LED rasveta u stanu i radnom prostoru

Ranije smo već upoznali teoriju rada savremenih rasvetnih tela. Sada prelazimo na praktičnije teme: kako uvesti LED rasvetu
Voja Antonić
Uskoro ćemo se rastati od klasičnih sijalica sa grejnim vlaknom, jer će nas propisi, vođeni zahtevima savremene ekonomije i ekologije, prisiliti na to. Ako ne želimo da se vratimo na sveće i kandila, moraćemo da se opredelimo između fluorescentnih sijalica, koje smo prozvali “štedljive”, i poluprovodničke LED rasvete. Njihova efikasnost (odnos između emitovane svetlosti i utroška struje) približno je jednaka – tri do pet puta je veća od efikasnosti klasičnih sijalica sa grejnim vlaknom.
Jedan od problema koje sa sobom donose štedljive sijalice odnosi se na otrovne materije (pre svega živu) koje one sadrže. Zbog toga su uvedeni strogi propisi njihovog odlaganja posle upotrebe – ako se neka od njih razbije, poštovaćemo savete američke EPA (Environmental Protection Agency, Agencija za zaštitu okoline): treba pažljivo pokupiti razbijene staklene delove, zatim to mesto detaljno obrisati vlažnim ubrusom, pa taj ubrus hermetički zatvoriti u plastičnu kesu i sve to baciti… negde (valjda se računa na našu snalažljivost). Sitnije ostatke ne treba čistiti usisivačem, jer je upravo živina para ono što treba izbeći, nego prostoriju treba dobro provetriti.
Verovatno je da će zbog ovog ozbiljnog nedostatka štedljive sijalice biti vremenom napuštene i da će LED odneti pobedu, ali hiperprodukcija još uvek nije učinila svoje, pa je cena LED rasvete visoka. Tržište nam još ne nudi gotove kućne lampe sa ovim izvorom svetla po prihvatljivoj ceni, ali je moguće i sa ograničenim budžetom doći do komponenata s kojima možemo da eksperimentišemo i da sami uvedemo budućnost u svoj dom, umesto da čekamo da nam ona zakuca na vrata. Pokušaću da prenesem svoja iskustva, lutanja i greške s kojima sam se susretao dok sam, manje zbog poslovnih obaveza a više iz zadovoljstva, pravio razna rasvetna tela sa LED-ovima.

Koji LED-ovi?

Najjednostavnije je kupiti trake na koje su zalemljeni SMD (Surface Mount Device) LED-ovi i minijaturni otpornici za ograničenje struje. Komercijalni naziv je flex trake, a čine ih štampane ploče koje su tako tanke (nekoliko desetina mikrometara) da su fleksibilne, dok na poledjini imaju samolepljivi sloj. Prodaju se i kod nas , a cena je između 7000 i 15650 dinara za rolnu od 5 metara. Na rolni je između 270 i 600 LED-ova, već povezanih tako da su po tri LED-a vezana na red sa otpornikom, pa se sve napaja stabilisanim naponom od 12 V. Prosečna cena za jedan LED je, dakle, oko 26 dinara, a ukupna struja koju “vuče” traka od 5 metara je između 1,8 i 8 ampera, zavisno od broja i vrste ugrađenih LED-ova. Svetlosni fluks je veoma zavisan od kategorije proizvoda, pa treba proučiti katalog pre kupovine – nominalno skuplje trake su zapravo jeftinije, ako se računa odnos između cene i emitovane svetlosti.

Flex trake koriste LED-ove koji zapravo nisu napravljeni za rasvetu nego za signalizaciju, pa je neizvesno koliko će raditi u “nategnutom” režimu. To što prodavac neobavezno navodi da radni vek iznosi 50.000 radnih sati ne znači mnogo, jer konkretna garancija ne postoji. Imao sam neprijatno iskustvo sa sličnim LED-ovima (nadam se da nisu od istog proizvođača) za koje je naveden takav radni vek, a koji su već posle mesec dana rada (u režimu od 16 sati dvenvo) toliko izgubili snagu da su postali neupotrebljivi. Da nevolja bude veća, 60.000 ovakvih LED-ova instalirao sam u dalekom Kazahstanu, a ishod ove avanture sa netestiranim proizvodima i naivnim verovanjem u reklamu na kineskom sajtu bio je sve samo ne bezbolan ili jeftin. Ipak sam iz ovoga izašao bogatiji za jedno iskustvo, koje mi kaže da bez ispitivanja ne treba verovati u noname proizvode. Kasnije sam doznao da je radni vek od 50.000 radnih sati standard za veoma kvalitetne (i skupe) LED-ove od poznatog proizvođača, koji neće tako lako rizikovati svoju reputaciju, i sa zaštićenom oznakom – recimo američki Cree ili japanski Nichia.

Drugo rešenje je veliki broj standardnih LED-ova u plastičnom kućištu prečnika 5 mm. Mada ovo rešenje nije skupo, ne preporučuje se jer treba uložiti trud i nešto sredstava u izradu štampane pločice, a problem dobrog hlađenja ostaje nerešen, jer ni ove diode nisu predviđene za osvetljavanje prostorija.

Najbolje je koristiti LED-ove velike snage, koji su konstrukcijom prilagođeni za rasvetu. Snaga ovih LED-ova je deklarisana od 1 W pa sve do impozantnih 50 ili čak 100 W. Cena je uglavnom proporcionalna snazi (oko 1 do 3 evra po vatu, zavisno od proizvođača), pa je uvek bolje opredeliti se za veći broj slabijih LED-ova, kao što su oni od 1 W. Razlog za ovo je hlađenje – svaki od LED-ova će emitovati manju količinu toplote, pa će i temperatura kristala biti niža, što produžava radni vek. Ove LED-ove treba obavezno montirati na hladnjak, za šta će dobro poslužiti i običan aluminijumski lim.

Ne treba zanemariti ni dijagram usmerenosti. Difuzni LED-ovi su uvek manje usmereni od onih u “čistom” providnom kućištu, ali se tu krije opasnost da pogrešno protumačimo njihovu svetlosnu snagu, koja se uglavnom izražava u kandelama (cd). Kod difuznih je kataloški izražena snaga uvek manja, ali razlog za to ne leži u manjoj količiji isijane svetlosti, nego u tome što, zbog rasipanja, manje svetla padne na instrument kojim se meri intenzitet izračene svetlosti.

Usmerenost LED-ova se najčešće izražava u ugaonim stepenima, ali i ovde ima detalja koji zahtevaju objašnjenje. LED-ovi bez “optike” (sa ravnom površinom, koja je standardna za sve SMD LED-ove) uvek imaju takozvanu Lambertovu karakteristiku, nazvanu po švajcarskom matematičaru Johanu Hajnrihu Lambertu, koji je još u XVIII veku postavio matematičke principe kojima se objašnjava ova karakteristika. U proizvođačkim specifikacijama često ćete pronaći i karakteristiku Batwing (što bismo mogli da prevedemo kao “krilo slepog miša”): optika je kod ovih LED-ova tako prilagođena da manje svetlosti isijavaju unapred a više ustranu, što ih čini pogodnim za homogeno osvetljavanje ravne površine sa manje udaljenosti.

Beli ili RGB?

Logičan izbor su beli LED-ovi, ostaje samo da se opredelimo za toplo bele (2700-400 K) ili hladno bele (5000-6500 K). Izbor zavisi od ličnog ukusa, a moj savet je da se opredelite za toplo bele, jer se pokazalo da je toplo svetlo pogodnije za osvetljenje stambenih prostorija. Mada sam svoje prvo poluprovodničko rasvetno telo (lampu za čitanje) napravio sa toplo belim LED-ovima, njihovo svetlo je za moj ukus ipak bilo suviše hladno, pa sam svaki treći beli LED zamenio žutim i tek tada sam bio zadovoljan rezultatom. Izgleda da je navika, stvorena čitanjem pod običnom sijalicom, suviše jaka da bih je se tek tako odrekao.

Za luksuzne zahteve ili za zadovoljenje eksperimentatorskog duha imamo na raspolaganju RGB LED-ove. Iako postoje i takvi koji u jednom kućištu objedinjuju sva tri kristala, bolje je opredeliti se za pojedinačne crvene, zelene i plave LED-ove – razlog je opet hlađenje kristala LED-a. Ovo nameće problem dobrog mešanja svetla, što je moguće samo ako se koristi indirektno difuzno svetlo ili barem difuzor ispred LED-ova. S druge strane, pojedinačni LED-ovi u boji omogućavaju nam da dobijemo specijalne svetlosne efekte, recimo da rasvetno telo emituje samo obojeno svetlo, a da je prostorija ipak osvetljena belo.

Nisam odoleo da napravim rasvetno telo sa RGB LED-ovima, ali sam, poučen ranijim iskustvom, pored crvenih, zelenih i plavih LED-ova, upotrebio i žute. Teorijski gledano, ovo nema mnogo smisla, jer se žuta boja već dobija mešanjem crvene i zelene, ali (pored subjektivnog utiska da je to bio pun pogodak) postoje barem dva teoretski potkrepljena argumenta zašto je RGBY model bolji za rasvetu nego RGB. Prvo, rezultanta koja se dobija prostim mešanjem RGB svetla je objektivno bela i dovoljno je dobra za operacionu salu ili neki drugi radni prostor, ali će za kućnu atmosferu uvek nedostajati još malo žute. Istina je da ćemo regulacijom intenziteta svake komponente uvek moći da dobijemo temperaturu boje svetla koju želimo, ali će subjektivni utisak ovako biti znatno bolji, naročito kad sva tri izvora “odvrnemo” do maksimuma.

Drugi razlog tiče se parametra CRI (Color Rendering Index), o kome je bilo reči ranije. Reprodukcija boja osvetljenih predmeta biće prirodnija ako je opseg svih boja popunjen tako da ima što manje “rupa” u spektralnoj karakteristici. Kratak pogled na dijagram razjasniće nam zašto je žuti LED ovde dobrodošao, tim pre što on pokriva “rupu” između crvene i zelene, na delu spektra na koji je ljudsko oko najosetljivije.

RGBY lampa

Rezultat rada na ovom projektu vidite na slikama. Mada je izvor svetla šaren do granice kiča, svetlost je ipak bela. Svako će imati svoj sud da li je to lepo ili nije (priznajem da još uvek nisam siguran u odgovor, mada svakodnevno koristim ovo svetlo), ali se barem ne može poreći da je efekat zanimljiv. Sa ovim će se najviše složiti mladi ljudi, a potvrdu za to nalazim pri svakom večernjem povratku kući, kada kroz prozor vidim “do daske” zasićenu crvenu, zelenu ili plavu svetlost, jer tada znam da u dnevnoj sobi sedi mlađi sin sa svojim vršnjacima.

Upotrebljeno je ukupno 96 LED-ova, od svake boje po 24. Nazivna snaga ovih LED-ova je 1 W, što znači da je maksimalno dozvoljena struja napajanja 350 mA, ali sam je u ovom projektu ipak ograničio na 250 mA, tako da LED-ovi rade u nešto “hladnijem” režimu od propisanog. Tako je ukupna snaga izvora smanjena na oko 65 W, ali je jačina svetla tolika da se nikada ne koristi na punoj snazi. Merenjem je ustanovljeno da i ovako redukovan izvor daje znatno više svetla od obične sijalice: na udaljenosti od jednog metra, izmerena je maksimalna jačina od 300 luksa, a sa klasičnom sijalicom od 100 W bila je samo 75 luksa. Merenja su izvršena na istom mestu, oivičenom belim zidovima i plafonom.

Mada je kontroler mikroprocesorski, za regulaciju se koriste četiri obična potenciometra, što projektu daje pomalo “retro” izgled. U mormalnom modu, koji bismo mogli da nazovemo RGBY, svaki od potenciometara određuje jačinu po jedne boje, ali je to prilično neugodan način regulacije, jer kod svake promene jačine svetla treba okretati četiri dugmeta i ponovo tražiti željeni balans boja. Zbog toga sam firmver mikrokontrolera proširio dodavši mod HSB (Hue – Saturation – Brightness), koji se automatski uključuje kada se potenciometar za žutu boju postavi na minimum. Tada se funkcija preostala tri potenciometra menja, pa prvi služi za izbor boje iz bilo koje tačke na spektru, drugi za zasićenje (od bele do maksimalno zasićene boje odabrane prvim potenciometrom), a treći je za jačinu svetla. Tako je moguće odabrati bilo koju boju i menjati sve njene parametre, ali na znatno lakši način. Sa HSB modelom boja možete da se upoznate u Photoshop-u, kada iz menija Image / Adjustments odaberete Hue / Saturation.

Raspored svetlosnih tela

Nekada je standard za rasvetu stambene prostorije bio jedan luster na sredini sobe i, eventualno, po neka zidna lampa za “intimnu” rasvetu. Taj stil je napušten, pa se rasporedu izvora svetla prilazi kreativnije i sa više truda da se zadovolje specifične funkcije pojedinih delova stambenog prostora. Izvor svetla više nije tu samo da razbije tamu, nego je postao važan dekorativni element enterijera. Savremeni koncept pametnih kuća čak podrazumeva regulaciju jačine svakog izvora svetla u prostoriji sa jednog mesta (obično uz pomoć touch-screen TFT monitora), kako bi se stvorila željena atmosfera.

To što ne postoji dovoljno jak LED koji bi osvetlio celu prostoriju ne mora da bude nedostatak, jer je bolje imati više rasvetnih tela sa manjom pojedinačnom snagom. Druga osobina LED-a, da je to tačkasti izvor veoma koncentrisanog svetla u koji nije prijatno gledati, može da se otkloni tako što se koristi difuzor ili, još bolje, postavi tako da se koristi svetlost odbijena od belih zidova ili plafona. Savremeni enterijeristi već unapred prilagođavaju oblike stubova i ivica tavanice tako da budu pogodni za odbijanje svetlosti. Ovakvo svetlo je veoma ugodno za oči, a stvara prijatnu atmosferu u prostoriji, naročito kada se pažljivo podesi intenzitet svetlosti i odabere prava temperatura boje. Ovaj pristup projektovanju rasvete zahteva pažljivo planiranje još pre izvođenja građevinskih radova, a i značajne investicije.

Da li je vredno truda?

Odgovor na večito pitanje zavisi od ličnog afiniteta. Neko bi s punim pravom mogao da kaže da mu je dobra i obična sijalica i tome ne bi imalo šta da se zameri. S druge strane, uvek postoje i entuzijasti, kojima je zanimljivije ono što je “s druge strane” i što tek treba da se upozna. Svaki korak ima smisla samo ako nas vodi nekuda, ali je svako od nas posebna ličnost koja ima ili nema nagon koji će ga motivisati da napravi taj korak. Srećom, postoje ljudi za koje zadovoljstvo stvaranja ne može da se meri ni sa čim.

Objektivno gledano, LED rasveta je još uvek skupa, barem kada se procenjuje početna investicija. Ipak, ako je verovati Hajcovom zakonu (po naučniku dr Rolandu Hajcu, koji je zapazio i objavio ovu zakonitost), na svakih deset godina je cena LED rasvete po lumenu izračene svetlosti 10 puta manja, a snaga pojedinačnog LED-a 20 puta veća. To znači da ćemo uskoro imati LED-ove koji su dovoljno jeftini i snažni za sve vrste rasvete, a pošto je Hajcova skala logaritamska, već za dve ili tri decenije bismo mogli da imamo neuporedivo svetlije gradove, puteve, parkove i sportske terene.

Da li da čekamo ova bolja vremena za LED rasvetu ili da krenemo u eksperimente? Mnogi od nas su započeli druženje s kompjuterima još dok su oni bili 20 puta skuplji i 20.000 puta slabiji od današnjih, pa im nije žao što nisu sedeli skrštenih ruku i čekali današnje informatičko blagostanje. Neka ovo bude moj odgovor na postavljeno pitanje.