi termékekbe kívánják integrálni a LED-eket.

Mivel a szakemberek körében jól ismert az a tény, hogy a LED-ek – mint kis méretű fényforrások – fénytechnikai sajátosságai jelentősen eltérnek a „hagyományos” fényforrások fénytechnikai jellemzőitől, ezért fel kellett vállalni, hogy a lámpatestek fényeloszlását tükrök, ill. lencsék alkalmazásával a LED-ek sajátosságaihoz igazítják, de meghagyták a lámpatest formai kialakítását, beleértve a főbb szerkezeti elemeket is, melyek gyártástechnológiájára már jól működő, költséghatékony módszerek állnak rendelkezésre (5. ábra). Ezen világítótestek nagy előnye, hogy fényeloszlásuk csekély mértékben tér el a korábban alkalmazott, hasonló rendeltetésű lámpatestekétől, így azokkal a legtöbb esetben csereszabatosak. Egy adott világítási rendszer átalakítása LED-essé tehát kis mértékű világítástechnikai tervezést igényel, és az átszerelés során általában felhasználhatók a korábbi lámpahelyek, tehát a világítótestek cseréjén kívül hálózati átalakításra általában nincs szükség.

Hagyományos lámpatestek LED-es fényforrásokra A LED-es fényforrásokat célszerű leamortizált lámpatestekbe helyezni? LED-es tájékoztató tábla

Új bornak új tömlő kell

Annak felismerése, hogy egy új, a korábbiaktól merőben eltérő kialakítású és műszaki paraméterekkel rendelkező fényforrás alkalmazásához új ötletek szükségesek, még viszonylag könnyen megtörtént. Ahhoz azonban, hogy ennek következtében teljesen elszakadjunk a „hagyományos” világítási módoktól és eszközöktől, jelentős bátorságot igényelt mind a tervezőktől, mind a lámpatest- (világítótest) gyártóktól, akiknek nemcsak az újdonság előnyeivel, hanem annak gazdasági következményeivel is számolniuk kell. Vannak azonban olyan gyártók, akik felvállalták, hogy a LED-hez, mint új fényforráshoz, egészen új világítási megoldásokat alkotnak meg. Ennek jelenleg két úttörő módja kezd kialakulni.

Az első esetben a konstruktőrök a LED-et „csak” mint fényforrást tekintik, de olyan fényforrást, amelynek mérete és fényeloszlása eltér a „hagyományos” fényforrások paramétereitől. Ebből kiindulva arra helyezik a hangsúlyt, hogy olyan, egyedi kialakítású lámpatesteket tervezzenek, amelyek LED-ek alkalmazásával kielégítik az adott környezet világítástechnikai igényeit. Ezen szemlélet keretében alakultak ki azok a kisméretű lencsék és tükrök, amelyek alkalmazásával tetszőleges fényeloszlású LED-es világítótestek alakíthatók ki egy-egy adott világítási cél megvalósítására. Ezen világítótestek – bár már teljesen elszakadtak a hagyományos fényforrás– lámpatest–világítótest kategóriáktól –, még őrzik azt a felfogást, hogy a világítást egy adott térben úgy kell megoldani, hogy a fény valahonnan, valamilyen fényeloszlással érkezik, tehát a világítótestek fényeloszlásának ismeretében azok elhelyezkedését kell megfelelő számításokkal meghatározni (6. ábra).

Kisméretű lencsék és tükrök, amelyek alkalmazásával tetszőleges fényeloszlású LED-es világítótestek alakíthatók ki.

 Vannak azonban olyan konstruktőrök is, akik nemcsak a fényforrás–lámpatest–világítótest fogalmaktól rugaszkodnak el, hanem újraértelmezik a mesterséges megvilágítás célját is. Eredeti felfogás szerint a mesterséges világításnak az a célja, hogy adott helyről a megfelelő helyekre a szabványok szerinti megvilágítást hozzunk létre, megfelelő fényeloszlású lámpatestekkel. Az újabb felfogás szerint a mesterséges világítás feladata az, hogy az adott térben vagy annak egy részében olyan vizuális hatást hozzon létre, ami megfelel a tervező elvárásainak. Ez megfelelhet a szabvány szerinti követelményeknek is, de azoktól jelentősen eltérően új vizuális élményt is nyújthat. Ezen tervezők a LED-eket nem fényforrásként, hanem a fény forrásaként tekintik. Nem arra törekednek, hogy a fényt adott helyről adott helyre irányítsák, hanem arra, hogy a vizsgált térbe vagy térrészbe jutó fény a kellő hatást érje el. Ennek megvalósulási módjára két példát mutatunk be.

A 7. ábrán szereplő lámpatestnek nincs kitüntetett világítási célja. Arra azonban rendkívül jól megfelel, hogy egy adott szöveget kiemelten jelenítsen meg. A bemutatott eszköz LED-es világítással rendelkezik, de a LED-ek észre sem vehetők az eszközben. Az általuk kibocsátott fényt a megfelelően maratott műanyaglemez irányítja úgy, hogy az a figyelem felkeltésére alkalmas módon jelenjen meg.

Ez a felhasználási mód azonban nemcsak arra alkalmas, hogy figyelemfelkeltő eszközöket konstruáljunk, hanem arra is, hogy imitáljuk a természetes világítást. Hozzászoktunk ugyanis ahhoz, hogy nappali körülmények között a belső terekben a világítási viszonyok az ablakok (bevilágítók) méretétől és elhelyezkedésétől függően alakuljanak ki. Talán nem feltűnő számunkra, de érezzük, hogy természetidegen, amikor a mesterséges világítás bekapcsolásával a teremben a világítási viszonyok jelentősen megváltoznak. A LED-ek és megfelelő optikai eszközök alkalmazásával arra is lehetőségünk nyílik, hogy a mesterséges bevilágítók hatását imitáljuk. Erre mutat be példát a 9. ábra, amin egy élvilágító (Edge-LED) felépítését láthatjuk. Ennél a megoldásnál a LED „csak” a fény forrása, aminek eloszlásáról a speciális anyagokból egyedi rétegszerkezettel felépített nagy felületű hordozó gondoskodik. Ezt a megoldást alkalmazzák a LED-es televíziók esetében is (8. ábra), de a technikai megoldásnak köszönhetően felhasználhatók arra is, hogy az ablakok nappal a természetes fényt, éjjel pedig a mesterséges fényforrás fényét juttassák be a térbe úgy, mintha az a természetből származna.

Látjuk tehát, hogy a LED valóban a jövő egyik meghatározó fényforrása lesz, amit az adott célnak megfelelően különböző módon tudunk alkalmazni. Vannak olyan szituációk, amikor a gazdasági előnyök érdekében műszaki megalkuvásokat kell tennünk. Vannak olyan esetek is, amikor semmilyen gazdasági előny sem indokolhatja, hogy szakmailag nem megfelelő eszközöket alkalmazzunk, de a jövő nagyon tágas a LED-ek előtt. Egyelőre csak néhány „korszakalkotóan” új megoldás ismert előttünk, de ezekből is nyilvánvalóvá válik, hogy ezen új fényforrás előtt még számos felhasználási lehetőség áll. Arra kell csak ügyelnünk, hogy ne ragadjunk le a hagyományos világítási szemlélet mellett, hanem legyünk nyitottak ezen új eszköz újszerű alkalmazási lehetőségei irányában is. Amennyiben a LED-eket csak, megtakarítási forrásként kezeljük, akkor nem jutunk sokkal előbbre. Ha azonban készek vagyunk nyitni egy új világítási kultúra irányába is, akkor egyelőre ismeretlen lehetőségek tárháza nyílik meg előttünk.

LEDVilágítástechnika


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem