Jeszcze kilka lat temu rynek oświetlenia LED był w fazie eliminacji żarówek wolframowych, które zostały szybko wyrzucone na margines m.in. za pomocą zakazów sprzedaży. Potem przyszła kolej na rugowanie z użycia lamp fluorescencyjnych (świetlówek kompaktowych), a obecnie trwa proces "dobijania" nielicznych opraw sufitowych ze świetlówkami 18-watowymi.
Do niedawna na rynku oświetlenie LED było dostępne głównie w formie zamienników, a więc pasujących do starych opraw żarówek z diodami i zasilaniem, obecnie coraz więcej opraw ma konstrukcję zintegrowaną, a więc zawiera niewymienne źródło światła.
Teraz też mamy zamienniki, ale większego kalibru w postaci opraw oświetleniowych równoważnych funkcjonalnie. Mają one podobne wymiary, system mocowania, przyłącze elektryczne oraz parametry świetlne, ale wykonane są jako konstrukcja zintegrowana, niebazująca na wymiennym emiterze. Takie oprawy oświetleniowe mogą być używane wymiennie z tradycyjnymi, nie wymagają kompletnych przeróbek instalacji i są produktem znanym specjalistom.
Coraz więcej produktów przynosi coś więcej niż tylko światło – pozwala na programowanie czasu włączenia i wyłączenia, aktywuje się w obecności osób, pozwala na regulację jasności, barwy, współpracuje ze smartfonem itd.
Ostatni trend to coraz większy udział rozwiązań specjalistycznych, a więc przeznaczonych do wybranych miejsc i aplikacji. LED-y dają o wiele większe możliwości kompozycji źródeł z oprawą i resztą otoczenia i widać, że cieszą się zainteresowaniem. Są przeznaczone do oświetlenia budynków, stanowisk pracy, ulic, obiektów publicznych. Takie cenne obszary to również np. architektoniczne, sceniczne, medyczne, motoryzacyjne.
Tytułowe produkty zapewniają obecnie znacznie lepszą jakość, trwałość i dobre parametry świetlne niż jeszcze dekadę temu. Wówczas wiele produktów było awaryjnych, a ich deklarowane parametry nie pokrywały się z rzeczywistością. Zapewne dlatego dzisiaj klienci są ostrożniejsi, zwłaszcza w branżach profesjonalnych, gdzie inwestycje nierzadko są realizowane w na tyle dużej skali, że dobór produktu nie może być dziełem przypadku, na przykład, gdy celem jest oszczędność energii.
Nowe etykiety energetyczne
Minął rok, od kiedy obowiązują nowe etykiety energetyczne dla oświetlenia LED, określające ich wydajność świetlną, zużycie energii w ciągu 1000 godzin pracy oraz kategorię energetyczną (klasę). Produkty konsumenckie i wszystkie źródła światła wytwarzane przez markowe firmy takie etykiety mają, gorzej wygląda etykietowanie importowanych z Azji produktów wykraczających poza termin "konsumencki". Tu nadal jeszcze bez problemu można znaleźć źródła, które etykiet nie mają lub mają starego typu. W wielu wypadkach wynika to z braku wiedzy sprzedawców, firm importowych lub hurtowych, którym brakuje jeszcze "świadomości" oraz często także zwykłej chęci.
Wprowadzający produkty oświetleniowe na rynek są zobowiązani rejestrować swoje produkty w bazie danych EPREL (European Product Registry for Energy Labelling – Europejski Rejestr Etykiet Energetycznych). Celem jest zgromadzenie w jednym miejscu wszystkich dokumentacji technicznych, dotyczących produktów elektrycznych, należących do różnych klas energetycznych. Tam ma się znaleźć szczegółowa dokumentacja techniczna danego produktu, a link prowadzący bezpośrednio do wpisu w bazie jest podawany na kodzie QR na etykiecie. Wymóg ten dla wielu firm nie jest prosty do spełnienia z przyczyn organizacyjnych oraz technicznych. Gdy oferta handlowa jest szeroka, czyli firma ma bardzo dużo źródeł światła, nakład pracy, jaki wiąże się z zarządzaniem wpisami, utrzymywaniem ich w stanie aktualnym, na pewno nie jest drobiazgiem w skali dnia pracy. Baza EPREL wymaga też wpisania parametrów technicznych oświetlenia, takich jak wydajność, kąt emisji światła, temperatura barwowa i podobnych. Firmy importowe nie zawsze dysponują szczegółowymi parametrami, a czasem nie chcą wpisywać tego, co podał im chiński kontrahent, gdyż czują, że nie pokrywa się to z rzeczywistością.
Pozytywnym efektem jest to, że konsumenci mogą łatwiej porównywać źródła światła ze sobą oraz wybierać produkty, kierując się np. wydajnością świetlną w przeliczeniu na wat mocy zasilającej (efektywnością energetyczną). Wiele tanich wyrobów znajdujących się na rynku ma najniższą klasę G lub F, czyli ich wydajność nie przekracza odpowiednio 85 lub 110 lumenów na wat. Produkty w klasie E i D (160 lub 185 lumenów na wat) na razie są w zdecydowanej mniejszości, ale sytuacja się powoli zmienia.
Aby zaawansowane produkty o wysokiej jakości przebijały się na rynku i były wybierane przez klientów jako te bardziej wartościowe, musi za nimi iść większa świadomość rynku, wiedza kupujących na temat, jak te dobre cechy weryfikować, na co zwracać uwagę oraz co jest istotne, a co nie. Nowe etykiety energetyczne, wymóg tworzenia zapisów z parametrami w bazie EPREL z łatwym dostępem za pomocą kodu QR umieszczonego na etykiecie z pewnością są dobrym krokiem w kierunku takim, aby dobre produkty mogły się przebić na rynku zdominowanym przez tanie wyroby chińskie. Oczywiście importerzy i producenci mają sporo pracy związanej z utrzymaniem bazy danych, ale trzeba zakładać, że w długoterminowej perspektywie się to im jednak opłaci.
Co trzeba mieć, aby badać jakość oświetlenia LED?
Aby móc weryfikować jakość światła dostarczanego przez oświetlenie ledowe, konieczna jest odpowiednia aparatura pomiarowa. Wiele wielkości fizycznych można zmierzyć z dużą dokładnością i małym kosztem. Przykładem może być napięcie, rezystancja, temperatura. Mierniki służące do tego celu są tanie, powszechnie dostępne, bardzo precyzyjne, a wynik pokazywany na wyświetlaczu nie sprawia nikomu problemów z interpretacją. Gorzej jest z wielkościami fizycznymi, takimi jak wilgotność, stężenie gazów, ale tutaj także oferta rynku jest bogata i nawet dysponując niewielką sumą, można skompletować całkiem sensowne instrumentarium.
Jeśli chodzi o pomiary światła, to niestety sytuacja jest znacznie trudniejsza. Przyrządy pomiarowe są znacznie bardziej kosztowne, co wynika z tego, że są to urządzenia skomplikowane, precyzyjne i często o unikatowych właściwościach. Rynek aparatury do pomiarów optycznych jest drobnym ułamkiem tego, co mamy w zakresie pomiarów elektrycznych, przez co producentów jest znacznie mniej. Firmy te nie mogą też rozłożyć kosztów inżynierskich na dziesiątki tysięcy mierników, co czyni inwestycję trudniejszą finansowo. Pomiary optyczne są też trudniejsze od strony merytorycznej, bo sam wynik trzeba umieć odnieść do wymagań aplikacyjnych, porównać z innymi produktami i wiedzieć, czy różnica ma jakiekolwiek znaczenie.
Kolejny problem z pomiarami źródeł optycznych jest taki, że potrzebna jest interdyscyplinarna wiedza z zakresu elektroniki (np. zasilanie), optyki (kształtowanie wiązki światła), fizyki. Przydaje się też znajomość chemii, procesów związanych z badaniami starzeniowymi, estymacją żywotności i innymi zagadnieniami. Słowem – nie jest tak łatwo, jak z napięciem.
Podstawowym przyrządem jest spektrometr pozwalający na pomiar skorelowanej temperatury barwowej (CCT) i współczynnika reprodukcji barw (CRI). Do niego trzeba dokupić kulę całkującą wraz z osprzętem, aby badać wydajność świetlną. Ten zestaw minimum można dalej rozbudowywać o sprzęt do badań klimatycznych, starzeniowych, kamerę termowizyjną itp. Do utrzymywania aparatury w stanie jakości metrologicznej niezbędne są wzorce itd.
Migotanie jest coraz mniejszym problemem
Jeszcze kilka lat temu migotanie źródeł światła było częstą przypadłością tanich źródeł. Minimalna bezwładność diod powoduje, że tętnienia napięcia zasilającego wywołane kiepską filtracją lub złą korekcją współczynnika mocy przenoszą się na wahania strumienia świetlnego. Nie tylko chodzi o zmiany w takt częstotliwości sieci zasilającej 50/100 Hz, ale także te o wyższej częstotliwości, które jest wynikiem działania PWM.
Metodą zapewnienia małego poziomu migotania źródeł światła jest użycie zasilaczy dobrej jakości, a więc takich o stabilnym napięciu wyjściowym, które nie tylko nie mają tętnień związanych z konwersją energii i korekcją PFC, ale także charakteryzują się dobrą dynamiką tj. stabilnością napięcia wyjściowego przy dużych zmianach prądu obciążenia. Gdy dynamika jest kiepska, czyli napięcie wyjściowe przy skokowym wzroście obciążenia znacząco się obniża, migotanie pojawia się także przy regulacji jasności. Ponad rok temu weszła w życie kolejna rewizja dyrektywy Ekoprojektu, która wymusza kontrolowanie przez dostawców oświetlenia zjawiska migotania. Poprawiła się też jakość zasilaczy ledowych dostępnych na rynku oraz scalonych rozwiązań driverów wykorzystywanych w modułach i oprawach zintegrowanych. Szersza oferta i dobre parametry zasilaczy specjalizowanych powodują, że migotanie światła przestaje być problematyczne w produktach nowych. Z czasem wysychanie kondensatorów przypomina o problemie z migotaniem, ale to zwykle już jest wówczas problem użytkownika, a nie sprzedawcy.
Inteligentne oświetlenie, czyli smart
Inteligentne oświetlenie to termin o szerokim znaczeniu, często też określane terminem "smart" w przypadku, gdy chodzi o źródła światła do pomieszczeń wewnętrznych. Koncepcja opiera się na tym, że do źródła światła dodajemy różne czujniki, obwody sterujące (jasnością, kolorem, odcieniem), aktywację ruchem człowieka, programowanie czasu działania oraz komunikację. Jednym z najczęściej spotykanych funkcjonalności tego systemu jest możliwość dostosowywania temperatury barwowej oraz jasności świecenia ręcznie lub automatyczne w zależności od pory dnia oraz zdefiniowanego profilu.
Roman Janasik
właściciel PCB Technology
Wszystkie powszechnie stosowane materiały zalewowe w wyniku procesu utleniania mają skłonność do żółknięcia pod wpływem działania tlenu, przy czym na poziom żółknięcia i degradację mają znaczący wpływ wysokość temperatury, czas narażenia oraz rodzaj żywicy. Pomimo że żółknięcie produktu nie ma ogólnego wpływu na właściwości izolujące, często stanowi decydujący czynnik przy wyborze odpowiedniej masy do hermetyzacji oświetlenia LED. Wybierając konkretny produkt, należy zdecydować, jaki poziom żółknięcia jest dopuszczalny dla danej dziedziny zastosowania oraz ocenić, na ile czynników środowiskowych urządzenie będzie narażone. Pozwala to już na wstępne dobranie materiału. Niemniej jednak, w dalszym kroku możliwe jest przeprowadzenie pomiarów stwierdzających, czy dany produkt spełnia nasze wymogi odnośnie do właściwości optycznych. Jeśli chodzi o kolor, ludzkie oko stanowi potężny i czuły przyrząd pomiarowy, jednak jako że może zostać "oszukane", nie zapewni nam odtwarzalnych wyników. Badania kolorymetryczne dostarczają nam bardziej rzetelnych i obiektywnych wyników pomiarów. W wyniku efektu żółknięcia "blokowane" są krótkofalowe promienie obudowanego źródła LED, a całkowite spektrum światła zmienia się na żółtawe. Oprócz tego spada moc wyjściowa światła. Takie właściwości blokujące można zobrazować poprzez pomiary transmisji masy zalewowej. |
Takie możliwości zapewniają profesjonalne oprawy przemysłowe, do budynków biurowych i stanowisk pracy, a nawet żarówki ledowe do zastosowań domowych. Rozwiązania te różnią się tylko liczbą takich funkcji i komunikacją. W systemach budynkowych sterowanie lampami realizuje się za pomocą DALI (Digital Addressable Lighting Interface) i Ethernetu lub ZigBee. W tych domowych częściej spotyka się Bluetooth i Wi-Fi, umożliwiające komunikację ze smartfonem. Niestety jednym z kłopotów branży oświetleniowej pozostaje brak jednomyślności co do standardu wymiany danych, co wywołuje spore problemy z interoperacyjnością poszczególnych modułów LED. Od kilku lat trwają prace nad wprowadzeniem większej standaryzacji, ale idzie to opornie. W wielu przypadkach każda marka ma swoją aplikację i koncepcję sterowania. Kupuje się jego wizję, a nie interoperacyjność.
Oświetlenie specjalistyczne i przemysłowe
Silna konkurencja na rynku konsumenckim powoduje, że stale rośnie znaczenie oświetlenia specjalistycznego i profesjonalnego, w którym wartość dodana dla klienta jest większa niż w obszarze konsumenckim oraz nie ma takiej konkurencji cenowej ze strony importerów produktów azjatyckich. Renomowane firmy stawiają na nowoczesne produkty, o dużej funkcjonalności, jakości, także w zakresie popularnych rozwiązań konsumenckich i nierzadko porzucają aktywność w zakresie wyrobów typowych, gdzie konkurencja ma charakter cenowy.
W tym obszarze ilościowo i asortymentowo dominują rozwiązania oświetleniowe do sklepów wielkopowierzchniowych, magazynów, hal produkcyjnych (głównie lampy highi low bay, oprawy liniowe), w dalszej kolejności są to lampy montowane w sufitach podwieszanych, systemy oświetlenia ulicznego, lampy obiektowe, wersje z certyfikatami (Atex, górniczymi, medycznymi), w obudowach odpornych na narażenia środowiskowe i podobne. Drugim obszarem specjalizacji jest atrakcyjne wzornictwo pozwalające nadać pomieszczeniom indywidualny charakter i zapewnić wysoką funkcjonalność.
Jeszcze inna droga specjalizacji to oświetlenie do zastosowań w rolnictwie, a więc wykorzystywane do uprawy roślin i hodowli zwierząt oraz UV do sterylizacji. Światło o odpowiednim widmie oraz dawce korzystnie wpływa na wzrost i poziom zawartości pożądanych substancji aktywnych w roślinach. UV pomaga z kolei w utrzymaniu dobrej kondycji plonów poprzez ograniczanie rozwoju pleśni oraz niektórych gatunków szkodników, stanowiąc alternatywę dla środków chemicznych. Do takich zastosowań pojawiły się już odpowiednie diody o specyficznej barwie światła.
LED-y z zakresów UV-B oraz UV-C wykorzystywane są również m.in. w celu dezynfekcji pożywienia, powietrza, wody oraz powierzchni. Ich zaletą jest nie tylko ich wysoka energooszczędność, ale również małe wymiary, pozwalające na miniaturyzację urządzeń, przez co wypierają lampy rtęciowe z wielu zastosowań. Także dzięki temu, że nie zawierają rtęci i wiążących się z nią problemów z recyklingiem. Drugą korzyścią jest długa żywotność. Lampy rtęciowe mają ją na poziomie ok. 8 tys. godzin, lampa LED UV może osiągnąć nawet 10-krotnie więcej, nie wymagają nagrzewania, co zwiększa wydajność procesu sterylizacji i umożliwia błyskawiczne uruchomienie systemów dezynfekujących.
Zasilanie dla oświetlenia LED
Zasilacze LED to produkt o specyficznych właściwościach dostosowanych do tego typu aplikacji. Oczywiście co do zasady diody można zasilać z różnych źródeł energii, niemniej te specjalizowane pod kątem LED sprawdzają się najlepiej. Warto przez chwilę skupić się na różnicach między typowymi jednostkami adapterowymi a rozwiązaniami do oświetlenia LED.
Zasilacze LED w wersji zewnętrznej, a więc takiej, która stanowi osobną jednostkę w obudowie i współpracujące z siecią energetyczną są produkowane jako wersje stałonapięciowe (CV) i stałoprądowe (CC). Układ sterujący w wersji CC zapewnia ograniczenie prądu wyjściowego, stabilizację i regulację tego prądu oraz kompensację temperaturową. Do ich wyjścia można dołączyć zwykle od jednej do kilku diod połączonych szeregowo. Oba typy muszą spełniać ostrzejsze wymagania w zakresie emisji elektromagnetycznej definiowane przez normę EN55015, która do limitów narzuca ograniczenia w paśmie 9–150 kHz. Już w wersji powyżej 20 watów zasilacze ledowe muszą mieć wbudowany korektor współczynnika mocy PFC, ale za to nie mają ograniczeń związanych z mocą pobieraną bez obciążenia lub minimalną sprawnością, co wymuszają regulacje w zakresie ekoproduktu dla jednostek adapterowych.
Dalsze różnice dotyczą bezpieczeństwa, które dla zasilaczy ledowych wiążą się z większymi wymaganiami. W przypadku awarii napięcie na ich wyjściu nie może się w niekontrolowany sposób zwiększyć ponad poziom uważany za bezpieczny. Wzrost temperatury zasilacza podczas pracy też jest ograniczony po to, aby hipotetyczny montaż w drewnianej zabudowie meblowej nie skończył się pożarem. Kolejne różnice dotyczą funkcjonalności, takiej jak specjalna obudowa, regulacja jasności i podobnych.
Takich specjalizowanych jednostek jest na rynku wiele i bez trudu można wybierać spośród ofert wielu producentów i typów. Rośnie też stopień zaawansowania technicznego zasilaczy ledowych, co ma korzystny wpływ na parametry oświetlenia i trwałość. Poza zasilaczami do sieci energetycznej są jeszcze wersje zasilane niskim napięciem stałym (DC-DC), moduły open frame i układy scalone specjalizowanych konwerterów impulsowych. Zasilacze dla diod LED są produkowane głównie przez firmy azjatyckie, które celują w tworzeniu szerokiego asortymentu standardowych konstrukcji o dobrym poziomie jakości.
Jakość zasilania, diod, optyki i materiałów
Mówiąc o jakości oświetlenia ledowego, w największym stopniu skupiamy się na ocenie diod, a więc emiterów światła. Rozważamy zagadnienia związane z wpływem temperatury na trwałość, degradacją luminoforu itp. czynnikami. Niemniej z perspektywy lat można powiedzieć, że w wielu przypadkach diody nie są głównym sprawcą złej jakości produktów końcowych. Może kiedyś tak było, ale dzisiaj rozwój technologii pozwala zapewnić ich działanie w dziesiątkach tysięcy godzin.
Poza diodami problemy sprawia zasilanie, zwłaszcza to zintegrowane z lampą, gdyż wówczas zasilacz jest umieszczony blisko źródła światła i całość razem grzeje się znacząco. Prowadzi to do wysychania elektrolitu w kondensatorach elektrolitycznych i przedwczesnych awarii. Zasilacze są też wrażliwe na przepięcia w sieci. Dotyczy to głównie produktów konsumenckich, gdzie oszczędza się na komponentach oraz wersji profesjonalnych w przypadku, gdy warunki eksploatacji są trudne. Świadomość rynku w zakresie wpływu warunków panujących w miejscu instalacji na żywotność jest niewielka i zasilacz zabudowany szczelnie w drewnianym meblu nie jest wcale rzadkością. Ostatnim czynnikiem determinującym jakość i żywotność oświetlenia jest jakość produktów chemicznych, takich jak zalewy hermetyzujące i tworzywa elementów optycznych, które żółkną, kruszą się lub deformują. Warto więc pamiętać, że w zapewnieniu jakości liczy się połączenie wszystkich elementów w spójną całość.
Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców produktów oświetleniowych LED w Polsce.
