LED žarulje daleko su najučinkovitije i “najčišće” u odnosu na ostale vrste žarulja, te se sve više koriste i postaju dominantne na tržištu.
U našoj seriji tekstova o zelenim tehnologijama, danas ćemo pisati o LED rasvjeti. U Europskoj uniji od 01.01.2013. zabranjeno je korištenje žarulja sa žarnim nitima, a kao glavni argument za zabranu navodi se podatak da se kod ovih žarulja samo 5% energije koristi za stvaranje svjetlosti, dok ostali dio prelazi u toplinu. Kao alternativa, u ponudi su se našle kompaktne fluorescentne ili štedne žarulje tzv. CFL (engl. compact fluorescent lamp), halogene te LED žarulje. I dok su CFL žarulje, iako troše manje energije i traju duže od klasičnih, sve nepopularnije s obzirom na cijenu, te sadržaj štetnih tvari (živa), a halogene pred zabranom budući da također koriste žarne niti, LED žarulje daleko su najučinkovitije i “najčišće” u odnosu na ostale. Trenutno im je najveći nedostatak početna cijena investicije, međutim, s obzirom na vijek trajanja i potrošnju energije, vrlo se brzo isplate. Iako, i cijena im je u stalnom laganom padu.
LED tehnologija
Po čemu su zapravo ove žarulje učinkovitije od ostalih? Prvenstveno to moramo zahvaliti tehnologiji na kojoj počiva njen rad. Naime, svjetleća dioda ili LED (engl. light emitting diode) je poluvodički elektronički element koji putem elektroluminiscencije pretvara električni signal u optički, odnosno u svjetlost. Elektroluminiscencija je jedan od oblika luminiscencije što znači da elektromagnetsko zračenje nije potaknuto toplinskim procesom i povišenom temperaturom već nekim drugim oblikom energije, pa tako npr. uz elektroluminiscenciju postoji i bioluminiscencija, radioluminicsencija, luminiscencija trenja itd. Drugim riječima, elektroluminiscencija je optički fenomen u kojem materijal emitira svjetlost uslijed prolaza električne energije, za razliku od inkandescencije, kao što je slučaj kod običnih žarulja sa žarnim nitima, gdje materijal emitira svjetlost uslijed visokog usijanja. Sama LED dioda sastoji se od čipa poluvodičkog materijala kojem su dodane određene primjese kako bi se stvorio tzv. p-n spoj. Pod djelovanjem istosmjernog napona elektroni prelaze s n strane na p stranu i u području spoja se spajaju sa šupljinama, prelaze u više energetske razine te otpuštaju višak energije u obliku fotona tj. svjetlosti. Boja emitirane svjetlosti, tj. njena valna duljina ovisi o vrsti materijala koji se koristi u izradi p-n spoja.
Iako otkriće LED-a datira još iz 1927. godine, prve diode kao praktične elektroničke komponente javljaju se početkom 60-ih godina prošlog stoljeća i to u crvenoj boji spektra. Kao takve, najviše su se koristile kod upravljačkih jedinica različitih kućanskih aparata poput daljinskih upravljača, kalkulatora i sl. Daljnjim razvojem znanstvenici su početkom 90-ih godina prošlog stoljeća uspjeli razviti plavu visokoučinkovitu LED diodu, a ubrzo zatim i bijelu. Ubrzo se upotreba ovih dioda proširila i za ukrasno osvjetljenje, industriju zabave, signalnu rasvjetu za bicikle, automobilska svjetla i slično, a također se koriste i u optičkim komunikacijama gdje služe za prijenos podataka.
Postoje dva načina proizvodnje bijele boje LED svijetla. Jedan je da se svjetleća dioda sastoji od tri čipa od kojih svaki emitira osnovnu crvenu, zelenu i plavu boju (RGB, eng. red, green, blue). Miješanjem tih boja dobiva se bijela svjetlost, ali i druge boje spektra. Drugi način je da se na izvorno plave ili UV svjetleće diode nanese sloj fosfornog premaza koji konvertira svjetlost u bijelu boju.Ovisno o vrsti i strukturi premaza mogu se dobiti različite temperature (nijanse) bijele boje.
Prednosti LED rasvjete
Glavna prednost LED rasvjete leži u njenoj visokoj učinkovitosti odnosno emitiranoj količini svjetlosti ili svjetlosnog toka u odnosu na utrošenu električnu snagu. Ta količina vidljivog svjetla koje rasvjetno tijelo proizvodi izražena je u lumenima (lm). Primjera radi, količina svjetlosnog toka koju daje prosječna 60W žarulja sa žarnom niti iznosi otprilike 700 lm. S druge strane količina svjetlosnog toka koju daje 9W LED žarulja iznosi 860 lm. Za primijetiti je da LED žarulja s gotovo 7 puta manje energije daje više svjetla, a složit ćete se da manje wata znači i manju potrošnju struje. Ovu prednost, kako smo već i spomenuli prvenstveno možemo zahvaliti elektroluminiscenciji. Većina energije koju stvara ovaj skup malih transformatora, čipova i dioda odlazi na stvaranje svjetlosti dok samo mali dio odlazi u toplinu. Ova učinkovitost razvojem tehnologije sve više raste, pa je tako npr. jedna tvrtka 2014. godine objavila da je probila granicu od 300 lm po 1 watu.
Druga važna prednost LED rasvjete je njezin dugi vijek trajanja. Naime, zaliveni elektronički elementi, tzv. solid state vrlo su otporni i dugotrajni ako rade s malim strujama i na niskim radnim temperaturama. Za to su im potrebni transformatori (driveri) koji služe za pretvaranje izmjenične struje na niži radni napon istosmjerne struje, te hladnjaci koji služe za odvod stvorene topline. Tako da se očekivani životni vijek LED žarulje kreće od 15.000 pa do 50.000 ili čak 100.000 sati, ovisno o snazi i proizvođaču, što je neusporedivo duže od žarulje sa žarnom niti ili CFL žarulje. Ključnu ulogu ovdje ima kvaliteta transformatora, o čemu ovisi dužina vijeka trajanja LED žarulje. Ovisno o vrsti i veličini žarulje, transformatori dolaze u različitim tipovima te mogu biti i vanjski npr. kod LED traka i sl.
Ostale prednosti LED rasvjete odnose se na trenutno paljenje odmah nakon pritiska prekidača, dok je kod CFL žarulja potrebno neko vrijeme da postignu puni sjaj. Kod niskih temperatura to vrijeme traje i duže, što kod nekih CFL žarulja može značiti i do 3 min. Nadalje, LED rasvjeta ne sadrži živu koja se u CFL žaruljama nalazi u cijevi gdje se uz pomoć struje potpaljuje kako bi se stvorilo ultravioletno svjetlo. LED tehnologija je čista i potpuno sigurna za čovjekovo okruženje.
Ova tehnologija nudi nam i širok izbor nijansi bijele svjetlosti, tako da je danas moguće nabaviti žarulje u rasponima boje od 2700 Kelvina (žuta, toplo bijela) do 6500 K (hladno bijela, plava), a isto tako i ostalih različitih boja (RGB LED trake). Naime, RGB tehnologija koju smo već spomenuli, omogućava nam miješanje crvene, zelene i plave boje kako bi se dobila bijela svjetlost, ali njihovom regulacijom i sve ostale nijanse bijele i bilo koje druge boje spektra, što je ogromna prednost kod takve tehnologije. LED isto tako ne emitira ultraljubičasto ni infracrveno zračenje te ne zuji.
Ograničenja
LED rasvjeta ima i određena ograničenja. Pa tako možemo spomenuti da, indeks uzvrata boja (tzv. CRI, eng. color rendering index), nije isti kao i kod obične žarulje sa žarnom niti gdje iznosi 100 (što znači savršeno, budući da se mjeri na skali od 0-100), već je nešto manji. Indeks uzvrata boja je kvantitativna mjera sposobnosti svjetla da prikaže boje različitih predmeta vjerno ili identično u usporedbi s prirodnim ili idealnim izvorom svjetla. Tako da se LED diode s CRI ispod 75 ne preporučuju za upotrebu u unutrašnjoj rasvjeti.
LED svjetiljke mogu titrati, što ovisi o kvaliteti napajanja. Duža izloženost treperavoj svjetlosti pridonosi glavobolji i napetosti oka.
LED svjetiljke osjetljive su, kao i sve solid state komponente, na prekomjernu toplinu te je stoga uvijek potrebno provjeriti kompatibilnost za uporabu u zatvorenim ili djelomično zatvorenim armaturama kako ne bi došlo do kvara žarulje ili čak požara.
Danas LED rasvjeta sve više ulazi u uporabu u malim domaćinstvima i kućanstvima, te bismo mogli reći da postoji u praktički svim sferama života gdje nam je potrebna svjetlost. LED svjetlost može biti strogo usmjerena (GU10, MR16) ili raspršena kao kod obične žarulje sa žarnom niti (E27, E14) dok se fleksibilne LED trake primjerice, mogu rezati na određenu dužinu te pratiti nepravilne oblike prostora. To ih uz jednostavnu montažu čini izvrsnim alatom za postizanje različitih arhitektonskih rješenja. Uz neizmjerno velik broj različitih mogućnosti te izbor boja, oblika i nijansi, te visoku energetsku učinkovitost, LED rasvjeta postaje nezaobilazan faktor koji upotpunjuje izgled grada, ulice ili trga.
