LED-koulu

LEDin (Light Emitting Diod) valon laadun ja tehon parantuessa on siitä muodostunut tulevaisuuden valolähde. Jo tänä päivänä markkinoilla on LEDejä joiden
valo ja värintoisto vastaavat halogeeneja ja myös monia kompaktiloisteputkia. Aivan lähitulevaisuudessa LEDit tulevat tuottamaan yhtä paljon valoa/W kuin
parhaat loisteputket.

Ominaisuudet

Diodin toiminta ja rakenne

Perinteisissä valolähteissä valo syntyy sivutuotteena kun hehkulankaa lämmitetään.

LEDissä valo tuotetaan puolijohdediodissa virran avulla. Suurimmat valodiodit ovat tänä päivänä kooltaan n. 1 mm ja pisteen muotoisia. Diodi asennetaan koteloon, jotta se säilyisi ehjänä. Tällöin LEDin valokeilaa
on helpompi muokata ja suunnata haluttuun kohteeseen. LED-valon valokeilaa on helpompi säätää kuin vastaavaa ympärisäteilevää valonlähdettä.

Toimiakseen diodi asennetaan piirilevyyn. Tämä mahdollistaa hyvän sähköisen kytkennän ja samalla piirilevy johtaa lämpöä pois diodista. LED:llä itsellään ei ole sähkövastusta jonka johdosta virtapiirissä on oltava virranrajoitus. LED ohjaimet syöttävät oikean suuruista vakiovirtaa diodille. Syötettävän virran suuruus määrittää, kuinka paljon diodi tuottaa valoa.

LED-moduulit

Valodiodeja löytyy monta eri mallia muutamasta lumen:sta (matalateho LED) jopa monen sadan lumenin suurteho LED-moduuleille jotka asennetaan suoraan piirilevylle suuren alumiinisen jäähdytyselementin kanssa. Valaisimissa keskitytään nykyään suurteholedeihin, jotka on sisäänrakennuttu valaisinkalusteeseen. LEDit ovat jo tänä päivänä hyvä vaihtoehto tavalliselle halogeenivalolle eritoten kodin valaistuksessa, sekä sisä- että ulkokäytössä.

LED-valo

Ledin tuottama valo on lähes monokromaattinen (yksivärinen) ja hallitseva aallonpituus määrittää värin. LED voi olla väriltään punainen, oranssi, keltainen, sininen ja vihreä. LED-valossa ei ole minkäänlaista IR- tai UV-säteilyä.

Valkoinen LED

Valkoinen valo syntyy sekoittamalla kolme perusväriä: punainen, vihreä ja sininen (additiivinen värinsekoitus) tai varustamalla sininen LED keltaisella tai oranssilla fosforijauheella, joka muuntaa osan
säteilystä keltaiseksi valoksi. Lopputulos on valkoinen valo kuten loisteputkissa ja energiansäästölampuissa (konvertoiminen). Fosforimuuntamisella saadaan parempi ja tasaisempi värientoisto ja se on myös käytetympi edullisemman hintansa vuoksi.

Valon laatu

Valon laatu on määritelmä jota käytetään valkoisesta valosta ja se sisältää monta tekijää joista tärkeimmät ovat: värintoisto, värilämpötila ja valon määrä (lumen)

Valon väri/värilämpötila

Värilämpötila, joka ilmoitetaan Kelvineinä (K), vrt. loisteputki.
Valkoiset LEDit on jaettu kolmeen pääryhmään:

Kylmä valkoinen	5400-7000K	Standard 6000-6500K
Valkoinen	3700-5400K	Standard 4200-4500K
Lämmin valkoinen	2700-3500K	Standard 3000K

Värintoistokyky

Värintoisto ilmaistaan Ra-indeksinä. Se ilmoittaa kuinka hyvin valonlähde jäljentää värejä asteikolla 0-100% verrattuna referenssi valonlähteeseen. Ra-indeksi on 8 vakiovärin keskiarvo. Vertaa loisteputkeen jossa 840 = 80% värintoisto (Ra) ja 4000K värilämpötilaa. Valkoisella LED:llä on yleensä erittäin hyvä värintoisto. Lämpimän valkoisen ja valkoisen Ra-arvo on 80-93 ja kylmän valkoisen vähän huonompi 70-85, jotka ovat verrattavia useimpiin perinteisiin valonlähteisiin. LED:n värintoisto on yleensä huomattavasti parempi kuin Ra-arvo ilmoittaa. Luota omiin silmiisi ja koevalaise paikan päällä.

Valovirta/valoteho

LED:n valovirta ilmoitetaan lumeneina (lm) kuten tavallisissa ympärisäteilevissä valolähteissä. Lumen kertoo, kuinka paljon valoa valonlähde tuottaa joka suuntaan.

Valoteholla ilmoitetaan, kuinka energiatehokas valonlähde on ja sen yksikkö on lumen per watti (lm/W).

Nykyään myynnissä on diodeja joiden valoteho on 60-80lm/W. Lämpimän valkoisella diodilla on normaalisti 20-30% alhaisempi valoteho verrattuna kylmiin valkoisiin, koska fosforijauhe suodattaa enemmän valoa. Lähiaikoina päästäneen yli 100 lm/W valotehon ja tällöin LEDit ovat parhaimpien loisteputkien tasolla.

Koska LED-valo on suunnattua, sen tehokkuus on usein huomattavasti parempi kuin mitä lumenarvo ilmoittaa verrattuna tavallisiin valolähteisiin. Vastaavassa halogeenivalolähteessä voivat häviöt olla jopa 40-60% valovirrasta. Diodin kohdalla häviöt ovat yleensä 15-20% ohjain mukaanlukien.

Lämpötilan vaikutus

Diodin käyttöikään ja valotehoon vaikuttaa ensisijaisesti lämpötila sekä myös, virranvoimakkuus, lämmön johtuminen ja ympäristön lämpötila.

Koska LED ei säteile lämpöä IR-säteilyn muodossa ja koska vain 15-25% energiasta muuttuu valoksi, pitää lämpö johtaa ympäröivään kalusteeseen.

Lisääntynyt lämpö heikentää LEDin suorituskykyä niin lyhyellä kuin pitkälläkin tähtäimellä. Lyhytkestoinen lämpö heikentää värientoistoa ja valotehoa. Pitkäkestoinen korkea lämpötila nopeuttaa valotehon laskua ja siitä johtuen myös lyhentää elinikää.

Käyttöikä-valotehon lasku

LED rikkoontuu harvoin ja jatkaa toimintaansa hyvällä valotasolla eroten merkittävästi hehkulampusta joka rikkoontuu helposti ja valon tuotto loppuu heti. Valovirta pienenee hitaasti ja jatkuvasti. Sekaannusten välttämiseksi ovat valmistajat yhteistyössä päättäneet raja-arvon LED-valaisimen eliniän ilmaisemiseen. Arvo ilmaistaan prosentteina, kuinka paljon valoteho on laskenut verrattuna uuteen valonlähteeseen. LEDeillä ilmoitetaan elinikä jolloin valotehosta on vielä jäljellä 70% (L70), normaalisti 20 – 35 000 tuntia. Sisustuskäyttöön tarkoitetuissa LED- valoissa, esimerkkinä terassivalot, elinikä ilmoitetaan arvosta, kun valotehosta on jäljellä 50% (L50).
Valotehon lasku nopeutuu lämpötilan noustessa.

Valkoisen LEDin valinta/Binning

LEDien valmistuksessa on vaihtelua diodin ohjausjännitteessä, kuinka paljon valoa ne tuottavat ja mikä värilämpötila niillä on. LEDejä myytäessä varmistetaan niiden tasaiset ominaisuudet binning menetelmän avulla. Binning määrittää diodin värilämpötilan Kelvineinä ja vaihtelun värisävyssä punaisesta keltavirheään.

Tarkempi rajaus diodeille nostaa niiden hankintahintaa, mutta pienemmät eroavuudet värilämpötilassa, värisävyssä ja valotehossa takaavat paremman laadun. Valkoisessa LEDissä jonka värilämpötilaksi ilmoitetaan 3000K on standardin mukaan hyväksyttävää, että arvo vaihtelee 2700-3500K välillä. Hide-a-lite tuotteissa 3000K diodin arvo vaihtelee välillä 2900-3100K.

Asennus

Kaikissa asennuksissa on tärkeää käyttää oikean tyyppisiä ja pituisia johtoja, jotta tuotteiden toiminta on
varmaa ja turvallista.
Huomioitavaa LED-asennuksessa:

Käytä ainoastaan LED-ohjaimia.
Lähes kaikki LEDit vaativat toimiakseen oikean napaisuuden, koska kyseessä on tasavirta (DC), 350/700mA vakiovirtadiodit on aina kytkettävä sarjaan. Väärin kytketty LED ei valaise ja väärä napaisuus voi rikkoa diodin pysyvästi.
Useimmat LED-moduulit ovat värikoodattuja. (+) Punainen, ruskea tai merkinnän mukaan. (-) Sininen, musta tai merkinnän mukaan.

Teho

Teholed toimii normaalisti 350mA tai 700mA vakiovirralla. LEDin tehon (W) selvittämiseksi tarvitaan valonlähteen
jännitehäviö (Uf), joka on noin 3,5V. Teho lasketaan kaavalla jännitehäviö (Uf) x virta esimerkiksi: 3,5V x 350mA = 1,2W joka pyöristettynä on 1W. Vastaavasti 700mA antaa tehoksi 2,5W pyöristettynä 3W. Tarkat arvot kyseiselle tuotteelle löytyy datasivuilta.

LEDit joita ohjataan jännitelähteellä teho lasketaan samalla tavalla kuin perinteisessä matalajännitevalaistuksessa.

Tekniset tiedot

Ohjaimet

LEDien hyvä käyttö ja pitkä elinikä voidaan taata kun käytetään LEDeille tarkoitettuja ohjaimia, jotka on suojattu ylijännitteeltä, ylivirralta, ylikuormitukselta ja oikosululta. Mikäli käytät muita kuin Hide-a-lite:n myymiä tai suosittelemia ohjaimia niissä on oltava seuraavat suojat:

SELV
Oikosulkusuoja
Ylikuormitussuoja
Ylilämpenemissuoja

Kaksi eri valaisintyyppiä

Rinnan-kytkettävät	Sisäänrakennettu virranrajoitus ja käyttöjännite 10, 12 tai 24V DC. Esim. LED nauhat, valokiskot sekä LEDit sisustukseen.
Sarjaan-kytkettävät	Ilman virranrajoitusta ja ohjataan joko 350mA:lla (1W) tai 700mA:lla (3W), suurtehoiset Power LED:t korkealla valovirralla valaistukseen.

Kaksi eri ohjaintyyppiä

Rinnankytkettävät	Elektroniset tasajännitelähteet 10V, 12V ja 24V DC
Sarjaankytkettävät	Elektroniset vakiovirtamuuntimet 350mA ja 700mA

Molempia ohjaimia löytyy sekä ilman himmenystä että perinteisillä himmennystoiminnolla.

Nykyään markkinoilla on paljon LED-tuotteita, jotka voidaan liittää suoraan 230V verkkoon sisäänrakennetun ohjaimen ansiosta. Esimerkkeinä näistä ovat valonlähteet GU10 ja E27 kannalla joita ei
normaalisti voi himmentää. Markkinoille alkaa tulla LED valonlähteitä, joita voi himmentää tavallisella hehkulampuille tarkoitetulla himmentimellä.

LED-valon himmentäminen

Diodia on helppo himmentää 0-100% välillä, mutta ei samalla tavalla kuin hehkulamppua jota säädetään ulkoisella himmentimellä. Hehkulampun himmentäminen vähentää hehkulangan jännitettä ja hehkulanka muodostaa vähemmän valoa, värilämpötila laskee ja valo muuttuu lämpimän punaisen sävyiseksi. Diodia ei voi normaalisti säätää tällä tavalla, vaan himmennin on sisäänrakennettu ohjaimeen tai himmennin asennetaan ohjaimen jälkeen matalajännitepuolelle.

Yleisesti käytössä oleva tekniikka himmentämiseen on PWM himmennys eli pulssileveysmodulaatio, joka sytyttää ja sammuttaa diodia 120 – 100 000Hz:n taajuudella. Valo himmenee ilman että värilämpötila muuttuu.

Tiettyjä teholedejä voidaan himmentää ohjausvirtaa muuttamalla ilman häiritsevää värin muutosta. LEDiä voi himmentää vaihtoehtoisesti joko painonapilla (SwitchDim), 1-10V signaalilla, potentiometrillä tai väylällä (Dali/DSI ja DMX).

Valon himmentäminen voi aiheuttaa EMC häiriöitä, jotka pitää ottaa huomioon.

Johdotuspituudet

Tasajännite

Johtojen häviöt kasvavat mitä suurempi teho on, eli normaalisti käytössä olevat rajoitukset johtojen pituuksiin pätevät. Hyväksyttävä jännitehäviö johtoihin on 3-4%. Johdotuksiin suositellaan monisäikeistä johtoa.

Puolitettu teho/virta tai kaksinkertaistettu johtimen poikkipinta-ala = kaksinkertainen johtojen pituus.

Jos valojen teho on 15W ja käytetään 0,5mm2 johdinta, voi johdotuspituus olla 12V:n järjestelmässä 8m ja 24V:n järjestelmässä 25m.

Vakiovirta

Johtimien pituudesta johtuvat jännitehäviöt ovat merkityksettömiä vakiovirtadiodeille. Johtimien poikkipinnan ylimitoittaminen voi johtaa valotehon heikentymiseen. Tarkista aina ohjaimen suositukset koskien johtojen maksimipituuksia.

Yleisesti alla olevat suositukset pätevät koskien maksimi johtojen pituuksia, kun käytetään
monisäikeistä johtoa.

0,5 mm²	20 m
1,0 mm²	40 m
1,5 mm²	60 m

Himmennettävässä ohjaimessa EMC häriöiden riski kasvaa. On erityisen tärkeää noudattaa valmistajan suosituksia. Hyvä tapa vähentää tai välttää häiriöitä on käyttää suojattua ja/tai parikierrettyä kaapelia.

Yhteenveto

Perinteisiin valolähteisiin verrattuna LED:illä on monta etua, joista tärkeimmät:

Erittäin pieni koko ja ohut rakenne
LED-valo ei tuota IR- tai UV-säteilyä
LED toimii paremmin kylmässä ympäristössä. Esim. jääkaappivalon käyttöikä on huomattavasti pidempi verrattuna huonelämpötilassa olevaan valoon.
Erittäin pitkä käyttöikä.
Ei reagoi iskuhin tai tärinään.
Helppo käyttää, käynnistyy heti täydellä teholla ja valotehoa voidaan säätää helposti välillä 0-100%.
LED-valo ei vilku, koska käyttöjännite on tasavirta(DC).
Sytyttämiset/sammuttamiset eivät vaikuta kielteisesti, päinvastoin - käyttöikä pitenee.
LEDillä on korkea valoteho ja valoa voidaan muokata yksinkertaisella muovilinssillä tai heijastimella pienillä häviöillä.
Ei sisällä elohopeaa tai muita raskasmetalleja.
Käytetään matalajännitettä, helppo ja turvallinen asentaa.

Taloudelliset edut

Erittäin pitkä käyttöikä - jopa 50 000 tuntia, josta seuraa alhaiset huolto- että energiakustannukset. Vaihtamalla LED-valaisinkalusteisiin säästää rahaa sekä kotioloissa että julkisilla paikoilla, kuten esim. hotelleissa ja ravintoloissa. Tämän päivän LED-valaisinkalusteet täyttävät hyvin ympäristölle asetetut vaatimukset.

Ympäristön huomioiminen

Korkean energiatehokkuuden ja pitkän käyttöiän ansiosta ympäristövaikutukset ovat pienet, koska energiankulutus on pientä ja valonlähteitä ei tarvitse vaihtaa niin usein. On myös huomioitava että LED-valaisimet eivät sisällä ongelmajätettä. Yölliset hyönteiset eivät myöskään häiriinny LED-valosta.

Haitat

LED on erittäin lämpöherkkä. Se ei luovuta lämpöä säteilynä (IR) vaan vaati tehokkaan jäähdytyksen, muuten käyttöikä lyhenee huomattavasti.
LED-valo on monokromaattinen ja se on erilainen kuin perinteinen valonlähde.
Hankintahinta korkeampi verrattuna esim. hehkulamppuihin - pidemmän päälle edullinen alhaisen energiankulutuksensa ja pitkän käyttöikänsä ansiosta.
Valkoisilla LEDillä voi olla suuri väripoikkeama ja eroja värisävyssä, mikä pitää ottaa huomioon.

Huomioitavaa

Valodiodin käyttöikään vaikuttaa eritoten lämpö (ympäristön lämpötila). Huolehdi siitä että jäädytys ja ilmanvaihto ovat mahdollisimman hyvät. Noudata aina valmistajan minimisuosituksia.

Käytä aina hyvänlaatuisia, LED-moduuleille tarkoitettuja ohjaimia.

Tarkista aina kytkettäessä, että napaisuus on oikea.
Väärä napaisuus voi rikkoa diodin pysyvästi jopa muutamassa sekunnissa.

Esitteessä oleva tuotevalikoima on suppeampi kuin mitä alalla yleisesti on. Pienemmän tuotevalikoiman ansiosta pystymme pitämään tuotteiden laadun parempana. Poikkeamat valon laadussa voivat kuitenkin olla silmillä havaittavissa. On tärkeää kokeilla valaisinta kohteissa joissa vaaditaan tasaista valoa.

Tarkista aina valmistajan ilmoittama elinikä, koska se on suhteessa valotehon laskuun. LED-tuotteita verratessa on tärkeää kiinnittää huomiota ilmoitettuun elinikään. Moni toimittaja ilmoittaa virheellisesti LEDin käyttöiäksi jopa 100 000 h tai enemmän.