LED sijalica polako osvaja naše stanove, radne prostore, škole… Zbog čega je ova sijalica tako uspešna u izbacivanju starih dobrih klasičnih sijalica sa žarnom niti. Ovaj izvor svetlosti 21. veka ima nekoliko važnih prednosti u odnosu na svoje konkurente. Pogledajte kako LED sijalica radi, od čega se sastoji, zašto je bolja od ostalih sijalica i još po nešto o LED sijalici.
Sijalica sa žarnom niti, koju smo svi imali u svojim domovima, a koja se koristi od davne 1879 godine je na kraju svog života. Nažalost, žuta svetslost iz sijalice nije “zelena”. Iako se koristila gotovo 200 godina ova vrsta sijalice je jako neefikasna. Većinu energije ona pretvara u toplotu a samo mali deo u svetlost.
Potrošnja električne energije na stvaranje toplote, tamo gde je ne trabamo, je veliki luksuz jer se značajan deo električne energije proizvodi u elektranama na ugalj, koje su najveći zagađivači atmosfere i odgovorne su za najveće ispuštanje gasova sa efektnom staklene bašte. U industrijskoj eri potražnja za energijom je veća nego dostupni resursi. Iz tog razloga postoji stalni pritisak da se negde energija uštedi. Bez obzira na malu potrošnju pojedinačne sijalice, njihova masovnost je uslovina da one postanu prva meta ove štednje. U Evropskoj Uniji je od 2012. godine zabranjena proizvodnja klasičnih sijalica i one su zamenjene sa mnogo efikasnijim fluoroscentnim štedljivim sijalicama.
Izbacivanjem sijalica sa žarnom niti nastupila je era korišćenja mnogo efikasnijih fluoroscentnih sijalica. Fluoroscentne sijalice ili sijaice sa pražnjenjem visokog intenziteta su nekoliko puta energetski efikasnije od klasičnih sijalica sa užarenim vlaknom. Uz to traju 5 do 13 puta duže od tradicionalne sijalice. Zamena miliona klasičnih sijalica, na globalnom nivou, ostvaruje se značajna uštedu električne energije a time se doprinosi i očuvanju životne sredine.
Pored svih dobrih osobina fluroscentnih sijalica vrlo brzo su uočene i njihove mane. Prvo što su potrošači primeitili da je potrebno preko jednog minuta da prođe, od uključvanja ove sijalice, da počne da proizvodi deklarisanu količinu svetlosti. Veće su od klasičnih sijalica i u mnogim slučajevima ne mogu da zamene klasične sijalice (u nekim lampama i sl.) Značajno im se smanjuje vek trajanja ako se koriste u kupatilima i ostalim vlažnim prostorijama, zatvorenim lampama, u prostorijama kojima se često pali i gasi svetlo, u kombinaciji sa senzorima pokreta ili prigušivačima svetlosti. Korisnici su se žalili na smanjenu vidljivost koja se dobija njihovom upotrebom, kao i neprirodne boje ljudske kože pod ovim svetlom. Najgore od svega je što svaka fluoroscentna sijalica u sebi sadrži 1.2 – 5 miligrama žive. Izuzetno otrovne supstance za ljudski organizam. Lomom ovih sijalica živa može da dospe u zemlju i vodu i da zagadi naše okruženje. Posle kvara ove sijalice se moraju organizovano uklanjati što stvara dodatni trošak. Sve ovo je doprinelo da se era fluoroscentnih sijalica brzo završi. Od 2018. godine fluoroscentne sijalice su zabranjene u evropskoj Uniji.
Poslednja u nizu štedljivih sijalica je LED sijalica. LED tehnologija se godinama koristila u osvetljavanju semafora, LCD televizora, digitalnih satova i novogodišnjih jelki. Pozitivna iskustva sa ovom revolucionarnom tehnologijom za pretvaranje električne energije u svetlost, su uslovila da ona bude ugrađena i u rasvetna tela za domaćinstva. Klasične sijalice su emitovale svetlost iz vakuma, a fluoroscentne iz gasa. Zbog toga su one bile jako osetljive. Za razliku od njih LED sijalice emituju svetlost iz čvrste materije što ih čini otpornim na udarce i vibracije.
Većina energije se troši na emitovanje svetlosti tako da nema zagrevanja. Takođe, dioda ima veću svetlosnu efikasnost, odnosno po svakom vatu električne energije emituju više lumena (količina vidljive svetlosti) od običnih sijalica sa žarnom niti. Malih su dimenzija i može se prilagoditi bilo kojem obliku izvora svetlosti. Za razliku od fluoroscentnih svetiljki ne trepere neprijatnom svetlošću na kraju radnog veka. Nemaju infracrveno i ultraljubičasto zračenje i otporne su na često uključivanje i isključivanje. Pri uključivanju, trenutno postižu punu snagu.
Kako su nastale diode? Prvi koji je počeo da radi sa ovim najjednostavnijim poluprovodničkim elementima je bio rus Oleg Losev još 1927 godine. Bio je prvi naučnik koji je pokazao da poluprovodnički kristal može pojačati radio signale. Tom prilikom je primetio da diode, koje se koriste u prijemnicima, emituju svetlost kada kroz njih protiče struja. Za njegovo otkriće se niko nije interesovao decenijama. Prva svetlost, u vidljivom spektru, emitovana je iz dioda 1962. godine koja je svetlela crvenom svetlošću. Godine 1997. prvi put je na tržište puštena LED dioda. 2014. godine japanci Isamu Akasaki i Hiroshi Amano su konstruisali Led sijalice koja danas poznajemo. Za ovo istraživanje njih dvojica su dobila nobelovu nagradu za fiziku.
Uprošćeno govoreći dioda koja emituje svetlost se sastoji od poluprovodnika koji ima pozitivno naelektrisan i negativno naelektrisan deo. Negatino naelektrisana komponenta (anoda) ima “višak” slobodnih elektrona, dok pozitivna (katoda) ima prazne “rupe” za elektrone. Kada se ovakav spoj stavi pod napon on aktivira protok elektrona iz negativnog u pozitivni sloj. Ovako pobuđeni elektroni emituju svetlost prilikom ulivanja u pozitivni sloj. Ovaj fenomen se naziva elektroluminescencija.
Osnovni materijal fotodiode je mešavina aluminijum – galijum – arsenida, čiji su atomi, u svom izvornom obliku, čvrsto povezani. Kako tu nema slobodnih elektrona ne dolazi do njihovog prelaska niti do isijavanja svetlosti. Međutim, posebnim procesom u ovu leguru se dodaju neke nečistoće čime se uvode dodatni atomi koji remete balans u ovoj leguri. Novo dodani atomi obezbeđuju slobodne elektrone (N-tip) ili troše postojeće (P-tip) i tako stvaraju “rupe” u materijalu P-tipa. Spajanjem ova dva materijala u dva sloja (NP spoj) dobijamo fotodiodu. Kada se ovaj spoj priključi na napon elektroni sa N sloja prelaze u „šupljine“ u P sloju. Prilikom menjanja položaja, istovremeno elektroni menjaju svoju orbitu prelazeći sa više na nižu, odnosno prelaze na niži energetski nivo. Tu razliku energije elektroni predaju okolini u vidu fotona, odnosno svetlosti. Što je veća razlika u orbitama to je svetlost intenzivnija.
E sada, kada smo videli kako radi fotodioda, kao osnovni deo LED sijalice, možemo preći na na samo princip rada LED sijalice. Na slici su prikazani svi delovi LED sijalice. Svi delovi su spakovani u kućište koje je u obliku klasične sijalice. To je disk sa LED diodama i pripadajućim napajanjem, a sve je zatvoreno difuzorom u obliku kupole koji je zalepljen za kućište. Sve zajedno potpuno podseća na oblik klasične sijalice.
Glavni deo LED sijalice je disk sa fotodiodama. On se sastoji od niza dioda koje su postavljenje na posebunu palastiku nosač koji ima i ulogu reflektora. Kod ove sijalice nema potrebe za klasičnim sjajnim reflektorom kao kod klasične sijalice, jer fotodiode, po svojoj prirodi, imaju usmerenu svetlost. Na nosaču može biti veći ili manji broj fotodioda, u zavisnosti od veličine sijalice, koje su postavljene kružno. Diode su spojene redno, tako da kvar jedne fotodiode uzrokuje prestanak rada svih. Ovo nije čest slučaj kod sijalica ovog tipa. Neka istraživanja su pokazala da se samo u 10% slučajeva uzrok kvara sijalice je bio kvar na fotodiodi.
S obzirom da se napajanje LED sijalice vrši naizmeničnim naponom od 220V a da fotodiode koriste višestruko manji jednosmerni napon, u sijalici mora postojati napojni uređaj odnosno mali transformator sa pripadajućom elektronikom koji će pretvoriti naizmenični napon u jednosmeri koji je pogodan za napajanje fotodioda. U ovom delu su najčešći kvarovi. Najkritičniji delovi napajanja su kondenzatori i otpornici. Najveće zagrejavanje se dešava u ovom delu LED sijalice a ove komponente su najosetljivije na povećanu temperaturu. Konkretna Led sijalica je treperila i zbog toga je zamenjena. Kao što vidimo došlo je do kvara kondenzatora.
Na vrhu LED sijalice se nalazi difuzor. To je kupola od mlečno bele plastike koji ima ulogu difuzije, rapršivanja svetlosti. Ranije smo pomenuli da je svetlost koja dolazi iz fotodioda usmerena svetlost, odnosno svetli samo u jednom smeru. Iako ova osobina omogućava da se izbaci klasično senilo iz lampi ista ta osobina nije povoljna za pravljenje sijalica za domaćinstvo jer bi one osvetljavale samo jednu tačku. Difuzor lomi svetlost, iz fotodioda, i raspršuje je u raznim pravcima tako da se u celoj prostoriji dobija “meko” difuzno svetlo.
I na kraju kućište koje objedinjuje sve delove LED sijalice. Ono je pravljeno u obliku klasične sijalice da bi odgovaralo sijličnim grlima koji već postoje u našim domovima. U unutrašnjosti vidimo dva provodnika koji sprovode napon sa navoja sijalice do napajanja. Kućište kod LED sijalica veće snage je napravljeno od aluminijuma zbog odvođenja toplote koja se stvara u napojnom delu. Kod nekih LED sijalica u donjem delu kućišta postoje i otvori za bolje odvođenje toplote. Naravno, LED tehnika omogućava da se sijalica napravi u bilo kom obliku ali zbog praktičnosti izabran je oblik klasične sijalice. Da bi zamenili klasičnu ili fluoroscentnu sijalicu, LED sijalicom potrebno je samo izvrnuti staru iz sijaličnog grla i uvrnuti novu LED sijalicu i to je to, ne treba nikakvo prilagođavanje.
Upotrebom LED sijalica se drastično smanjuje potrošnja električne energije (i do 80% manje u odnosu na sijalicu sa žarnom niti). One su efikasnije i od fluoroscentnih sijalica. Životni vek LED sijalica je mnogo veći od njenih prethodnika. Očekivani životni vek klasične sijalice sa žarnom niti je 750 sati, fluoroscentne 3000 sati, dok je životni vek LED sijalice 30 000 – 50 000 sati. O kojoj se uštedi radi govori podatak da u EU postoji oko 500 miliona fluoroscentnih sijalica u upotrebi a svaka sijalica troši šest puta više energijae u odnosu na LED sijalicu.
Za razliku od prethodnih izvora svetlosti LED sijalica može da emituje čistu dnevnu svetlost koja najbolje prija našem oku. Pored ovoga LED sijalice mogu da emituju bilo koju boju svetlosti. Zbog ove karakteristike LED sijalice se korist u staklenicima jer mogu da emituju svetlost koju biljke apsorbuju u procesu fotosinteze, čime se pospešuje rast, klijanja i cvetanja biljaka. LED sijalice se mogu reciklirati i za razliku od fluoroscentnih ne sadrže opasne materije. Zbog svih ovih prednosti, štedljive fluoroscentne sijalice će vremenom biti napuštene i LED sijalice će odneti pobedu, nad drugim opcijama, u ovom ratu za svetlost. Dalji razvoj LED svetla je nezaustavljiv. Novi razvoj je usmeren na upotrebu organskih svetlećih dioda (OLED) kako bi se, sa jedne strane, postigla još veća efikasnost a sa druge strane ekološki još prihvatljivije
I na kraju i LED sijalice imaju neke nedostatke, mada su oni takve prirode da neće sprečiti dalju, sve češću primenu ove tehnologije. U prvom redu to je cena. Još uvek led sijalice imaju veću cenu od fluoroscentnih a naročito klasičnih sijalica. Naravno, sa masovnijom proizvodnjom cena će se smanjivati. Takođe, ako uzmemo u obzir dug životni vek LED sijalice na duge staze cena i nije presudna. Druga slaba tačka LED sijalica je osetljivost na promenu napona. Da bi ove sijalice pravilno funkcionisale napon mora biti konstantan. Oscilacije napona značajno smanjuju radni vek LED sijalica. LED izvori svetlosti proizvode usmerenu svetlost. Zbog toga ih je teško koristiti u sfernim svetlosnim uređajima jer imaju divergenciju svetlosti samo nekoliko stepeni. Još jedana osobna LED tehnike koja može biti problematična to je polarnost. I sijalice sa žarnom niti i fluroscentne će proizvesti svetlost bez obzira na električni polaritet. Međutim, LED sijalice će funkcionisati samo sa ispravnom električnom polarnošću. Na kraju primećeno je da svetlost LED sijalice više privlače insekte u odnosu na druge dve vrste sijalica.
