Krajowi dostawcy diod LED i komponentów zasilających - raport techniczno-rynkowy

Oświetlenie LED wpisuje się i pozytywnie wspiera kilka ważnych trendów w gospodarce, w tym zainteresowanie technologiami i produktami pozwalającymi zmniejszyć zużycie energii elektrycznej, z ekologią i ochroną środowiska.

Istotna jest nawet cecha nowoczesności, jaką naznaczone są te produkty, gdyż dzięki temu wielu klientów jest w stanie zapłacić dodatkowe pieniądze. Nic więc dziwnego, że tak atrakcyjny sektor jest oczkiem w głowie wielu firm dystrybucyjnych, które zajmują się tą tematyką.

Do diod LED dużej mocy i innych komponentów składających się na to oświetlenie wracamy po blisko trzech latach przerwy. W przypadku tego rynku to naprawdę długi okres, a zmiany w ofertach i krajobrazie firm są nietrudne do uchwycenia.

Czynniki sprzyjające rozwojowi rynku LED dużej mocy

Rys. 1. Zdaniem aż 70% ankietowanych specjalistów w ostatnich dwóch latach liczba dostawców diod LED dużej mocy i zasilaczy wzrosła

Z pewnością najważniejszym czynnikiem prorozwojowym są stale malejące ceny diod, zasilaczy i optyki. Proces ten otwiera LED-om sukcesywnie kolejne obszary rynku, bo coraz więcej klientów na takie oświetlenie po prostu stać.

Malejące ceny kompensują też różnice cenowe pomiędzy tradycyjnymi źródłami światła (świetlówki, żarówki CCFL), co przy rosnących cenach energii ułatwia ekonomiczne uzasadnienie decyzji inwestycji w diody. Proces rozwoju rynku wspiera także zwiększająca się wydajność świetlna diod, bo pozwala wycisnąć więcej światła z jednego elementu.

To samo dotyczy poprawiającej się żywotności, mającej spore znaczenie przy kalkulacjach opłacalności. Rosnącej sprzedaży omawianych produktów sprzyjają także coraz liczniejsze zachowania proekologiczne i dyrektywy unijne wymuszające stosowanie oszczędnych źródeł światła.

Wymagania prawne zwiększają się, bo udział oświetlenia w zużyciu energii jest dość duży, a w odróżnieniu od wielu innych dziedzin gospodarki można je znacznie ograniczyć.

Szybko rośnie też świadomość i pozytywne postrzeganie oświetlenia diodowego. Wzrastający udział aplikacji oświetleniowych opartych na LED-ach w stosunku do lat ubiegłych zaczyna, niczym staczająca się z góry kula śnieżna, napędzać kolejne projekty, bo rośnie liczba tych, którzy są świadomi możliwości kryjących się w tych produktach.

Sektor dobrze się rozwija, gdyż klienci zainteresowani omawianą dziedziną dysponują znacznie większą wiedzą techniczną niż inni, śledzą nowości techniczne i nie popełniają wielu błędów.

Ograniczenia i problemy

Rys. 2. Konkurencja na rynku oświetlenia LED jest postrzegana jako silna lub nawet bardzo silna

Zdecydowanie największym problemem związanym z LED-ami są ceny, które zdaniem specjalistów nadal są za wysokie w stosunku do potencjału rynku i w porównaniu do cen tradycyjnych źródeł światła. Przeszkadza również częsta w naszym kraju mentalność inwestowania, preferująca niskie koszty na etapie inwestycji, bez dokładnego wnikania w to, jakie będą koszty przez cały okres eksploatacji.

Takie zachowania niestety tworzą preferencje dla tandety. Tanie i słabej jakości zamienniki żarówek, diody i moduły niestety psują opinię oświetleniu diodowemu. Niska trwałość i słaba wydajność świetlna, widoczne różnice emisji i koloru pomiędzy diodami skutkują rozczarowaniem u tych, którzy zbyt ufnie wierzą w to, co napisane jest na pudełku.

Efektem bywa nieufność i dystans do tej technologii. Problemy pogłębia też brak wypracowanych kryteriów porównywania produktów, zwłaszcza w aspekcie całego okresu eksploatacji.

Dopiero niedawno widać pierwsze przymiarki pomiędzy największymi firmami, mające na celu stosowanie zbliżonych metod wyznaczania żywotności diod, ale skoro do dzisiaj nie udało się uzgodnić, aby producenci baterii podawali na opakowaniu tak oczywistą daną, jaką jest ich pojemność, takie działania mogą trwać bardzo długo i niekoniecznie zakończyć się sukcesem. Na koniec trzeba powiedzieć o cały czas niepewnej sytuacji w gospodarce europejskiej, przez co klienci nie zawsze chcą się angażować w nowe i drogie rozwiązania.

Trendy w LED-ach dużej mocy

Rys. 3. Wzrosty i spadki obrotów dla krajowych dostawców diod LED dużej mocy za ostatnie trzy lata, w podziale na pięć przedziałów procentowych

Jeśli chodzi o diody LED dużej mocy, to widać, że najnowsze konstrukcje pojawiające się na rynku charakteryzują się znacznie większą stabilnością i powtarzalnością parametrów w porównaniu do stanu sprzed trzech lat. Im większe rozrzuty procesu, tym więcej binów, czyli grup selekcji jasności i koloru.

A skoro pojawiają się na rynku diody bez binów, to znak, że powtarzalność technologii znacząco wzrosła. Łatwo zauważyć także wzrost wydajności świetlnej. Wiele popularnych diod, można nawet powiedzieć, że duża i najbardziej konkurencyjna część rynku, to elementy o mocy 1 W. O ile moc zasilania pozostaje na tym samym poziomie, o tyle wydajność świetlna z tego wata mocy zasilającej stale rośnie.

Rekord trudno podać, bo i tak za chwilę będzie nieaktualny, niemniej jest to już wartość powyżej 170 lm/W. Cały czas poprawia się też zdolność oddawania barw określana przez współczynnik CRI. Dla większości diod jest on dzisiaj powyżej 80, ale bez problemu można znaleźć diody z CRI 98. Nowością technologiczną są też diody o bardzo mocnym strumieniu światła, np. powyżej 17000 lm, a także diody zasilane bezpośrednio z sieci 230 V_AC.

Te ostatnie przez długi czas były dostępne tylko u jednego producenta (Seoul), obecnie pojawiają się też u innych firm, co daje nadzieję na spadek ich cen. Ostatnim trendem technologicznym w diodach wartym podkreślenia jest bardzo duża oferta od strony asortymentu.

Szybki rozwój widać w liczbie dostępnych obudów SMD, co sprzyja lepszej integracji i nowym aplikacjom. Są też dostępne wydajne diody w małych obudowach, pozwalających na ciasne upakowanie na płytce, które umożliwiają tworzenie wydajnych jednorodnych źródeł światła, a więc bez uciążliwych cieni, co jest istotne w wielu zastosowaniach, np. w medycynie.

Zalew tandety

Rys. 4. Ocena, jaka była sytuacja na rynku oświetlenia LED w czasie pierwszych czterech miesięcy 2012 roku

Oprócz markowych diod produkowanych przez największych graczy, na rynku dostępnych jest wiele tańszych marek, zwykle produkcji chińskiej. Wiadomo, że na razie ceny oświetlenia diodowego są spore, co przy dużej atrakcyjności aplikacyjnej otwiera pole do działania tańszych producentów.

Jasne jest, że nie zawsze potrzebna jest rekordowo duża wydajność, a w wielu zastosowaniach tańsze i mniej markowe produkty też się potrafią znakomicie sprawdzić. Niemniej problem zaczyna się, gdy nie wiadomo, co kupujemy i za co płacimy.

Przykładem mogą być dane na temat trwałości diod, które nierzadko mijają się z rzeczywistością: są podawane dla temperatury 25°C, zamiast znacznie większej normalnej, w której element pracuje, w kartach katalogowych brakuje danych na temat warunków pomiarów, użytych materiałów (żywice, luminofory). Dla rynku jest to z pewnością zjawisko niekorzystne.

Zasilanie LED

Rys. 5. Rozkład obrotów ze sprzedaży LED-owych produktów oświetleniowych; 36% firm z tego zestawienia ma sprzedaż zawierającą się pomiędzy 1 a 5 mln złotych

Równolegle do dynamicznie zmieniającego się rynku LED rozwijają się układy zasilające. Zmiany technologiczne i w zakresie ofert widać niemal od razu. O ile kilka lat temu specjalizowanych produktów do zasilania diod na rynku było niewiele, o tyle teraz bez trudu można wybierać spośród ofert wielu producentów i typów jednostek zasilających.

Rośnie też stopień zaawansowania technicznego zasilaczy do diod, co ma korzystny wpływ na parametry oświetlenia i trwałość. Wiadomo, że diody LED trzeba zasilać prądem stałym, niemniej specyfika układów oświetleniowych, gdzie stosuje się wiele połączonych ze sobą diod, wymusza ich odpowiednie łączenie. Pierwsze konstrukcje zasilaczy bazowały na standardowych układach zasilania, a prąd nierzadko ograniczano za pomocą rezystorów i stabilizatorów liniowych.

Od strony technicznej trudno takie układy nazwać optymalnymi i ich przydatność była ograniczona jedynie do najprostszych układów o małej mocy. W miarę jak wydajność oświetlenia LED rosła, a moc zasilania zaczęła szybko rosnąć powyżej wartości 5 W, stało się jasne, że tylko specjalizowane zasilacze impulsowe mają szansę zapewnić dotrzymanie wielu obietnic towarzyszących oświetleniu diodowemu, a więc wysoką sprawność energetyczną, trwałość i niewielkie wymiary.

Szczęśliwie dzisiaj aplikacje z liniowymi stabilizatorami są rzadkością i czymś mało typowym. Ich miejsce zajęły scalone sterowniki produkowane przez kilkanaście firm o różnych parametrach użytkowych. Oferta rynku jest na tyle szeroka, że warto przez chwilę omówić ich podstawowe funkcjonalności.

Większość z scalonych zasilaczy dla LED to przetwornice obniżające lub rzadziej podwyższające wejściowe napięcie stałe. Ich układ sterujący zapewnia ograniczenie prądu wyjściowego na poziomie wymaganym przez LED, stabilizację i regulację tego prądu oraz kompensację temperaturową.

Do ich wyjścia można dołączyć zwykle od jednej do kilku diod połączonych szeregowo. Ich parametry pracy są stale monitorowane. Standardem wielu rozwiązań jest układ pomiaru prądu płynącego przez diody oraz obwody detekcji błędów. Kolejne obwody umożliwiają regulację jasności, generowanie efektów i podobne funkcje.

Sprawność zasilaczy nierzadko przekracza 90%, co powoduje, że wydzielanego ciepła jest tak niewiele, że mogą być one integrowane bezpośrednio przy diodach, najczęściej na jednej płytce w formie modułu. Takie umiejscowienie sugeruje właśnie wejściowe napięcie zasilające wahające się w zależności od rozwiązania od około 5 do 48 V.

Podłączenie do sieci wymaga dodania zasilacza. O wiele mniej układów scalonych pozwala na zasilanie wysokim napięciem, od 200 do 400 V, sugerującym możliwość bezpośredniego połączenia z siecią energetyczną bez konieczności stosowania dodatkowego zasilacza obniżającego napięcie.

Jest to na pewno rozwiązanie bardzo ekonomiczne pod względem cenowym, gdyż dodatkowy zasilacz dostarczający napięcia dla modułów nie tylko obniża sprawność energetyczną całości, ale i podnosi koszty, zwłaszcza gdy współpracuje on z jednym modułem oświetleniowym.

Tabela 1. Przegląd ofert krajowych dostawców LED, źródeł światła i zasilania

Zasilanie diod bezpośrednio wyprostowanym napięciem sieci to także znakomity pomysł na uniknięcie problemów z małym współczynnikiem mocy PFC. Zasilacze tego typu na wejściu nie mają kondensatora o dużej pojemności, gdyż potrafią przetwarzać pulsujące napięcie w szerokim zakresie. Wówczas często nie ma potrzeby korekcji PFC, co z pewnością jest zaletą.

W przypadku układów o większej mody sterowniki zasilaczy realizują także korekcję PFC, przez co takie rozwiązanie jest funkcjonalne i wydajne. Zasilacz dławikowy przetwarzający napięcie ok. 400 V na wartość odpowiednią dla diody, a więc co najwyżej kilkanaście woltów i prąd rzędu 1 A nie jest prosty od strony układowej. Dopiero od niedawna pojawiają się pierwsze aplikacje tego typu.

Na razie projektanci mniej chętnie sięgają po wysokonapięciowe układy zasilające, to samo dotyczy diod z serii Acriche firmy Seoul Semiconductor, które mogą być zasilane bezpośrednio z sieci. Powodem są nierzadko kwestie bezpieczeństwa. Wiele opraw oświetleniowych wymaga zapewnienia drugiej klasy jakości izolacji, po to aby można było je podłączać do sieci dwoma przewodami, bez konieczności zerowania i uziemiania.

Przy wykorzystaniu dodatkowego zasilacza separowanego, izolację klasy drugiej dostaje się niejako automatycznie. W przypadku zasilania bezpośrednio z sieci całość układu jest połączona galwanicznie z siecią, co utrudnia znacznie miniaturyzację i komplikuje budowę oprawy oświetleniowej.

Wysokie napięcie w zasilaczu pracującym z dużą częstotliwością zmusza także projektantów do poświęcenia dużo uwagi zagadnieniom EMC i oznacza konieczność przejścia przez badania. Niemniej trzeba jasno powiedzieć, że diody zasilane dużym napięciem są ważnym komponentem na omawianym rynku tak samo jak zasilacze wysokonapięciowe i z czasem należy oczekiwać, że udział tych produktów w rynku będzie rósł.