Jakość źródeł światła LED

Artykuł opisuje dlaczego wysoka jakość LED ma tak duże znaczenie

Aby rzetelnie odpowiedzieć na to pytanie trzeba najpierw poznać te różnice i dowiedzieć się jaki wpływ mają na parametry czy cechy oświetlenia LED. I właśnie to będzie przedmiotem tego artykułu. Wbrew pozorom temat jest dosyć obszerny, ponieważ diody LED to mocno zaawansowana technologia i różnice w ich jakości mogą wpływać na bardzo wiele różnych czynników. A skąd tak duże różnice w jakości diod LED?

Skąd biorą się duże różnice w jakości diod LED?

Dioda LEDOtóż diody LED to elementy elektroniczne, których budowa jest bardzo skomplikowana. Ich produkcja jest zatem procesem bardzo trudnym i złożonym oraz wymagającym bardzo drogiej i nowoczesnej linii produkcyjnej. Co więcej, produkcja na prawdę dobrych diod LED wymaga gigantycznych nakładów finansowych nie tylko na linię produkcyjną ale przede wszystkim na wyspecjalizowane laboratoria. To w nich sztab zdolnych naukowców prowadzi badania umożliwiające rozwój tej technologii. To wszystko kosztuje. Producenci tanich diod LED nie posiadają własnych laboratoriów, naukowców ani zaawansowanych linii produkcyjnych. Zazwyczaj kopiują rozwiązania markowej konkurencji ale przy tak skomplikowanej technologii nie da się zrobić kopii idealnej. Ich kopie są znacznie gorsze.

Ale nas, zwykłych użytkowników, zazwyczaj niewiele to obchodzi, prawda? Nas interesuje gotowy produkt, jego parametry, możliwości i oczywiście cena. Często to właśnie najniższa cena jest najważniejszym kryterium przy zakupie. Niestety w przypadku technologii LED to poważny błąd! Przede wszystkim dlatego, że najtańsze diody są zdecydowanie gorsze od tych drogich, markowych. Ta różnica w jakości jest drastycznie większa niż mogłoby wynikać z samej różnicy w cenie. Zatem:

Dlaczego tanie LEDy są w rzeczywistości bardzo drogie?

Powodów jest co najmniej kilka, dlatego przedstawię je w punktach:

1. Skuteczność świetlna. Tanie i niemarkowe diody (czyli również produkty z nich budowane) mają znacznie mniejszą skuteczność świetlną, co po ludzku oznacza, że potrzebują sporo więcej energii elektrycznej do wytworzenia takiej samej jasności jak diody dobrych producentów. Albo odwrotnie: czyli przy takim samym poborze mocy świecą znacznie słabiej. Efekt praktyczny dla nas jest taki, że płacąc mniej za na przykład taśmę LED nieznanego pochodzenia tak na prawdę finalnie zapłacimy więcej bo nasze rachunki za prąd będą wyższe niż w przypadku korzystania z droższej taśmy LED dobrego producenta. Może nie ma to znaczenia w krótkim okresie czasu… ale skoro diody LED mają żywotność oscylującą w okolicach 15-30 lat to w praktyce okazuje się, że im dłużej taki tani produkt użytkujemy, tym drożej on nas kosztuje. Oczywiście jeśli w ogóle przeżyje tak długo…ale o tym w kolejnym punkcie.

Dioda Power LED2. Trwałość (zwana również żywotnością). W przeciwieństwie do producentów i sprzedawców, każdy z użytkowników chciałby żeby raz kupione urządzenie nigdy się nie zepsuło lub nie zużyło. Niestety coraz częściej trwałość nowych produktów jest coraz mniejsza ze względu na nieustającą presję utrzymania niskiej ceny. Nie da się zrobić czegoś bardzo dobrego za bardzo niską cenę. Jakość zawsze kosztuje. Dlatego dobre diody LED markowych producentów są droższe ale dzięki temu oferują faktyczną żywotność na poziomie nawet 100 tysięcy godzin, co daje nam ponad 11 lat przy używaniu bez przerwy. Zakładając, że średnio korzystamy z oświetlenia LED około 8 godzin dziennie mamy już aż 35 lat pracy. To bardzo dużo. Zwłaszcza biorąc pod uwagę, że dobra dioda LED nie zgaśnie natychmiast po tym czasie tylko powoli będzie tracić swoją jasność.
Jednak tanie, niemarkowe diody LED nie wytrzymają nawet 1/10 tego czasu. Znam przypadki, kiedy diody na najtańszych taśmach LED lub w “żarówkach” LED potrafiły przestać świecić po kilku tygodniach. Oczywiście wtedy zawsze mamy gwarancję ale przecież nie o to chodzi aby co chwilę naprawiać lub wymieniać urządzenia LED na gwarancji. O tym dlaczego ta trwałość najtańszych produktów LED jest taka niska w kolejnych punktach, ponieważ przyczyn jest kilka.

3. Odporność na przepięcia. W każdej instalacji elektrycznej zdarzają się przepięcia, czyli bardzo krótkie impulsy o napięciu znacznie wyższym niż standardowe. Mogą być one spowodowane przez zakłócenia, iskrzenia na przełącznikach, silniki elektryczne i wiele innych czynników. Nie da się ich całkowicie wyeliminować. Diody LED są elementami bardzo wrażliwymi na przepięcia i spory odsetek ich usterek powstaje właśnie z tego powodu. Markowe diody LED dobrych producentów posiadają jednak znacznie większą tolerancję na przepięcia oraz wyładowania elektrostatyczne, dzięki czemu zdecydowanie trudniej ulegają uszkodzeniu. Ma to więc bezpośrednie przełożenie na ich trwałość.
Dodatkowo na ogólną odporność urządzenia LED (“żarówki” czy całej oprawy LED) na przepięcia i generalnie problemy z zasilaniem ma również wpływ jakość elektroniki zasilającej (która może być wbudowana lub podłączana dodatkowo). Im droższa elektronika tym lepsze elementy i więcej układów zabezpieczających i filtrów. Dzięki temu do samych diod LED dociera zasilanie o lepszej jakości i mniejszej ilości przepięć. A  jeśli już się zdarzy jakieś przepięcie to jest ono znacznie mniejsze.

4. Jakość materiałów i budowa. Tanie i niemarkowe diody LED są wykonane z materiałów o niskiej jakości, co w znaczący sposób wpływa nie tylko na żywotność diody ale również na jej parametry techniczne. Dla przykładu mniejsza czystość materiału, z którego wykonane jest złącze diody wpływa na mniejszą skuteczność świetlną oraz większy rozrzut parametrów światła (barwa, jasność). Podobnie jest z luminoforem (zwanym też fosforem), który w przypadku tanich diod ma niską jakość, zatem przetwarza mniej światła i daje gorsze światło (czyli niższy współczynnik oddawania kolorów). Ponadto niska jakość wykonania obudowy diody przy zastosowaniu materiałów o niskiej jakości pogarsza oddawanie ciepła do otoczenia lub radiatora, więc złącze diody grzeje się mocniej i przez to szybciej traci jasność, czyli znów mamy negatywny wpływ na trwałość. W przypadku tanich, białych LED nie tylko szybko będą tracić jasność ale również zmieniać kolor. Zamiast na biało zaczną pomału świecić na niebiesko lub fioletowo, co daje paskudne odczucie „trupiego” światła! Poza tym parametry takich tanich diod mają znacznie większy rozrzut niż precyzyjnie selekcjonowanych diod markowych i często trudno uzyskać powtarzalność koloru, jasności czy prądu pracy – w efekcie każda oprawa LED lub odcinek taśmy świeci nieco inaczej.
Co więcej, bardzo często karty katalogowe niemarkowych produktów są tak formułowane, aby trudno było udowodnić, że dioda lub produkt nie jest zgodny ze specyfikacją. Przykładem niech będzie brak szczegółowych danych charakteryzujących jasność, kąt świecenia, CCT, CRI, żywotność z podanym spadkiem jasności (dla markowych diod podaje się żywotność, dla której jasność spadnie o określoną wartość – zazwyczaj 30%), rezystancję termiczną obudowy, itd. W takiej sytuacji nawet gwarancja nam nie pomoże bo jeśli po pewnym, krótkim czasie dioda zacznie świecić znacznie słabiej lub w innym odcieniu to nasza reklamacja nie zostanie uznana i bardzo trudno będzie udowodnić, że produkt jest niezgodny z umową.

5. Jakość światła. To często pomijana cecha, a przecież jest ona bardzo ważna. Przede wszystkim dlatego, że ma ona bezpośredni wpływ na nasze zdrowie! Badania naukowe dowodzą bowiem, że światło o złej jakości może nie tylko męczyć wzrok ale również w dłuższej perspektywie czasu powodować jego uszkodzenie. A co to znaczy “światło złej jakości”? Już tłumaczę. Światło posiada co najmniej kilka parametrów, z których najważniejsze to natężenie (czyli jasność), barwa lub temperatura barwowa, kąt świecenia, luminancja oraz współczynnik oddawania kolorów.

  • Jasność wraz z kątem świecenia decyduje o tym czy w danym miejscu mamy odpowiednią ilość światła do wykonywanej czynności. Zbyt mało światła powoduje zmęczenie wzroku, które może prowadzić do jego chorób lub dodatkowych objawów, jak choćby bóle głowy. Tanie diody LED dają mniej światła przy tej samej pobieranej mocy, więc aby zapewnić właściwe natężenie musimy ich dać więcej. W sumie z rachunkami za prąd zapłacimy więc znacznie drożej.
  • Temperatura barwowa (czyli odcień światła białego) ma wpływ przede wszystkim na komfort psychiczny. I choć komfort ten jest mocno uzależniony od gustu oraz przyzwyczajeń to udowodniono naukowo, że barwa światła wpływa w pewnym stopniu na samopoczucie. Na przykład ciepłe światło (~3000°K) daje odczucie przytulności i powoduje zmniejszenie koncentracji. Nie jest więc zalecane do pracy lecz raczej do relaksu. W pracy lepiej sprawdza się światło idealnie białe, czyli zbliżone do słonecznego (4500-6000°K), które jednak po dłuższym czasie bardziej męczy niż ciepłe ponieważ jesteśmy przy nim mocniej skupieni. Natomiast temperatury barwowe powyżej 6000°K mogą być dla człowieka mocno męczące jeśli jednocześnie światło posiada niskie CRI (wyjaśnione dalej). Niestety większość tanich, białych diod LED operuje właśnie w tych zakresach i to z bardzo niskim CRI. Za to te, świecące w ciepłym odcieniu dają dużo mniej światła (mniejsza sprawność w tym zakresie barwy) i często nie jest to ciepły biały, tylko dziwna mieszanka światła różowego z pomarańczowym – które nie jest w stanie zastąpić białego.
  • Luminancja to parametr, który opisuje ilość światła, które jest emitowane przez określoną powierzchnię i mieści się w zadanym kącie. Diody LED posiadają wysoką luminancję ponieważ duża ilość światła jest emitowana przez bardzo mały punkcik. Z tego powodu są one mocno oślepiające, co nie jest obojętne dla wzroku i również może powodować jego zmęczenie oraz schorzenia. Dlatego źródła światła LED dobrych producentów posiadają albo specjalne soczewki albo matówki albo optykę rozpraszającą, która zmniejsza oślepianie. Tanie oprawy i “żarówki” LED to po prostu jedna lub kilka diod świecących bezpośrednio i oślepiających przy bezpośrednim patrzeniu na źródło światła. Co więcej tanie diody często posiadają optykę celowo zawężającą kąt świecenia aby sprawiać wrażenie większej jasności, choć na mniejszej powierzchni. Takie diody jeszcze bardziej oślepiają powodując zmęczenie wzroku.
  • Współczynnik oddawania barw oznaczany jako CRI lub Ra określa jak dobrze postrzegane są barwy oświetlone danym światłem przedmiotów. Im współczynnik ten jest wyższy, tym barwy są lepiej oddawane, a oświetlane przedmioty wyglądają naturalniej. Wartości zawierają się w przedziale od 0 do 100. Minimalna wartość akceptowalna przez człowieka do pracy, jednocześnie narzucona przez Normy to 80. Żadna tania i niemarkowa dioda nie jest w stanie zapewnić takiego CRI. Nawet nie wszystkie markowe to potrafią! W pozostałych zastosowaniach współczynnik oddawania barw może być niższy, ale komfort przebywania w takim świetle nie zawsze będzie wystarczający. Dla przykładu uliczne latarnie sodowe (te świecące na pomarańczowo) mają CRI na poziomie 20-40, czyli bardzo niewiele. Myślę jednak, że nikt nie chciałby mieć w domu czy w pracy takiego oświetlenia. Może jedynie do zastosowań dekoracyjnych. Warto dodać, żę słońce oraz byle jaka żarówka tradycyjna mają zawsze CRI równe 100, czyli maksymalne!

Więcej na temat wpływu oświetlenia LED na zdrowie mogą Państwo przeczytać w naszym artykule na ten temat pod tytułem “Jaki wpływ na nasze zdrowie ma oświetlenie LED?“, do którego  lektury zapraszam.

Oznakowanie CE6. Bezpieczeństwo użytkowania. To ostatni punkt, co nie znaczy, że mniej ważny. Właściwie jeśli się nad tym zastanowić to jeden z najważniejszych, bo przecież kto z Państwa chciałby na przykład zostać porażony prądem, doświadczyć pożaru spowodowanego złym działaniem urządzenia czy też nie móc oglądać telewizji, słuchać radia czy korzystać z innych urządzeń z powodu zakłóceń generowanych przez oświetlenie LED. Gwarancją, że takie sytuacje się nie zdarzą jest oczywiście wysoka jakość produktów ale również spełniane przez nie Normy i Dyrektywy. A skąd mamy wiedzieć, że dane urządzenie spełnia te wymagania i jest dla nas bezpieczne? Ano teoretycznie gwarantuje to znak CE, który powinien być naniesiony na urządzeniu oraz jego opakowaniu, a także umieszczony w instrukcji obsługi. Oznakowanie CE jest obowiązkowe dla wszystkich urządzeń elektrycznych i elektronicznych sprzedawanych w Unii Europejskiej, więc teoretycznie nie powinno się dać kupić produktu LED bez tego znaku. Niestety w Polsce teoria jest bardzo daleka od praktyki. Może wynika to z faktu, że bardzo mało osób w ogóle zwraca uwagę na oznakowanie CE, co pewnie wynika z niewiedzy. Ponadto wiele firm niestety nanosi znak CE bezprawnie (bez wykonania badań na zgodność z Normami lub gdy badania wyjdą negatywnie), dlatego warto również sprawdzać deklaracje zgodności, którą każdy sprzedawca lub producent musi na żądanie klienta okazać. Deklaracja ta powinna zawierać określenie dyrektyw oraz norm, z którymi jest zgodne urządzenie (dla urządzeń LED to zawsze Dyrektywa EMC oraz przynajmniej LVD jeśli są zasilane napięciem wyższym niż 50 VAC lub 75 VDC), dane producenta lub importera (jeśli import spoza Unii), nazwę i model urządzenia, datę wystawienia oraz imię, nazwisko i podpis osoby odpowiedzialnej za potwierdzenie zgodności. Bez któregokolwiek z tych elementów deklaracja jest nieważna. Wzór prawidłowej deklaracji zgodności mogą Państwo obejrzeć na przykładzie naszej deklaracji dla ściemniacza LED MD-1.

Warto również sprawdzić na jakie Normy powołuje się deklaracja, ponieważ nie każde urządzenie posiadające znak CE musi się nadawać do zastosowania w domu, biurze czy fabryce. Oczywiście wtedy powinno być to napisane w instrukcji obsługi ale w praktyce rożnie to bywa. Normy oraz to, czego dotyczą najłatwiej sprawdzić w wyszukiwarce Norm dostępnej na stronie Polskiego Komitetu Normalizacyjnego. Jeśli Norma lub Normy określają zakres zastosowań (na przykład tylko dla środowiska przemysłowego) to stosowanie urządzenia w innych okolicznościach jest zabronione i możemy nawet zapłacić karę, jeśli na przykład sąsiad zgłosi zakłócenia w odbiorze radia do Urzędu Komunikacji Elektronicznej, a my podczas kontroli nie będziemy w stanie udowodnić, że dane urządzenie jest dopuszczone do użytku w środowisku mieszkalnym. Niestety mało kto w ogóle wie o tego typu zapisach prawnych oraz ich konsekwencjach, a urzędy jakoś nie spieszą się do zwiększania świadomości społeczeństwa.

Konkludując, warto stosować droższe i markowe urządzenia oraz sprawdzać oznakowanie CE oraz deklaracje zgodności nie tylko po to aby mieć pewność, że urządzenie jest dla nas bezpieczne ale również aby uniknąć kłopotów natury prawnej. Nie wspominając już o kwestiach finansowych, bo po przeczytaniu tego artykułu wiedzą już Państwo, że pozornie tanie produkty LED w praktyce wcale tanie nie są.

K.R.