Modernizacja oświetlenia w kuchni podyktowana była potrzebą uzyskania większej ilości światła. W przypadku małej łazienki oświetlenie było bez zarzutu. Górne, przyjemne światło halogenowe, więcej niż wystarczająca ilość światła, jedne z najbardziej trwałych źródeł światła (halogeny w oprawach MR16) - czy można wymagać coś więcej? Wbrew rozsądkowi postanowiłem wymienić posiadane halogeny na LED'y...
Stan początkowy: w suficie miałem zamontowane trzy oprawy do halogenów MR16 po 20W każdy, zasilane transformatorem toroidalnym. Po bokach lustra miałem oryginalnie zainstalowane żarówki 40W, które kilka lat temu wymieniłem na 11W świetlówki kompaktowe, o przyjemnym świetle i szybkim czasie osiągania pełnej mocy.
Ten wpis przeznaczony jest dla internautów, które świadomie wykonują oświetlenie LED. Nie jest natomiast przeznaczony dla osób, które instalację oświetlenia LED ograniczają do wymiany żarówki na lampę LED. Dlatego jest rozbudowany i zawiera dużą ilość informacji, które mogą okazać się pomocne przy tworzeniu własnego oświetlenia. Trwałego oświetlenia.
***
Pierwszym etapem była wymiana świetlówek znajdujących się po bokach lustra na lampy:
Ta wymiana bardzo mi się spodobała - była bardzo prosta... Do tego świtało zachwyciło mnie swoją jakością.
Pomiar ilości światła:
Punkt pomiarowy - Świetlówka - LED Filament
nr. 1 - 240lux - 120lux
nr. 2 - 60lux - 50lux
nr. 3 - 53lux - 34lux
Choć z pomiarów to nie wynika, to wrażenie jest takie, jak by nowe lampy dawały
więcej światła. Zapewne chodzi z inne widmo nowych lamp.
Zysk energetyczny też został osiągnięty: zamiast dwóch świetlówek po 11W każda, mam zainstalowane dwie lampy LED po 4W każda:
Tak więc w łazience mamy dwa, a właściwie prawie trzy niezależna źródła światła:
- Oświetlenie górne.
- Oświetlenie lustra, lewa lampa LED.
- Oświetlenie lustra, prawa lampa LED.
(lampy oświetlenia lustra mają wspólny włącznik)
Dzięki temu pojedyncza awaria nie pozbawi nas oświetlenia w tym pomieszczeniu.
Ja wygląda od strony finansowej zamiana jednego energooszczędnego źródła światła na inne lampy, też energooszczędne?
Zakładam całkowity koszt kWh na 0,65zł.
22W = 0,0143zł/godzinę - koszt pracy przez godzinę dwóch 11W lamp CFL
8W = 0,0052zł/godzinę - koszt pracy przez godzinę dwóch 4W lamp LED
Różnica wynosi 0,0091zł/godzinę.
Przy cenie zakupu wynoszącej około 40zł (nie licząc kilkunastu zł za przesyłkę) za dwie sztuki lamp LED ta mikro inwestycja zwróci się po około 4396 godzinach. Uwzględniając miejsce gdzie zostały zainstalowane nowe lampy (czas ich użytkowania w ciągu dnia) to nieprecyzyjnie napisałem:
zwróci się. Ten zakup nigdy sie nie zwróci. Dodrze, że chociaż fajnie wygląda.
***
Następnie wymieniłem wszystkie włączniki światła w domu. Lampy, w których znajduje się elektronika (przetwornice) nie posiadają zabezpieczeń przeciwprzepięciowych. W oprawie z gwintem E14, czy E27, nie ma nawet specjalnie miejsca by swobodnie wykonać takie zabezpieczenie. Dlatego
dla trwałości nowych lamp ważne jest by włączniki oświetlenia nadmiernie nie iskrzyły i działały z wyraźnym, pewnym przeskokiem.
Włączniki światła jest niedocenianym elementem instalacji elektrycznej. Przy zakupie sprawdza się np. ile cykli włącz/wyłącz wytrzyma żarówka czy lampa:
Ile cykli wytrzyma włącznik oświetlenia? Moje w mieszkaniu po ponad 10 latach eksploatacji zaczęły wykazywać oznaki zużycia.
***
Kolejny etap nie był już tak banalnie prosty. Trzy górne źródła światła wymagały więcej uwagi. Spędziłem godziny poszukując gotowych opraw, lub części, z których mógł bym złożyć odpowiednie źródło światła. Przestałem zwracać nawet uwagę na ceny. Nie znalazłem żadnego rozwiązania, które spełniało by moje warunki. Nawet, gdy cena pojedynczego punktu światła przekraczała 200zł to i tak zawsze były jakieś braki. Gdy towar jest tani rozumiem występowanie pewnych niedostatków, jednak gdy cena jest wysoka, chciał bym otrzymać adekwatną jakość.
Najlepszy efekt uzyskał bym stosując radiator z miedzianym rdzeniem o takiej długości, by przez podwieszany sufit, przy zastosowaniu kolimatora o danej wysokości(grubości) i kącie skupienia światła, nie wystawał za bardo, ani nie był zbytnio schowany. Do tego jakaś maskownica zapewniająca wygląd i ochronę przed wilgocią. Oczywiście gotowy moduł z diodą - nie lubię lutować diod do podłoża z miedzi - o odpowiednio wysokim CRI i nie COB... Logistycznie masakra. Jak pasował radiator to należało go przedłużyć (spawając?) dociętym walcem miedzianym; jak pasował kolimator, to diody do niego miały nieodpowiedni współczynnik oddania barw; jak dioda miała odpowiednią moc i CRI to była typu COB; jak CRI pasowało to moc nie, itp... Nie mam po prostu czasu na takie zabawy (budowę lamy od podstaw).
W końcu jednak znalazłem rozwiązanie. Nie kompletne źródło światła, ale gotową obudowę pozwalająca rozproszyć około 5W mocy o przyzwoitym wyglądzie. Do tego nie musiałem powiększać otworów w suficie - trochę pracy mniej.
Dostosowanie tych obudów, modułów z diodami, przygotowanie zasilania zajęło mi kilka wieczorów. Zdecydowanie za dużo czasu to mnie kosztowało. Z efektu jestem zadowolony, ale zapamiętałem to jako czasochłonną modyfikację.
*
Do testów kupiłem dwa typy lamp: pierwsza o mocy 5W a druga o mocy 7W. Kompletne zamienniki halogenów montowanych w suficie podwieszanym. Obudowa, LED'y, przetwornica (osobna na każdą lampę). Cena taka, że powstaje pytanie jak to się komukolwiek opłaca produkować?
Jakość? Zadziwiająco dobra. Radiator o odpowiedniej wielkości, metalowy odbłyśnik, również działający jak radiator, przyzwoite wykonanie. Zastrzeżenia mam do jakości montażu, użytych śrubek i przetwornic, ale elementy te zostały wyprodukowane zapewne dokładnie wg. wymagań cenowych zamawiającego. Generalnie znalazłem przyzwoitą bazę do budowy mojego oświetlenia.
Przetwornice usunąłem natychmiast. W tej cenie cudów się nie spodziewałem, choć skuteczność przetwornicy 5W wynosi więc 88%. Warto zapoznać się z ich pracą tu:
Lampa 7W:
Test tej lampy pokazał, że ma zbyt punktowe światło, jak na moje potrzeby. Zaprezentuje jednak jej zdjęcia - dla mnie i dla innych osób. Jeżeli zajedzie potrzeba zastosowania punktowego oświetlenia ten materiał może okazać się pomocny.
*
Przygotowanie oświetlenia górnego do łazienki rozpocząłem od wykonania "kondycjonera" do zasilania transformatora. Standardowa konstrukcja, wykorzystana np. tu:
Oświetlenie LED w kuchni
Zastosowałem bezpiecznik 1A, który zamienię na bezpiecznik zwłoczny, zapewne 1A lub 630mA. Konkretna wartość wyniknie z zastosowanego termistora i charakterystyki użytego bezpiecznika. Ten element, wraz z wyłącznikiem nadmiarowoprądowym B6A w rozdzielni elektrycznej, stanowi zabezpieczenie. Standardowo w domu takie transformatory są zabezpieczane wyłącznikiem nadmiarowoprądowym B16A.
Do tego termistor rozruchowy w celu ograniczenia prądu włączenia, który jest zależny od stanu naładowania kondensatorów (za mostkiem), pojemności kondensatorów, składników impedancji transformatora, pozostałości magnetycznej i konstrukcji transformatora, oporności prostownika oraz od fazy załączanego napięcia.
Dwójnik zapewni łagodzenie stromych zboczy przepięć. Będzie też eliminowanie pozostałości magnetycznej transformatora, co zmniejszy prąd jego włączenia. W dwójniku zastosowałem kondensator X2, oraz rezystor pełnowęglowy (taka konstrukcja zapewnia odporność na przeciążenia).
Warystor zabezpieczy tylko przed największymi przepięciami.
Dużo teorii i tylko kilka elementów:
Uzwojenie wtórne transformatora odwijałem, by uzyskać właściwe napięcie. Transformator podczas testów, jeszcze bez równomiernie rozłożonego uzwojenia wtórnego i i jego zabezpieczenia mechanicznego.
*
Prostownik z filtrem:
Proszę nie przywiązywać wagi do oznaczeń elementów - chodziło mi o poglądowy schemat, nie robiłem z tego płytki.
Po stronie wtórnej transformatora na wejściu układu oczywiście bezpiecznik. Następnie kondensator stanowiący z uzwojeniem wtórnym filtr dolnoprzepustowy. Warystor zabezpieczy przed skokami napięcia mogącymi uszkodzić diody prostownicze. Następnie prostownik na diodach Schottkiego. Diody te dostosowane są do potężnego prądu i dużego napięcia. Nie muszę jednak na tym elemencie oszczędzić kilka złotych, by martwić się, czy jakiś udar prądu przy włączeniu, lub błąd przy montażu opraw, je uszkodzi - należy pamiętać też o dużej pojemności kondensatorów za mostkiem. Te elementy są mocno nadmiarowe, ale konstrukcja ma być pancerna i przez to ma działać jak najdłużej. Te diody w tym zastosowaniu nie wymagają radiatora.
Ponieważ zawodowo zajmuje się również dostarczaniem rozwiązań o wysokiej niezawodności, to na wszystko patrzę przez pryzmat czasochłonności i trwałości. Jakość jest dla mnie bardzo ważna. Uważam, że w uzasadnionych przypadkach warto poświęcić więcej czasu i/lub pieniędzy by uzyskać rozwiązanie, które nie będzie wymagać uwagi w przyszłości.
Za mostkiem prostowniczym umieszczona jest dioda Zenera o dużej mocy, wraz z rezystorem ograniczającym maksymalny prąd do wartości znamionowej mocy diody. W ten sposób zrealizowałem ciągłe zabezpieczenie diod elektroluminescencyjnych, zarówno przed odwrotna polaryzacją, jak i przed nadmiernym wzrostem napięcia - co skutkowało by nadmierną mocą wydzielana przez diody i ich zniszczeniem.
Zastosowana pojemność kondensatorów wynika z pomiarów przeprowadzonych tu:
Zostawiłem na płytce miejsce zapasowe dla jeszcze dwóch kondensatorów. Pomiędzy kondensatorami umieszczona jest cewka nawinięta drutem o przekroju zakładającym gęstość prądu na poziomi 3A. W ten sposób powstał filtr π, oraz uzyskałem ograniczenie prądu ładowania kondensatorów. Kondensatory ceramiczne służą jako elementy odkłócające.
Wykonany prostownik z filtrem i zabezpieczeniami.
*
Moduł z diodami 5730 wykonany jest tak, że są równolegle połączone dwa szeregi diod. W każdym szeregu po 5 LED'ów. Jest to najprostszy przepis na krótkie działanie takiego modułu - taka jest teoria. W praktyce można się spotkać z takimi konstrukcjami:
Jak widać równolegle połączone diody działają - jak pisze autor - już dwa lata.
Zasilając diody małym prądem uzyskałem poniższe rezultaty. Aparat za bardzo wyrównał poziomy - w rzeczywistości różnice są bardzo widoczne - można jednak dostrzec, że dioda skrajnie lewa i górna od prawej strony świecą słabiej.
Na tym zdjęciu widoczna jest jedna dioda świecąca dużo słabiej i jedna świecąca odrobinę słabiej niż inne. Zapewne pierwsze ulegną uszkodzeniu.
Zgodnie z uzyskanymi powyżej wynikami postanowiłem szeregowo połączyć diody, tak jak stanowi teoria. W tym celu musiałem zmodyfikować moduł. Przerywając ścieżki i doprowadzając cztery przewody uzyskałem dwa niezależne szeregi LED'ów, po 5 sztuk w każdym.
*
Ponieważ diody 5730 nie zachwycają odwzorowaniem kolorów, szczególnie przy współpracy z mleczną obudową postanowiłem się złamać i wypróbować diody COB.
Diody COB i 5730, które od razu kupiłem jako zapasowe.
Diody wewnątrz modułu połączone są: 2B5C, czyli tak samo jak na płytce z powyżej opisywanej lampy 5W.
Moduł zasilony małym prądem doskonale ujawnia swoja konstrukcję.
Napięcie przewodzenia.
Napięcie i prąd (prawie) nominalny.
Ponieważ ich światło niczym nie zachwyciło, a budowa wewnętrzna budzi wątpliwości, czy ten element będzie trwały, to diody COB znalazły swoje miejsce w szufladce.
*
Przed przykręceniem radiatora w celu lepszego kontaktu termicznego użyłem pasty termoprzewodzącej. Producent też ją stosuje w tym miejscu - ja tylko nałożyłem ją staranniej i w większej ilości.
Również do połączenia modułu z LED z odbłyśnikiem zastosowałem większą ilość pasty termoprzewodzącej, szczególnie, że odbłyśnik nie jest idealnie równy. Problemy z powyginaną blachą występują szczególnie przy otworach na śruby. Pasta składa się z mieszaniny pasty zwykłej i z dodatkiem srebra. Widać też z jak miękkiego materiały wykonane są śruby.
Poniżej widać jak pasta nałożona jest przez producenta:
*
Użyłem 2-watowych radzieckich (CCCP) rezystorów z 1983 roku. Są odporne na przeciążenia, a użycie dwóch rezystorów połączonych równolegle zabezpiecza przed awarią. Gdyby zawiódł jeden z rezystorów to dany szereg diod nie przestanie świecić, tylko zmniejszy swoja jasność. Również korzystne jest rozłożenie rozpraszanej mocy na dwa rezystory. Poniżej zdjecie podczas testów:
*
Gdy uznałem, że uzwojenie wtórne transformatora i wartość rezystorów dobrałem w sposób właściwy przeprowadziłem testy. Poniżej widać wartości (od lewej):
- spadek napięcia na rezystorze jednym z sześciu szeregów LED
- napięcie zasilające diody
- natężenie prądu zasilającego jeden z sześciu szeregów LED
- napięcie sieci elektrycznej
Pomiary w chwili włączenia:
Pomiary po upływie 10 minut:
Pomiary po upływie 20 minut. Analogiczne wyniki uzyskałem po 30, 40 i 50 minutach.
Na rezystorach ograniczających natężenie prądu dla pojedynczego szeregu LED'ów wystąpił spadek napięcia wynoszący 0,8627V przy przepływie 0,14476A. Oznacza to, że na dwóch równolegle połączonych rezystorach zasilających jeden szereg LED'ów wydziela się moc 0,13W. Przy sześciu szeregach straty na wszystkich rezystorach wynoszą 6*0,13W=0,78W
Zmiana napięcia zasilającego z 228,1V na 225,6V (=2,5V) przełożyła się na zmianę napięcia zasilajacego LED z 16,5103V na 16,3587V (=0,1516V). Zmiana natężenia prądu zasilającego LED wyniosła 8,807mA.
Temperatura radiatora po 40 minutach wyniosła:
Wykonałem też pomiary, które obrazują zmiany natęzenia prądu zasilajacego LED'y w czasie:
W widocznej skali wahania natężenia są minimalne. Pomiar wykonywany raz na sekundę.
Oscylogram pokazujący chwile włączenia zasilania. Oscylogram pokazuje napięcie zasilające LED'y:
Jak widać diody nie zostają zasilone prądem udarowym.
Bardziej szczegółowy oscylogram chwili włączenia:
Można też zaobserwować tętnienia napięcia zasilajacego.
Moc pobierana przez LED'y:
Całkowita moc pobierana przez cały układ zasilający LED'y:
Z powyższych pomiarów wynika, że sprawność całego układu wynosi 84%.
Trzy gotowe moduły z zaizolowanymi rezystorami.
Przygotowany transformator:
Pomiar ilości światła:
Punkt pomiarowy - halogeny - LED'y
nr . 1 - 494lux - 135lux
nr . 2 - 582lux - 142lux
nr . 3 - 260lux - 60lux
nr . 4 - 556lux - 110lux
nr . 5 - 220lux - 64lux
nr . 6 - 307lux - 65lux
12W z lamp LED w porównaniu do 60W z halogenów. Pomiar pokazał znacznie mniejszą ilość światła. Naocznie stwierdzamy z żoną, że jest jaśniej. O co chodzi? Halogeny miały odbłyśniki kierujące światło w dół, a LED'y rozpraszają światło. Zastosowane oprawy do LED nie mają kolimatorów, a dodatkowo zabezpieczone są mleczna "szybką".
Dlatego pomiar światła w punktach na podłodze, przy brodziku, czy na umywalce pokazał różnicę w ilości światła. Do punktów pomiarowych dociera mniej światła, ale łazienka jest oświetlona bardziej równomiernie. Oświetlenie halogenami było bardziej kontrastowe, dawało miejsca bardzo jasno oświetlone i takie, gdzie występował wyraźny cień.
Halogeny powinny dawać:
300lm x 3szt. około 900lm
Lampy LED wg. sprzedawców powinny osiągnąć:
480lm-500lm x 3szt, co daje około 1500lm
Wg. not katalogowych zastosowane diody 5730 dają od 45lm do 60lm. Nie wiem, które diody zastosowano. Przyjmując jednak:
50lm x 3 oprawy x 10diod = 1500lm
Przyjmując minimalna wartość 100lm/W - a diody 5740 mają od 100lm/W do 140lm/W - otrzymamy 1200lm, przy zmierzonych 12W.
Aparat fotograficzny skierowany na lampy przekłamał barwy, dlatego proszę nie zwracać uwagi na nieprawdziwe, żółte zabarwienie.
Niestety, niski współczynnik CRI diod 5730 wpływa na jakość oświetlenia. W połączeniu z mlecznymi osłonami lamp oddanie barw jest dla mnie mało komfortowe i takiego oświetlenie nie zamontował bym przy lustrze, gdzie kobieta wykonuje makijaż.
Sytuacje zmieniło by zastosowanie w środkowej oprawie diody o CRI RA>90. Tylko, że życzenia sobie, a życie sobie. Jak już pisałem, nie mogłem kupić pasującej (lub pasujących) diod elektroluminescencyjnych o odpowiednim CRI. Na szczęście w łazience mam też lampy dające bardzo ciepłe światło:
Ponownie połączenie światłą zimnego (o niskim CRI) i światła ciepłego (o wysokim CRI) dało rewelacyjne światło. Nadmienię tylko, że CRI nie jest połączone w barwą światła - tu akurat tak wyszło.
Ekonomia takiego rozwiązania: nie wiem czy jest. Wykonałem to, ponieważ chciałem to zrobić. W dużej łazience zastosuje te same oprawy (dziewięć punktów światłą), tylko zamontuję w nich diody o CRI RA>90.
Wnioski:
1) Trzeba myśleć i liczyć. Może okazać się, że instalacja oświetlenia LED nie przyniesie oszczędności, a może pogorszyć jakość światła. Jeżeli kupimy awaryjne elementy to oszczędności poczynione na zużyciu energii elektrycznej wydamy (z nawiązką) na nowe "żarówki LED".
2) Nie należy oczekiwać, że "żarówka LED" kupiona za 20zł będzie mieć:
- Dobre odwzorowanie barw.
- Będzie mieć przyjemną, nie siną, barwę światła.
- Będzie trwała.
- Nie będzie migotać (np.: jak zwykła świetlówka rurowa).
Oczywiście można trafić na wyjątki.
***
Update: 2015.02.28
Create: 2015.01.20
