Elektrika.cz - elektrotechnické zpravodajství
Tisknete článek: SRVO: Údržba osvětlení a světelné diody (klik pro návrat)
Stránka byla vytvořena: 2.01.2013
Všechna práva vyhrazena (c)1998-2024 Elektrika.cz
Doslovné ani částečné přebírání tohoto materálu není povoleno bez předchozího písemného (e-mailového) svolení redakce portálu Elektrika.cz.

SRVO: Údržba osvětlení a světelné diody

Tomáš Maixner, ze dne: 2.01.2013

Zpráva z tisku: Elektroniku firmy záměrně vyrábějí tak, aby se pokazila.
Jak ona zpráva souvisí se světelnou technikou? Doufám, že prvoplánově nijak, že se
výrobci v této oblasti neuchylují k podobným praktikám, o kterých je v [1] psáno. Jen ukázka ze zprávy: "…Kondenzátory jsou přiletované přímo vedle chladiče. Přitom jsou citlivé na teplo. Proč jsou zde, i když je dost místa na opačné straně desky?"

V osvětlování se prosazuje elektronika, zejména v souvislosti se světelnými diodami. Ty, na rozdíl od klasických světelných zdrojů, elektronickou součástkou jsou.

Poruchovost elektronických prvků
V provozních podmínkách je střední doba poruchy světelné diody odhadována až na milion hodin. Z tohoto pohledu je vlastně nesmrtelná – i proto se doba jejího středního života určuje podle úbytku světelného toku. O tom později.

V každém LED svítidle je několik dalších elektronických prvků. Předpokládejme, že stejně poruševzdorných. Velmi zjednodušeně (opravdu velmi) lze prohlásit, že poruchu elektronického zařízení s N prvky je možné očekávat za 1.000.000/N hodin. Dejme tomu, že je ve svítidle stejně životaschopných 60 diod a 40 dalších prvků. Porucha může nastat po 1.000.000/100=10.000 hodinách. To je pro svítidlo veřejného osvětlení (VO) asi po dva a půl roce provozu. Bude-li takové svítidlo tvořit soustavu s dalšími devíti svítidly, je možné, že k první poruše dojde již po tisíci hodinách.

Tab. 1. Činitel znečištění svítidel

Jistě tyto jednoduché počty zvládají i výrobci LED svítidel. Jistě vybírají co nejtrvanlivější součástky, minimalizují jejich počet, takže skutečnost bude o něco lepší, u kvalitních výrobků o dost lepší. Ostatně, při pilotním projektu v Praze (zahájen roku 2009) se ukázalo, že k poruchám dochází.

Bylo použito 81 svítidel. Netuším, kolik dohromady obsahovaly světelných diod, ale řádově tisíce. Za necelé dva roky sledování došlo k 39 poruchám a jedenáct svítidel muselo být vyměněno. Šlo o první LED svítidla, řekněme první generace, takže se na nich konstruktéři, výrobci i montéři učili. V současné době budou jistě spolehlivější. To ukáže druhý pilotní projekt, jenž byl zahájen v tomto roce. Tam jsou již svítidla vyspělejší. Přesto již týden po slavnostním zahájení bylo jedno svítidlo nefunkční.

Obr. 1. Svítidlo s modulární konstrukcí – existuje též ve verzi s konstantním světelným tokem – Siteco Streetlight 10 mini LED (SL10 mini)

Obr. 2. Jednotlivé moduly svítidla SL10 mini–modře napájecí zdroj, mimo svítidlo modul LED

Je tedy zřejmé, že konstrukce LED svítidel se v principu nemůže lišit od klasických svítidel. Tedy že musí být možné nahrazovat jednotlivé komponenty modulově. Především elektronickou napájecí část a modul lastních světelných diod. Příklad takového svítidla je na obr. 1 a obr. 2.

Modulární systém má ještě další výhodu. Vývoj v oboru světelných diod je až překotný. Diody LED s významně vyšším měrným výkonem budou na trhu rozhodně dříve, než kvalitní svítidlo (to z obrázků) morálně nebo fyzicky zastará. Takže je příhodné mít možnost vyměnit blok se světelnými zdroji. Nový blok by měl při stejném příkonu vyšší světelný tok – výsledkem by bylo osvětlení dotčeného prostoru na vyšší úroveň. Tedy větší bezpečnost.

Nebo by byl nový modul osazen diodami s menším příkonem, avšak shodným světelným tokem jako u těch původních – výsledkem je snížení spotřeby elektrické energie. Tedy finanční úspory. Bude jen na zákazníkovi, zda zvolí větší bezpečnost nebo nižší náklady.

Znečištění svítidel
Svítidla pro osazení světelnými diodami se vyrábějí stejně jako klasická (v tom lepším případě; často se "bastlí" v dílně obecního zámečníka). Mají určitý stupeň krytí optické části. Mezi tímto "utěsněním" svítidla a mírou jeho znečištění existuje vazba. Ve změně Z1 normy ČSN EN 13201-2 je uvedena tabulka vycházející z materiálů CIE (tab. 1).

Ta platí i pro LED svítidla. Jestliže takové svítidlo má krytí IP6× a bude čištěno v intervalu dvou let, při
středním znečištění ovzduší bude velikost činitele znečištění svítidla v nejlepším případě 0,89.

Praxe je však často taková, že svítidla jsou čištěna při výměně výbojky – svítidlo je otřeno hadrem. Tedy zhruba po čtyřech letech, pak je činitel znečištění menší než 0,87. U LED svítidel bez možnosti vyměnit modul se světelnými diodami nebude přicházet v úvahu ani zmíněné čištění – očista se bude provádět výměnou celého svítidla. U modulových svítidel bude interval čištění také mnohem delší. Pro uvedený příklad je třeba počítat s hodnotou nejvýše 0,85.

Stárnutí světelných diod
I světelné diody podléhají vlivům času. Jejich světelný tok klesá s počtem "odsvícených" hodin. Jak? To je do určité míry nejisté. Ještě nejsou k dispozici tak dlouhá měření, která by předpokládaný pokles potvrdila. Jde tedy o teoretická čísla. Dlužno podotknout, že přesto se lze na ně dostatečně polehnout. Jde o polovodiče, jejichž vlastnosti jsou léta zkoumány, a není valný důvod, proč by se světelné diody měly chovat jinak. U předních výrobců je předpoklad, že konečná hodnota činitele stárnutí jejich LED poslední generace nebude menší než 0,8. Záleží také především na teplotě diody (obr. 3).

Obr. 3. Pokles světelného toku v závislosti na čase a teplotě u renomovaných výrobců [2]

U méně kvalitních výrobků to bude o poznání horší. V [2] jsou uvedeny výsledky měření závislosti světelného toku diod na čase u dvou různých výrobců (obr. 4).

Obr. 4a. Pokles světelného toku v závislosti na čase u špičkových výrobků

Obr. 4b. Pokles světelného toku v závislosti na čase u druhořadých výrobků

Je zjevné, že LED od "noname" výrobce jsou pro použití v praxi naprosto nevhodné, pokles světelného toku 30% nastává po roce provozu v soustavách VO. Ve výpočtu není možné stárnutí zanedbat. Jsou-li ve svítidle světelné diody poslední generace a renomovaných výrobců, je možné zvolit činitel jejich stárnutí 0,8. Pro méně kvalitní 0,7.

Obr. 5. LED svítidlo se symetrickou i asymetrickou optikou; je možné je použít k osvětlování prostranství, ale i cest – Siteco DL 20

Udržovaná hodnota
Zastavme se u termínu "udržovaná hodnota". Ve všech případech je v normách udávána hodnota hladiny osvětlení (osvětlenosti nebo jasu) jako hodnota udržovaná. Každá osvětlovací soustava stárne. Klesá množství světla produkované světelnými zdroji i světla vystupujícího ze svítidla (to platí i pro LED). Proto je na počátku soustava "předimenzovaná", aby i na konci intervalu údržby dosahovala předepsané hladiny osvětlení.

Obr. 6. Svítidlo původně konstruované pro výbojku lze výměnou elektrobloku proměnit v LED svítidlo, opět se symetrickou i asymetrickou optikou; nelze opominout, že obecně nelze zaměňovat současné světelné LED zdroje s náhradami bez nové certifikace svítidla – bez ní nelze svítidlo provozovat; zde svítidlo Siteco Lantern Classic LED má

Pro soustavy s diodami LED ve venkovních prostorech je hodnota udržovacího činitele součinem činitele znečištění svítidla (a světelného zdroje) a činitele stárnutí světelného zdroje.

Hodnota prvního činitele záleží na míře znečištění okolního prostoru, resp. ovzduší, a na první číslici určující
krytí IP svítidla. Pro kvalitní svítidla (IP6×) a svědomité provozovatele osvětlovací soustavy (budou čistit svítidlo každé dva roky) a střední znečištění to je 0,89.

Pro kvalitní diody je hodnota stárnutí světelného zdroje 0,8. Výsledný činitel údržby tedy pro nejlepší řešení je 0,89 x 0,8 = 0,71. Pro nekvalitní světelné zdroje, svítidla a neukázněné správce soustav je tato hodnota významně nižší, běžně pod 0,6. Existuje však ještě jedna cesta, kterou se světelné diody vydávají.

Konstantní světelný tok
Díky tomu, že je možné LED poměrně snadno řídit, objevuje se stále častěji nový přístup ke konstrukci svítidel. Elektronika svítidla reguluje příkon svítidla tak, aby z něho vystupoval po celou dobu života
konstantní světelný tok. U takových svítidel je činitel stárnutí světelných zdrojů roven jedné. Konečný udržovací činitel je tedy totožný s činitelem znečištění svítidel.

Obr. 7. Jiné svítidlo s LED elektroblokem Siteco – Mushroom Luminaire LED

Předností takového svítidla je to, že na počátku má poměrně malý příkon, který narůstá s odsvícenou dobou. U svítidla z obr. 1 je na počátku příkon 35W, na konci života 51W. Znamená to, že na počátku jsou diody napájeny menším proudem. Jsou méně zatěžovány tepelně, tedy jejich život se prodlužuje. Diody navíc mají tu vlastnost, že současně se zmenšujícím se proudem roste měrný výkon.

Popsané řešení má, kromě úspor energie, také další příznivé důsledky. Jen nesmí projektant zapomenout na to, že konečný příkon je podstatně vyšší. U svítidla SL10 mini je nárůst téměř 50%. Na konečný příkon je tedy nutné dimenzovat osvětlovací soustavu.

Literatura a odkazy:
[1] Elektroniku firmy záměrně vyrábějí tak, aby se pokazila. Dostupné na http://magazin.e15.cz.
[2] ČERNOCH, J.: LED – fakta a mýty. In: Sborník Cesty světla – Amper 2012.

Přednáška Tomáše Maixnera z květnového semináře SRVO:

Článek vyšel také v časopise SVĚTLO 6/2012.

TEXT Z OBLASTÍ

Osvětlování

SOUVISEJÍCÍ KONTAKT

SRVO Společnost pro rozvoj veřejného osvětlení, o. s. - Pod Vysílačkou 1387, Praha 5 - - predseda@srvo.cz

Konec tisknuté stránky z portálu Elektrika.cz.