Czy diody LED średniej mocy mogą zastąpić tanie oświetlenie uliczne?

Oświetlenie uliczne LED wchodzi w nową fazę rozwoju. Producenci oświetlenia starają się utrzymać wszystkie zalety latarni ledowych – długi czas życia, niski pobór mocy oraz atrakcyjną jakość światła i koloru – a jednocześnie znacząco obniżyć koszt materiałów całej instalacji.

Jedną z dróg realizacji tego celu może być stosowanie alternatywnych rodzajów diod LED – zastąpienie obecnie wykorzystywanych diod dużej mocy diodami LED średniej mocy. Niniejszy artykuł omawia problemy techniczne, na które napotykają dostawcy OEM podczas realizacji takiego rozwiązania, a także wysiłki producentów LED mające na celu umożliwić tę zmianę.

 

Wysoka niezawodność i duża moc diod LED

Diody LED wysokiej mocy stanowią sprawdzone rozwiązanie stosowane w oświetleniu ulicznym i są wykorzystywane zarówno w najcieplejszych, jak i najzimniejszych rejonach świata. Cechują się wysoką niezawodnością, a ich konstrukcja jest solidna i wykorzystuje materiały odporne na korozję, a także tolerujące trudne warunki środowiska. Zazwyczaj w obudowie takich układów zintegrowane są też zabezpieczenia. Współcześnie diody LED wysokiej mocy są stosowane w tysiącach instalacji, oferując jasne światło i precyzyjnie określony kształt wiązki.

Trwałość diod LED dużych mocy jest kluczowym czynnikiem, który decyduje o ich popularności wśród dostawców oświetlenia ulicznego. Źródło światła może być narażone na działanie skrajnych temperatur oraz zanieczyszczone spalinami, dymami wytwarzanymi przez przemysł i innymi szkodliwymi substancjami unoszącymi się w powietrzu. Widać to dobrze na fotografii 1.

Fot. 1. Smog nad stolicą Ałmaty w Kazachstanie. Światła uliczne LED często muszą pracować w zanieczyszczonym miejskim powietrzu

Pomimo wysokiego kosztu jednostkowego diod LED dużej mocy, dostawcy oświetlenia dotychczas decydowali się na wybór tych układów ze względu na długoterminową niezawodność w trudnych warunkach zewnętrznych. Jednak trend wykorzystywania diod dużej mocy może niebawem zaniknąć.

 

Diody LED średniej mocy: tańsze, lecz mniej trwałe

Dotąd dostawcy oświetlenia nie decydowali się na wykorzystanie diod LED średniej mocy – choć oferują one większą moc w tej samej cenie, stwarzają też większe ryzyko wczesnych awarii.

Dzieje się tak, ponieważ konstrukcja diod LED średniej mocy jest mniej trwała: wykorzystują plastik zamiast podłoża ceramicznego oraz srebrne pokrycie wyprowadzeń. Te komponenty są ze swej natury bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia chemiczne i oddziaływania termiczne, niż materiały odporne na korozję. W praktyce zanieczyszczenia są głównym ryzykiem związanym z wykorzystaniem diod LED średniej mocy. W łagodnych i stabilnych warunkach panujących w pomieszczeniach takie ryzyko nie występuje, dzięki czemu diody średniej mocy są powszechnie wykorzystywane do oświetlenia wnętrz. Powszechne stosowanie diod LED średniej mocy doprowadziło do powstania bogatego ekosystemu kompatybilnych komponentów – układów optycznych, sterowników i złączy przeznaczonych dla diod LED średniej mocy najpopularniejszych dostawców. To właśnie istnienie tego ekosystemu, poza niższymi kosztami jednostkowymi, sprawia, że diody LED średniej mocy są tak atrakcyjne dla producentów oświetlenia ulicznego.

W warunkach zewnętrznych konwencjonalne diody średniej mocy mogą jednak ulec uszkodzeniu bądź awarii z powodów, których producenci oświetlenia wnętrz nie przewidzieli:

  • Zanieczyszczenia (siarką) srebrnych wyprowadzeń mogą obniżyć natężenie strumienia oraz powodować zmianę koloru na skutek utlenienia metalu, co widać na rysunku 2.
  • Degradacja plastikowego materiału, z którego wykonana jest obudowa, na skutek obciążenia mechanicznego bądź termicznego
  • Mocowania przewodów w diodach niskiej mocy mogą pękać. To zjawisko zależy od stężenia i składu chemicznego gazów
Rys. 2. Wpływ zanieczyszczenia siarką na układ wyprowadzeń pokryty srebrem

Na poziomie systemów dostawcy OEM projektują swe produkty zgodnie z pewną klasą ochrony (IP), najczęściej klasą IP68. Wydawałoby się, że zapewnia to wystarczającą ochronę przed zanieczyszczeniami, ale w rzeczywistych warunkach czas życia urządzenia pozostaje loterią:

  • Zanieczyszczenia mogą dotrzeć do diody LED na etapie montażu lub konserwacji
  • Materiały stosowane do produkcji oświetlenia mogą zawierać korozyjne gazy. Można je znaleźć między innymi w uszczelkach, kleju czy farbie
  • Komponenty zainstalowane w urządzeniu mogą emitować gazy podczas pracy

Ryzyko uszkodzenia lub awarii stanowi duży problem z perspektywy producentów oświetlenia ulicznego. Władze lokalne i inni klienci często wymagają bardzo długiego czasu pracy takich urządzeń, rzędu 15 lat lub więcej. Narzucają również ścisłe wymagania na długoterminowe utrzymanie jakości i w pewnych przypadkach również koloru. To oznacza, że zmiany temperatury barwowej, osłabienie strumienia lub całkowite awarie spowodowane przez zanieczyszczenia mogłoby doprowadzić do roszczeń gwarancyjnych względem producenta.

O autorze

Inżynier aplikacyjny ds. zastosowań terenowych, Future Electronics