ČSO 2012: Vývoj netradičního LED svítidla

Na trhu se objevují nejčastěji svítidla, která vycházejí z konstrukce tradičních světelných zdrojů (lineárních nebo kompaktních zářivek, žárovek a výbojek). Ne vždy je tak využito všech výhod LED, které tyto zdroje poskytují.



Na svítidlech MILA se podílel významný nizozemský architekt a designer Rob Van Beek. Tento architekt přinesl myšlenku na tvar svítidla, přičemž se nechal inspirovat tvary domu Casa Milà, který navrhl Antoni Gaudi. Vykousnuté obloukové tvary vyskytující se na Gaudiho návrhu objektu Casa Milà jsou pak vneseny do tvarů svítidla. Svítidlo je tvořeno třemi obloukovými liniemi a třemi rovnými hranami o stejné délce. Rovnými stranami je svítidla možno sesazovat k sobě a vytvářet tak rozmanité osvětlovací soustavy. Důležitým faktorem vzhledu svítidla bylo stanovení poloměrů obloukových stran svítidla. Správnou kombinací poloměrů a délkou těchto stran je pak možné sesazením šesti svítidel vytvořit opsaný kruh. Hlavní myšlenkou Roba Van Beeka bylo vytvoření nesčetných tvarových variací osvětlovacích soustav jedním typem svítidla. 


Tvar a konstrukce svítidla od prvopočátku vedla k tomu, že jej nebudu možné osadit tradičními světelnými zdroji. V prvních krocích bylo uvažováno o užití zářivek, byly zkoušeny různé světelné zdroje například T16, TCDDEL, TC-L. Výsledný efekt však byl nevyhovující.

Problémem byly velké tmavé plochy na difusoru a velmi rozdílné jasové poměry difusoru podél rovných hran. LED zdroje se díky svým vlastnostem stále stávali nejperspektivnějšími pro užití v těchto svítidlech. Diody je možno s ohledem na jejich rozměry rozmístit po svítidle libovolně a v tomto ohledu diody jednoznačně předčili tradiční světelné zdroje. Další myšlenkou od designera Van Beeka byla jistá hra stínů na difuzoru svítidla. Jeho požadavkem bylo jemně zopakovat rádius podél nejdelší zaoblené strany svítidla. I toto v podstatě vylučovalo použití tradičních světelných zdrojů. Ve svítidle byly použity LED moduly PrevaLED Linear.


Tyto moduly, 280mm dlouhé, mají světelný tok 1000lm. Těchto modulů bylo ve svítidle použito 8 pro přímo/nepřímo svítící variantu a 7 pro přímo svítící variantu. Samotné použití vhodně rozmístěných LED ve svítidle však stále nepřinášelo výsledný efekt onoho stínu na svítidle. Z tohoto důvodu bylo nutno ve svítidle použít i druhou difuzní vrstvu. Užití systému difusorů ve přesně definovaném rozmístění vedlo k výsledku viditelnému na obrázku č. 2.


Dalším důležitým prvkem v návrhu svítidla byla maximální možná jednoduchost montáže svítidla. Prvním krokem už byla samotná konstrukce svítidla, kdy pro sestavu celkové osvětlovací soustavy je třeba jen jediný typ svítidla. Dalším velice důležitým úkolem v tomto ohledu byla volba systému napájení svítidel. Z těchto důvodů byly ve svítidle použity rychlomontážní připojovací konektory. Díky použití konektorů není nutno svítidla rozebírat, čímž se opět zjednoduší jejich montáž.

Pro volbu konektoru byl velmi limitujícím faktorem jeho rozměr. Dále bylo třeba rozmístit konektory ve svítidle tak, aby bylo možno svítidla vzájemně propojovat tak, aby nebylo nutné v osvětlovací soustavě svítidla připojovat každé zvlášť. V dnešní době je na trhu velké množství mini konektorů, ale s ohledem na to, že přes tyto konektory připojujeme svítidla k síťovému rozvodu 230V je nutné, aby konektory splňovaly požadavky na použitelnost v instalacích nízkého napětí.


Dalším úkolem k řešení bylo spojování svítidel. Spoje, které byly v našich svítidlech doposud používány, byly vždy mechanické a užití těchto typů spojů bylo vždy na úkor snadnosti montáže. V těchto případech bylo při montáži nutné vždy použít nějaký nástroj. U tohoto svítidla jsme se ke spojování rozhodli použít permanentní magnety. Díky tomuto systému opět usnadníme montáž.

S běžnými permanentními magnety bychom nedosáhli dostatečné pevnosti spoje svítidel, a proto musely být použity neodymové magnety. Takto zvolené magnety mají remanenci přes 1,1T. Tyto magnety bylo nutno si nechat vyrobit v požadovaných rozměrech. Ve svítidle bylo potřeba orientovat magnety tak, aby svítidla bylo možné sesazovat jakoukoliv stranou k jakékoliv jiné straně svítidla. I toto bylo vyřešeno tak, že svítidla spojovatelná jsou. 
 

Současně s vývojem konstrukce svítidla bylo nutno řešit teplotní poměry ve svítidle. Při veškerém vývoji svítidel je vždy potřeba pečlivě vyhodnocovat teplotní poměry ve svítidlech, neboť překračování maximálních možných teplot na patřičných komponentech vede ke zkracování životnosti světelných zdrojů nebo celých svítidel. Renomovaní výrobci komponentů svítidel vždy uvádějí měřící body na komponentech, kde je třeba měřit teplotní poměry a pro tyto body mají pak předepsané maximální teploty. Toto platí jak pro tradiční světelné zdroje, tak i pro LED. Právě pro LED je nutné velice pečlivě prověřovat teplotní poměry ve svítidle. V tomto svítidle bylo prováděno teplotní měření jak na samotných LED modulech, tak i na předřadných přístrojích (transformátorech). Maximální teploty naměřené na těchto komponentech byly 55,8°C na boardu a 57,4°C na předřadném přístroji. Teploty byly měřeny přístrojem ALMEMO 2390-8, který umožňuje snímat teploty v čase. Jedno teplotní měření na svítidle bylo prováděno dva dny a pak vyhodnocováno, kdy v čase se teploty na měřeném objektu ustálily.


Dalším důležitým krokem ve vývoji svítidla bylo fotometrické měření svítidla. Přestože svítidlo je bráno především jako svítidlo designové, bylo potřeba vyhodnotit jeho fotometrické vlastnosti. Jakmile bylo svítidlo konstrukčně dokončeno, bylo provedeno fotometrické měření. Toto měření bylo provedeno v laboratoři VŠB v Ostravě. Křivka svítivosti svítidla je patrná z obrázku č. 4. Z křivky byla též vypočítána účinnost svítidla.

Účinnost svítidla 44% není příliš vysoká a pro jisté aplikace pak omezuje použitelnost svítidla. S ohledem na tyto vlastnosti a designový vzhled je pak svítidlo vhodné spíše do reprezentativních a společenských prostorů. V současnosti používané zdroje PrevaLED Linear mají provozní účinnost 100 lm/W. Do budoucna se předpokládá, že provozní účinnost LED bude dále stoupat.


Prvními prototypy svítidla jsme se představili na výstavě Light & Building 2012 ve Frankfurtu nad Mohanem. V tuto chvíli byl již vývoj svítidla z velké části dokončen. Na vývoji svítidla jsme pracovali od léta 2011. Po výstavě nás už čekala výroba svítidel ověřovací série. Touto výrobou jsme si chtěli ověřit, jak fungují běžné výrobní procesy při výrobě těchto svítidel. Nultou sérií jsme vyrobili 23 těchto svítidel. Po konstrukční stránce bylo třeba ověřit, jak jsme schopni sestavovat různě zakružené a pod úhly řezané profily. Dále jsme i s ohledem na toto svítidlo nakoupili technologii svařování hliníkových profilů. Také zde bylo třeba ověřit, jak tato technologie umožní pracovat s těmito svítidly. Výsledkem této nulté výrobní série bylo uvolnění svítidel do standardní výroby.