Technologia LED w oświetleniu ulicznym

Rozwój technologii LED spowodował w ostatnim czasie stworzenie nowych rozwiązań oświetleniowych. Od pewnego czasu spotykamy się z różnymi informacjami na temat oświetlenia ulicznego i zewnętrznego, które bazuje na źródłach LED. By precyzyjnie móc rozmawiać o zaletach i wadach innowacyjnych rozwiązań należy poznać zasady ich działania.

Początki rozwiązań LED w technice świetlnej sięgają lat 70-tych ubiegłego wieku. Jednak dopiero znaczący wzrost sprawności świetlej i strumienia świetlnego, który nastąpił w ostatnim dziesięcioleciu pozwolił na wprowadzenie tej technologii do profesjonalnych rozwiązań oświetleniowych (rys. 1).

Rys. 1. Wzrost strumienia świetlnego z LED w latach 1970-2000:

Rys. 2. Schemat budowy diody elektroluminescencyjnej:

Dlaczego LED świeci?

Rys. 3. Powstawanie białej barwy  światła w LED RGB:

Sposób wytworzenia światła w źródłach LED jest inny niż w tradycyjnych rozwiązaniach. LED czyli Light-emitting diode jest elementem półprzewodnikowym. Światło jest uzyskiwane dzięki zjawisku zwanym elektroluminescencją. Wzbudzone elektrony ze złącza typu n próbują zapełnić tzw. dziury w złączu typu p w efekcie czego zachodzi reakcja energetyczna, dzięki której w obszarze aktywnym są wzbudzane fotony (rys.2). Tradycyjne źródła LED są wytwarzane z wykorzystaniem różnego rodzaju nieorganicznych materiałów półprzewodnikowych. Od tych materiałów zależy barwa światła diody. Biały kolor światła ledowego uzyskiwany jest na dwa sposoby. Pierwszy to zasada mieszania barw podstawowych RGB (czerwony, zielony, niebieski). Dzięki mieszaniu addytywnemu możemy uzyskać białe światło (rys. 3).

Drugi sposób to wykorzystanie diody niebieskiej lub ultrafioletowej na którą napyla się warstwę tzw. luminoforu (substancja zmieniająca światło UV na światło białe widzialne). To zjawisko wpływa na fakt iż diody chłodno białe mają większą sprawność. W przypadku barwy ciepłej konieczna jest większa ilość luminoforu przez to mamy mniejszą przepuszczalność światła (rys. 4).

Diody starego typu 5 mm, ze względu na słabe parametry, nie powinny być w ogóle stosowane w profesjonalnym oświetleniu ulicznym.

Rys. 4. Widmo światła białego LEDa uzyskanie dzięki nałożeniu luminoforu fosforowego:

Na rynku oświetleniowym możemy spotkać źródła światła, które mają gwarantować możliwość zamiany tradycyjnych źródeł wyładowczych stosowanych w oprawach ulicznych w stosunku 1:1. Niestety wszystkie oprawy uliczne wyposażone są w specjalistyczne odbłyśniki, których konstrukcja jest dopasowana do źródeł wyładowczych. Dzięki ich konstrukcji kształtowany jest odpowiedni rozsył światła. Zmiana źródła na inną konstrukcję powoduje całkowitą zmianę rozsyłu światła (fot. 2).

Fot. 1. Diody starego typu 5 mm:

Fot. 2. Źródło LED (a) „zamiennik” źródła wyładowczego (b):

Oprawy oświetleniowe o soczewkach wielopunktowych były jednymi z pierwszych, które były przeznaczone do oświetlenia zewnętrznego. Mankamentem tego rozwiązania jest fakt, iż może powstawać duża nierównomierność oświetlanych płaszczyzn w przypadku uszkodzenia pojedynczych punktów świetlnych (rys. 5).

Oprawy wielosoczewkowe nadają się idealnie do oświetlenia ciągów pieszych, rowerowych, pieszo-rowerowych lub oświetlenia parkowego lub dróg osiedlowych.

Oprawy o układach wielowarstwowych mają dużo lepsze zastosowanie w profesjonalnym oświetleniu ulicznym. Dzięki układom optycznym, które kryją cały obszar oświetlany równomierność luminancji tego pola jest dużo wyższa (fot. 3) (rys. 6).

Rys. 5. Zmiana strumienia i rozsyłu w czasie w przypadku stosowania układów optycznych wielopunktowych:	Rys. 6. Zmiana strumienia w czasie w przypadku stosowania układów optycznych wielowarstwowych:

Fot. 3. Przykładowe panele LED z układami soczewkowymi wielowarstwowymi: