LED novi svetlosni izvori

LED novi svetlosni izvori Dr RADOJLE RADETIĆ, Elektromreže Srbije - Pogon Bor, Bor Dr DRAGAN MILIVOJEVIĆ, Institut za rudarstvo i metalurgiju, Bor Pregledni rad UDC: 621.327 LED Veliki napredak u oblasti tehnologije LED (Light Emiting Diode), otvara jedno novo i veoma široko područje njihove primene - osvetljenje. U tendenciji za efikasnijim korišćenjem i štednjom električne energije, nove LED su došle u pravom trenutku. Znatno manja potrošnja električne energije od konvencionalnih sijalica i visok kvalitet svetlosti su već dovoljne karakteristike za njihovu primenu. Svetlosni elementi bazirani na njima pokazuju i druge brojne prednosti u odnosu na konvencionalne izvore. To će tehnici osvetljenja dati znatno veće mogućnosti a LED, možda i primarnu ulogu u ovoj oblasti. Za sada im je najveći nedostatak, visoka cena ali masovnijom proizvodnjom i primenom ona će se sigurno smanjiti. Ovaj rad predstavlja pokušaj da se prikaže trenutno stanje u ovoj oblasti i da se najave moguće promene. Ključne reči: energetska efikasnost, LE diode, osvetljenje, HPLED 1. UVOD Do pre samo nekoliko godina svetlosne diode, LED (Light Emiting Diode) su se koristile, gotovo isključivo, kao elementi za svetlosnu signalizaciju. Proizvodile su se u različitim bojama, veličinama i oblicima, ali dugi niz godina ništa se nije menjalo u pogledu njihove svetlosne snage. Tehnološki napredak poslednjih godina omogućio je izradu LED sa veoma velikim intenzitetom svetlosti [1]. Sa postignutim svetlosnim iskorišćenjem koje ide i preko 100 lm/w, i tendencijom daljnjeg povećanja, one se već svrstavaju u grupu najefikasnijih svetlosnih izvora. Brzi razvoj u ovoj oblasti, već nagoveštava revoluciju u tehnici osvetljenja. Vreme kada se sve više vodi računa o energetskoj efikasnosti, traže novi načini proizvodnje energije i činjenica da je veliki udeo utrošene električne energije upravo ide na osvetljenje, je prava prilika za detaljnije upoznavanje sa ovim novim izvorima svetlosti. Radi boljeg razumevanja, potrebno je podsetiti se osnovnih svetlosnih veličina važnih za poređenja koja predstoje. 2. O SVETLOSNOJ SNAZI I EFIKASNOSTI Svaki svetlosni izvor zrači određeni spektar radijacija. Za čovekovo oko koristan je samo vidljivi deo spektra na koji je ono osetljivo. Njegova osetljivost Adresa autora: Radojle Radetić, Elektromreže Srbije, Pogon Bor, Bor, Nade Dimić 40 Rad primljen: 04.11.2011. zavisi od nivoa osvetljaja, ali i životnog doba. Prosečno ljudsko oko je osetljivo na radijacije u opsegu talasnih dužina od oko 400 nm do oko 700 nm (sve - tlost) [2]. Na slici 1 prikazane su standardne funkcije prosečne svetlosne osetljivosti oka oka (y( )) za normalni (1) i sniženi nivo osvetljaja (2). Slika 1 - Vidljivi deo spektra Na slici 1 prikazane su standardne funkcije prosečne svetlosne osetljivosti oka oka (y()) za normalni (1) i sniženi nivo osvetljaja (2). Nasuprot oku je svetlosni izvor koga dobro reprezentuje apsolutno crno telo (i sunce). Njegov spektar zavisi od temperature na kojoj se nalazi. Na sl. 2 prikazane su normalizovane krive svetlosnog zračenja za sunce (za 5800 K) i sijalicu (za 2800K). Isprekidana linija osetljivost oka. TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3 419

Za potrebe analize, kao karakteristika svetlosnog izvora definisana je spektralna gustina snage zračenja J(), na sledeći način: dpz ( ) J( ) (W/nm) (1) d Za apsolutno crno telo ova veličina se može i matematički eksplicitno izraziti (Plankov zakon zra - čenja). Kod realnih izvora svetlosti ona se snima eksperimentalno [3]. Sa ovako definisanom raspodelom, ukupna snaga zračenja jednaka je površini ispod krive raspodele spektralne gustine, za opseg talasnih dužina od 0 do, što se može predstaviti u obliku: P Z 0 J( ) d (2) Slika 2 - Svetlosno zračenje Sunca, sijalice i osetljivost oka Deo te površine, koji se nalazi u oblasti vidljive svetlosti predstavlja svetlosnu snagu izvora. Odnos ove dve veličine je energetski stepen iskorišćenja svetlosnog izvora. Kada bi sijalica bila potpuno termički izolovana od okoline, sva dovedena energija bi morala da se odvodi zračenjem. Za električne izvore svetlosti, u tom slučaju bi se sva dovedena električna snaga (P E ) pretvorila u zračenje (P Z =P E ). Međutim realni izvori deo svoje toplotne energije ne zrače već je predaju okolini kondukcijom koja se manifestuje kroz zagrevanje sijaličnog grla, staklenog balona i okolnog vazduha. Zbog različite osetljivosti oka na pojedine radijacije iz spektra, umesto stvarne svetlosne snage, koristi se subjektivni osećaj svetlosne snage. Uzimajući u obzir osetljivost oka (slika 1 i kriva 1) i spektralnu gustinu snage zračenja izvora, subjektivni osećaj svetlosne snage (P Sub ): P Sub. 700nm 400nm y( )J( ) d (3) U opštem slučaju integrali (2) i (3) se ne mogu rešiti eksplicitno. Za eksperimentalno dobijene funkcije spektralne gustine raspodele, oni se rešavaju numeričkim metodama. Dalje se može definisati svetlosni stepen iskorišćenja () izvora, izražen u procentima kao: 700nm y( )J( )d 400nm 100 (%) (4) J( )d 0 y()- Standardna svetlosna funkcija osetljivosti oka (slika 1, - kriva 1), J() -Spektralna gustina snage zračenja izvora. Za električni svetlosni izvor je važno koliko se svetla (lm) može dobiti iz jedinične snage (W). Sada se govori o specifičnoj svetlosnoj snazi svetlosnog izvora () i izražava se u lm/w. Iz definicije lumena proizilazi da, količina svetlosti (monohromatske) koja odgovara snazi od 1 W na talasnoj dužini od 555 nm iznosi 683 lm. Gustina snage svetlosnog zračenja je veličina definisana tako da se ova snaga može izračunati, kako za jednu talasnu dužinu (monohromatska svetlost), tako i za određeni interval talasnih dužina. Snaga zračenja monohromatskog izvora (P M.I. ) je: P M.I. ( ) 683y( )P ( ) (lm) (5) A snaga svetlosti (P Sv. ) svih talasnih dužina (od 400 nm do 700 nm) je: P Sv. 683 700nm Z y( )J( )d (lm) (6) 400nm Sada se može definisati specifična svetlosna snaga () izvora kao: 683 700nm y( )J( )d 400nm J( )d 0 (lm/w) 6,83 (%) (7) U slučaju sijalice sa užarenim vlaknom, žarulje (T2800K) sva dovedena električna energija pretvara se u radijacije, tako da je energetski gledano stepen iskorišćenja jednak jedinici. Međutim najveći deo radijacija je u oblasti infracrvene svetlosti i beskoristan je za oko. Deo te snage se apsorbuje u staklenom balonu, zagreva staklo i okolni vazduh, a preko sijaličnog grla zagreva i druge predmete sa kojima je u termičkom kontaktu. Ovaj deo snage je čist gubitak ne samo za dobijenu svetlost već i za ukupno zračenje. Kada se uzme u obzir dijagram raspodele svetlosnog zračenja ove sijalice i osetljivosti oka, dobija se specifična svetlosna snaga za ovu sijalicu od oko 15 lm/w i stepen iskorišćenja oko 2 %. Izračunato je da za apsolutno crno telo (pri te - mperaturi od 5800 K) specifična svetlosna snaga iznosi 93 lm/w a što je svega oko 13,7 % ukupne snage zračenja (stepen iskorišćenja). 420 TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3

Zamislimo sada svetlosni izvor koji daje svetlost jednaku sunčevoj ali zrači samo u vidljivom opsegu od 400 nm do 700 nm, (takozvani idealni beli izvor). Izračunato je da je za takav svetlosni izvor specifična svetlosna snaga oko 251 lm/w i stepen iskorišćenja oko 37 % [4]. Sa aspekta svetlosnog iskorišćenja, i kvaliteta svetlosti ovo je najviše što se može postići. Nešto veće svetlosno iskorišćenje postiglo bi se kada bi intenzitet zračenja svih boja u spektru bio konstantan (100%). Iz ovoga proizilazi da ako svetlosni izvor ima manju specifičnu svetlosnu snagu od 251 lm/w, to znači da on pored vidljive svetlosti zrači i radijacije izvan vidljivog spektra. Takođe, ako svetlosni izvor ima veću specifičnu svetlosnu snagu od 251 lm/w, to znači da njegova svetlost ne pokriva ceo vidljivi spektar boja (nema svih boja). Tabela 1. Svetlosna snaga i iskorišćenje Tip Specifična svetlosna snaga (lm/w) Stepen iskorišćenja (%) Sveća 0,3 0,04 Volframova sijalica Halogena sijalica Ksenonska sijalica Fluo sijalice (živine NPI) 15 2 24 3,5 50 7 50 100 7 15 Živine VP 85 150 7 22 Natrijumove VP Natrijumove NP LED trenutno stanje Teorijska granica za LED Apsoluto crno telo na 5800K Idealni beli izvor na 5800K Monohromatski izvor na 555nm 85 150 12 22 100...200 15 29 50 200 7 22 260 300 38 44 93 14 251 37 683 100 Granični slučaj je monohromatski izvor od 555 nm, gde je po definiciji =635 lm/w i =100%, tabela 1. U tabeli 1, prikazane su vrednosti specifične svetlosne snage (lm/w) i stepena iskorišćenja (%) za neke karakteristične svetlosnie izvore. Svetlosni izvor karakteriše i njegov sjaj. To je veličina koja se definiše kao količina svetlosti po jedinici površine svetlosnog izvora (Cd/m 2 =nit ili češće Cd/cm 2 =sb). Radi osećaja veličine, sjaj sunca zavisi od doba dana i godine i dostiže vrednosti i 200.000 sb. Izvori sa visokim sjajem su neprijatni za gledanje i mogu privremeno ili trajno da oštete vid. U daljem tekstu, za pojedine sijalice će biti navedene i orijentacione vrednosti njihovog sjaja. Za eksploataciju svetlosnih izvora jedna od važnih karakteristika je njegovo trajanje. Ono ne mora da se odnosi na potpuni prestanak rada sijalice već i smanjenje svetlosnog fluksa na unapred definisan nivo. Prosečan vek trajanja pojedinih vrsta sijalica kreće se od oko 1.000 sati za inkadescentne do preko 50.000 sati za LED. Vek trajanja sijalica u znatnoj meri određuje troškove za investiciono održavanje. Od ostalih karakteristika mogle bi da se pomenu: potreba za dodatnom opremom (prigušnice i starteri), udarna struja pri uključenju, brzina paljenja, faktor snage, osetljivost na propadanje napona, na mehanička oštećenja, udare, vibracije, potreba za dodatnim održavanjem, cena, itd [5]. 3. KONVENCIONALNI SVETLOSNI IZVORI Dosadašnji električni izvori svetlosti uglavnom su se zasnivali na zagrevanju volframovog vlakna i električnom pražnjenju kroz gasove. Sijalice sa užarenim vlaknom (žarulje) rade na bazi zagrevanja volframovog vlakna do temperature od oko 2000 3000 K (inkadescencija). Pri uključenju, (hladno vlakno), sijalice povlače 10 do 15 puta veću struju od stacionarne. Dominantno zračenje je u oblasi crvene boje svetlosti i infracrvenih zraka (to - plotno zračenje). Svetlosno iskorišćenje je reda 5 do 15 lm/w. Vek trajanja im je oko 1000 sati i brzo se smanjuje sa povišenjem napona iznad nominalne vrednosti. Izvesna poboljšanja postignuta su vakumiranjem ili punjenjem staklenog balona gasovima ( azot, inertni gasovi), Ovi gasovi regenerišu vlakno i tako omogućavaju višu temperaturu vlakna, što poboljšava intenzitet svetlosti i iskorišćenje (i do 25 lm/w). Jednostavna konstrukcija i niska cena čini ove sijalice primenljivim kako za unutrašnje, tako i za spoljašnje prostore [3]. Malo svetlosno iskorišćenje i tendencija ka štednji električne energije potiskuje njihovu primenu u korist drugih (efikasnijih) svetlosnih izvora. Svetlost dobijena električnim pražnjenjem karakterisana je izvorima koji imaju negativnu otpornost tako da su potrebne predspojne naprave (prigušnice). Električni luk jedan od prvih svetlosnih izvra je električni luk gde se pražnjenje odvija između grafitnih elektroda u vazduhu. Karakteriše ga vrlo visok sjaj (do oko 80 000 sb) i brzo trošenje grafitnih elektroda. Koristilo se kod projekcionih aparata ali danas za to postoje efikasniji izvori svetlosti. Bolji rezultati postignuti su električnim pražnjenjem kroz druge vrste gasova. TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3 421

3.1 Električno pražnjenje kroz gasove U ovu grupu spada veoma veliki broj svetlosnih izvora od kojih će ukratko biti opisane samo živine i natrijumove sijalice. Princip dobijanja svetlosti naziva se luminiscencija [4]. Živine sijalice mogu da budu sa niskim i visokim pritiskom. Paljenje je usporeno, a osetljive su i na propadanje napona i gubitak kontakta. U nekim slučajevima mora se voditi računa i o položaju sijalice (ne svetle u svim položajima). Živine sijalice sa niskim pritiskom (fluo cevi) su u obliku cevi punjene živinom parom pod niskim pritiskom. Napon paljenja je više stotona volti a napon rada je između 50 i 150 V. Radi lakšeg paljenja na krajevima cevi su žarna vlakna. Struja cevi održava se najčešće prigušnicom ali postoje verzije i sa kondenzatorima. Električno pražnjenje u živinoj pari proizvodi ultraljubičasto zračenje. Unutrašnjost staklene cevi oslojena je fluorescentnim prahom koji ultraljubčastu svetlost pretvara u vidljivu. U zavisnosti od sastava praha postoje različite boje svetlosti, počev od; topli ton (TT) do dnevne svetlosti (DS). Vek trajanja ovih sijalica oko 3.000 sati a svetlosno iskorišćenje oko 50 do 100 lm/w. Dobar sadržaj boja i bolje svetlosno iskorišćenje od žarulja čini ih primenljivim za unutrašnje osvetljenje (stambeni i poslovni prostor). Poslednjih godina proizvode se fluo cevi malih dimenzija (slika 3) namenjene direktnoj zameni sijalica sa užarenim vlaknom. U sklopu sijalice nalazi se elektronski pretvarač koji vrši paljenje cevi i ograničenje struje. Uglavnom radi se o sijalicam malih snaga (5 W do 30 W). Poznate su pod nazivom štedljive sjalice. Iako bi trebale da traju više hljada sati, sama elektronika je čest uzrok njihovog znatno manjeg veka trajanja. Slika 3 - Fluo cev Živine sijalice sa visokim pritiskom napravljene su u obliku male cevi od kvarcnog stakla napunjene gasom (na primer argonom) i malom količinom tečne žive. Ova cev je dalje smeštena u stakleni balon oslojen iznutra sa fluorescentnim prahom. Tokom paljenja živa isparava i podiže pritisak u cevi, tako da se pražnjenje nastavlja u živinoj pari pod pritiskom. Svetlost ovih sijalica je preponznatljiva po izrazito jakoj zelenoj boji. Svetlosno iskorišćenje im je do oko 50... 150 lm/w, a vek trajanja do oko 5000 sati. Zbog lošeg spektralnog sastava primenjuju se za mesta sa manjim zahtevima za kvalitetom svetla, kao što je spoljašnje (ulično) osvetljenje. Najveće svetlosno iskorišćenje postignuto je natrijumovim sijalicama (niskog i visokog pritiska). Natrijumova sijalica niskog pritiska napunjena je gasom (neon+argon) sa dodatkom metalnog natrijuma. Tokom paljenja električnim pražnjenjem u gasu dolazi do isparavanja natrijuma i povećanja pritiska posle čega se pražnjenje vrši u pari natrijuma. Za razliku od živine sijalice visokog pritiska boja natrijumove sijalice je narandžasta. Ove cevi imaju svetlosno iskorišćenje od oko 120 do 200 lm/w a vek trajanja je i preko 10.000 sati. Ovo su danas najefikasniji svetlosni izvori ali zbog ograničenog spektralnog sadržaja koriste se za spoljnje (ulično) osvetljenje. U natrijumovu sijalicu visokog pritiska pored natrijuma dodato i malo žive i koja ispari pri paljenju sijalice. Svetlosno iskorišćenje je 100 do 150 lm/w a vek trajanja je i preko 10.000 sati. 3.2 Ostale vrste sijalica Osim pomenutih, postoji još dosta vrsta sijalica kao što su tinjalice, neonske, ksenonske itd. Tijalice su po pravilu veoma male snage i uglavnom se koriste za signalizaciju. Neonske cevi su jedne od prvih svetlosnih izvora na bazi električnog pražnjenja kroz gasove. Primenom različitih vrsta gasova dobijene su različite boje svetlosti, a upotreba im je ograničena uglavnom za natpise i reklame. Napajaju se visokim naponima (do oko 6 kv). U narodu se često, za fluo cevi pogrešno koristi naziv neonke. Ksenonske sijalice su veoma snažni svetlosni izvori koji daju svetlost najbližu dnevnoj. Koriste se na mestima gde se zahteva visok kvalitet osvetljaja i vernost boja. Spadaju u vrlo kvaliteteno ali i skupo osvetljenje. Prave se za snage i više kw a vek trajanja im je reda 1000 sati. Sijalice sa kratkim lukom odlikuju se i sa izuzetno visokim sjajem koji može da bude i preko 100 000 sb (cd/cm 2 ). Ovo je vrednost koja se može porediti sa sjajem sunca, a ponekad ga čak i prevazilazi. 4. LED KAO IZVOR SVETLOSTI Light Emitting Diode (LED) je elektronski element koji električnu energiju pretvara u svetlost. Efekat na kome se zasniva njihov rad naziva se elektro luminiscencija. Radi se o poluprovodničkim komponentama sastavljenim od jednog p-n spoja. Kao i sve diode, provode struju u jednom smeru, a zavisnost struje od napona je eksponencijalna. Zbog toga, za pravilan rad, struja je ta veličina koja se mora održavati unutar zadatih granica. 422 TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3

Prve LED pojavile su se 1962. (General Electric) godine a napravljene su na bazi GaAs. Narednih, skoro 40 godina one su se koristile uglavnom kao elementi za: svetlosnu signalizaciju, LED displeje, optokaplere itd. Sa snagom ispod 50 mw, nisu predstavjale nikakav značajniji izvor svetlosti u pogledu primene u tehnici osvetljenja. Na slici 4, prikazana je unutrašnja struktura klasične LED i nekoliko oblika i boja ovih dioda. Slika 4 - Struktura i neki oblici LE diode Tek na kraju 20. veka počelo se sa njihovim usavršavanjem u smeru povećanja snage, sa ciljem primene u tehnici osvetljenja. Godine 1999. postignuta je snaga LED od 1 W (Philips). 2002. godine predstavljena je dioda snage 5 W sa svetlosnim iskorišćenjem oko 20 lm/w. Ovo je postalo, bar po svetlosnom iskorišćenju, uporedivo sa postojećim svetlosnim izvorima. Godine 2003. firma Inc. je prikazala plavu LED sa skoro petostruko većom efikasnošću u odnosu na inkadescentne izvore [6]. Već 2006. godine prikazana je LED za belu svetlost sa efikasnošću od 130 lm/w. Danas (2011. god.) su komercijalno dostupne LED snage 10 W sa efikasnošću od 100 lm/w, a 2 W sa skoro 160 lm/w. U izveštajima najvećih proizvođača, pominju se LED efikasnosti i do 210 lm/w (Cree Inc. 2010 god.). Tipične struje ovih dioda su oko 350 ma a radni naponi oko 3 do 4 V (za belu sve - tlost). Razvojem ovih snažnih dioda nastaje nova kategorija LED - za velike snage. svetlost koja se uz pomoć materijala na bazi fosfora pretvara u širok spektar vidljive svetlosti. Na slika 5b prikazan je normalizovana raspodela intenziteta zračenja (debela linija) LED za belu svetlost u zavisnost od talasne dužine (isprekidana linija predstavlja ose - tljivost oka). 4.1 LED velike snage (HPLED) Za primenu u oblasti osvetljenja interesantne su LED velike snage (High Power LED HPLED). Ovo su LED koje se mogu napajati strujama od nekoliko stotina ma do više ampera. Pri tome emituju količinu svetlosti od više stotina lumena. Primera radi navedene su karakteristike HPLED snage 3W Maksimalna radna struja je 0,7 A, Radni napon oko 3,5 V, Maksimalni inverzni napon 5 V. Svetlosni fluks je oko 170 lm. Ugao zračenja svetlosti oko 120 0 Temperatura boje svetlosti oko 6000 K Maksimalna temperatura kućišta 80 0 C Smanjenje intenziteta svetla na 80 0 C za 20 % Napon izolovanosti oko 4,5 kv. Ovakve pojedinačne LED, ponekad direktno mogu da zamene žarulje male snage. Kombinacijama (redno paralelnim vezivanjem više dioda) mogu se dobiti vrlo snažni svetlosni izvori tako da se mogu da budu primenljivi kako za unutrašnje tako i za spoljašnje osvetljenje. Na tržištu postoje HPLED snage do oko 200 W i svetlosnog fluksa od više hiljada lm. U mnoštvu proizvoda HPLED prikazane su i diode koje rade sa naizmeničnom strujom (bez pre thodnog ispravljanja). Radi se i ekvivalentu od po dve antiparalelno vezane LED od kojih svaka svetli u svojoj pozitivnoj poluperiodi, i pri tome je postignuto 40 lm/w (Seoul Semiconductor). Rednom vezom veli - kog broja HPLED povećava se i radni napon tako da se mogu direktno vezati na mrežni napon napajanja (220 V). Na slici 6 prikazani su oblici HPLED snaga od 1 W do 200 W, iz ponude nemačke firme LeuchTek. a) b) Slika 5 - a) tri osnovne boje, b) raspodela intenziteta zračenja LED za belu svetlost Za standardno osvetljenje najznačajnija je bela svetlost. Pomoću LED bela svetlost može se dobiti na dva osnovna načina. Prvi način je korišćenjem pojedinačnih LED za tri osnovne boje (crvenu R, zelenu G i plavu B boju, slika 5a). Mešanjem ovih boja može se dobiti bela svetlost [7]. Drugi način je direktno, primenom LE dioda za belu svetlost. Poluprovodnik na bazi InGaN zrači plavu ili ultra ljubičastu Slika 6 - Primer nekih HPLED 4.2 Primena za osvetljenje Velika efikasnost HPLED omogućila je njihovu primenu u oblasti osvetljenja. Najpre su korišćene na mestima gde je bila važna njihova mala potrošnja kao TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3 423

što su avioni (Boing 787 unutrašnje osvetljenje), automobilska industrija (Audi A4 signalna svetla) itd. Već 2007. godine, HPLED su primenjene i za ulično osvetljenje (Torraca Italija). Danas se i na našem tržištu mogu naći prenosne (baterijske) lampe i štedljive sijalice za široku potrošnju sa HPLED. Mala potrošnja i dug vek trajanja čine ih primenljivim i za specijalne primene kao što su: blicevi i stroboskopi, gde uspešno zamenjuju ksenonske sijalice. Postoje primene i kod infracrvenih uređaja, kamera za termoviziju itd [8]. Široke mogućnosti u pogledu kvaliteta boje svetlosti, kontrole, intenziteta svetla učinile su ih primenljivim i na mestima sa najvišim svetlosnim zahtevima kao što su operacione sale, fotografski i televizijski studiji. Sve bolje svetlosne karakteristike, dug vek trajanja, mala potrošnja i tendencija sniženja cena, čine da se LED danas sve više koriste u svim oblastima gde postoji potreba za veštačkim svetlom [9]. Već se pojavljuju nagoveštaji u pojedinim gradovima i u Republici Srbiji o namerama za njihovom primenom u za ulično osvetljenje (Novi Sad, Svilajnac). U mnogim zemljama inkadescentno osvetljenje se više ne primenjuje a njegovo mesto sve više zauzimaju HPLED. Na slici 7 prikazane su sijalice, prenosnih (bate - rijskih) i stacionarnih svetiljki, sa HPLED. Slika 7 - Primeri korišćenje LED U sadašnjem, a naročito budućem izboru i primeni HPLED kao izvora svetlosti od velikog su značaja neke od osnovnih karakteristika: svetlosna efikasnost HPLED prevazilazi efikasnost fluo cevi a naročito žarulja, emituju svetlost bilo koje boje bez upotrebe filtera. LED mogu biti malih dimenzija, do oko 2 mm 2, postoji mogućnost izrade u različitim oblicima (na primer savitljive trake), u odnosu na sve ostale sijalice, LED se uključuju trenutno, a pri uključenju ne povlače veću struju kao žarulje. Ne smeta im veliki broj uključivanja i isključivanja, regulacija intenziteta svetla se vrši jednostavno, regulacijom struje, emituju veoma malo toplote u oblasti infracrvenog zračenja, ne otkazuju trenutno već postepeno gube sjaj što je povoljno za održavane. jedna od najvećih prednosti u odnosu na sve ostale sijalice je njihov izuzetno dug vek trajanja. Prema nekim podacima on ide od 30.000 do 100.000 sati, LED su kompaktne i čvrste naprave znatno otpornije na mehanička oštećenja od klasičnih sijalica smeštenih u staklene balone, pri malim naponima struja diode praktično nestaje. Ova osobina ima tu dobru stranu da se pri napajanju iz akumulatora on štiti od potpunog pražnjenja, fokusiranje svetlosti je jednostavno, postiže se samom konstrukcijom LED i Do masovne primene HPLED kao izvora svetlosti doći će postepeno, ma da ta dinamika može da bude i ubrzana, pogotovu ako se eliminišu neke od slabosti, ili nedostataka, a ogledaju se u sledećem: specifična cena dobijene svetlosti ( reda 0,025$/- lm) je kod LED trenutno znatno viša nego kod većine ostalih sijalica. Osim sijalice cenu povećava i potreba za napojnim jedinicama. Sa masovnijom proizvodnjom i povećanom konkurencijom cene će padati, karakteristike LED jako zavise od temperature ambijenta. Strujno preopterećenje LED ili visoka temperatura okoline ili hladnjaka mogu dovesti do drastičnog smanjenja veka trajanja pa čak i do trajnog oštećenja, za napajanje LED potreban je napon veći od njenog praga provođenja. Iznad ovog napona struja naglo raste (eksponencijalno). Zbog toga je neophodno na red sa LED dorati otpornik za strujno ograničenje. Ovaj otpornik se greje i smanjuje efikasnost, zbog izraženog pika na 460 nm i praznine na 500 nm, predmeti osvetljeni s HPLED mogu izgledati drugačije nego pri sunčanoj svetlosti, HPLED predstavljaju tačkast izvor sa visokim sjajem i do više desetina hiljada sb, a u nekom primenama smeta visoka usmerenost svetlosti. rad samo sa jednosmernom strujom,dokje za rad sa naizmeničnom strujom potreban je ispravljač, sa povećanjem struje povećava se dobijena količina svetlosti (lm), ali se smanjuje efikasnost. Na primer za diodu od 3 W, ona je pri punoj snazi reda 70 lm/w a pri 1 W oko 90 lm/w. 424 TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3

Postoje još neke manje slabosti u primeni HPLED kao izvora svetlosti, ali sve one su zanemarljive u odnosu na pozitivne efekte njihovog korišćenja [10]. 5. ZAKLJUČAK U radu je sadržana kratka analiza osnovnih parametara klasičnih izvora veštačke svetlosti. Najpre su definisani i razmotreni elementarni pojmovi. U tekstu su prikazani najvažniji svetlosni odnosi karakteristični za električne svetlosne izvore. Ukratko su navedeni najvažniji svetlosni izvori koji su u upotrebi sa svojim karakteristikama. Posebno poglavlje posvećeno je svetlosnim diodama (LED) i razmotre ne su njihove performanse. Istaknute su prednosti HPLED u odnosu na klasične izvore veštačke svetlosti koje ih preporučuju novoj vrsti primene. Razmotreni su i izvesni nedostaci i slabosti, ali nameće se jednoznačni zaključak da se u skoroj budućnosti ozbiljno računa na LED kao pretžnu kategoriju racionalnih svetlosnih izvora. U prilog tome ide i opšti trend korišćenja alternativnih izvora energije i optimizacije njene potrošnje. Evo jednog od očiglednih doprinosa smanjenju potrošnje i efikasnom osvetljenu. ZAHVALNOST: Jedan deo sardžaja ovog članka predstavlja rezultat rada na projektu Ministarstva TR33037. LITERATURA [1] Wayjun Technology Co.,Ltd, High power LED, Edition: V1.3, March 2011. [2] Tom Murphy, Maximum Efficiency of White Light, July 31, 2011 [3] H Prochazka, Praksa industrijske rasvete, Tehnička knjiga Zagreb, 1968. 248 s. [4] G. Dimić, F. Virag, Osvetljenje I, Građevinska knjiga, Beograd, 1972. 326 s. [5] Milo Mišković, Električne instalacije i osvetljenje, Građevinska knjiga, 2007. 302 s. [6] http://www.cree.com [7] J.J. Vos, (1978). Colorimetric and photometric properties of a 2-deg fundamental observer. Color Research and Application, 3, 125-128. [8] Hot Products, Huey Jann Electronics Industry Co., Ltd. 2011. http://www.hueyjann.com.tw [9] Y.Narukawa, M.Ichikawa, D.Sanga, M.Sano and T.Mukai, White light emitting diodes with superhigh luminous efficacy, Journal of Physics D: Applied Physics No. 43, 2010 pp. 1-6. [10] R. Heinberg, Energy efficiency to the rescue, New Society Publishers, Sept. 2011. SUMMARY LED AS A LIGHT SOURCE The paper describes the real appearance of a new class of light sources. The technology progress allows the light emitting diodes (LED) to be applied for an in- and outdoor lightning. The special, high power diodes (HPLED) have too many advantages comparing to classical light sources and it is quite reasonable to expect their mass application in the indoor and outdoor lighting. The article contains a brief theoretical aspect of optics, explanations of the classical light sources parameters and typical examples. The performances of standard and high power LED are also included as well. The conclusions made at the paper end predict the massive usage LED for the lightning in a near future. Key words: Energy efficiency, Light Emitting Diode, lightning, HPLED TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3 425

426 TEHNIKA ELEKTROTEHNIKA 61 (2012) 3