A világítástechnika már jó néhány éve szinte csak a
ledekről szól. Egyre-másra jelennek meg az új termékek,
amelyekben csak az a közös, hogy valamilyen szempontból mindegyik
jobb az elődjénél. Nyilvánvalóan adódik a kérdés: hol a
határ, meddig tarthat a fejlődés? A cikk a legfrissebb kutatási
eredmények és a kereskedelmi forgalomba került fényforrások
műszaki adatai alapján próbál választ keresni erre a kérdésre.
Sokan úgy gondolják, hogy a led az led, mindegyik fajta lényegében
ugyanúgy működik, legfeljebb a fényszín, a színvisszaadás és
a teljesítmény szempontjából vannak különbségek közöttük.
Valójában a fehér fény előállítására különböző módszerek
léteznek, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és korlátai. A
történeti fejlődést tekintve az első fehér ledeket úgy
állították elő, hogy egyetlen tokba szereltek egy vörös, egy
zöld és egy kék ledet, és a fehér fényt - a tévékészülékeknél
használt megoldáshoz hasonlóan - ezek keverésével állították
elő. Ezeket az eszközöket hívják (a színek angol kezdőbetűi
után) RGB, vagy a színkeverése utalva CM (colour mixing) ledeknek.
A fehér fény előállításának másik alapvető megoldása az
úgynevezett fénypor-konverzió (angol rövidítéssel: PC, phosphor
conversion). Ennek a módszernek az eredete a fénycső-technikáig
nyúlik vissza: ott a fénypor az UV sugárzást alakítja át
látható fénnyé, az ilyen ledeknél viszont egy kék led fényének
egy részét alakítja át a fénypor sárga fénnyé. Mivel a kék
és a sárga ún. kiegészítő színek, ezért a keverésük fehéret
eredményez. Napjainkban ez a legáltalánosabban használt
technológia.
A korai ledek színvisszaadása még meglehetősen gyenge volt,
aminek az az oka, hogy fényükben egyes színképvonalak gyengék
voltak, vagy teljesen hiányoztak. Tökéletes, 100%-os
színvisszaadása a természetes fényforrásoknak van, hiszen a
napfényben a teljes színkép megtalálható. A színvisszaadási
tulajdonságokat százalékban szokás megadni, 0% esetében
egyáltalán nem látunk más színt, mint amit a fényforrás
kisugároz (pl. a kisnyomású nátriumlámpák sárga fényét). Az
európai szabvány a beltéri munkahelyek világítására legalább
80%-os színvisszaadási indexet követel meg.
A 100%-hoz közeli index elérésére a két ledes alaptípus
esetében más módszereket használnak, amelyekben az a közös,
hogy a fényforrás tokjába további, olyan fényben világító led
csipeket szerelnek, amelyek kitöltik a spektrum hiányzó vagy
csökkent részeit. A színkeveréses ledeknél az alapszínek mellé
tehetnek pl. egy borostyánsárga fényt adó csipet, ezeket hívják
RGBA ledeknek (a borostyánsárgát jelentő angol Amber-ből
rövidítve). A fényporkonverziós ledeknél a vörös összetevő
csökkent értéke ronthatja a színvisszaadást, amit egy vörös
led-csip beépítésével javítanak. Az ilyen eszközöket hívják
hibrid (HY) ledeknek, mert itt mind a fénypor-konverzió, mind a
színkeverés lehetőségeit kihasználják.
Energetikai szempontból a fényforrások legfontosabb tulajdonsága
a fényhasznosítás, amit lumen/watt egységben mérnek. Izzólámpák
esetében az érték 12-15 között volt, a fénycsövek, kompakt
fénycsövek ennél kb. ötször hatékonyabbak voltak. A legújabb
ledek fényhasznosítása már 100 felett van. A fény minőségének
javítása mellett a kutatás-fejlesztés legfontosabb célja a
fényhasznosítás javítása, hiszen egy hatékonyabb fényforrás
magasabb beszerzési ára az energiamegtakarításból megtérülhet.
A lehetőségeknek azonban vannak korlátai, egy elméleti határ
megközelíthető, de túl nem léphető. Hogy hol lehet az elméleti
határ, azt az 1. ábrán szürkével jelölt sáv mutatja.
1. ábra. Ledek fényhasznosításának fejlődése és az elméleti
határok, szürkével jelölve.
A diagram
az idő függvényében ábrázolja, hogy hogyan fejlődött a
legáltalánosabban használt fényporkonverziós ledek
fényhasznosítása. Az ábrán látható az adott időpontban már
piacérett legjobb ledek fényhasznosítása, és az extrapolált
várható érték. A trendet követve azt a következtetést lehet
levonni, hogy várhatóan 2025 és 2035 között éri el a ledek
fényhasznosítása az elméleti határt.
Az ábrán az is látható, hogy energetikai szempontból különbség
van a hidegfehér és a melegfehér ledek között. Ennek az a
magyarázata, hogy amint a 2. ábrán látható, egy melegebb –
sárgásabb – fényszín eléréséhez a kék alap-led fényének
nagyobb részét kell sárgává alakítani, és mivel minden
átalakítás óhatatlanul veszteséggel jár, így valamivel
rosszabb lesz a lm/W érték.
2. ábra. A napfény és a led-fények színképi eloszlása.
Érdemes-e kivárni, amíg jobb, gazdaságosabb ledek jelennek meg a
piacon? A lámpatest gyártók két úton járnak. Egy részük úgy
véli, hogy olyan lámpatesteket kell készíteni, amelyekben a
jelenleg kapható ledek egy későbbi időpontban majd hatékonyabbra
cserélhetők. Ennek érdekében szabványosították a
csereszabatosságot érintő jellemzőket, a mechanikai, villamos,
fény- és hőtechnikai paramétereket. A tulajdonságokat ún.
Zhaga-könyvekben foglalják össze, és az abban foglalt,
gyártófüggetlen követelményeket kielégítő termékek egymással
helyettesíthetők.
A gyártók másik része úgy gondolkodik, hogy a ledek élettartama
összemérhető a lámpatestek élettartamával, és ezért a
felhasználóknak soha nem kell a fényforráscserével bajlódni. Az
ilyen gyártók lámpatestjeiben a fényforrások nem cserélhetők,
vagy ha mégis, akkor csak ugyanolyan gyártmányú alkatrészeket
lehet beszerelni. A Zhaga előírások első megjelenése után
tapasztalt kezdeti fellángolás alábbhagyóban van, jelenleg úgy
tűnik, hogy a második irányzat fog általánossá válni.
(Megjelent az Elektroinstallateur folyóirat 2017. júniusi számában)
