LED lámpák A jövõ fényforrásai a jelenben

TECHNIKÁK, TECHNOLÓGIÁK

LED lámpák A jövõ fényforrásai a jelenben Cikksorozatunk elsõ részében megmutatjuk, hogyan mûködik a LED, milyen LED típusok terjedtek el, illetve hogyan fejlõdött a LED technológia a világítástechnikában is alkalmazható fényforrássá.

Fénykibocsátó dióda, magyarul: LED A LED-et, azaz a fénykibocsátó diódát (angolul Light Emitting Diode) 1955-ben találták fel, ekkor vizsgálták a galliumarzenid félvezetõk által elektromos áram gerjesztés hatására kibocsátott infravörös fényt. 1962-ben fejlesztették ki a gyakorlatban is használható látható fényû diódát. A késõbbi fejlesztéseknek köszönhetõen egyre több területen lehetett alkalmazni a LED-eket.

Mitõl világít a LED? A fénykibocsátás úgy keletkezik, hogy a diódára adott áramforrás a dióda anyagában levõ atomok szabad elektronjainak többlet energiát ad, amitõl azok magasabb energiájú pályára lépnek. Mivel ez nem stabil állapot, ezért hamarosan visszaugrik az eredeti pályára és a többletenergiát foton (azaz fény) formájában adja le. Attól függõen, hogy milyen atomban lévõ elektronról van szó, a felvett majd leadott energia mennyisége más és más lehet, ezáltal a keletkezõ fény hullámhossza is más lesz. Ilyen módon megfelelõ anyagválasztással be lehet állítani a LED által kibocsátott fény hullámhosszát. A mûködési elvbõl következõen a LED által adott fény keskeny spektrumú. A LED átlátszó vagy színes mûanyag tokozása mechanikai és optikai célt szolgál. Védi a diódát a külsõ sérülésektõl, lehetõvé teszi a be- illetve összeépítést. Az optikai cél persze nem a szín kialakítása, hiszen a LED színét az elõzõ bekezdés értelmében nem a tokozása adja meg, hanem a sugárzási szög kialakítása. A LED által kibocsátott fény szöge függ a LED átmérõjének és magasságának arányától: a magasabb LED szûkebb, az alacsonyabb LED szélesebb szögben sugároz. Ha ezekbõl többek építünk össze, akkor kialakul egy közös sugárzási szög, ami eltérhet az egyes ledek sugárzási szögétõl.

színhõmérsékletével jellemezzük. Egy fényforrás színhõmérsékletét az általa okozott színérzet és egy feketetest sugárzó által létrehozott színérzet alapján határozzák meg. Hagyományos izzónál az izzószál izzításából keletkezik a fény, ezért a színhõmérséklet megegyezik az izzószál hõmérsékletével. Fénycsöveknél és LED-eknél ilyen fizikai kapcsolat nincsen, ezért ilyenkor inkább "korrelált színhõmérsékletrõl" CCT (Correlated Color Temperature) beszélünk. A hagyományos izzólámpa színhõmérséklete 2800K körül van, ez az az érték, aminél a tárgyak színét olyannak (illetve kicsit sárgásabbnak, melegebbnek) látjuk, mint normál nappali fényben. A LED-es világításban eleinte használt fehér LED-ek színhõmérséklete 6500K körül volt, ezek nem adták vissza hûen a tárgyak színét. Az 5000-6500K körüli tartományt nevezzük hideg fehér fénynek, a normál izzólámpa színhõmérséklete körüli 3000-3500K értékeket meleg fehér fénynek.

Hideg fehér - meleg fehér A LED-eket az általuk kibocsátott fény hullámhossza szerint a színükkel adjuk meg. A fehér fényt azonban a Kelvinben mért

24

2007. 2. szám

Szín és színhõmérséklet


A LED világítás fejlõdése Kezdetben a LED-eket csak jelzõfényként alkalmazták elektromos berendezésekben, idõrendben elõször piros, majd zöld, sárga és kék színekben. Késõbb, a technológia fejlõdésével a LED-ek fényerejének növekedésével kijelzõk háttérvilágításaként használták. A fehér színû LED-ek megjelenése már lehetõvé tette a világítástechnikai alkalmazást is. Kezdetben a kékeslilás fehér fényû LED-ekkel készített modulok jelentek meg, ezeket - a színhõmérsékletük miatt - csak kevés helyen lehetett alkalmazni. A késõbbiekben megjelenõ meleg fehér (30003500K) fényû LED-ekkel már a normál izzók színvilágát tudják visszaadni.

pen több elemi Power LED chip-et építenek egyetlen fénykibocsátó alkatrésszé. A Power LED-eket különbözõ teljesítménnyel gyártják, a kereskedelemben kapható típusok tipikusan 1, 3, illetve 5W-osak.

A LED lámpa generációk A LED lámpákat az alkalmazott LED-ek típusa szerint a következõképpen csoportosíthatjuk: 5 mm-es LED-ekbõl épített, 8 mm-es LED-ekbõl épített, Power LED-ekbõl épített lámpák. A típusokon belül a LED-ek számával, illetve Power LED-eknél a LED-ek teljesítményével és számával arányosan kapunk egyre több fényt.

LED-es lámpatest Elemi LED-eket panellé összeépítve lehetõség van koncentráltan nagyobb fényerõ elérésére. Ezekben mivel a diódák 3,23,5V egyenfeszültségrõl mûködnek, elõtét áramkörökre van szükség, amelyek elvégzik az egyenirányítást és feszültségcsökkentést. Ilyen módon épül fel a komplett LED-es lámpatest, amelyben a LED-ek és az elõtét áramkör fixen van beépítve, ezért bármilyen esetleges meghibásodás esetén az egészet kompletten kell cserélni.

Izzólámpa helyett LED lámpa Igazi áttörést jelentett a LED-es világítás fejlõdése során, amikor az elõtét áramkört és a LED-eket is a hagyományos izzónak megfelelõ házban (A, B, G, MR, PAR, R búra) helyezték el és szabványos foglalatokkal (GU4, GU5.3, GU10, E14, E27) látták el. Ezeket a használatban lévõ lámpatestekbe a normál izzók kiváltására lehet használni, bizonyos paraméterek figyelembevétele mellett.

5 mm-es, 8 mm-es és Power LED-bõl épített lámpák

Sugárzási szög A különbözõ típusú LED-ekbõl összeépített lámpa más és más sugárzási szögben adja le a fényt. Az 5 mm-es magas LED-bõl épített lámpa kb. 25 fokban, az ugyancsak 5 mm-es alacsony LED viszont 120 fokban világít. A 8 mm-es LED-el épített lámpák 90-100 fogban sugároznak. A Power LED-eknél a sugárzási szöget az elõtét lencsével lehet szabályozni, általában ebbe célszerû olyat választani ami a legjobban megközelíti a normál halogén izzót, ez 60 fokos sugárzási szöget jelent.

Power LED Nagy ugrást jelentett a nagy teljesítményû LED-ek (Power LED chip) kifejlesztése és alkalmazása, ebbõl a lámpákba 1, 3, 5 vagy akár 11 darabot építenek be, így növelve a lámpák fényerejét. A Power LED-ek hõtermelése jelentõsebb, mint a hagyományos lednek, de még mindig jólval a normál izzóé alatt van. A hõelvezetés miatt általában hûtõbordát építenek a LED köré valamint egy lencsén keresztül vezetik át a fényt ezáltal kontrasztos lesz a megvilágított terület és pontosan beállítható a sugárzási szög. A Power LED-ek továbbfejlesztett verziója a már a piacon is megjelent Multi-chip Power LED, amelyben tulajdonkép-

5 mm-es LED-ekbõl épített 25 fokos, 8 mm-es LED-ekbõl épített 100 fokos és Power LED-bõl épített 60 fokos sugárzási szögû lámpák képei

Cikksorozatunk következõ részében megmutatjuk, hogyan és milyen alkalmazásokban válthatják ki a LED lámpák a hagyományos fényforrásokat, valamint gyakorlati tanácsokat adunk a LED-es világítások tervezéséhez és kivitelezéséhez. Ugróczky Csaba okleveles villamosmérnök, Csányi Kornél okleveles villamosmérnök

2007. 2. szám

25


LED lámpák 2. rész A LED-es fényforrások alkalmazása Ugrócky Csaba és Csányi Kornél okleveles villamosmérnökök Cikksorozatunk második részében megmutatjuk, hogyan és milyen alkalmazásokban válthatják ki a LED lámpák a hagyományos fényforrásokat. A LED-ek alkalmazási területei a technológia fejlõdésével egyre bõvülnek, térhódítása a hagyományos izzókkal szembeni jó tulajdonságainak köszönhetõ: kezdve az extra alacsony fogyasztástól, a minimális hõkibocsátáson keresztül, a rendkívül hosszú élettartam és megbízhatóságig.

ledes izzót alkalmazunk nagyjából egy 15-20w-os halogénnek felel meg. Ebben az esetben 3-4db 38 ledes izzóval számolhatunk egy 50W-os halogén helyett akkor máris több fényt kapunk negyed annyi fogyasztással. Ha a 18db 8mm-es ledbõl felépülõ lámpát szeretnénk használni ez közelítõleg egy 25-30W-os halogénnek felel meg ebbõl 23db is helyettesít egy 50w-os halogént és nagyjából ötöd anynyi energiát fogyaszt. Ha a 3W-os vagy 3x1W-os Cree Power LED-et nézzük, ebbõl kettõ tud helyettesíteni egy 50W-os halogént, és mindössze a nyolcad annyi energiát vesz fel.

Állmennyezetbe süllyesztett világítótestek

LED lámpák az otthonunkban Ezeket eddig halogén izzókkal oldották meg, aminél keletkezõ jelentõs hõt megfelelõ légrésekkel el kell vezetni. Ettõl elõremutatóbb megoldás a LED-ek alkalmazása, mivel a felvett energiát gazdaságosabban alakítja fénnyé, ezért ez az elsõre drágábbnak tûnõ beruházás az üzemeltetés során hamarosan visszahozza az árát, ezt egy számításon keresztül a cikk végén bemutatjuk. Ahhoz, hogy el tudjuk dönteni, hogy melyik LED lámpát használjuk megadunk néhány összehasonlítási szempontot. Ha 38

16

2007. 2. szám

Spot lámpák


Az R50-es, R63-as izzóknak a kiváltására olyan LED lámpákat használunk aminek a feje megegyezik az álmennyezetbe sülylyesztett izzóval, viszont E14 vagy E27-es foglalattal rendelkezik és a foglalat és a lámpa feje között van egy toldás, ezzel kompatíbilis az R50, R63 izzókhoz tervezett lámpákkal. GU10 foglalatú spot lámpákra a fényerõ és a világítási szög függvényében használhatunk 5 mm-es, 8 mm-es LED-ekbõl épített, vagy Power LED lámpát is. A szükséges megvilágítás eléréséhez szükséges darabszámot az elõzõekben ismertetett módon lehet meghatározni.

tet, amin a LED-ek egy a foglalatra merõleges lapra vannak felszerelve, és miután a lámpát betekertük a foglalatba lehetõség van a fejet a megfelelõ irányba továbbforgatni. A megfelelõ világítási szöget 8 mm-es 100 fokos LED-ekkel érik el.

Csillagos égbolt a nappaliban

A G4 halogénizzók ebben a felhasználásban dekorációs célt szolgálnak, így nagyszerûen kiválthatók G4 foglalatú Superflux LED fényforrásra, ennek csak 0,2 Watt (!!!) a fogyasztása. E célra a hideg fényû LED-ek a legalkalmasabbak.

Hálószoba A hálószoba közepén lógó függesztékben használhatunk a G100 (100mm átmérõ E27 foglalat), kiváltására készült LED lámpát, amely 60 db LED-et tartalmaz. Az éjjeli lámpákba pedig gyertya formájú LED lámpát.

UFO lámpába ajánlott LED-es fényforrás

Mivel a LED-eknek irányított fényük van, és az UFO lámpákban az E27-es foglalat fekvõ helyzetû, ezért ebben a felhasználásban a fent ismertetett LED lámpa típusok egyike sem alkalmazható. Erre a célra ki kellett fejleszteni egy speciális lámpates-

Fürdõszoba

Tükör feletti falikarban mivel az szembõl világít célszerû a nagyobb megvilágitási szöggel rendelkezõ LED lámpát alkalmazni. A mennyezeten lévõ spot lámpába attól függõen, hogy mekko-

2007. 2. szám

17


Lépcsõvilágítás

SMD élfólia

ra területeket szeretnénk megvilágítani választhatjuk a kisebb vagy nagyobb sugárzási szöggel rendelkezõ LED lámpát. Ha a mennyezeten vagy az oldalfalon UFO lámpa van, abba a speciálisan ebbe a lámpatípusba kifejlesztett lámpát lehet használni.

A 38 LED-es lámpa felsõszekrényben

E27 foglalatú, letekerhetõ gömb búrás lámpatestbe behelyezhetõ az MR16-os fejû E27-es LED lámpa rövidített (porcelán közgyûrû nélküli), 120 fok szögû változata. A lépcsõ élekbe, valamint a bárpult környékén a padlólap fugákba beépíthetünk olyan LED csíkot amely gyárilag körbe van öntve rugalmas, átlátszó mûanyaggal, így teljesen szigetelt.

Konyhabútorokba, bárpultba épített világítótestek Bútoroknál a feleslegesen keletkezõ hõ elvezetése még komolyabb gondokat okozhat, mint álmennyezet esetében. Roszszabb esetben akár meg is perzselheti a körülötte lévõ fát vagy bútorlapot. A LED-ek alkalmazásával, hasolóan az elõbbiekhez lehet kiválasztani a megfelelõ fényforrást. Itt a bútor színének megfelelõen el lehet gondolkodni a hideg illetve meleg fehér fényû, bárpult megvilágítására színes, akár színváltós LED-ek alkalmazásáról. A bárpultot kiemelhetjük LED élfóliával, amely parányi SMD LED-eket tar talamaz, egyszerû-

G4

18

2007. 3. szám


en ragasztással építhetõ. Felsõ szekrény aljába a nagyobb, 90 fokos szögben világító LED lámpát érdemes alkalmazni, mint pl a 18 db 8 mm-es LED-et tartalmazó lámpa, vagy a G4-es halogén izzó kiváltására tervezett oldalt világítós LED lámpa. A felsõ szekrény elé kinyúló konzolra a 38 LED-es is megfelelõ lehet attól függõen, hogy mekkora területet szeretnénk bevilágítani. Üveges szekrény belsõ megvilágítása felülrõl történhet a 38 LED-es lámpával, itt az üveg színétõl függõen a színes LED-ek alkalmazását is célszerû meggondolni.

forrás nem fog elférni. A LED lámpa a benne lévõ áramkör miatt általában hosszabb, mint egy normál izzó.

LED alkalmazások a ház körül

Kert világítás A LED lámpákat használhatjuk ker ti utak megvilágítására, ahol a magas üzemórák miatt gyors megtérülés várható. A ker ti növényzet megvilágítására különösen alkalmasak a LED lámpák mivel az alacsony hõtermelés miatt nem perzselik meg a leveleket.

Falmosó Taposólámpákat közvetlenül a házfal aljába építve, vagy kültéri spot falikart a fara szerelve "falmosót" építhetünk, ahol a keskeny világítási szögû 38 LED-es lámpák súrlófénye kitûnõ eredményt ad. A színüket egymással szinkronban váltó LED lámpák használatával tovább fokozhatjuk a látványt. Taposólámpák A lámpatest megvásárlása elõtt célszerû belepróbálni a LED lámpát, mivel ha nem elég mély a lámpatest, a LED-es fény-

Medence, kerti tó megvilágítása A nehezen hozzáférhetõ helyekre célszerû LED-eket alkalmazni, ilyen például a medencék feletti világítás, utána elfelejthetjük a problémás izzócseréket. Víz alatti megvilágításra többféle 12V-os típusból lehet választani, viszont itt is figyelni kell arra, hogy beleférjen a lámpatestbe.

Cikkünk következõ részében a LED világítás tervezéséhez és szereléséhez adunk gyakorlati tanácsokat, valamint megmutatjuk a LED fényforrások megtérülését a hagyományos fényforrásokhoz képest.

JET-VILL földfelszín alatti rendszerek JFA elosztóberendezések fejlesztése III. Marosán István, JET-VILL Kft.

Környezeti kihívás A technika folyamatosan fejlõdik és egyre lényegesebb a környezeti elvárásoknak való megfelelõsség. Több szempontból is aktuális a közterületek, különösen a frekventált belvárosi és az idegenforgalmilag kiemelt városrészek állapotának kérdése. A mûemlékvédelmi területek, a sétálóutcák felújítása során jelentõs fejtörést okoz, hogy a létfontosságú közmû ellátáshoz szükséges mûszaki berendezések ne zavarják a városképet. A legkézenfekvõbb megoldás a föld felszíne alá történõ elrejtés. Erre a kihívásra válaszol a JET-VILL Kft. JFA típusjelû földfelszín alatti termékcsaládja. Az elsõ részben a különféle elosztóberendezésekkel ismerkedhettünk meg, míg a második részben a zászlóshajónak tekinthetõ természetes hûtésû transzformátorállomással foglalkozunk.

Transzformátorállomás felszín alá helyezése

2007. 3. szám

19


LED lámpák 3. rész A LED-es fényforrások üzleti alkalmazása Csányi Kornél okleveles villamosmérnök A LED lámpák alkalmazása üzleti célokra - az alacsony energiafelhasználás és a karbantartásmentesség miatt - különösen elõnyös. Cikksorozatunk harmadik részében gyakorlati példákon keresztül mutatjuk be a LED fényforrások alkalmazását az üzleti világban. Mivel az üzleti beruházásoknál elsõsorban a megtérülés és nem annyira a bekerülési költség a fontos, ezért a LED fényforrások alkalmazása elterjedtebb, mint a lakossági felhasználásban. A tized akkora fogyasztással párosuló ötvenszer hoszszabb élettartam ugyan önmagáért beszél, de ezen kívül több tény is a LED lámpák mellett szól. A LED által kibocsátott fény spektruma ellenben a halogén fényforrásokkal elég keskeny, nem tartozik bele sem az UV, sem az infravörös tartomány, ezért nem károsítja a tárgyak anyagát, az áruk színét. Így a LED lámpák alkalmazásával elkerülhetõ az éves szinten jelentõs összértékû selejt keletkezése. A színek és anyagok védelme érdekében a galériákban és múzeumokban a reflektorok elé UV szûrõket helyeznek el, ez a LED világításnál szükségtelen. A LED fényforrás az alacsony mûködési hõmérséklet (4060 oC) miatt növeli a komfort-érzetet, nem tûzveszélyes, ezen kívül a légkondicionálót sem terheli feleslegesen, ellenben az izzószálas fényforrásokkal, amelyek hõsugárzóként mûködnek. Az alacsony karbantartási igénynek minden felhasználó örül, de különösen a non-stop szolgáltatók értékelik nagyra. Képzeljünk el egy szállodát, ahol a folyosók megvilágítása a nap 24 órájában üzemel. Egy folyosón 50-60 hagyományos fényforrás is lehet, amelyek rendre az 1000 órás üzemidõ (kb. 40 nap) után kihunynak, persze nem egyszerre… Amennyiben nem LED lámpát használnak, az ilyen helyeken az overálos karbantartók jelenléte folyamatos kell legyen. Wellness központokban medence fölött, illetve a medence falában is jó választás a LED lámpa, mivel a halogén izzó cseréjéhez gyakran kellene leengedni a vizet. A megvilágítás színének, illetve a színhõmérséklet megválasztásának lehetõsége LED lámpák alkalmazása esetén különösen szabad. Akár még a fényforrás színe is megváltoztatható gombnyomásra, vagy automatikusan. A meleg fehér (30003500K) fényû LED-ek alkalmazásával a színeket a valósághoz hûen adhatjuk vissza, a hideg fehér (5000-6000K) fényû LED-ek minden más fényforrásnál jobban kiemelhetik az órák, ékszerek, kristályok, porcelánok jellegét.

22

2007. 4. szám

LESS MR16/GU10/C1WW3

Vitrinek megvilágításához, álmennyezeti süllyesztett világításként elegendõek a LESS MR16/GU10/C1WW3 meleg fehér fényû vagy a LESS MR16/GU10/C1CW3 hideg fehér fényû 3W teljesítmény felvételû Power LED fényforrások, a kirakat megvilágításhoz azonban nagyobb fényáramra van szükség. Alkalmazhatunk több LESS MR16/GU10/C3WW1 meleg fehér fényû 3 db 1W-os Power LED-et tartalmazó GU10 foglalatú LED lámpát akár E14 vagy E27 foglalattal is, melyek fényárama 240 lumen. Nagyobb portálok megvilágításához még ennél is komolyabb LED lámpára van szükség. A LESS PAR20/E27/N6WW1 LED lámpa 6 db 1W-os Power LED-et tar-

LESS MR16/GU10/C3WW1


Power LED 60 fokos fenykör

LED világítás tervezés

LESS PAR20/E27/N6WW1

talmaz és fényárama 480 lumen, míg a LESS PAR30/E27/C9WW1 LED lámpa meggyõzõ 720 lumen fényáramot produkál. A öntapadós hátú flexibilis LED szalagok felhasználásának csak a fantázia szab határt. Használhatjuk közvetlen és rejtett világításként bútorokhoz, mennyezeten, kül- és beltéren egyaránt. Elérhetõek meleg fehér LESS ROLL/100/SMD60WW, valamint távvezérelhetõ színváltós RGB változatban LESS ROLL/100/SMD30RGB, sõt, IP68 vízálló kivitelben is.

LESS ROLL/100/SMD60WW

A LED-ek élettartama rendkívül magas, tipikusan 50000 óra. A megadott élettartam azt jelzi, hogy a kibocsátott fény intenzitása mikor csökken az újkori érték 70 százalékára. Ezt a megvilágítás tervezésénél célszerû figyelembe venni és ennyivel túlméretezni. A különbözõ típusú LED lámpákból a fény más-más szögben (25, 40, 60, 90, 120 fok) lép ki. A tervezés során erre is figyelmet kell fordítani, valamint nem szabad elfelejtenünk, hogy a LED-ek eredendõen spot, nem pedig gömbsugárzók, mint a hagyományos villanykörte. Majdnem tökéletes gömbsugárzót készíteni ugyan lehetséges LED-ekbõl de a foncsorbúra miatt a vér- (fény) áldozat jelentõs.

Szerelési tanácsok a 12V-ról üzemelõ LED lámpákhoz A LED-ek érzékeny félvezetõk. Tartós és megbízható mûködésükhöz a megfelelõ egyenfeszültség és áram elengedhetetlen. A törpefeszültségrõl mûködõ LESS LED lámpák mindegyike (pl. LESS MR11/GU4/C1WW1) képes 12V váltófeszültségrõl is mûködni, ez azért lehetséges, mert a beépített elõtét-áramkörök tartalmaznak egyenirányító tagot. Jelenleg a kereskedelemben kapható elektronikus transzformátorokat halogén izzók meghajtására tervezték, feszültségük gyakran túllõ a 12V-on (14-18V), hullámformájuk nem szabályos, zavarjeleket tartalmazhat. Ezek a transzformátorok nem alkalmasak LED lámpák üzemeltetésére, helyettük hagyományos vasmagos tekercselt transzformátort javasolunk 12V kimenõ feszültséggel vagy 12V-os stabil egyenfeszültségû tápegységet.

LESS ROLL/100/SMD30RGB

Éttermekben, bárokban, szórakozóhelyeken a LED lámpák segítségével könnyen alakíthatunk ki bensõséges hangulatot, kihasználva, hogy a 40 és 60 fokos Power LED lámpák éles, kontúros fényt adnak, azaz a megvilágított területen belül egyenletes a fény, azon kívül viszont nincs szórt fény, mint a halogén lámpáknál.

LESS MR11/GU4/C1WW1

2007. 4. szám

23

LED lámpák A jövõ fényforrásai a jelenben

Recommend Documents