Page 400 - Siteco Ulkovalaisimet

10 9 Liitteet | LED-valaistus
LED-valaistus
Historia
Valkoisen valon tuottaminen puolijohteiden avulla tuli mahdolliseksi 1990-luvun lopulla, kun oivallettiin muuntaa hohtodiodien (LED, light emitting diode) sininen valo tai ultraviolettisäteily valkoiseksi fosforipinnoitteen avulla. Aikaisemmat LED-versiot säteilivät lähes monokromaattista valoa (esim. punainen, oranssi, vihreä) ja näiden valotehokkuus oli yleensä alle 30 lm/W. Nykyisten ledien valo- tehokkuus yltää jo 150 lm/W. LED-teknologia kehittyy parhaillaan kovaa vauhtia tarjoten kuluttajille teknisesti edistyneen valonlähdevaihtoehdon hehku- ja pur- kauslamppujen lisäksi.
LED-sirut
Ledit ovat niin sanottuja puolijohdekomponentteja ja kuuluvat elektrolumine- senssisäteilijöihin. Niiden toiminta perustuu puolijohdeliitoksiin, jotka valmis- tetaan monimutkaisessa pinnoitusprosessissa johdemateriaalilevylle (piikiekko). Tämän jälkeen puolijohteet leikataan laserilla pieniin siruihin, joiden koko vaih- telee noin 0,3 x 0,3 mm ja 2,0 x 2,0 mm:n välillä.
Kotelot, siru levyllä, primäärioptiikka, piirilevy, hallintalaitteisto
LED-valmistaja sovittaa sirut pieniin paketteihin, joihin sisältyy sähköiset lii- tännät, fosforipinnoitteet ja joissain tapauksissa myös linssi (primäärioptiikka). Valaisinvalmistaja juottaa paketit piirilevylle ja kytkee ne teknisten ominaisuuk- sien mukaan (esim. sarjaan tai rinnan). Ohjausyksikkö sovitetaan kytkentäkaavi- oiden mukaan.
Vaihtoehtoisesti sirut voidaan kytkeä suoraan piirilevylle (chip on board, COB). Lisäksi markkinoilla on LED-moduuleja, joissa ledit ja muut oheiskomponentit on kytketty valaisintehtaalla helposti asennettavalle valmiille alustalle tai piirilevylle.
Lisäoptiikka, luminanssi, häikäisy
Valaisinvalmistajat suunnittelevat lisäoptiikkaa (heijastimia, kupuja ja linssejä) ledien tuottaman valon ohjaamiseksi. Pienikokoisten ledien kanssa voidaan käyttää pieniä optisia komponentteja, jolloin valoa voidaan ohjata tarkasti, ja yhdensuuntaisen säteilyn ansiosta häviöt ovat yleensä vähäisempiä kuin muilla valonlähteillä. LED-sirun luminanssi on erittäin korkea, jopa 50 milj. cd/m2, joten erityistoimenpiteitä tarvitaan häikäisyn rajoittamiseksi.
Jännite, virtaintensiteetti, teho, valovirta
Ledit tarvitsevat toimiakseen säänneltyä tasavirtaa katodille ja anodille. Lisäksi jokainen LED-siru vaatii vähintään noin 3 V:n päästösuuntaisen jännitteen. Kun kynnysjännite on ylitetty, virta kulkee ledin läpi ja saadaan valoa. Ledejä voidaan käyttää yleensä erisuuruisilla virroilla (esim. 350 mA, 700 mA tai 1000 mA), joihin valon intensiteetti on verrannollinen. Verrannollisuus ei ole kuitenkaan lineaa- rista, vaan vaikka valovirta kasvaa sähkövirran mukaan, samoin kasvaa myös kynnysjännite ja tehonkulutus. Siten valotehokkuus (lumen / watti) on sitä korke- ampi mitä pienempää virtaa käytetään.
Lämpötila, lämmönhallinta, järjestelmävika, jäähdytys
Muista valonlähteistä poiketen ledit eivät yleensä säteile ultravioletti- tai infra- punasäteilyä. Lämpeneminen tapahtuu sirun sisällä tai muulla rajapinnalla puolijohteessa. Jos lämpeneminen ylittää valmistajan määräämän T-liitoksen lämpötilan, on sillä kuormittava vaikutus lämpöherkkään puolijohteeseen: valo- virta laskee lämpötilan noustessa, ja pysyvän vaurion, jopa täyden vikaantumisen riski kasvaa. Mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi on vikatilanteiden toden- näköisyys.
Pitkän käyttöiän ja luotettavan toiminnan lähtökohtana tarvitaan toimiva ja tehokas jäähdytysjärjestelmä, joka vapauttaa lämmön ympäristöön ledin lämpö- tilan alhaisena pitämiseksi.
Tämän vaatimuksena on puolestaan alhaisen lämpöresistanssin materiaalien valinta sekä tarpeeksi suuret jäähdytyspinnat (passiivijäähdytys). Myös sisäänra- kennettu ilmanvaihto voidaan toteuttaa (aktiivijäähdytys). Vain näillä keinoilla voidaan taata pitkä käyttöikä, korkea energiatehokkuus ja luotettava toiminta.
Lajittelu, valon väri, värintoisto
Jokaisen sirun tai paketin kynnysjännite, valovirta ja valon väri testataan tehtaalla.
On tuoteteknologialle ominaista, että nämä arvot ovat alttiita vaihtelulle, ja tasa- laatuisuuden saavuttamiseksi valmistaja lajittelee ledit näiden ominaisuuksien perusteella (binning).
Jotta voitaisiin täsmätä asennuksen valon väri ja ledien kirkkaus tulevaisuudes- sakin, Siteco on kehittänyt erityisen seuranta- ja jäljitysjärjestelmän. Sen ansiosta ledien suoritusarvot voidaan jäljittää lajitteluvaiheeseen asti. Vastaavat arvot on merkitty valaisimeen, jolloin lediä tai LED-moduulia vaihdettaessa voidaan tilalle asentaa samat suoritusarvot omaava moduuli tai komponentti, ja valon väri pysyy tasaisena yli LED-sukupolvien.
Valkoisten ledien väritoisto vaihtelee suuresti käytetyn fosforin ominaisuuksista riippuen. Valon värisävyjä on lämpimästä valkoisesta päivänvalon valkoiseen, tosin lämmin valkoinen on vähemmän tehokasta paksummista fosforikerroksista johtuen.
Kytkentäominaisuudet, himmenys, järjestelmän hyötysuhde
Ledejä voidaan kytkeä päälle ja pois lähes viiveettömästi, ja sekunnin aikana useat kytkentätapahtumat (pulssit) ovat mahdollisia.
Tätä ominaisuutta hyödynnetään himmennettävillä ledeillä (kaksoishimmennys). Tämä mahdollistaa parhaan valaisimen hyötysuhteen koko himmennysalueella. Vaihtoehtoisesti valaisimia voidaan himmentää pienentämällä virtaa, mikä lisää hyötysuhdetta.
Valaisimen kokonaishyötysuhteeseen vaikuttaa myös ohjauslaitteiston hyöty- suhde. Mitä tarkemmin ohjauslaitteisto ja elektroniikka on sovitettu valaisimien kanssa, sitä korkeampi on järjestelmän hyötysuhde. Ohjauspakettien Basic, Plus ja Premium avulla Siteco asettaa uusia merkkipaaluja LED-ohjausjärjestelmien hyötysuhteessa, mikä tarkoittaa jopa 80-prosenttista energiansäästöä verrattuna vastaaviin ulkovalaistusjärjestelmiin tavanomaisilla lampuilla.
Liitteet