GigaLighting GigaLighting GigaLighting GigaLighting GigaLighting GigaLighting

Konvenční světelné zdroje

ÚvodTechzoneKonvenční světelné zdroje

Konvenční světelné zdroje

 

Žárovkové světlené zdroje

Žárovky jsou prvotnímu umělými zdroji světla využívající technologii, která byla objevena více než před 100 lety. Princip této technologie spočívá v uložení wolframového vlákna ve skleněné baňce, ze které je odčerpán vzduch a vlákno je protékáno elektrickým proudem. Ten způsobuje zahřívání vlákna a tím i vyzařování elektromagnetického vlnění v oblasti viditelného spektra. Poslední generace žárovek mají vlákno stočeno do spirály pro dosažení vyšší účinnosti a redukci tepelných ztrát. Shoření vlákna je zabráněno právě odčerpáním vzduchu ze skleněné baňky až na vysoké vakuum a tím eliminace kyslíku, který je nezbytný k hoření.

Měrný výkon žárovek se pohybuje okolo 10lm/W a platí, že čím je vyšší teplota vlákna, tím vzrůstá hodnota měrného výkonu a teplota chromatičnosti. Běžná životnost žárovek se pohybuje kolem 1 000 provozních hodin. Poslední technologie navíjení vlákna a plnění baněk inertními plyny umožnilo zvyšování životnosti.

 

 

Nízký měrný výkon žárovek je zapříčiněn faktem, že většina vyzářené energie se nepohybuje ve viditelné části spektra (380nm – 780nm), ale v oblasti infračerveného neviditelného záření.

Výhoda žárovkových zdrojů spočívá především v poskytování příjemné atmosféry (teplota chromatičnosti obvykle 2700K). Z tohoto důvodu byly používány především pro osvětlování společenských prostor. Dále rychlý náběh na 100% jmenovitého světelného toku a jednoduché řízení, tzn. stmívání a spínání pohybovými čidly.

V dnešní době je tato technologie již za svým vrcholem a veškerý další vývoj světelných zdrojů se soustředí na jiné technologie, především LED. Tomuto faktu napomohlo i legislativní omezení produkce a distribuce žárovkových světelných zdrojů.

 

Halogenové žárovky

Tento typ světelných zdrojů vyniká především svou kompaktností a tím nabízí široké možnosti použití a to především v oblasti směrování světelného toku. Jejich měrný výkon je cca o 100% vyšší než u žárovek standardních, kde se vypařený wolfram usazuje na vnitřní straně baňky a snižuje tak světelný tok. U halogenových žárovek probíhá tzv. kruhový proces, kdy se vypařený wolfram slučuje u povrchu baňky s halogenidem a vlivem teplotního pole se vrací zpět na vlákno. Tím dochází ke zvyšování světelného toku, ale i prodloužení životnosti.

Tyto světelné zdroje poskytují příjemné bílé světlo s teplotou chromatičnosti 3000K při indexu podání barev až Ra=100. Jejich měrný výkon se pohybuje okolo 22lm/W a doba života je cca 2 000 provozních hodin.

 

 

Halogenové žárovky s reflektory se vyrábějí pro různé úhly vyzařování a v širokém sortimentu výkonů a to jak na nízké napětí, tak 230V. Dichroické reflektory dokáží potlačit tepelnou složku vyzařovaného záření až na 66%, což je výhodou především při osvětlování povrchů a předmětů, které jsou citlivé na infračervené záření. Dále jsou k dispozici zdroje s UV blokem, který je tvořen dotací certitu do křemenného skla baňky. Případně se používají prvky jako xenon pro zvýšení měrného výkonu.

Stejně jako u žárovek standardních je výhodou snadné řízení a odolnost proti častému spínání. Ideální použití bylo především pro efektové a expoziční osvětlování. V současné době lze halogenové žárovky již plně nahradit LED.

 

Kompaktní zářivky

Zářivkové světelné zdroje obecně poskytují v porovnání s žárovkovými vyšší index podání barev, výraznou úsporu elektrické energie a násobně vyšší životnost. Další výhodou je emitace nízkých jasů a poskytování rovnoměrného osvětlení. Měrný výkon je obvykle 5-7x vyšší než u žárovkových světelných zdrojů a životnost obvykle kolem 15 000 provozních hodin.

Princip spočívá ve vybuzení emise neviditelného UV záření vlivem elektrického pole mezi elektrodami. Vnitřní strana skleněné baňky je opatřena luminoforem, který UV záření mění na viditelné světlo. Změnou složení luminoforu je možné měnit barvu emitovaného světla. U kompaktních žárovek se v současnosti podařilo dosáhnout rozměrů standardních žárovek.

 

Kompaktní zářivky můžeme dělit na dvě skupiny:

  • s implementovaným předřadníkem
  • bez implementovaného předřadníku s pinovými paticemi

 

První kategorie je určena především pro přímé nahrazení žárovkových světelných zdrojů za účelem snížení energetické náročnosti a proto disponují obvykle paticí E27, případně E14.

Druhá kategorie je určena pro provoz na externím elektronickém předřadníku. Tato kombinace umožnuje především okamžitý start bez blikání, odolnost proti častému spínání, delší dobu života a odstranění stroboskopického efektu a kmitání světelného toku.

Na druhé straně výraznou nevýhodou oproti žárovkám je rychlost startu, kdy světelný tok těsně po startu dosahuje cca 50% jmenovitého toku a náběh na 100% je realizován v řádech jednotek minut. Proto nejsou vhodné do speciálních provozů, kde je nutný okamžitý 100% náběh zdrojů světla.Další nevýhodou je teplotní závislost, která vylučuje použití zářivkových zdrojů v prostorách s nízkými teplotami. Při teplotě okolí pod bodem mrazu může světelný tok klesat až na 30% jmenovitého toku.

Zářivkové světelné zdroje lze řídit analogově (napětím např. 1-10V) nebo digitálně (např. DALI). Toto obnáší vyšší nároky na elektroinstalaci, ale nabízí výrazně vyšší komfort a možnosti.

 

Lineární zářivky

Jsou stále nejpoužívanějším zdrojem umělého světla na celém světě, i když v současnosti jsou v mnohých aplikacích nahrazovány rychle se rozvíjející technologií LED. Jejich nesporná výhoda je vysoký měrný výkon.Jsou to v podstatě nízkotlaké rtuťové výbojky vyzařující především v oblasti UV záření, který je tak jako u kompaktních zářivek transformován pomocí luminoforu do viditelného spektra.V současnosti se jako předřadné přístroje používají výhradně elektronické předřadníky (dříve elektromagnetické) pracující na vysoké frekvenci, které přispívají k vyšší hospodárnosti a životnosti.Moderní typy zářivek T5 (dříve T8) nabízení měrný výkon kolem 100lm/W a subtilnější konstrukci s průměrem 16mm

 

Výhody T5 vs. T8:

  • vyšší měrný výkon
  • vyšší účinnost svítidel vlivem nižšího stínění
  • úspornější provoz s elektronickým předřadníkem
  • materiálové úspory na tělech svítidel díky štíhlejší konstrukci

 

 

Doba života je ovlivněna počtem startů. Při 30-ti spínacích cyklech denně může životnost poklesnout až na 50% jmenovité hodnoty, která je obvykle kolem 20 000 provozních hodin. Opět platí teplotní závislost a delší doba náběhu na 100% jmenovitého světelného toku.Poslední technologické trendy se soustředí na snížení obsahu rtuti a vývoj bez-rtuťových technologií. Dále se zkoumá bezelektrodová technologie a technologie proměnlivé barvy světla. Změnou konstrukce elektrod a ochrannými vrstvami na baňce a luminoforu lze dosáhnout životnosti až 50 000 hodin.

 

Halogenidové výbojky

U halogenidových výbojek vzniká viditelné záření v parách rtuti, ale hlavně zářením produktů halogenidů tzn. sloučenin halových prvků s galiem, thaliem, sodíkem, apod. Díky tomuto poskytují tyto výbojkové světelné zdroje vyššího indexu podání barev až na Ra=90 a měrného výkonu cca 130lm/W. V křemenném hořáku vzniká cyklus podobný regeneračnímu cyklu halogenových žárovek, ale s opačným průběhem. Vnější baňka je tvořena borosilikátovým sklem a hořák obvykle křemenným sklem nebo keramikou. Halogenidové výbojky pracují při teplotách okolí -20 až 60°C, životnost se pohybuje okolo 15 000 provozních hodin. Tyto výbojkové zdroje vyžadují použití zapalovače, který k vybuzení výboje využívá vysokonapěťového impulzu. Výkonová řada se pohybuje v rozmezí 20-2000W a jejich konstrukční provedení může být např. tubusové, eliptické, lineární. Jmenovité hodnoty světelného toku dosahují halogenidové výbojky obvykle po 10 minutách od startu. Jejich využití je všude tam, kde jsou vysoké požadavky na podání barev. Dále díky kompaktní konstrukci a v celku jednoduchým nárokům na konstrukci reflektorů svítidel je jejich využití i v průmyslových halách s velkou světlou výškou, v architektonickém osvětlování, apod. Nevýhodou je neschopnost okamžitého opakovaného zápalu, kdy je nutná překlenovací doba pro zchladnutí zdroje. Případně lze toto řešit pomocí pomocných komponent, tzn. hot-start.

 

Výhody a nevýhody halogenidových výbojek:

  • vysoký měrný výkon
  • dobré barevné podání
  • kompaktní konstrukce
  • energetická úspornost
  • komplikovaná regulace s omezením
  • pomalý náběh na 100% jmenovitého světelného toku

 

 

Nízkotlaké sodíkové výbojky

U sodíkových výbojek nastává ve výboj ve výbojové trubici z polykrystalického nebo monokrystalického kysličníku skla, která je plněna argonem, neonem a sodíkem. Při tlaku 0,5Pa a teplotě výbojové trubice 270 až 300°C vyzáří monochromatické záření v pásmu 589 a 589,6 nm ve žluté oblasti spektra. Vlnová délka vyzařování se nachází v blízkosti maxima spektrální citlivosti lidského oka a je tedy dosahováno vysokého měrného výkonu až nad 200lm/W. Vzhledem k monochromatickému vyzařování není v jejich světle možné rozlišovat barvy. Životnost dosahuje až 24 000 hodin. Baňka tepelně izoluje výbojovou trubici, je konstrukčně jednoduchá a vyčerpána na vysoké vakuum.

Jejich využití je velmi omezené vzhledem k nízkému podání barev a konstrukčním rozměrům. V zahraničí byly tyto výbojové zdroje používány pro osvětlování dálničních přivaděčů a výpadových komunikací v okolí velkých aglomerací bez dopravního značení.

 

Vysokotlaké sodíkové výbojky

Nízkotlaká sodíková výbojka se vyznačuje intenzivním rezonancí ve žluté části viditelného spektra s vlnovou délkou 589 a 589,6 nm. Tohoto se využívá u výbojek nízkotlakých při teplotě 270°C a tlaku 0,5 Pa. Při zvyšování tlaku par sodíku světelné účinnost klesá, prochází minimem a opět stoupá až při tlaku 27 kPa dosáhneme druhého maxima a v závislosti na dalších parametrech (druh plnícího plynu, geometrie hořáku, příkon, apod.) můžeme dosáhnout hodnoty až 150lm/W. Dochází k výraznému rozšíření spektrálních čar a vzniku silného záření, přičemž je absorbováno záření rezonanční. Spektrum záření je bohatší, což vede ke zvyšování barevného podání. Tento druh výboje je využíván právě u vysokotlakých sodíkových výbojek, které nacházely své uplatnění převážně ve veřejném osvětlení. V současné době jsou nahrazovány výbojkami halogenidovými nebo LED svítidly. 

 

 

Vysokotlaké rtuťové výbojky

U těchto výbojkový zdrojů vzniká UV záření obloukovým výbojem v parách  rtuti při tlaku 0,1 MPa ve výbojové trubici z křemenného skla. Prostřednictvím luminoforu je to UV záření transformováno na záření ve viditelném spektru. Hlavní elektrody jsou tvořeny wolframovým drátem, který je pokrytý vrstvou kysličníku barya, stroncia a vápníku.Rtuťové výbojky vyzařují do viditelné oblasti cca 15% konzumované energie a jejich světlo je modrobílé nebo modrozelené. Z důvodu absence červené složky je na vnitřní stěnu baňky nanášen fosfátový luminofor pro zajištění transformace UV záření do červené oblasti spektra. K ústálení výboje dochází až po 3 až 5 minutách. Měrný výkon se pohybuje mezi 50 až 80 lm/W, životnost kolem 20 000 hodin a index podání barev Ra = 50. Vzhledem k nízkému indexu podání barev se nehodí pro použití ve vnitřních prostorách a vzhledem k nízkému měrnému výkonu již nejsou používány ani v oblasti veřejného osvětlení.

 

 

Výhody a nevýhody rtuťových výbojek:

  • malý pokles světelného toku v průběhu života
  • odolnost proti teplotním změnám
  • odolnost proti otřesům
  • nízká poruchovost
  • ustálení parametrů až po cca 5 minutách
  • nízký index podání barev

 

Sirné výbojky

Jedná se o vysokotlaké výbojky s kulovitým tělesem s náplní síry o průměru 5 až 30mm. Výboj je buzen v křemenném kulovém hořáku, který rotuje v elektromagnetickém poli magnetronu (2,45 GHz). Výboj vzniklý v parách síry vyzařuje spektrum světla, které se blíží slunečnímu a to při měrném výkonu až 130lm/W a indexu podání barev Ra=85. Doba životnosti se odvíjí od spolehlivosti magnetronu a pohybuje se kolem 50 000 hodin. Úbytek světelného toku během života je menší než 10%. Přes vynikající parametry sirné výbojky nemají širší využití a to především vzhledem k jejich technické komplikovanosti.

 

Indukční výbojky

Do skupiny nízkotlakých výbojkových světelných zdrojů patří i indukční výbojky. Před rozvojem LED technologií byly považovány za světelné zdroje budoucnosti. Po dlouhém a náročném vývoji se podařilo uvést na trh první indukční výbojku až v roce 1993 společností PHILIPS. Princip spočívá ve vysokofrekvenčním buzení výboje v bezelektrodovém výbojovém prostoru. Do hruškovité baňky je zatavena z jedné strany otevřená trubice do níž je vloženo feritové jádro s indukční cívkou napájenou proudem o frekvenci 2,65 MHz. Baňka obsahuje pouze inertní plyn a páry rtuti, nikoliv elektrody. Atomy rtuti vybuzené vysokofrekvenčním polem vytvářeným cívkou emitují ultrafialové záření, které je transformováno luminoforem ve viditelné světlo. Díky konstrukce neobsahující elektrody je dosaženo extrémní životnosti až 60 000 hodin a to při vysoké stabilitě světelného toku v průběhu života výbojky. Měrný výkon se pohybuje okolo 70lm/W při indexu podání barev Ra = 80 a vyšším. Doba náběhu činní pouze 0,5s a to platí i pro dobu znovu-zápalu. Výhodami je konstantní světelný tok ve velkém rozsahu teplot. Využití všude tam, kde jsou náročné podmínky pro výměnu světelných zdrojů nebo krajní meze teploty okolí. Z energetického hlediska a vzhledem k jejich měrnému výkonu jsou tyto světelné zdroje na maximu jejich potenciálu využití. 

 

LIGHT WE TRUST