Jak vybírat moderní světelné zdroje

Pro ty, které to zajímá, se pokusím ne příliš technickým jazykem ozřejmit vlastnosti běžně používaných zdrojů světla, většinou konstruovaných pro záměnu za žárovky.

Porovnejme tedy vybrané parametry běžně používaných světelných zdrojů vložených do následující tabulky.

Vysvětlivky:

Ra je všeobecný index barevného podání vyjadřující procentuelně věrnost barevného podání osvětlovaného povrchu ve světle příslušného zdroje v porovnání s absolutním podáním (100%) obvykle vztahované ke světlu severní oblohy. CRI je anglické označení.

Tc(p) je teplota chromatičnosti barvy světla, u netepelných zdrojů přepočítaná (p), u tepelných zdrojů přímo odpovídající teplotě záření absolutně černého tělesa. Vyjadřuje odstín barvy bílého světla (nižší hodnoty = teplé odstíny bílé, vyšší hodnoty = studené odstíny bílé, ~ 4000 K je neutrálně bílý odstín světla).

Hodnoty v tabulce jsou vypočítány a zprůměrovány z katalogových a štítkových údajů výrobků největších evropských výrobců OSRAM a PHILIPS a to nejběžněji používaných žárovek 60 až100W nebo jejich ekvivalentů.

Jak fungují jednotlivé zdroje ?

Žárovky, které každý zná většinou používáme jako výchozí zdroj pro porovnání vlastností jiných zdrojů. Klasické i halogenové žárovky jsou vlákna žhavená průchodem elektrického proudu uzavřená do baněk (skleněných) opatřených paticí  pro přívod elektrického proudu. Liší se jen velikostí a tvarem vlákna a vnitřní atmosférou v baňce. Běžné žárovky jsou standardně plněny dusíkem. V halogenových žárovkách je obvykle ještě v baňce další baňka s příměsí soli halového prvku (obvykle jód nebo brom), který se při funkci teplem vypaří a v jeho parách je umožněno, vyšší zahřátí vlákna. Tím se dosahuje vyššího měrného výkonu. 

Kompaktními zářivkami, jsou zde myšleny tzv. superkompaktní – ty co mají vše potřebné pro provoz integrováno v její konstrukci. Je to nízkotlaký výbojový zdroj. Výboj probíhá mezi elektrodami uvnitř různě zakřivené trubice (skleněné). Výrazná utrafialová složka záření výboje je pomocí luminoforu naneseného na vnitřní  stěně trubice transformována do viditelné oblasti záření.

LED je polovodičový prvek kde na přechodu PN vzniká záření. Toto je různými technologickými úpravami  transformováno do viditelné oblasti.

Z popisu je zřejmé, že popsané zdroje pracují na zcela odlišných principech. 

Jak tabulkové hodnoty využít k praktickému výběru vhodného světelného zdroje?

Měrný výkon je spočítaný včetně předřadných prvků, které jsou nutné k zapálení a udržení výboje případně požadovaného jevu v polovodiči. Je zřejmé, že ho lze považovat za praktickou účinnost přeměny elektřiny ve světlo. Tedy čím větší číslo tím lépe, zdroj je úspornější. Toto číslo lze snadno spočítat z údajů uvedených na obalu zdroje (po roce 2010 je to povinný údaj v zemích EU). Jde o podíl světelného toku udávaného v lumenech (lm) a elektrického příkonu zdroje udávaného ve wattech (W). 

Všeobecný index barevného podání Ra je matematicky spočítané číslo stanovené podle určité dohody, nabývající hodnot 0 až 100 (%). Obecně lze říct, že čím je číslo vyšší tím je podání barev pozorovaných předmětů dokonalejší a věrnější. Pro lidskou práci se považuje vyhovující Ra ≥ 80. Nicméně pro orientaci obvykle stačí Ra > 20. 

Teplota chromatičnosti barvy světla Tcp vyjadřuje odstín barvy vyzařovaného světla, který v důsledku ovlivní odstín barvy osvětlovaného povrchu. Obvykle se rozlišují tzv. teplé odstíny bílé (T≤3000K, "do žluta") neutrální bílé (T~ 4000K, "bílé") a studené (T≥5000K, "do modra" ) a velmi studené (T≥8000K, "modré až do fialova"). Teplota chromatičnosti souvisí u lidí s psychologickým pocitem vnímání příjemnosti světla v souvislosti s hladinou umělého osvětlení. Obecně ( v korespondenci s Kruithofovým diagramem) lze říct, že čím nižší hladina osvětlení tím je příznivěji lidmi vnímán teplejší odstín barvy a opačně čím je vyšší hladina osvětlení tím je příjemnější  studenější odstín. Souvisí to též s psychosomatickým laděním lidského organismu, teplý odstín uklidňuje a studený odstín zvyšuje pozornost až ostražitost lidského organismu.  

Životnost je standardně stanovena jako statistické číslo popisující že po této době provozu je ještě 50% světelných zdrojů v uvažovaném souboru zdrojů funkčních. Takto definovaná životnost se mnohdy označuje B50. Je zřejmé, že toto číslo se jen velmi těžko aplikuje na jeden konkrétní zdroj, nicméně vyjadřuje předpokládanou dobu funkčnosti zdroje. Problém s takto definovanou životností  přinesly LED zdroje. Zde se uvádí po pojmem životnost obvykle pokles světelného toku pod 70% počáteční hodnoty. Toto číslo se pak obvykle označuje L70.

Z popisu tabelovaných veličin je možno vycházet při výběru vhodného světelného zdroje. Je zde zcela patrné, že současné LED zdroje určené ke komerčnímu použití (Pozor! Vycházím z údajů oficiálně publikovaných těmi nejlepšími evropskými výrobci) jsou zcela srovnatelné s kompaktními zářivkami. Tvrzení některých prodejců o podstatné úspornosti LED oproti zářivkám jsou zřejmě nesmysly. Samozřejmě se LED vyvíjí poněkud rychleji než je tomu u zářivek a proto časem budou LED více úsporné než je tomu v současnosti.

Poněkud jiná situace nastává při speciálních aplikacích, kdy je využíváno přirozeného směrového efektu vyzařování světla LED komponentů (montovaných na plošných spojích). Pokud nejsou svítidla při aplikaci zářivek ve směrovém osvětlování opatřena kvalitními reflektory, pak může směrový efekt LED vyzařování přinést až 2 násobnou úsporu oproti zářivkám případně ostatním výbojkám vyzařujícím světlo všesměrově. 

Cena není v tabulce uvedena, neboť díky až překotnému vývoji zejména LED zdrojů se jejich cena dosti podstatně mění. Lze ovšem konstatovat, že technicky srovnatelné zdroje zářivkové s LED zdroji nelze srovnávat cenově. Současně platí, že cena LED zdrojů se srovnatelnými zářivkami je běžně trojnásobná a tento rozdíl se zvyšuje až na pětinásobek podle rostoucího světelného (potažmo i elektrického) výkonu (příkonu).

Je nutno připomenout, že většina předních evropských (i zámořských) výrobců se přizpůsobila trendu levných cen a vyrábí zářivky v několika cenových kategoriích (obvykle třech), které se liší zejména životností. Ty levnější bývají horší i v ostatních parametrech nicméně rozdíl není tak markantní. Zřejmě to čeká výhledově i LED zdroje. Láce je v tomto případě vždy vykoupena horší kvalitou.

Závěrem

Žárovky ukončily před léty svůj vývoj, běžné klasické žárovky (pokud nejsou spekulativně označovány jinak – tepelné koule ap.) jsou v Evropě zakázány vyrábět. Zůstávají jen halogenové žárovky, které se v současnosti řadí do kategorie energetické náročnosti C což je pro orgány EU přijatelné. Cena těchto žárovek je již srovnatelná s cenou nejlevnějších kompaktních zářivek a postupně tomu bude tak i s LED zdroji. Jejich koupě a použití se vyplatí opravdu jen v případech, kdy je zdroj velmi málo používán nebo máme požadavek na špičkové barevné podání osvětlovaných ploch či předmětů.

Běžně od zákazníků slyším otázku: "jak je to s častým spínáním zářivkových kompaktů ?" Je tomu tak, že  tímto jevem zdroj trpí a to jejich životnost. O to více u těch s rychlým náběhem světelného výkonu, výrazně méně u těch s pomalým náběhem. Je třeba ovšem zvážit je-li to významná okolnost. U extrémně častého spínání bude skutečná životnost cca poloviční oproti deklarované. Pokud jsme si pořídili zářivkový kompakt střední třídy s životností 10000h pak i zkrácení na polovinu častým spínáním asi v běžné domácnosti ani nezaregistrujete. U LED zdrojů tyto informace zatím chybí. Žárovky také ztrácejí častým spínáním na životnosti, nicméně se tímto jevem nikdo nezaobírá.

Nezapomeňte počitat s výrazným poklesem počátečního světelného toku LED zdrojů s dobou provozování. Běžně se udává pokles při dosažení doby životnosti na 70%, pokud tak není přímo definována.  Pokles má exponenciální průběh, takže již ve třetině životnosti je pokles světelného toku zřetelný. U žárovek je tomu velmi podobně, u zářivkových kompaktů je tento pokles na 80 až 85%. 

Také je nutno upozornit na výrazný pokles životnosti související s nevhodným chlazením světelného zdroje při funkci, to jest jeho umístěním do uzavřeného svítidla s dlouhodobým provozem. Dalším "hříchem" zejména u kompaktů a LED je umístění zdroje do svítidla paticí nahoru (zde je umístěna předřadná elektronika) v cylindru svítidla otevřeným jen dolů.  U LED zdrojů dochází v takových případech i k výraznému poklesu světelného toku !

Dále se zmíním o současně "módním" trendu používání světelných zdrojů se studenou barvou světla (Tcp ≥4000K) v domácnostech. Netuším kde tato nelogičnost vznikla, podezřívám nekalé praktiky některých obchodníků se staršími  LED, kdy světelný výkon výrazně souvisel s teplotou chromatičnosti světla (modré LED s luminoforem). Zde platilo, že čím chladnější tím opticky výkonnější a proto byly tyto LED všeobecně nabízeny. Je to ovšem v přímém rozporu s lidským vnímáním příjemnosti světla, viz popis "teplota chromatičnosti barvy světla Tcp" výše. Zejména v domácnostech, kde hledají lidé klid, odpočinek a úrovně osvětlení nebývají vysoké, působí studené světlo zcela nepřirozeně. Takové světlo nemůže u většiny lidí navodit atmosféru pohody a to není asi v pořádku.

Velmi podobná zkušenost se ukazuje při používáním levných LED, které jsou obvykle starší generace, kdy jejich světlo (díky technologické konstrukci) nemohlo dosahovat  dostatečné věrnosti barevného podání osvětlovaných ploch nebo předmětů. Světlo takových LED mívá index Ra (viz text výše) kolem hodnoty 65 což je pro běžnou lidskou činnost neúnosné. To nevylučuje jejich použití pro jiné účely např. bezpečnostní osvětlení.

Ještě než ukončím tuto úvahu, bych rád zdůraznil to, že při popisu vlastností moderních zdrojů světla, vycházím ze současného stavu komerčně nabízené techniky. Rád bych, aby lidé nepřeceňovali, často pod vlivem mnohdy nekalé reklamy, význam LED zdrojů. V neposlední řadě bych rád ujistil čtenáře, že nejsem ten, kdo haní vývoj nových technologií výroby světelných zdrojů. Naopak věřím, že postupem času získají LED zdroje ještě lepší vlastnosti a jejich cena výrazně poklesne. Nicméně doufám, že budou i tak jen alternativou ostatním zdrojům světla. Asi nikdy nedosáhnou  spojitého spektra vyzařování světla a pro některé účely osvětlení, zejména při požadavku vynikajícího barevného podání a brilantnosti světla, jich nebude možno použít. Podobně se to týká též kompaktních zářivek. Uvidíme v dalších letech.

Pěkný den Petr Klvač. 

5.6.2013

Komentáře