LED belysningens drift och fördelar

Publicerat 2013-08-23 av Kristofer Blockhammar

Lysdioder, brukar kallas LED, blir mer och mer utbredda i alla användningsområden från små ficklampor till bärbara datorer, mobiltelefoner, TV-apparater, trafiksignaler, industribelysning m.m. Du kanske tror att de är en ny uppfinning, men de har varit i kommersiellt bruk sedan 1970-talet som ersättare för glödlampor och indikatorlampor på elektronisk utrustning. Det var bara nyligen som LED tillverkning har nått en punkt där lysdioder kan användas för att ersätta konventionell belysning som glödlampor, fluorescerande lampor, halogenlampor, kvicksilverlampor m.m.

Innan vi diskuterar fördelarna med lysdioder, låt oss granska hur lysdioder fungerar. Lysdioder skiljer sig från konventionella ljuskällor på det sätt som de producerar ljus. Glödlampor består av en volfram glödtråd omgiven av en glaslampa fylld med en gas. Volfram glödtråden värms upp av elektrisk ström tills den glöder och avger ljus. Å andra sidan, består lysrör av ett glasrör med överdrag i fosfor och en mycket liten mängd kvicksilver. En elektrisk båge aktiveras kvicksilveratomerna, som avger ultraviolett (UV) strålning. När UV-strålarna når fosforbeläggningen, konverteras de och släpps ut som synligt ljus.

En LED är i huvudsak en elektronisk komponent som kallas en halvledarenhet. När den används i belysning, kallas det SSL (Solid State belysning). Den består av ett kristallklart skikt av halvledande material som bildar vad som kallas en (positiv-negativ) PN. En enkelriktad resa av elektroner passerar ett elektronhål och flödar in i korsningen mellan det halvledande materialet och frigör energi i form av fotoner. Beroende på det halvledande materialet, kan det ljus som avges vara osynlig eller i det synliga spektrumet av strålning.

Eftersom "vitt" ljus är nödvändigt för de flesta belysningstillämpningar och lysdioder ursprungligen inte producerar vitt ljus, har en metod för att generera vitt ljus utvecklas. De första metoderna använder röda, gröna och blåa lysdioder att bilda flera LED punkter ibland kallas dessa en RGB LED. Genom att blanda flera våglängder av olika lysdioder, utsänds en tillnärmning av "vitt" ljus. Med hjälp av en styrenhet, kombinerade av olika våglängdsintensiteter skapas en mängd olika färger för att justera det vita ljuset till en viss färgtemperatur. Eftersom användningen av tre lysdioder för varje RGB LED är dyr att tillverka använder man ibland en annan metod. Denna andra metod använder en enda blå LED med en gul fosforbeläggning för att skapa vitt ljus. Detta är den metod som resulterar i den mer vanliga "vita" LED. De låga kostnaderna och tillräcklig prestanda gör detta till den mest allmänt använda tekniken för allmän LED belysning idag. Nackdelen är oförmågan att dynamiskt ändra karaktären av ljuset och det faktum att fosfor omvandling minskar effektiviteten i enheten.
Lysdioder kommer i två olika huvudkategorier, låg effekt och hög effekt. Strömsnåla LED lampor är vanligtvis 0,1W, med låg ström (~ 20 mA) och låg spänning (3,2 VDC). Denna typ används som indikatorer på grund av en liten produktion av ljus, runt 2 till 4 lumen. Högeffektslysdioder tillverkas i 1W till 3W utförande, med hög ström (350-1000 mA) och för närvarande med högst 138 lumen per watt och är den typ som används för belysning. Jämför detta med en 100W glödlampa på 17 lumen per watt, ett 32W, T8 lysrör på 85 till 95 lumen per watt eller ett kompaktlysrör på 48-60 lumen per watt. Eftersom enskilda lysdioders ljuseffekt är liten jämfört med glödlampor och kompakt lysrör, ordnas vanligtvis flera dioder i matriser för att uppnå det önskade ljuset (lumen).

Med vissa enheter är LED matrisen en integrerad del av armaturen/lampan, till skillnad från en glödande ljuskälla där du byter ut lampan när den går sönder. Det finns flera skäl till varför LED matrisen är del av armaturen. Den främsta orsaken är värmeavledning, armaturen är utformad i samband med LED matrisen och leder ordentligt bort den värme som genereras av de många enskilda LED matriserna. Lysdioder förlorar sin effektivitet om de tillåts att värma upp.

Från ovanstående om driften av lysdioder har du förmodligen insett olika fördelarna med att använda lysdioder som en ljuskälla. För att ytterligare konsolidera dina tankar på lysdioder, kommer här mer som ger dig vissa procentsatser av besparingar.

Lysdioder (LED) och organiska lysdioder (OLED), är nästan alltid effektivare än alla andra ljuskällor och kan därmed ge en besparingspotential på minst 50 % av den elektriska energi som används för belysning. Om den avancerade LED tekniken kombineras med intelligenta styrsystem, som kontrollerar ljuseffekt efter omgivande ljusförhållanden eller människors närvaro, kan man spara ytterligare 20 %, summan blir då en besparingspotential på 70 %.

Men det slutar inte där med denna enormt energieffektiva LED lampa. Det finns också miljöaspekter som måste nämnas. Förmågan att rikta ljuset från LED armaturer mot önskat område, minskar ljusföroreningar. Liksom att de inte innehåller kvicksilver, bly eller glas.

Kommersiella LED armaturs effekt ökar konstant, får en längre livslängd, lägre strålningsvärme, minimal ljusförlust, förbättrad ljusreglering, förbättrad prestanda vid låga temperaturer, förbättring av säkerheten, mindre förpackningar, jämnare belysning, förbättrad produktutseende, förbättrad färgåtergivning och lägre lumen minskningar över dess livslängd.

Nu, låt oss sammanfatta fördelarna med lysdioder samt nackdelarna.

Fördelarna med lysdioder

Effektivitet: Lysdioder kan producera mer ljus per watt än glödlampor och fluorescerande lampor. Det blir även bättre med varje ny generation av lysdioder.

Färg: Lysdioder kan avge ljus i en avsedd färg utan användning av färgfilter som traditionella belysningsmetoder kräver. Detta är mer effektivt och kan sänka de initiala kostnaderna. Valfri färg kan också, med hjälp av RGB lysdioder, uppnås under själva driften.

Ljus: I motsats till de flesta ljuskällor, utstrålar lysdioder mycket lite värme i form av IR som kan orsaka skador på känsliga objekt eller tyger.

Storlek: Lysdioder kan vara mycket små (mindre än 2 mm) och ryms enkelt på kretskort. Detta gör att utformningen av armaturer kan ha en mycket låg profil.

På/Av tid: Lysdioderna tänds upp mycket snabbt. Lysdioder är idealiska för användning i program som är föremål för frekvent på/av cykler, till skillnad från lysrör som bränner ut snabbare när de frekvent sätts på/av ofta, eller HID lampor som kräver lång tid innan de startas.

Livslängd: Lysdioder har en relativt lång livslängd, 30 000 till 80 000 timmars livslängd. Lysrör har vanligtvis en livslängd på ca 10 000 till 15 000 timmar och glödlampor på 1 000 – 2 000 timmar.

Skaktåliga: Lysdioder är svåra att skada med extern chock, till skillnad från lysrör och glödlampor som är ömtåliga. Detta gör lysdioder till en idealisk ljuskälla där armaturen utsätts för vibrationer och skakningar.

Ljusriktning: Lysdioder kan utformas för att fokusera sitt ljus. Glödlampor och lysrörs källor kräver ofta en extern reflektor som samlar in ljus och styr den på ett användbart sätt.

Miljö: LED lampor innehåller inte kvicksilver, till skillnad från lysrör.

Nackdelar med lysdioder

Högt inköpspris: Lysdioder är för närvarande dyrare, på grundval av de inledande kapitalkostnader, än de flesta konventionella belysningstekniker.

Temperaturberoende: LED prestanda beror på den omgivande temperaturen på operativsystemsmiljön.

Det finns ingen tvekan om att användningen av lysdioder för belysningsprogram har stor potential att spara energi och ge utrymme för nya och uppfinningsrika belysningsmetoder. De kommer inte att ersätta traditionella metoder som glödlampor och lysrör över natten men de håller på att utvecklas till en stark utmanare.