LED rasvjeta budućnosti – elektrika i elektronika « Burza Nautike 132 » Burza Nautike » nautički oglasno-informativni portal

LED rasvjeta budućnosti

Možda niste znali, ali bljeskalica na vašem pametnom telefonu također je LED žaruljica. Samo je ona mogla zadovoljiti uvjete koji se traže; snažan trenutni bljesak, mali napon napajanja, minimalno zagrijavanje. A na plovilu su režimi rada također složeni. Zato je LED i ovdje jedino pravo rješenje

O LED rasvjeti, posebno na plovilima već smo pisali u više navrata. Međutim, kako je to bilo prije nekoliko godina, u međuvremenu su se u ovom segmentu dogodile značajne promjene, točnije značajan tehnološki napredak, posebno u LED rasvjeti za plovila. Dok je u ne tako davno vrijeme snaga ledice od 1 vata bila vrhunac koji se mogao postići, danas je u jednom bloku moguće koncentrirati snagu ledica i do 100 i više vata. Koliki je to napredak najbolje govori podatak da je još 2009. godine LED rasvjetno tijelo od 13 vati emitiralo samo 450-650 lumena svjetlosti, što je 34-50 lumena po vatu, što pak odgovara običnoj žarulji od 40 W. Već 2011. godine LED žarulje su mnogo efikasnije pa već i LED od 6 vati daje istu količinu svjetla, što znači da je emisija povećana na 75-100 lumena po vatu.
O prednostima ove vrste rasvjete skoro da i ne treba puno govoriti, ali svejedno ćemo vas podsjetiti na neke osnovne pojmove i odnose kako bi sami mogli lakše odlučiti kada i koja stara rasvjetna tijela ćete zamijeniti novim LED diodama.
Predviđali smo da je LED rasvjeta budućnosti, a sve što se u posljednjih par godina događa u ovom segmentu potvrđuje našu prognozu. LED rasvjeta je naprosto postala dio naše svakodnevnice i često nismo ni svjesni koliko je ova tehnologija prisutna u svim tehnološkim čudima kojima se služimo. Možda niste znali, ali bljeskalica na vašem mobitelu ili pametnom telefonu je LED žaruljica. Uglavnom sve što svijetli na računalima je LED rasvjeta, na kućanskim aparatima također, u automobilu ona postaje osnovni izvor svjetlosti, a posve je uobičajeno da se ulične rasvjete rješavaju LED reflektorima. Danas se i rasvjete velikih prostora, koji su do sada bili osvijetljeni isključivo fluorescentnom rasvjetom ili drugim vrstama rasvjetnih tijela, mijenjaju za LED cijevi ili LED reflektore. Pritom nisu potrebni nikakvi dodatni zahvati jer su LED rasvjetna tijela i prihvati prilagođeni postojećim prihvatima, ali i svim vrstama napona.
U jednom periodu štedna fluorescentna žarulja činila se kao spas u štednji energije, ali zbog lošeg svjetlosnog toka, vremena potrebnog da postigne puni svjetlosni efekt, te toksičnih materijala, prvenstveno žive koja se koristi u ovim žaruljama, ali i limitirane snage, ova vrsta rasvjetnog tijela već u bliskoj budućnosti nema perspektive. Vjerujem da će i Europa koja je donijela propise da se sva rasvjetna tijela sa žarnim nitima moraju zamijeniti štednim žaruljama vrlo skoro mijenjati taj propis i da će LED rasvjeta imati prioritet. Zbog masovne proizvodnje LED rasvjetnih tijela sa svim poznatim vrstama prihvata i napona za rasvjetu u kućanstvu, industriji, automobilskoj industriji i nautici, njihova cijena postaje sve povoljnija, posebno u usporedbi sa štednim žaruljama. Stoga nije sporno da će ova vrsta rasvjetnih tijela postati glavni izvor svjetla na svim područjima. Da bismo shvatili zašto je to tako dovoljno je pogledati tablicu 1 u kojoj su prikazane usporedbe osnovnih vrsta rasvjete. Dovoljno je usporediti samo tri elementa, gubitke, odnosno iskoristivost, svjetlosni tok, i životni vijek.

Fizikalne komponente svjetlosti

Ono što danas predstavlja problem svim kupcima, a posebno nautičarima koji mijenjaju postojeću rasvjetu, je kako naći pravu zamjensku LED žaruljicu za npr. navigaciju ili osvjetljenje u kabini. To se prvenstveno odnosi na snagu rasvjetnih tijela odnosno količinu svjetla koju očekujemo. Znamo koliko rasvjete možemo očekivati od primjerice klasične žarulje od 60 ili 100 vati, ili one halogene žaruljice od 10 ili 20 vati. Međutim za uspoređivanje s LED rasvjetom ipak moramo pojasniti neke osnovne fizikalne pojmove koji se odnose na fizikalne komponente rasvjete.
Često se uz oznaku snage rasvjetnog tijela u vatima, što zapravo odgovara njegovoj električnoj snazi tj. potrošnji, u praksi srećemo i s nekim drugim jedinicama koje definiraju svjetlosne učinke. To su mjerne jedinice međunarodnog SI sustava mjernih jedinica.
Osnovna jedinica je kandela, a lumen i luks su njene izvedene jedinice. Za one koji žele biti bolje informirani o tome što kupuju valjalo bi pojasniti značenje ovih jedinica što ćemo i učiniti.
Lumen, lm je jedinica ukupnog svjetlosnog toka. Stroga fizikalna definicija za tu izvedenu mjernu jedinicu glasi da je to svjetlosni tok što ga u prostorni kut od jednog steradijana (sr) emitira svjetlosni izvor kojemu je svjetlosna jakost u svim smjerovima jednaka jednom kandelu. (1 lm=1cd x sr), a za pojednostavljenu definiciju to je zapravo ukupni svjetlosni tok u vidljivom području kojega odašilje neki izvor svjetlosti, odnosno ukupna količina emitirane svjetlosti. Tako npr. standardna žarulja od 100 W kod napona od 220 volti ima ukupni svjetlosni tok od 1.300 lumena. (vidi tablicu 1)

Kandela, Cd je osnovna mjerna jedinica SI međunarodnog sustava mjernih jedinica za jačinu svjetlosti. Pokazuje koliko svjetlosne energije izvor svjetlosti emitira u nekom vremenu pod određenim kutom. Strogo fizikalno to je jačina svjetlosti kojom u određenom smjeru svijetli izvor jednobojne svjetlosti frekvencije 540 terahertza (1012) kada mu jačina zračenja u tom smjeru iznosi 1/683 dio vata po steradijumu (prostornom kutu). No za naša razmatranja dovoljno je zapamtiti pojednostavljenu definiciju tj. da kandela predstavlja jačinu svjetlosne energije izvora svjetlosti. Struja svjetlosti, odnosno svjetlosni tok i jačina svjetlosti opisuju karakteristike izvora svjetlosti.
Lux, lx je mjerna jedinica za osvjetljenje koja se definira kao ravnomjerno osvjetljenje površine svjetlosnim tokom od jednog lumena po svakom četvornom metru odnosno 1 l x = 1 lm/m². Ovo je zapravo jedinica za prostorno osvjetljenje.
Za naša razmatranja najvažnije je koliko svjetlosti nam treba da bismo mogli normalno obavljati osnovne poslove na brodu; npr. kuhati u kuhinji, čitati u krevetu ili čitati nautičke karte, ali i koliko svjetla nam treba u strojarnici ili na komandnom mostu. Naravno pritom je važno da sve to obavljamo bez posebnog naprezanja očiju i bez dodatne baterijske ili neke druge lampe. Te vrijednosti definiramo u luxima.
Boja svjetla - Svjetlosni spektar izražava se u stupnjevima Kelvina. Boja svjetla je spektralni sastav isijavanja iz jednog izvora svjetlosti. Kod izvora svjetlosti koji emitiraju kontinuirani spektar, primjerice Sunce, žarulje i halogene lampe, boja svjetlosti odgovara maksimumu tog kontinuiranog spektra, čija je temperatura izražena u stupnjevima Kelvina (º K). To si možemo najbolje predočiti na primjeru užarena komada željeza: porastom temperature boja se mijenja od tamno crvene preko narančaste i žute do bijele – svakoj boji odgovara određena temperatura. Na isti način se određuje primjerice temperatura površine planeta ili udaljenih svemirskih sustava. Ta takozvana „boja svjetla“ koristi se u prvom redu za karakterizaciju djelovanja svjetla reflektora s diskontinuiranim spektrom (fluorescentne lampe, LED). Prema boji svjetla, a time vrsti i namjeni osvjetljenja možemo izvore podijeliti u tri grupe (vidi tablicu 2.).

Kod LED žarulja postoji međuovisnost između boje i struje svjetla. Što je niža temperatura svjetla to lampa daje manje struje svjetla (lumena). Razlog tome je između ostalog što se kod ovih izvora svjetlosti reduciraju dijelovi spektra viših frekvencija kako bi se postigla „toplija“ boja svjetlosti. LED s toplo bijelim svjetlom daje oko 30% manje svjetla od hladno bijelog LED-a.
LED rasvjeta plovila
Za nautičare koji žele zamijeniti svoja obična, halogena ili fluorescentna rasvjetna tijela i žarulje za navigaciju, podatak o svjetlosnom toku ili količini svjetlosti, je osnovni podatak na temelju kojega će izračunati kolika je to snaga LED žaruljice koja odgovara na primjer navigacijskoj žarulji od 25 W, ili halogenoj žaruljici od 10 W. Prije nego krenete u kupovinu LED žaruljice ili cijele lampe s LED žaruljicama, bez obzira na izvedbu ili broj LED žaruljica na jednom tijelu, treba znati sljedeće:

1. Kakvo je grlo na vašoj navigacijskoj lampi ili rasvjetnom tijelu u kabini?

Prvi uvjet da biste uopće mogli zamijeniti žaruljice je da prihvati odnosno grla i dimenzije novog rasvjetnog tijela odgovaraju starom kućištu. Na plovilima postoji nekoliko tipskih grla u rasvjetnim tijelima. Uglavnom su to tzv. bajunet-grla, torpedo ili feston grla, G4 grla i grla za fluorescentne cijevi. Za sve žaruljice koje ste do sada koristili nije bilo važno na kojem kontaktu je plus, a na kojem minus, međutim za LED žaruljice raspored plusa i minusa je bitan. Ako žaruljicu krivo spojite ništa se neće dogoditi, ali neće ni svijetliti. Tada treba samo zamijeniti polove i problem će biti riješen. Osnovne vrste grla prikazane su na slijedećem crtežu.

2. Koliki je napon na kojem radi vaša rasvjeta, odnosno koliki vam je napon na plovilu?

Treba napomenuti da nije svaka LED žaruljica pogodna za korištenje na plovilu. Zbog specifičnih uvjeta punjenja i pražnjenja akumulatora, napon na brodu varira od 10 do 14 V za 12 voltne sustave, i od 22 do 26 V za plovila s 24 voltnim naponom. Ako se klasična LED žaruljica koristi u sustavu s većim oscilacijama napona njezin vijek trajanja se bitno skraćuje. Zato postoje LED žaruljice koje su razvijene za plovila koja rade u rasponu napona od 8 do 30 V. Naime unutar žaruljice ugrađena je elektronička regulacija koja samoj žaruljici daje stabilan napon. Za razliku od ovih, žaruljice koje se koriste u automobilima, iako mogu imati isto grlo kao i vaša žaruljica, rade na naponu od 13,8 volti i mogu podnijeti kratkotrajna opterećenja većim ili manjim naponom.

3. Koliku snagu ima vaša stara žarulja i koliko lumena i snage bi trebala imati nova žaruljica koju kupujete?

Najviše nedoumica nastaje kad treba odrediti snagu zamjenske LED žaruljice. Na plovilu uglavnom koristimo obične žaruljice sa žarnom niti za navigaciju, a halogene i fluorescentne žarulje za rasvjetu kabine. Sva ova rasvjetna tijela kreću se u rasponu snage od 5 do najviše šezdesetak vati. Za svaku LED žaruljicu imate podatak kolika je njena snaga u vatima i kolika je njena jačina svjetlosti u lumenima. Ako želite imati isti svjetlosni učinak važno je da je svjetlosni tok u lumenima jednak, ili barem blizu onoga koji je imala vaša stara žaruljica. A to ćete lako izračunati iz tablice tako da broj lumena po vatu koji ima vaša stara halogena, fluorescentna ili obična žaruljica, pomnožite sa snagom u vatima.Snage lumena po vatu su dane u tablici 1.
Za tipske vrijednosti brodske rasvjete možete koristiti tablicu 3.

Primjer 1

Iz tablice 1 možete vidjeti da je vaša stara navigacijska žaruljica, pod uvjetom da govorimo o običnoj žarulji sa žarnom niti, što u većini slučajeva i jest tako, imala svjetlosni tok otprilike od 12 lm/W. Ako je žaruljica imala 25 W onda je njezin svjetlosni tok bio 25x12=300 lumena. Prema tome tražit ćete LED žaruljicu koja ima isti ili približno isti broj lumena. LED navigacijska žaruljica s grlom BAY 15 D s 30 dioda poredanih kružno ima snagu od 4 W i svjetlosni tok od 330 lumena. Ako vam je grlo bilo isto takvo, žaruljica savršeno odgovara. Nećete puno pogriješiti ni ako uzmete žaruljicu nešto manje snage istog grla s primjerice 18 LED žaruljica, i snage 3,2 W. Ova žaruljica ima nešto manji svjetlosni tok od 266 lumena, što bi odgovaralo običnoj žarulji od oko 22 vata.

Primjer 2

Imate rasvjetu u kabini s halogenim žaruljama. Sigurno ste već primijetili da se takva rasvjeta poprilično zagrijava. Ako pogledate tablicu 1 vidjet ćete da se kod ovih žaruljica smo 20 % energije pretvara u svjetlost, dok ostalo otpada na toplinske gubitke. Naravno da takvu rasvjetu želite zamijeniti s LED žaruljicom iste svjetlosne snage. Halogene žaruljice u brodskim rasvjetnim tijelima obično imaju prihvat G4 i najčešće su snage 10 ili 20 W. Morate provjeriti je li grlo u koje se umeću dvije nožice rasvjetnog tijela postavljeno bočno ili na sredini lampe. Osim toga, treba izmjeriti kolika LED žaruljica može stati unutar tijela lampe. Dakle, vaša stara halogena žaruljica od 10 W imala je svjetlosni tok od 20 lumena po vatu što znači da je bila od 10x20 = 200 lumena. Možete odabrati LED s G4 grlom promjera 44 mm s 15 ledica snage 3 W i svjetlosnog toka od 210 lumena ili žaruljicu promjera 31 mm snage 2 W i svjetlosnog toka od 160 lumena. I jedna i druga lampica dat će dovoljno svjetla i nećete više imati problema s pregrijavanjem lampe.

4. Koliko prostora imate unutar rasvjetnog tijela?

LED brodske žaruljice sastavljene su od više dioda na jednom tijelu. Bez obzira na prihvat tj. bajunet, G4 grla ili neki drugi, sve varijante postoje u većim ili manjim dimenzijama, a sukladan dimenzijama je i svjetlosni tok. Što je manje diodica to je i žarulja s manjim svjetlom. Zato prije zamjene žarulja u vašoj navigacijskoj lampi treba provjeriti koliko u njoj zapravo imate mjesta, jer u najmanjim, vršnim navigacijskim svjetlima trebat će vam vrlo mala LED žarulja. Isto tako u mala rasvjetna tijela u kabini u kojima se sada nalaze halogene žaruljice od desetak vati, s lampama promjera 6 centimetara, neće vam stati LED rasvjeta s 10 ili 15 led dioda već ona s najviše 5.
Zašto ugraditi LED rasvjetu?
Iako se čini da je investicija za zamjenu LED rasvjetnih tijela na plovilu poprilična, ona se vrlo brzo isplati, a korist je višestruka. Prosječna cijena LED žaruljica kreće se od 40,00 do 170,00 kuna. Za manje plovilo koje ima 4 navigacijske lampe, rasvjetu u kabini, kokpitu i ostalim prostorima recimo još 5-6 žaruljica što je ukupno desetak žaruljica, cijena za sve skupa iznosi negdje između 600,00 i 1,000,00 kuna, ovisno o tome kolika je snaga pojedinih žaruljica. Ako vam je to prevelik iznos, možete i postupno zamjenjivati stare žaruljice i to prvo one koje su najduže vremena u funkciji tj. koje troše najviše struje. Iako nam se rasvjeta na brodu ne čini kao veliki potrošač istina je posve drugačija. Ona je uz hladnjak drugi najveći gutač akumulatora. Računa se da na malom plovilu jednu trećinu potrošnje električne struje čini hladnjak, jednu trećinu rasvjeta, a ostatak svi ostali potrošači zajedno. Ugradnjom LED rasvjete potrošnju se smanjuje za 8 do 10 puta čime se radni vijek brodskih baterija povećava skoro za trećinu. A o mogućnosti dužeg boravka na sidru bez brige za rasvjetu za kartanje ili čitanje do dugo u noć, i bez paljenja motora ili generatora, i to da nakon par dana nećemo imati problema s paljenjem motora ne treba ni govoriti. Osim toga, kad ste jednom ugradili ovu žaruljicu čiji je radni vijek najmanje 50.000 sati sigurno je da će nadživjeti i vas i vaše plovilo.

Vrijeme LED rasvjete i korištenje dioda tek dolazi. Nevjerojatne mogućnosti i prednosti koje ova rasvjeta pruža u odnosu na sve ostale, vrlo brzo će istisnuti dobar dio ostalih vrsta rasvjete. Prije nekoliko godina prve štedne žarulje sa spiralnim cijevima punjene plinom prodavane su po cijeni od 250 kuna i više. Danas takve žarulje možete kupiti za dvadesetak kuna. Velike su, nezgrapne i njihovo će vrijeme biti kratko. Halogena rasvjeta će vjerojatno ostati kao specijalna rasvjeta u nekim iznimnim situacijama, jer količina energije koju troše u odnosu na emitiranu svjetlost daleko je od vrijednosti koje si i najrastrošniji mogu dozvoliti. O zagrijavanju da i ne govorimo. Klasične žarulje sa žarnim niti su ionako već prošlost. Prava budućnost u rasvjeti svih vrsta i namjena definitivno pripada diodama, utoliko više što o njihovoj učinkovitosti tehnologija još nije rekla zadnju riječ. Cijene ovih diodnih žaruljica za sada su nešto više, od pedesetak kuna naviše, ali s vremenom će i cijena, kad započne njihova masovnija proizvodnja, sasvim sigurno pasti. Svi veliki svjetski proizvođači već su se uključili u tu trku, stoga se promjene mogu očekivati vrlo brzo.