LED budućnost?

Pre nekoliko godina, kada su se LED sijalice renomiranih proizvođača prvi put pojavile na tržištu, na njihovim pakovanjima pominjan je vek trajanja 50.000 ili čak 100.000 radnih časova. Malo kasnije, na rafovima su se pojavile sijalice sa deklarisanim trajanjem od 25.000 do 30.000 radnih časova, a danas se u prodavnicama sve češće pronalaze sijalice sa deklarisanim vekom trajanja od 15.000, pa čak i od samo 7.500 radnih časova.

Logično bi bilo da je situacija obrnuta – novije tehnologije trebalo bi da obezbede duži vek trajanja sijalice. Ili nije tako? Situacija nije jednostavna. Možda su se proizvođači u početku „preračunali“ i bili previše optimistični kada je trajnost LED tehnologije u pitanju. Možda na smanjenje veka trajanja ima uticaja i to što je današnja cena LED sijalica 10 puta niža nego pre pet ili šest godina. A možda je to bio samo marketinški potez proizvođača LED sijalica koji su pokušali da privuku kupce proizvodu koji je u tom trenutku bio 20 do 30 puta skuplji od klasične sijalice sa užarenom niti.

Monopolsko ponašanje

Da bismo bolje razumeli šta se desilo s LED sijalicama, moramo da se vratimo skoro u prošlost. Godine 1924. najveći proizvođači sijalica oformili su internacionalnu organizaciju nazvanu Phoebus kartel. Kartel je raspodelio tržišta kompanijama-članicama kako bi se izbegla konkurencija, a odlučio je i da se ograniči proizvodnja i skrati životni vek sijalica na 1.000 radnih časova. Na taj radni vek su i danas deklarisane sijalice sa užarenim vlaknima (i dalje ih ima u prodaji). Pre ove odluke, prosečan životni vek sijalica bio je 1.500 do 2.500 radnih časova. Rezultat je bio udvostručena prodaja sijalica, što je i logično kada se zna da su one trajale upola u odnosu na period pre osnivanja Phoebus kartela. Sve to je dovelo do znatnog povećanja zarade kompanija koje su se nalazile u kartelu.

Dokumenta koja su ostala iz tog perioda ukazuju da su utrošena značajna sredstva na istraživanja kako da se efikasno smanji broj radnih sati na maksimalnih 1.000. Iz tih dokumenata se vidi da je proces smanjivanja životnog veka sijalica bio sveobuhvatan. Osim kućnih sijalica, istraživano je kako da se smanji i vreme trajanja sijalica u baterijskim lampama, s tri seta baterija na dva seta, a predlog je bio da sijalice traju koliko samo jedan set baterija u lampi.

Kao izgovor za to, kompanije su tvrdile da je uzrok smanjenja trajanja sijalica povećanje njihove efikasnosti (daju više svetlosti). Ipak, pokazalo se da je smanjenjem veka trajanja efikasnost sijalica povećana samo za 11 odsto do 16 odsto, dok je njihova prodaja udvostručena. Drugim rečima, jasno je pokazano da je ovde reč bila samo o prodaji više sijalica i zarađivanju više novca.

Kartel je uspevao da održi proizvodne kvote i smanjeni životni vek sijalica, uvodeći velike novčane kazne za „neposlušne“ kompanije, ali i „ucenama“ – zabranom upotrebe General Electric patenata na kojima su zasnovane sijalice sa užarenim vlaknima. Sijalice svih proizvođača redovno su testirane, a kažnjavan je svaki proizvođač čije su sijalice trajale znatno kraće ili duže od propisanih 1.000 časova. Ovaj kartel imao je ogroman uticaj na globalno tržište sijalica sve do Drugog svetskog rata.

Na pravnim fakultetima širom sveta Phoebus kartel se navodi kao jedan od prvih slučajeva monopolskog ponašanja i planiranog projektovanja proizvoda s namerom da traju kraće nego što bi tehnologija to mogla da podnese. Možemo da kažemo da je ovaj kartel postao rodonačelnik trenda koji je danas prisutan među gotovo svim proizvođačima – da veštačkim putem limitiraju vek trajanja proizvoda tako da se pokvari čim mu istekne garancija.

Životni vek sijalice?

Evo još jedne „zanimljivosti“, koja je osmišljena na štetu potrošača. Šta znači životni vek od, recimo, 1.000 časova rada? Logično bi bilo da kažemo kako sve sijalice mogu da izdrže toliki vek eksploatacije, uz određenu toleranciju +/- recimo 10 odsto ili 20 odsto vremena. Ali ne, to je pogrešno tumačenje ove oznake.

Za proizvođače, ova vrednost se odnosi na prosečni životni vek sijalica (Average Rated Life ili ARL), koji se izračunava na čudan način. Naime, taj podatak se odnosi na to da je dovoljno da samo pola testiranih sijalica doživi pomenutih 1000 časova rada (za to postoji oznaka B50). Drugim rečima, ako 50% + 1 sijalica doživi očekivan (projektovani) životni vek, čitava serija sijalica može se deklarisati kao ispravna. Definicija B50 u stvari znači da je garantovano da će samo polovina od proizvedenih sijalica izdržati deklarisani radni vek, što u praksi znači da je stvarni prosečni životni vek sijalica uvek znatno kraći od deklarisanog.

Proizvođači koriste ove ARL vrednosti da predvide koliki će period trajati njihove sijalice, na osnovu dnevne upotrebe (obično se računa tri sata dnevno). Formula za izračunavanje glasila bi ARL/(3×365). Proračun za LED sijalice s početka teksta, koje su bile deklarisane na 100.000 radnih sati, pokazao bi da bi takve sijalice morale da rade čak 91 godinu.

Ova računica je pojednostavljena i ne odgovara stvarnosti, jer u obzir nisu uzeti mnogi drugi parametri. Na primer, LED sijalice imaju kompleksne elektronske sklopove koji imaju svoj vek trajanja, tako da se pomenuta formula može upotrebiti samo na sijalice sa užarenim vlaknima. Da bi se razumela tehnologija i metrika rada LED sijalica, moramo da vidimo kako one funkcionišu.

Unutrašnjost LED sijalice

LED diode su samo jedna od komponenti iz kojih se sastoje LED sijalice. Ove diode zahtevaju „čist“ strujni izvor jednosmerne struje, a znamo da se u našim domovima koristi naizmenična struja, koja je pri tome „zagađena“ raznim interferencijama (ispravni i neispravni usisivači u komšiluku, recimo). Da bi LED sijalica radila, mora da postoji sistem koji će ispraviti i filtrirati ulaznu naizmeničnu struju.

Ispod plastičnog kupastog vrha koji služi samo da nam vizuelno dočara uobičajeni izgled sijalice, nalazi se ploča s LED diodama, a ispod nje je smeštena elektronika. Ona podrazumeva ispravljač, kondenzatore, SMD otpornike i, po potrebi, metalne površine za lakši odvod toplote. Same LED diode su veoma efikasne i većinu energije troše na osvetljenje, pa se LED sijalice mogu držati u ruci tokom rada, ali elektronika koja stoji iza njih poprilično se zagreva. Zato je često potrebno da se obezbedi efikasan način hlađenja, naročito kada su u pitanju „jače“ sijalice. Zbog toga se takve sijalice obično prave s „ventilacionim otvorima“, sa aluminijumskim cilindrom za bolje hlađenje u kome je smeštena elektronika ili čak i s kombinacijom ova dva sistema.

Kod sijalica s dužim deklarisanim vekom trajanja, elektronika je termički odvojena od dela sa LED diodama. Time se ostatak sijalice štiti od prevelikog zagrevanja, pa im se samim tim i produžuje vek trajanja.

Najslabija karika

Pošto je sada jasno da LED sijalice čini više delova, možemo da se zapitamo koji od njih je najčešći uzrok otkazivanja. Životni vek sijalice ne može biti duži od životnog veka bilo koje njene komponente. US Department of Energy (DoE) obavila je obimna istraživanja na temu LED sijalica koja su pokazala da su samo u 10 odsto slučajeva kvarova „krivci“ LED diode.

Čak oko 60 odsto kvarova nastaje usled otkazivanja elektronike u sijalicama, dok su za preostalih 30 odsto kvarova odgovorni spoljni uticaji (loše napajanje iz mreže). Na osnovu ovih podataka može da se zaključi kako je za produženje radnog veka sijalica neophodno da se prvenstveno poboljša napajanje u LED sijalicama.

Među konkretnim komponentama izdvajaju se dve koje su najčešći uzroci otkazivanja rada LED sijalica. To su poluprovodnici i elektrolitički kondenzatori. Obe komponente su osetljive na temperaturu. Na njih se može primeniti Arenijusova jednačina, koja predviđa udvostručenje životnog veka za svako smanjenje radne temperature od 10 stepeni Celzijusa, u radnom opsegu tih komponenti. Drugim rečima, kvalitetnije komponente, kao što su recimo kondenzatori koji su otporniji na višu temperaturu, omogućavaju duži vek LED sijalice.

Kako LED pregoreva?

Kod sijalica sa užarenim staklenim vlaknima tačno se zna trenutak kada ona prestane da radi. To se obično desi prilikom paljenja, kada se uz zvuk pucanja prekine užareno vlakno i sijalica jednostavno više ne sija. Kod LED sijalica jedini kvar sa istim ishodom (sijalica ne sija), dešava se kada crkne neka komponenta u napajanju. Ali, kvar na LED diodama nikad nije tako ekstreman – one neće prestati da rade, već će postepeno smanjivati intenzitet osvetljenja tokom vremena. U industriji rasvete to je poznato kao amortizacija lumena i predstavlja potpuno drugačiji kvar od definitivnog prekida rada sijalice.

Ispostavilo se da i sijalice sa užarenom niti imaju isti efekat. Pri kraju njihovog životnog veka, ove sijalice tipično sijaju slabije za 10 odsto do 15 odsto nego kada su nove, ali to je razlika koju je nemoguće primetiti bez merenja. Kod LED sijalica efekat je izraženiji, prvenstveno zbog toga što duže traju. U nekim slučajevima, LED više ne može da proizvede dovoljno svetla da bi sijalica bila upotrebljiva, iako ona zvanično i dalje radi. Istraživanja su pokazala da ljudi ne primećuju do 30 odsto smanjenja u nivou osvetljenja. Prema tom podatku definisan je i L70, parametar koji se u industriji koristi da označi trenutak kada je osvetljenje LED sijalice palo na 70 odsto od originalnog nivoa, što se smatra krajem njenog životnog veka.

Sada možemo da konačno damo odgovor kako se meri životni vek LED sijalice. On je definisan kao B50-L70 – odnosno trajanje LED sijalice se određuje kao podatak kada 50 odsto od inicijalnog broja sijalica padne na 70 odsto njihovog deklarisanog osvetljenja. Još jedan parametar možemo da uključimo kod kvarova na LED sijalicama. Tokom vremena fosforna bela LED svetla menjaju boju. Ona se može menjati u četiri boje (plavu, žutu, crvenu i zelenu). Kod LED sijalica velike snage koju koristimo u domaćinstvima najčešće se menja ka žutoj boji. To postepeno žućenje rezultat je pucanja fosfora i termičkih efekata. Ipak, ovi mehanizmi promene boja još uvek nisu izučeni, pa ne postoje ni standardi za ubrzano testiranje ili projekciju stabilnosti boje LED osvetljenja tokom vremena.

Možda to i nije loše...

Ako se uzme u obzir da amortizacija lumena i promena boja s vremenom čine LED sijalice neefikasnim, možda nema smisla da proizvođači razvijaju tehnologiju LED sijalica koja će predugo trajati. Pomenuto smanjenje deklarisanog veka trajanja s početka teksta ne mora da potpada pod teorije zavere ili neki novi kartel. Možda ono samo predstavlja želju proizvođača da garantuju tražene performanse LED osvetljenja tokom vremena.

Sve i da danas postoje LED sijalice s vekom trajanja od 100.000 radnih časova, pitanje je da li bi nam one zaista bile potrebne. Čak i najmanji definisan radni vek LED sijalica od 7.500 časova obezbeđuje, prema formuli datoj u ovom tekstu, skoro sedam godina rada. Teško da ima smisla kupovati skuplje i dugotrajnije LED sijalice, kada će se za godinu, dve ili tri sigurno pojaviti novije, efikasnije i jeftinije sijalice. Dokaz za to je najstarija sijalica sa užarenim vlaknom koja i danas radi – poznata je kao Centennial Bulb i traje još od 1901. godine (njen radni vek je do sada premašio milion časova). Ona sija kao moderna sijalica od užarenih vlakana od 4 W, pri čemu sigurno nije bila jeftina. Današnje LED sijalice iste snage daju bar 10 puta jače osvetljenje, pri čemu je njihova cena sigurno neuporedivo niža od cene ondašnje dugovečne sijalice. Da li biste danas kupili jednu takvu sijalicu čak i ako biste znali da će raditi narednih 100 godina? Verujemo da ne biste...