LED: Mai e mult până departe sau grija luminii de mâine!

LED: Mai e mult până departe sau grija luminii de mâine!

 

drd. ing. Cornel SFETCU

În numărul trecut am încercat să trecem în revistă principalele aspecte care teoretic ar trebui să definească sursele LED. Am menționat că vom reveni cu o serie de aspecte asupra a ceea ce se întâmplă în realitatea tehnică și comercială în domeniul aplicațiilor.

Începem cu durata de viață și cu leitmotivul de 50.000 de ore, atât de îndrăgit în comunicarea comercială. În primul rând ar tebui să fie menționat clar, nu trecut sub tăcere, că este vorba de o durată de viață estimată și nu de o cifră reală. Testarea este cel puțin dubioasă tehnic în absolut toată documentația la care am avut acces… asta ca să nu spunem scoasă din “poignee”, deci dați-mi voie să mă îndoiesc de cifre. Trecem peste asta, mai ales că unii au trecut deja la 100.000 de ore și trebuie să-i ascultăm (?!!) și pe ei. Cert este însă că fabricanții nu au cum să certifice tehnic iar noi nu avem cum să-i contrazicem până acum. O fi meci egal oare? Înțeleg fabricanții care investesc în tehnologii LED, este o alegere liberă… însă noi, atâta timp cât încet încet nu mai avem de ales, de ce suntem forțați să cumpărăm doar LED. Și ar mai fi ceva… de ce oare nu se menționează obligatoriu lângă orele de viață și viața medie utilă, LxxByy. De exemplu L70B50 înseamnă că, după cele 50.000 de ore, LED-urile mai dau încă 70% din Fluxul luminos inițial, iar cifra 50 adaugă un interval de încredere statistică țintă a eșantionului. Astfel, B50 indică faptul că mai mult de 50% dintr-un eșantion de LED-uri este de așteptat să aibă valori peste fluxul  luminos țintă.

Și nu este tot. La LED-uri există și căderi complete. Rar menționate în documentația tehnică a diverșilor furnizori și aproape niciodată pe împachetarea LED-ului, indicația asupra numărului de defecte LED trebuie menționată dar este „uitată”. Și este de înțeles de ce este omisă această valoare, când cele mai bune firme dau 1% la 5.000 (cinci mii) de ore…  Adică la fiecare 5000 de ore 1% din driverele LED cad… și acestea sunt în general firme care fabrică și LED-ul și driverul… adică puține. La ce să ne așteptăm de la LED-urile pe care se menționează ca durată de viață 20.000 de ore sau mai puțin… sau în cazul în care fabricantul de corpuri „prinde” LED-ul dintr-o parte, driverul din altă parte și nu ține seama de condițiile de răcire a acestora la „integrarea” în corpul de iluminat? Vă spun eu… ori nu menționează nimic despre subiect, ori dau cifrele oferite de fabricanții de drivere sau LED, adică cifre care nu reflectă realitatea produsului final ci al unor părți ale acestuia.

În timpul funcționării normale,  performanța optică a LED-urilor scade treptat în timpul vieții. Scăderea performanței este cauzată de creșterea defectelor în straturi sau pe marginile acestora. O scădere cu peste 30% din performanța optică este definită ca defect. „Îmbătrânirea”, datorită extinderii defectelor depinde considerabil de temperatura de joncțiune Tj și curentul prin joncțiune. Prin urmare, un control atent al acestor parametri este absolut necesar pentru a se atinge durata de viață estimată.

Îmbătrânirea accelerată, adică pierderea de către LED-uri a eficienței într-o perioadă mai mică decât perioada de viață estimată, este cauzată de factori, cum ar fi: calitatea scăzută a straturilor epitaxiale și, de multe ori, o temperatură de joncțiune în exces din cauza disipării insuficiente a căldurii. Mai mult decât atât, umiditatea, descărcările electrostatice sau o sursă de alimentare instabilă pot avea ca rezultat o degradare accelerată a straturilor. O cădere bruscă poate fi cauzată și de o supratensiune electrică, așa cum sunt descărcările atmosferice, motiv pentru care, în special la corpurile de iluminat exterior, este necesară prevederea de protecții la descărcare.

Defectele pot apărea la procesul de producție a LED-urilor: procesul de lipire s-a dovedit a fi critic, deoarece suprasarcina termică poate provoca fisuri sau dezlipiri de-a lungul zonelor marginale. De aceea, controlul de calitate al fabricantului și un foarte bun proces de lipire la asamblare sunt elementele de bază pentru asigurarea unei durate lungi de viață. Materialele de încapsulare transparente (silicon sau epoxidice) care nu etanșează și, prin urmare, nu protejează împotriva umidității sau stresul termic la procesul de lipire pot provoca fisuri sau detașări.

Alte procese tipice care reduc durata de viață utilă sunt îmbătrânirea materialelor de încapsulare influențate de radiațiile UV sau degradarea stratului de fosfor la LED-urile albe, care este responsabil pentru o schimbare de culoare sau așa numita îngălbenire.

La integrarea LED-urilor într-un ansamblu extern, trebuie să fie luate în considerare alte posibile surse de defect: contacte electrice slabe, datorate lipirilor defectuoase, combinate cu umiditatea în timpul procesului de lipire, pot duce la așa numitul efect „Popcorn”.

Să vorbim acum și de aspectele de culoare. Redarea culorii este unul dintre principalele aspecte calitative în Sistemele de Iluminat. Sau așa era când am învățat eu în școală. Acum câțiva ani, competiția între fabricanți și sursele clasice se dădea la Ra mai mare de 90. Acum, dacă se atinge un Ra70 este anunțat cu emfază. Este bine de știut faptul că un LED cu redarea mai bună a culorilor înseamnă materiale mai scumpe, calitate tehnologică în fabricarea LED-ului, deci ceva mai scump de obținut. Iar ceva mai scump nu este bine primit în piață nici de către utilizator și nici de către comunicatorii fabricanților. Și, din păcate, presiunea banului este mai mare decât presiunea calității. Se încearcă în momentul de față găsirea unei noi metode de evaluare a redării culorilor, pentru că se pare că LED-ul nu se “încadrează” în metoda clasică. Cum o fi asta? Vom vedea că vedem ce nu vedem, pentru că personal mă aștept iarăși la o metodă supercomplicată de explicat, în care se vor măsura culori pe metrul pătrat ori culori pe lumeni pe Watt.

Temperatura de culoare este asociată adesea cu redarea culorilor, deși nu are nimic de a face cu acest lucru. Dat fiind construcția LED-ului, este prima sursă de lumină care, atât prin construcție, cât și prin aparatajul de comandă, poate asigura diferite temperaturi de culoare. Este singura sursă care poate urmări un ciclu circadian, așa după cum oferă lumina solară. Lumina “mai caldă” sau “mai rece” ne face să percepem o anumită oră a zilei. Și ne întoarcem la costuri. Un LED cu lumină caldă este mai dificil de obținut decât un LED cu lumină rece. În plus, un LED cu lumină rece are eficacități luminoase mai mari decât cele cu lumină caldă. Datorită acestor două motive, mare parte din ceea ce se găsește la vânzare pe rafturi are Temperaturi de culoare de 5000K sau mai mult.

Aici ar fi două aspecte de comentat. Primul dintre ele ar fi stabilitatea culorii în timp. Această informație este greu de găsit la cei mai mulți dintre fabricanți sau este trecută sub tăcere datorită calității îndoielnice. Față de sursele convenționale, la LED-uri pot exista variații notabile în aparența de culoare a luminii și aceasta chiar de la începutul instalării. În mod normal, lângă Temperatura de Culoare ar trebui trecută și informația legată de Indicele SDCM (Standard Deviation Colour Matching). Un indice SDCM 1x arată o variație de +/-30K între surse, 2x +/-60K, 4x +/-100K și 7-8x +/-175K. În deciziile inportante de achiziție solicitați valoarea acestui indice, mai ales în cele legate de sistemele de iluminat comercial. Asta dacă nu vă doriți să aveți și un “pom de Crăciun” tot anul și un sistem de iluminat.

Un al doilea aspect ar fi efectul negativ al luminii “albastre” asupra sănătății umane. LED-ul pe care ochiul uman îl percepe ca alb, mai ales cel de proastă calitate și cu temperatura de culoare peste 5000K, emite în lungimile de undă albastre. Se încetinește sau se suprimă astfel producerea de melatonina. Părerile sunt împărțite, de o parte tehnicieni, de cealaltă parte medici. Însă din punctul nostru de vedere, chiar dacă suntem ingineri de formație, nu credem că trebuie neglijate studiile și concluziile medicilor. Cred chiar că ar trebui să ținem seama doar de concluziile medicilor. Dacă o asociație ca AMA (American Medical Association) a emis un ghid de orientare pentru comunități cu privire la selecția iluminatului cu LED, cu scopul de a reduce efectele dăunătoare asupra omului, poate că înseamnă ceva.  Nu știu ce importanță vor da unii subiectului sau dacă îl vor considera un subiect. Eu personal voi renunța la orice sursă de lumină artificială având peste 4000K și în tot cazul, în camera copiilor am revenit la iluminatul tradițional cu lămpi cu halogen.

Flicker

Caracteristicile de flicker ale LED-ului sunt date de calitatea driverului. În mod normal, tocmai pentru a preveni fenomenul de flicker, prima cerință este că frecvența la ieșirea dintr-un driver trebuie să fie de două ori mai mare decât cea de intrare. Fabricantul de drivere ar trebui să ofere ca informație indicele de flicker și procentul de pâlpâire, cifre care, în cele mai multe cazuri, nu sunt prezentate în fișele tehnice ale produselor sau a etichetării. Sunt informații esențiale. Dacă nu se obțin de la furnizorul de drivere, ar trebui ca producătorul de  corpuri de iluminat să efectueze teste pentru a măsura în mod direct pâlpâirea. Puteți face o verificare simplă la flicker a LED-ului, cu telefonul mobil. Dați drumul la camera de filmat și îndreptați-o către LED. Dacă vedeți pâlpâire în ecran… ei bine, s-ar putea să o vedeți și acasa din când în când… dacă vă decideți să cumpărați.

În principiu, ar trebui să avem toată încrederea că fabricanții încearcă să aducă pe piață produse verificate în fiecare stadiu. În principiu, știm însă sigur și că toate aceste eforturi costă. Nu știm însă câți dintre fabricanți aplică litera tehnologică în toate aceste stadii sau dacă au voința, potențialul tehnologic sau uman de a o respecta. În tot cazul, cei care clamează că vând LED-uri ieftine sunt de evitat. Peste  acest amalgam tehnic care a fost împins în piață înainte de a se termina perioada de cercetare, apar însă și presiunile politice, ecologice și comerciale.

Dă foarte bine în peisajul actual să vopsești comunicarea în verde și să “vinzi” eficiență energetică în sisteme de iluminat sau reducere de CO2. La producție însă se consumă ceva mai mult decât înainte. Materialele plastice speciale sau aluminiul sunt ambele energofage. Ar trebui să facă cineva totalul energiei consumate pentru ansamblu și nu doar să clameze economii de energie care și așa, de cele mai multe ori, sunt chestionabile. Să se înmulțească milioanele de corpuri stradale existente cu o medie de 2-3 kg de aluminiu pe corp, ca să estimăm cu câtă energie se va produce acest aluminiu… începând de la extracția de minereu.

Se produc înlocuiri de sisteme de iluminat pe scară largă, fără a se ține seama de vechimea sau de eficacitatea luminoasă a sistemelor înlocuite. În special în iluminatul stradal înlocuirea a devenit o modă. Sodiul cu ~100-120 Lm/W la care existau suficiente metode de dimare și control, se înlocuieste cu LED-uri cu lumina 6500K asta că să se atingă cei circa 120Lm/W. În plus, nici corpurile nu au totdeauna distribuțiile corespunzătoare și deci, cel puțin pentru moment, uitați de uniformități, orbiri, poluare luminoasă sau sănătate.

Sigur, moda este împinsă de așa numitul Smart City… Sunt suficiente Sisteme de Iluminat de acest tip instalate, mai ales în Marea Britanie. În ultimul timp însă, oamenii au început să realizeze ca plătesc ceva mai mult decât înainte pentru recuperarea creditelor făcute de Consiliile Locale, că nu au lumină suficientă, ca s-a stricat specificul local prin înlocuirea corpurilor vechi, că sunt o mulțime de intervenții deși n-ar trebui. Nu am nimic împotrivă (deși nu cred că mă va întreba cineva vreodată): implementați rețele de supraveghere și control peste tot dacă așa va fi mai bine. Respectați însă cerințele luminotehnice dacă tot vă folosiți de corpul de iluminat.

Sunt multe Sisteme de Iluminat Comercial schimbate în ultimii doi ani, în care culorile sunt fade, LED-urile orbesc și, în mai puțin de un an sau doi, s-a făcut treptat întuneric. De la sine, nu vă gândiți la vreun sistem de management. Oare le-a spus cineva de Ra <60, 6500K, SDCM 7x, L50B30 la ofertare? Sigur s-a discutat de Lm/W și de perioada de recuperare.

Sunteți bombardați cu diversele oferte speciale, atât pe net cât și în rețelele DiY. Am văzut zilele trecute 4,99 LED-ul… consum 1 virgulă ceva W… bune să vă vedeți interiorul buzunarelor sau să nu stea pisica pe întuneric vreo două săptămâni… nu uitați ce știți de mult: prețul este primul indicator de calitate.

Poate că ar mai fi lucruri de spus. Este clar ca LED-ul și-a câștigat locul întâi în Sistemele de Iluminat. Mai ales datorită posibilităților de control și facilităților oferite de alianța între lumină și electronică. Lăsați însă ca lucrurile să vină dintr-o evoluție normală și lăsați-ne posibilitatea de a alege. Îmi este imposibil să înțeleg de ce clienții sunt “cam împinși” să plătească un concept care tehnologic încă nu este pus la punct peste tot și în care încă mai sunt controverse medicale.

Îmi vine greu să înțeleg de ce atunci când este vorba de vedere, care înseamnă mai mult de 90% din volumul informațiilor procesate de om, există o asemenea larghețe față de producători în evitarea menționării unor date importante pentru client. La alimente, de exemplu, este considerat important să avem toate E-urile trecute pe ambalaj și sunt din ce în ce mai multe și mărunte.

Însă nu va mai fi așa de important să vedem să citim etichetele… Suav și complice ne va șopti Smartphone-ul la ureche ce a aflat prin LiFi de la două tuburi LED care bârfeau deasupra raftului…

Share