Vodič kroz LED svjetlosno polje, lance i pločice: Riješite problem neravnomjerne LED rasvjete

Osnovna ideja primjene LED traka je dobiti pravac svjetlosti i njime osvjetljavati i/ili ukrašavati prostor. Primjena LED traka je područje gdje se tehnika i umjetnost spajaju u igri razine i boje svjetlosti. U ovom nastavku serijala o LED osvjetljenju pročitajte kako liniju LED svjetla pretvoriti u LED svjetlosno polje i zašto se u većini svjetiljaka ne koriste trake već pločice.

Donosimo kako liniju LED svjetla pretvoriti u LED svjetlosno polje | Foto: Schrack Technik d.o.o.

U prva dva nastavka serijala upoznali ste koje sve vrste LED rasvjetnih traka postoje i u koje se sve metalne profile ugrađuju zbog učinkovitog hlađenja. U sljedeća dva nastavka prorađena su osnovna znanja o izvoru napajanja LED rasvjetne trake i o upravljanju razinom i bojom svjetla LED trake. Pročitajte prethodne nastavke serijala o LED osvjetljenju:

Umjetnost rasvjete: Sve što trebate znati o LED rasvjetnim trakama

Kako ugraditi LED trake za osvjetljenje namještaja ili interijera?

[VODIČ] Sve o izvorima napajanja LED rasvjetnih traka

Kako upravljati razinom i bojom svjetla LED trake? Donosimo primjere shema

LED traka daje liniju svjetlosti i s njome se osvjetljava i ukrašava prostor. Postave li se LED elementi ne samo u jednu liniju već u paralelne linije, dobiva se LED polje. LED poljem se može ostvariti ravnomjerno osvijetljena ploha gotovo proizvoljnih izmjera, bez bliještanja i bez primjećivanja točkastih izvora svjetlosti, tj. LED elemenata.

Izvedba LED polja

Na tipičnom LED polju na slici 1. se može uočiti 8 crveno označenih karakterističnih mjesta i izmjera. LED polje se izvodi kao savitljiva samoljepiva naljepnica duljine 666 mm (izmjera 6) i 75 mm širine (izmjera 3). Tipično LED polje se sastoji od 10 jednakih režnjeva duljine 66 mm (izmjera 4). Na prijelazu režnjeva – mjesto označeno simbolom škara) LED polje se može razrezati i tako prilagoditi na željenu duljinu. LED polje se lijepi na montažnu metalnu ploču tako da LED elementi budu ravnomjerno raspoređeni. Između LED polja ostavlja se razmak 25 mm (izmjera 1) i pri tome se dobiva mreža ravnomjerno raspoređenih LED elemenata s razmakom 33 mm (izmjera 2).

Montaža LED polja

Ugradna dubina LED polja je minimalno 50mm. Iskustvom se došlo do spoznaje da uz ugradnu dubinu manju od 50 mm postaje primjetan nepoželjni točkasti karakter svjetla zbog razmještaja LED elemenata i unatoč specijalnom platnu postavljenom preko LED polja. Metalna montažna ploča za prihvat LED polja ima bijela plastičnu stranu koja služi istovremeno i kao izolator i kao reflektor. Polje se okružuje profilom koji će dati potreban prihvat za odgovarajuće svjetlo-propusno platno, slika 2. Platno se izvodi po mjeri i ima gumeni rub koji ulazi u noseći profil. Platno može biti bijelo ili otisnuto s motivom po želji. Treba biti posebno oprezan pri samostalnom izboru platna (dakle pri odustajanju od kupnje preporučenog platna) kako uz platno po vlastitom izboru ne bi postao primjetan točkasti karakter LED polja!

Izvedbe LED polja

Pri razvoju LED polja pošlo se od neke prosječne potrebe za razinom rasvijetljenosti od 500 lx uz montažu izvora svjetla na 2,5 do 3 m visine. To daje potrebu za svjetlosnim tokom od 8.000 lm/m2 što se ostvaruje sa 7 W snagom LED polja, odnosno 14 W snagom LED polja ako se koriste višebojni LED elementi. Moguće su sljedeće izvedbe LED polja, slika 3:

• jednobojno bijelo polje u šest inačica bijele boje
• dvobojno bijelo polje s dvije inačice bijele boje
• trobojno polje s trobojnim RGB LED elementima
• četverobojno polje s RGB i bijelim LED elementima.

Električno spajanje LED polja

Za 1 m duljine rasvjetne plohe potrebno je spojiti točno 1,5 LED polja (666 mm + 333 mm). Uz razmak od 25 mm potrebno je točno 10 redova LED polja za 1 m širine rasvjetne plohe. Konačno, za 1 m2 LED polja potrebno je spojiti 15 LED polja. Razmaci između LED polja koriste se za vođenje spojnih kabela LED polja se električki povezuju lemljenjem u smjeru dužine. Dva LED polja se povezuju lemljenjem u smjeru širine s posebnom spojnom trakom uz jedan spoj po polju i uz razmak polja od 25 mm, slika 4. U smjeru duljine smije se lemljenjem povezati najviše 10 LED polja. Za napajanje LED polja po svakoj boji mora se zalemiti najmanje jedan spojni kabel. Ako ima više od 20 polja onda je potrebno zalemiti jedan vod za napajanje na svakih 20 polja. U višebojnim poljima moguće je naravno upravljati razinom svake boje.

Napajanje LED polja

Za izvor napajanja LED polja je potrebno osigurati naponski izvor 24 VDC. Potrebna snaga izvora je navedena uz svaki tip LED polja. Potrebno je zbrojiti snage svih LED polja spojenih na jedan 24 V DC izvor i prema toj snazi izabrati izvor. Snaga izvora se određuje kao i za LED trake, tj. izvor se pri punom opterećenju LED poljima ne smije opteretiti s više od 75% svoje snage. Polja koja su napajana iz dva zasebna izvora moraju biti i galvanski odvojena, dakle nije dozvoljeno spajati polja priključena na različite izvore (niti u smjeru duljine, niti u smjeru širine) jer time se spajaju izvori u paralelu! Stupanj zaštite LED polja je IP20. Nekoliko primjera realiziranih izvora svjetla s LED poljima je na slici 5.

LED rasvjetni lanci

LED trakama se postižu pravci svjetla, a ako se želi promijeniti pravac LED traka se mora razrezati i lemljenjem spojnih vodiča ponovno spojiti. Posebno je nezgodno ako se pravac željenog osvjetljenja mijenja nekoliko puta. Stoga je osmišljen LED lanac koji može vrlo lako mijenjati smjer postavljanja LED elemenata u prostoru. Razina slobode postavljanja LED lanca je gotovo ista kao pri postavljanju žaruljica na novogodišnju jelku! LED lanac sa slike 6. se sastoji od 20 pojedinačnih modula međusobno povezanih vodičima duljine 12,5 cm i presjeka 0,5mm2. Na svakom kraju lanca su priključni vodiči duljine 0,5m. Svaki modul ima na pozadini dvostruko ljepljivu foliju koja olakšava montažu modula, ali i provrt kroz sredinu modula tako da je moguće i pričvršćenje vijkom. LED lanac može biti skraćen tj. završen nakon svakog modula. Moduli su izvedeni u IP67 stupnju zaštite pa skraćivanje treba izvesti pažljivo i s odgovarajućim priborom da se spriječi nastajanje kratkog spoja ili prodor vlage u modul.

Napajanje i izvedbe LED lanaca

Uslijed pada napona na 3,4m dugom lancu, može se spojiti u seriju na izvor 24 V DC ukupno 3 lanca (60 modula). Ako je potrebna veća duljina, tada se lanci spajaju u paralelu na jedan izvor ili svaka skupina od 3 lanca na svoj izvor, sve ovisno o fizičkom rasporedu i potrebnoj, tj. raspoloživoj snazi izvora. Po modulu je potrebno 0,65 W odnosno 12,5 W po lancu, a sve pri razini 24 VDC. Potrebno je voditi računa o presjeku i duljini kabela od samog izvora pa do LED lanca. Vrijede ista pravila i tablice već objašnjenje za LED trake. Kao i za LED trake postoji 6 izvedbi LED lanaca prema temperaturi bijele boje, slika 7. Jedan modul daje približno 50 lm svjetlosnog toka. Kako se LED lanci najčešće primjenjuju kao ukrasna rasvjeta važan je visoki faktor uzvrata boje (CRI > 90). Kao i za LED trake postoji 6 izvedbi LED lanaca prema temperaturi bijele boje, slika 7. Jedan modul daje približno 50 lm svjetlosnog toka. Kako se LED lanci najčešće primjenjuju kao ukrasna rasvjeta važan je visoki faktor uzvrata boje (CRI > 90).

LED rasvjetne pločice

LED rasvjetne pločice su možda najsličnije LED rasvjetnim trakama. LED pločice su osmišljene za izradu rasvjetnih tijela smještanjem u odgovarajuće noseće aluminijske profile. Primjer LED pločice prikazan je na slici 8. LED pločica se sastoji od 4 modula svaki po 140 mm. LED pločica se može skratiti na svakom modulu, a mjesto kraćenja je obilježeno simbolom škara. LED pločica je s gornje strane obojana u bijelo, dok je s donje strane zalijepljena obostrano ljepljiva traka koja služi i kao izolator i za montažu u noseći profil. Prilikom rezanja na odrezanim mjestima su otvoreni kontakti koji se moraju osigurati i od kratkog spoja i spoja s ostalim konstrukcijskim okolnim metalnim dijelovima.

Napajanje i izvedbe LED pločica

LED pločice se napajaju iz strujnog izvora za razliku od LED traka, LED lanaca i LED polja koje se sve napajaju iz naponskih izvora. U tom smislu moduli LED pločice se spajaju paralelno na strujni izvor. Najviša struja koju smije dobiti jedan modul je 150mA. U jednom modulu je 10 LED elemenata spojenih u seriju i stoga napon strujnog izvora mora biti najmanje 30 VDC. Priključno mjesto na LED pločici je za izolirani vodič do 0,75mm2. Za rasvjetno tijelo duljine 1 m potrebno je 7 modula po 140 mm (7 x 140 = 980 mm) i svih 7 modula mora biti spojeno na strujni izvor što rezultira najvišom dozvoljenom strujom izvora od 7 x 150 mA = 1050 mA. Ako nije potreban maksimalni svjetlosni tok, tada se on može smanjiti smanjenjem struje kroz modul i to sve do 15 mA po modulu. Vrlo je važno da po modulu struja nikada ne prelazi 150 mA. Veće struje mogu nepovratno uništiti LED elemente modula LED pločica. Prema snazi LED pločica izabire se i odgovarajući noseći metalni profil koji mora osigurati dostatno odvođenje topline. Uslijed napajanja LED modula izvorom konstantne struje i spoja svih režnjeva uvijek u paralelu, napon na pločicama je bezopasan u smislu izravnog ili neizravnog doticanja dijelova LED pločice pod naponom.

LED pločice se proizvode u 4 izvedbe prema temperaturi boje LED elementa, slika 9. Uz potrošnju od 600mA / pločici (tj. 150 mA po modulu pločice) proizvodi se u dvije najčešće snage: 18,5 W/pločici (33W/m) i 25,5 W/pločici (45,5 W/m). Pri tome se za te dvije snage pločice ostvaruje svjetlosni tok, CRI faktor i efikasnost, primjerice za temperaturu boje LED elementa od 3500 Kelvina, kako slijedi:

2000 lm/pločici – 5580 lm/m, CRI > 90, 112 lm/W (za pločicu snage 18,5 W)

2830 lm/pločici – 5050 lm/m, CRI >90, 113 lm/W ( za pločicu snage 25,5 W)

Zašto LED pločice

Zahvaljujući tehnologiji napajanja LED modula s LED elementima konstantnom strujom pri manjim strujama povećava se efikasnost svjetlosnog izvora, tj izvor daje veći svjetlosni tok izražen u lumenima po watu utrošene snage. Primjerice uz 150 mA po modulu izvor ima efikasnost od 130 lm/W, a uz 75 mA po modulu efikasnost izvora je 152 lm/W. LED pločice napajane strujnim izvorom učinkovitije pretvaraju električnu energiju u svjetlost od LED traka napajanih naponskim izvorom. Ovo je i osnovni kriterij izbora LED pločica ili LED traka. LED trake u većini slučajeva služe za rasvjetu za stvaranje ugođaja ili pojačavanje estetskog doživljaja prostora i često nije bitna efikasnost izvora svjetla. No za rasvjetno tijelo osnovne rasvjete koje svijetli dugotrajno u smislu trajne potrošnje i podrške radnog procesa ili ljudskog bivanja u prostoru, efikasnost izvora svjetla je odlučujuća i umjesto LED traka primijenit će se LED pločice. Smanjenje struje kroz modul pozitivno djeluje i na životni vijek LED pločica.

Izrada rasvjetnog tijela s LED pločicama

Pri projektiranju se kreće od izbora temperature boje bijelog svjetla (od 4 moguće) i potom se izabire snaga pločice, zapravo ostvarivi svjetlosni tok. Potom se određuje potreban izvor iz preporučene palete izvora konkretne LED pločice, slika 10. Često se projektira tako da LED pločica svjetlo-tehnički zadovolji s približno 70% nazivne struje modula. I na tu struju se podesi strujni izvor postavljanjem odgovarajućeg preciznog otpornika na za to predviđene priključke izvora.

No dobro je izabrati izvor tako da može trajno dati i 110% pune nazivne struje svih modula. Zašto? Ako uz 70% struje rasvijetljenost bude premala, tada se bez mijenjanja LED pločice ili izvora može promjenom otpornika za podešavanje struje povisiti na izvoru struju do pune nazivne struje LED pločice, a pri čemu izvor još uvijek neće biti preopterećen! U strujnom izvoru izlazna struja izvora kojom se napaja LED pločica se može smanjiti i radi povišenja efikasnosti rasvjetnog tijela. Strujni izvor uobičajeno mora biti zaštićen od kratkog spoja na izlazu, preopterećenja, prekotemperature kao i od rada uz otvoreni izlaz. Na LED pločici se nalaze se brojni provrti koji odgovaraju većini strujnih izvora na tržištu, tako da je lako međusobno povezivanje izvora i LED pločice.

Pri stvaranju rasvjetnog tijela koriste se tipski noseći profili i pribor primjerice dodatni nosač LED pločice, prozirni ili opal pokrov raznih oblika, mikroprizmatični uložak, krajnji poklopci profila, montažni ovjesni pribor, pribor za ugradnju u šuplji strop/zid i sl., slika 11.

Zaključak

LED poljem se ostvaruje ravnomjerno osvijetljena ploha koja svijetli bez bliještanja i bez primjećivanja točkastih izvora svjetlosti. Ako je željena linija osvjetljenja izlomljena zbog praćenja nekog nepravilnog tijela koje se osvjetljava, tada će se umjesto LED trake primijeniti LED lanci. Ako rasvjetno tijelo nije samo dekorativno već je u funkciji osnovne rasvjete prostora, tada je izuzetno važna efikasnost izvora svjetla. Za efikasnu linijsku rasvjetu umjesto LED trake napajane naponskim izvorom ugradit će se LED pločice napajane strujnim izvorom.

Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected].