Solarna LED rasveta

Korišćenje solarne energije poprima globalne razmere. Njena mobilnost i autonomnost (off-grid solarni sistemi) otvorila je mnoga polja primene u privatnom i javnom životu. Proces inflitriranja naprednih tehnologija, nekada na filmskom platnu sada na javi, daje futurisički izraz okruženju. Tako se ljudskoj mašti dozvoljava da projektuje životnu sredinu na potpuno novim principima. Pored toga, praksa je pokazala da su brza i efikasna rešenja najbolja za implementaciju. Uz trend smanjenja troškova montiranja i struje savkom budućem investitoru uštedeće dosta novca, kako direktnog tako i indirektnog (stalna potrošnja električne energije iz mreže a time je i na pragu nova energetska kriza). U duhu takvih promena danas se počinje sa implementacijom solarne LED rasvete, sistema sa povećanom energetskom efikasnošću i ekološkim pristupom sredini. Tu su zastupljena dva nova koncepta. Prvi je korišćenje solarne energije, u stvari instaliranje solarnih panela za napajanje rasvete sa potpunom nezavisnošću od gradske mreže (mada postoji mogućnost priključenja grid-tie solarni sistem). U slučaju nestanka struje u mreži osvetljenje se neće ugasiti; da ne pomonjemo potrebu za svetlom pri vremenskim nepogodama i posebnim situacijama.

Zato su ovi sistemi jako interesnatni vojnim stratezima.

Druga novina jesu LED sijalice sa izuzetno malom snagom od 10-60W, tipična 30W, sa ekvivalentnom emisijom svetlosnog zračenja ili čak i boljom u odnosu na konkurentne.

Pri prelasku na LED tehnologiju, koja ne mora biti uslovljena solarni-panel napajanjem, utrošak energije se može svaesti i do 10 puta manje.

Tabela 1. Tip lampe i opseg snage

Podaci za naznačene tipove mogu se naći na sajtu specijalizovane firme NEF d.n.o. na polju primene solarne energije. Prikazani podaci pokazuju da LED ima daleko manju potrošnju od solarnih elvivalenata. Solarna LED rasveta ima širok spektar primene:

• Rasveta na otvorenom parking prostoru,
• osvetljenje u pakovima i šetalištima,
• osvetljenje biciklističhih i staza za trčanje,
• rasveta na dokovima i kejevima,
• ulična rasveta i obeležavanje većih i/ili značajnih znakova na putu,
• osvetljenje dvorišta domova, škola, igrališta,
• rasveta farmi i fabričkih postrojenja,
• primena u vojnim bazama.

Prema raspodeli svetlosnog fluksa spadaju u direktne ili poludirekten svetiljke sa širokom distribucijom ili izuzetno širokom zavisno od potreba. Mogu dati hladnu belu, neutralnu belu i toplu belu svetlost koju u proseku daju 24-30 led svetiljki. Po pitanju ekoloških standarda ove lampe spadaju u kategoriju „environmentally friendly“ tj. jako malo negativno utiču na sredinu u kojoj su postavljane. Poseduju malu disipaciju, redukovana je emisija CO₂ za 350 kg/god. u proseku. Pored toga ne sadrži teške metale kao i u spektru svetlosti nema ultraljubičastog zračenja, čime su daleko povoljnije po čovekovu okolinu nego li sam propisani standard.

Uloga rasvete nije samo ograničena na osvetljavanje puta učesnicima u saobraćaju, već se ona može posmatrati i u drugačijem socijalnom kontekstu. Dobro osvetljenje pomaže u redukciji kriminala i smanjenje straha od kriminala (videti standard BS 5489-1, Annex B, Table B4), unapređuje turističku ponudu datog mesta, olakšava trgovinu. Dakle, samom problemu projektovanja ovih sistema mora se prići jako ozbiljno.

Da bi se postavilo osvetljenje projekat mora biti u skaldu sa standardima. Osnovni standardi su sadržani u standardima Evrope BS EN 13201 sa tri dela i dodatnim dokumentom PD CEN/TR 13201-1, i standardu Britanije BS 5489 sa svoja dva dela, koji je malo strožiji (ostali standardi u sebi sadrže ova dva, npr. DIN EN 13201 u Nemačkoj). Evropski standard nalaže pre svega precizno definisanje perfomansi osvetljenja, njihovu implementaciju, i merenje dobijenog svetla. Uz to se određuje klasa osvetljenja koja zavisi od same namene osvetljene površine i okoline. Danas postoje dva pristupa određivanju klase osvetljenja inkorporirana u navedene standarde. Prvi se odnosi na glavnu putnu mrežu tako da su zahtevi stožiji i baziran je na luminanciji-sjajnosti (cd/m²). Drugi se odnosi na sve ostale površine različih namena i baziran je na osvetljenju-iluminanciji (lx≡lux).

Tabela 2. Lista klasa osvetljenja sa nominalnim vrednostima za L i E
(L-luminancija, E-iluninancija)

Tako BS EN 13201 prvi standard definiše šest kategorija ME klasa luminancije suvog kolovoza sa parametrima prosečne vrednosti i parametara uniformnosti. Poželjno je da vrednosti osvetljenja budu što veće, ali kako bi se troškovi prilagodili značaju puta i njegovoj frekventnosti definisane su kategorije. Tako se ME1 odnosi na autoput, dok ME5 na lokalni put sa manje prometa. Pored toga postoji i MEW za vlažan kolovoz. Inače, sjajnost zavisi od fotometrijskih karakteristika sijalica, položaja sijalice-svetiljke u odnosu na put, zavisi od refleksije tj. albeda površine i od položaja posmatrača.

Drugi standard BS EN 13201 definiše sledeće klase osvetljenja zasnovanog na iluminanciji: CE (putevi sa trgovinskim radnjama, kružni tokovi, raskrsnice, pešačke i biciklističke staze; od 7.5 do 50 lux), S i A (takođe pešačke i biciklističke staze, i sve staze koje su fizički odvojene od kolovoza; od 2 do 15 lux), ES (tamo gde je potrebno razaznati lica, objekte, na mestima sa povećanom mogućnošću kriminala; od 0.5 do 10 lux), EV (odnosi se na vertikalne površine, zgrade sa posebno obeleženom spoljašnjošću, sa posebnim značajem, kao što su objekti na carini, putarini; od 0.5 do 50 lux). Vrednosti su date u tabeli 2.

Kada se projektuje jedan sistem osvetljenja potrebno je znati kako postaviti nosač i koliko svetlećih jedinica instalirati na njemu jer pravilna analiza može u mnogome smanjiti troškove. Drugo, ako se zna klasa osvetljenja za datu površinu može se odrediti da li je potrebno postaviti jednu ili više lampi kao i njihov međusobni položaj, slika 1. Iz takvih polaznih analiza proizilaze dalje projektovanje ostalih parametara.

Slika 1. Raspored lampi za osvetljenje javih površina

Prilikom prikaza karakteristika osvetljenja figurišu fotometrijski parametri (fotometrija je pod grana optike koja se bavi mjerenjem izvora svetlosti, svojstvima i merenjem svetlosnog fluksa i svojstvima i mjerenjem osvjetljenja površine):

• svetlosni fluks Φ (lm),
• svetlosna jačina I (cd),
• osvetljenost E (lux),
• sjajnost L (cd/m²).

Kako bi se razumelo šta znače potrebno ih je ukratko objasniti. Ovo je nužno jer se danas pojavilo mnogo proizvoda čija upotreba zavisi od njihovih vrednosti. Svetlosni fluks je ukupna količina svetlosne energije koju izvor svetla emituje u okolni prostor u jedinici vremena, tj. jednoj sekundi. Svetlosna jačina je količina svetlosti koju izvor (tačkasti izvor) svake sekunde emituje u određenom smeru definisan jediničnim prostornim uglom. Osvetljenost je količina svetlosne energije koja svake sekunde padne na jediničnu površinu. Sjajnost je količina svetla koja dolazi sa posmatrane površine u jedinici vremena. Temperatura boje lampe se može slikovito objasniti na slici 2. Prema ovom parametru se može tačno videti koju boju daje lampa.

Slika 2. Temperatura boje svetlosti sijalice

Veća temperatura boje znači da je svetlost „hladnija”. Potom, svetlosna iskoristivost koja predstavlja odnos dobijenog svetlosnog fluksa i uložene energije ŋ (lm/W). Bitno je znati da svako osvetljenje ima svoj vek eksploatacije (vek trajanja) i da fluks opada sa vremenom isijavanja. Električna snaga same sijalice predstavlja parametar na osnovu kojeg se obračunava potrošnja. Na kraju ove liste bitnih parametara jeste cena i troškovi održavanja. Pored parametara bitni su i grafici koji daju raspodelu svetlosne jačine u prostoru (izokandelni dijagram-svetlosna raspodela). Karakteristika se obično normira za 1000 lm, odnosno izražava u cd/klm. Prostor oko svetiljke se deli na nekoliko ravni takozvani C sistem ravni. Na primer ravan 0^o-180^o je normalna na uzdužnu osu svetiljke i obeležava se C0-180, slika 3. Prema simetriji koju prokazuju dele se na: rotaciono simetrične, osno simetrične i asimetrične.

Slika 3. Svetlosna raspodela u C sistemu ravni

Još jedna stavka je bitna kod postavljanja osvetljenja: Mora se znati prosečna brzina vetrova za datu lokaciju. Uglavnom se tim analizama ne pridaje značaj u urbanim mestima ali na dokovima, kejevima, planinskom osvetljenju potrebno je prilagoditi visinu, prečnik i temelj nosećeg stuba. Tako su definisane tri kategorije sa odgovarajućim visinama od 3-20m u zavisnosti od potreba saobraćaja i zastupljenih vetrova.

U savremenim građevinskim i arhitektonskim tokovima od osvetljenja se očekuje kvalitetno svetlo, mala potrošnja električne energije, pouzdan rad i vreme eksploatacije preko 40000h, jeftino održavanje. Kao rešenje se nude mnoge mogućnosti ali jedna se izdvaja po ekonomičnosti i kvalitetu. Naime, radi se o novoj vrsti lampi na bazi LED sijalica (pravilnije dioda, što se da videti u nazivu „Light Emitting Diode“), bazirane na tehnologiji belih led dioda: Kao završni sloj se dodaje jedan do dva sloja žutog fosfora tako da se od plave izvorne svetlosti dobija bela svetlost. Današnje LED sijalice poseduju hladnu ili uli umerenu belu svetlost sa svetlosnom iskoristivošću preko 120lm/W, dok prognoze idu dalje na fantastičnih 150lm/W, slika 4. Na taj način postale su konkurentne natrijumovim sijalicama visokog pritiska (200lm/W).

Danas se sreću LED diode sa reprodukcijom boja, kvalitativno izraženo parametrom RA. Topla bela boja poseduje vrednost ovog parametra 60-70 i to za temperature od 3200K do 5500K. Mogu se dobiti i veće vrednosti, veće od 80, kada se koriste tri ili više tipa dioda različitih boja. Parametar ili preciznije indeks RA razlikuje od temperature boje, a koristi se za odredjivanje reprodukcije boje lampe, sijalice, diode, ekrana, itd. Maksimalna vrednost iznosi 100 (teoretska vrednost), dok manje vrednosti predstavljaju goru karakteristiku izvora svetlosti što znači loš doživljaj boja. Osvetljenja grupe 1A koriste se za prirodniji dozivljaj boja. Slede potom grupe: 1B sa namenom za skole,industrijske i sportske objekte; 2A, 2B, 3 za tešku industriju, i 4 gde reprodukcija boja nije bitna. Vrednosti izmedju 90 i 100 smatraju se odličnim, u opsegu 80 i 90 dobrim, manjim od 80 lošim.

Slika 4. Prognoze za svetlosnu iskoristivost LED-a

Ekvivalentna temperatura boje koju daje LED kreće se u rasponu od 2600K do 10000K, pri čemu je neka uobičajena vrednost oko 7000K. Hladnija bela svetlost (veća temperatura) ima bolju svetlosnu efikasnost. Životni vek LED sijalica nadmašuje sve ostale tehnologije i po nekim proizvođačima iznosi čak 100000h sa padom fluksa na 50%. Čak važi da svetlosni fluks jako malo slabi sa vremenom. No prema ASSIST udruženju propisan je vek trajanja na trenutak kada svetlosni fluks padne na 70% od inicijalnog. Međutim, mora se znati da životni vek u mnogome zavisi od vrste hlađenja LED sistema, tako da se proizvođači odlučuju za vreme života od 50000h i fluksom svetlosti u granicama od 70% u odnosu na početni. Kada je temperatura lampe u pitanju, bitno je razumeti da zagrevanje potiče od disipacije na p-n spoju i ostalom delu kola. Sa njenim porastom opada svetlosni fluks što znači de se problemu hlađenja mora pristupiti ozbiljno. Pored tog napon na krajevima dioda opada sa povećanjem temperature, mada može i da raste u zavisnosti od poluprovodničkog materijala, čime se menja i spektar zračenja ka crvenom delu spektra. Da bi se dobila visoka efikasnost LED-a potrebno je imati stabilisano napajanje, poželjno da to bude stabilisano strujno napajanje.