I takt med att LED (Light Emitting Diode) får allt högre ljusutbyte och bättre verkningsgrad framstår den mer och mer som framtidens ljuskälla. Idag finns LED med ljusutbyte och färgåtergivning som är så bra att de gott och väl motsvarar de bästa halogenglödlamporna och även många kompaktlysrör. Inom kort, förmodligen redan under 2011, kommer det att finnas LED som producerar lika mycket ljus per W som de bästa lysrören.
Informationen i denna broschyr bygger på de kunskaper och praktiska erfarenheter om LED som vi på Hide-a-lite skaffat oss under åren. Den är skriven för LED i allmänhet och för dom LED som finns med i broschyren i synnerhet. En hel del av fakta informationen kommer från Broschyren VÄRT ATT VETA OM LED, utgiven av LED gruppen inom Belsyningsbranschen/Ljuskultur och rekommenderas som fördjupning i ämnet.
All information i denna text ska endast ses som allmän och vägledande och för exakt information om respektive produkt hänvisas till produktblad och monteringsanvisningar som hittas i vår E-katalog under respektive produkt.
Egenskaper
Diodens funktion och uppbyggnad
I konventionella ljuskällor uppstår ljuset som en biprodukt av uppvärmning av en glödtråd. I LED alstras ljuset i en halvledare (diod) som på elektrisk väg stimuleras att lysa (elektroluminiscens) De största lysdioderna är idag c:a 1 mm och punktformiga.
Som skydd mot yttre påverkan och för att kunna anslutas elektriskt placeras dioden i ett hölje med utstrålningsvinkel på 140-160gr som ger en enklare ljusstyrning än för rundstrålande ljuskällor. För att kunna fungera monteras dioden på ett kretskort som möjliggör en enkel elektrisk kontakt och som samtidigt avleder värmen. LED har inget eget elektriskt motstånd vilket innebär att en strömbegränsare måste byggas in i den elektriska kretsen.
Den kräver likström med rätt polaritet via ett drivdon eftersom den endast leder strömmen i en riktning från plus till minus. Det är strömstyrkan genom dioden som avgör hur mycket ljus den producerar.
LED moduler
Lysdioder finns i ett flertal typer med varierande ljusflöde allt från bara några lumen för LED med låg effekt upp till flera hundra lumen för högpresterande Power LED moduler för montering direkt på kretskort med aluminium kärna för god värmeavledning. För belysning ligger idag fokus på högpresterande LED, inbyggda i små enkla armaturer eller som stripar är dom redan idag är ett bra alternativ till vanlig halogenbelysning framförallt i hemmiljö och andra kvällsmiljöer, både inomhus och utomhus.
LED-ljuset
Ljuset som skapas är monokromatiskt och färgen bestäms av den dominerande våglängden. LED finns i färgerna rött, orange, gult och blått. Led ljuset är helt fritt från IR - och UV - strålning.
Vita LED
Vitt ljus skapas genom att blanda de tre grundfärgerna, rött grönt och blått (additiv färgblandning) eller genom att en blå LED förses med ett gult eller orange lyspulver (fosfor) som omvandlar en del av strålningen till gult ljus så att resultatet blir vitt ljus precis som i lysrör och lågenergiljuskällor (konvertering). Fosfor konvertering är den absolut mest vanliga metoden främst för att den är billigare men även för att den ger en bättre och jämnare färgåtergivning.
Ljuskvalité
Ett begrepp som används på vitt ljus och innefattar många faktorer men för upplevelsen av LED är dom viktigaste: Färgåtergivning, färgtemperatur och ljusmängd (lumen)
Ljusfärg/färgtemperatur
Färgtemperatur mäts i Kelvin (K), jmf lysrör. Vita LED finns idag sorterade i tre huvudgrupper:
| Kallvita | 5400-7000K | Standard 6000-6500K |
| Vita | 3700-5400K | Standard 4200-4500K |
| Varmvita | 2700-3500K | Standard 3000K |
Färgåtergivning
Färgåtergivning anges som Ra-index och anger hur bra en ljuskälla återger färger, på en skala från 0-100%, jämfört med en referensljuskälla och är ett medelvärde av 8 st standardfärger. Jämför med lysrör där 840 står för 80% färgåtergivning (Ra) och en färgtemperatur på 4000K.
Vita LED har generellt en mycket bra färgåtergivning. Varmvita och Vita har ett Ra-värde på mellan 80-93 och kallvita något sämre mellan 70-85 och kan därmed mäta sig med dom flesta vanliga ljuskällor.
Färgåtergivningen för LED upplevs dessutom oftast som betydligt bättre än vad Ra värdet anger. Ett gott råd är att lita mer på det egna ögat och provlys gärna på plats med kunden.
Ljusflöde/Ljusutbyte
Ljusflödet för LED anges precis som för vanliga rundstrålande ljuskällor i lumen (lm) som är ett mått på hur mycket ljus en ljuskälla lämnar ifrån sig i alla riktningar. Ljusutbyte är ett mått på hur energieffektiv en ljuskälla är och anges i lumen per watt (lm/W).
Redan idag finns det dioder med ett ljusutbyte på 60-80lm/W, varmvita dioder har normalt 20-30% lägre ljusutbyte jämfört med kallvita, eftersom mer ljus filtreras bort i lyspulvret. Under 2009 räknar man med att dom värdena passerar 100 lm/W och då blir LED fullt jämförbara med dom bästa lysrören.
Eftersom LED avger ett riktat ljus är verkningsgraden oftast betydligt bättre än vad lumentalet anger jämfört med vanliga ljuskällor. I en jämförbar armatur med halogenljuskälla kan förlusten i armaturen vara så stor som 40-60% av ljusflödet, medans det för dioden oftast stannar på mellan 15-20% förlust, inklusive drivdon.
Temperaturens inverkan
Diodens livslängd och ljusutbyte påverkas till största del av värmen och påverkas av faktorer som, strömstyrkan, värmeavledning och omgivningstemperatur. Eftersom LED inte avger värme i form av IR strålning och endast 15-25% av energin blir ljus måste värmen ledas bort till närmast omgivande armatur delar som sedan kyls av. Ökad värme påverkar LED prestanda både på kort och på lång sikt. Kortsiktigt med färgförändring och minskat ljusutbyte. Långsiktigt med ett snabbare ljusbortfall och därmed kortare livslängd. se tabeller.
Livslängd-ljusbortfall
LEDs går sällan sönder och fortsätter att lysa med väldigt låga ljusnivåer tillskillnad mot glödljuskällor som går sönder och slutar lysa helt. Ljusflödet minskar mycket långsamt och kontinuerligt därför har branschen kommit överens om att ange livslängden till en punkt där en viss procent av det ursprungliga ljuset återstår. För LED avsedda för belysningsändamål anges livslängden när fortfarande 70% av ljuset finns kvar(L70), normalt 20-35 000 timmar. För LED avsedda för dekorativa ändamål, t.ex. decklights mäts livslängden till 50% återstår (L50) Ljusbortfallet påverkas negativt och mycket snabbt om värmen runt dioden ökar.
Sortering/Binning Vita LED
Vid tillverkning av LED uppstår en naturlig variation av hur lätta dioderna är att driva, hur mycket ljus dom producerar och framför allt vilken färgtemperatur dom har. För att kunna sälja LED med likvärdiga egenskaper använder man en metod som kallas binning där dioderna delas in i ett antal fack efter sin färg- temperatur i kelvin men även efter variationer i färgton, frön rött till gulgrönt.
Genom att betala ett högre pris kan vi köpa dioder med en snävare sortering än vad som är standard och därmed garantera en jämnare färgtemperatur, färgton och ljusbild än vad många andra tillverkare gör.
För varmvita LED som betecknas som 3000K är standarden att dom får variera mellan 2700-3500K, hos oss har en 3000K diod normalt en variation mellan 2900-3100K.
Installation
Som i all installation är det viktigt att man använder rätt typ och dimension på ledningarna för att installationen ska fungera bra och vara säker. När det gäller LED installationer finns ytterligare några saker som man bör tänka på:
- Använd endast drivdon avsedda för drift av LED.
- Nästan all LED är polaritets beroende, eftersom vi arbetar med likström DC, så det gäller att hålla rätt på + och -. Konstantströmsdioder som drivs med 350/700mA ska dessutom alltid seriekopplas från + till - .
- De flesta LED moduler ar färgkodade. Ansluts dioderna med fel polaritet kommer de inte att lysa och kan skadas permanent. (+) Röd, Brun eller enligt märkning. (-) Blå, Svart eller enligt märkning
Effekt
Power LED drivs normalt med en Konstantström på 350mA eller 700mA och för att räkna fram effekten (W) använder man som vanligt drivspänningen i volt (Vf) som ligger på c:a 3,5V x strömstyrkan (I) som ger följande formel för 350mA LED, 0,35A x 3,5V = 1,2W som avrundat blir 1W motsvarande formel för 700mA ger 2,5W avrundat 3W. Exakta värden för respektive produkt finns i deras datablad.
För LED som drivs med konstantspänning beräknas effekt och strömstyrka på samma sätt som för vanlig “lågvolts” belysning.
Drift
Drivdon
För att garantera en bra drift och lång livslängd på LED produkterna är det viktigt att alltid använda drivdon som är avsedda för LED så att dom skyddas mot överspänning, överström, överlast och kortslutning av drivdonet. Används andra drivdon än dom som Hide-a-lite tillhandahåller eller rekommenderar ska dom alltid omfatta följande skydd.
- SELV
- Kortslutningsskydd
- Skydd mot överlast
- Skydd mot övertemperatur
Två typer av dioder
| Konstant spänning | med inbyggd strömreducering som drivs med 10V, 12V eller 24V, t.ex.LEDstripar, ljus kedjor och LED för dekorativa ändamål. |
| Konstant ström | utan inbyggd strömreducering som drivs med 350mA (1W) och 700mA (3W), högeffektiva Power LED med högt ljusflöde för belysning. |
Två typer av don
| Konstant spänning | Elektroniska likspänningstransformatorer 10V, 12V och 24V DC. |
| Konstant ström | Elektroniska konstantströms konvertrar 350mA och 700mA. |
Båda typerna av drivdon finns idag både som icke dimbara och dimbara med dom vanligaste teknikerna för ljusreglering
I dag finns en hel del LED produkter på marknaden med integrerade drivdon för direkt anslutning till 230V, till exempel ersättningsljuskällor med GU10 eller E27 sockel. Dessa kan normalt inte ljusregleras, men det börjar dyka upp produkter på marknaden som kan ljusregleras med vanliga standard dimrar.
Ljusreglering.
Dioder är enkla att ljusreglera flimmerfritt mellan 0-100% men inte på samma sätt som vanliga glödljuskällor som ljusregleras genom att man med en extern dimmer reducerar spänningen till glödtråden som då blir svalare och producerar mindre ljus, färgtemperaturen sjunker och ljuset går mot det varma röda hållet. Dioder kan normalt inte regleras på detta sätt utan dimmern är oftast en integrerad del av drivdonet eller placerad efter drivdonet på lågvoltssidan.
Vanligast är att använda en teknik som kalla PWM dimring eller Pulsbreds modulation som innebär att dioden tänds och släcks i ett intervall mellan 120- 100 000 Hz, vilket innebär att ljusnivån sänks utan att färgtemperaturen förändras.
Vissa Power LED kan även regleras genom att strömstyrkan till dioden sänks, utan störande färgförändring.
LED kan styras med dom flesta standardsystem för ljusreglering som trycknapp (SwitchDim), 1-10V via potentiometer eller bus system, Dali/DSI och DMX.
Ljusreglering av dioder innebär en ökad risk för EMC (radio) störning och kräver speciell hänsyn.
Ledningslängder
Konstantspänning
Ledningsmotståndet ökar vid högre belastning så normala dimensioneringsregler gäller, se till att dimensionera ledningarna så att spänningsfallet blir max 3-4%. Kontrollera drivdonets rekommendationer vad som avser max ledningslängd. Använd ledare av mångtrådig typ.
Halverad strömstyrka/effekt eller fördubblad ledningsarea = Fördubblad ledningslängd.
Vid en belastning av 15W och en ledningsarea på 0,5mm2 kan ledningslängden vara 8m för 12V och 25m för 24V.
Konstantström
Spänningsfallet till följd av ledningslängd är försumbart för konstantströms dioder, här kan det t.om. vara så att om man använder för grova ledningsareor att strömmen får svårt att nå fram. kontrollera alltid drivdonets rekommendationer avseende max. ledningslängd, men generellt gäller nedanstående rekommendationer avseende spänningsfall. Använd ledare av mångtrådig typ.
| 0,5 mm2 | 20 m |
| 1,0 mm2 | 40 m |
| 1,5 mm2 | 60 m |
För dimbara drivdon ökar risken för EMC störning och här ska man vara extra noga med att följa tillverkarens rekommendationer. Ett bra sätt att minska eller undvika störningar är att använda skärmad och/eller partvinnad kabel.
Slutsatser
Jämfört med vanliga ljuskällor har LED många fördelar, dom viktigaste är:
- Extremt små och tunna
- Ljuset har ingen IR- eller UV-strålning
- LED fungerar bra eller bättre i kalla miljöer. som belysning i kylskåp ökar livslängden markant jämfört med vanlig rumstemperatur
- Mycket lång livslängd
- Okänsliga för stötar och vibrationer
- Lätta att driva, startar direkt med full effekt och kan ljusregleras enkelt och flimmerfritt från 0-100%.
- Påverkas inte negativt av tändningar och släckningar, tvärtom ökar livslängden
- LED har hög ljusstyrka och ljuset kan styras enkelt med plastlinser eller små reflektorer med små förluster.
- Innehåller inte kvicksilver eller andra tungmetaller.
- Drivs med lågvolt, enklare och säkrare installation.
Fördelar för ekonomin
Den mycket långa livslängden på upp till 50 000 timmar ger låga underhållskostnader och dessutom en mycket låg energikostnad. Ett byte till LED armaturer skulle ge stora besparingar i hemmiljö och på många offentliga platser som hotell restauranger mm. De LED armaturer som finns idag på marknaden klarar gott och väl av de behov som finns för dessa miljöer.
Fördelar för miljön
Den höga energieffektiviteten och långa livslängden gör att den totala miljöpåverkan blir liten eftersom energianvändningen är låg och att färre antal ljuskällor behöver bytas och tas om hand för återvinning. Nattaktiva insekter störs inte heller av LED-ljuset.
Nackdelar
- Är mycket värmekänsliga och avger inte sin värme som värmestrålning (IR) utan kräver värmeavledning och kylning på ett effektivt sätt annars förkortas livslängden avsevärt.
- LED-ljuset är monokromatiskt och har en annan karaktär än vanliga ljuskällor.
- Är relativt dyra i inköp även om de på sikt lönar sig med sin låga energiförbrukning och långa livslängd.
- Vita LED har fortfarande stora färgavvikelser och färgskiftningar som måste beaktas.
Viktigt att tänka på
Lysdioders livslängd påverkas till största delen av värmen (omgivningstemperaturen). Se till att avkylning och ventilation är så god som möjligt och följ alltid tillverkarens minimirekommendationer.
Använd alltid drivdon av god kvalité avsedda för LED-moduler.
Var noga med att kontrollera att polariteten är rätt vid inkoppling. Ansluts dioderna med fel polaritet kommer de inte att lysa och kan skadas permanent, ofta bara på någon sekund.
Trots att produkterna i denna katalog har en smalare sortering än vad som standard för branschen för att garantera en så liten av avvikelse som möjligt finns det en risk för avvikelser som är upptäckbara för det mänskliga ögat.
Därför är det viktigt att när det ställs stora krav på jämnhet att göra en provbelysning, helst på plats, tillsammans med kunden.
Kontrollera alltid hur tillverkaren anger livslängden, om den är relaterad till ett ljusbortfall så att ni jämför äpplen och äpplen. Det finns fortfarande gott om leverantörer som felaktigt anger LEDs livslängd till 100 000 timmar eller mer.
All information i denna broschyr ska endast ses som allmän och vägledande och för exakt information om respektive produkt hänvisas till produktblad och monteringsanvisning som hittas i vår E-katalog under respektive produkt.
