Energiją taupančios lemputės

Konstrukcija

Lemputės stiklinio vamzdelio viduje yra inertinės dujos – argonas arba argono ir kriptono mišinys. Jų slėgis apie 0,2 % atmosferos slėgio. Vamzdelyje taip pat yra nedidelis kiekis gyvsidabrio (3–15 mg), priklausomai nuo lemputės tipo ir dydžio. Gyvsidabris kambario temperatūroje skystas, tačiau degančioje įkaitusioje lemputėje jis būna garų pavidalo, jo slėgis itin žemas – apie 0,0007 % atmosferos slėgio. Fluorescuojantys vamzdeliai ir energiją taupančios lemputės techniškai vadinamos žemo slėgio dujų išlydžio lemputėmis.

Vamzdelių galuose yra elektrodai (vadinami katodais), sudaryti iš bario oksidu padengtos volframo šerdies. Juos kaitinant išsiskiria elektronai.

Veikimas

Įjungus lemputę, katodai pirmiausiai pašildomi (1–2 sekundes), kad galėtų skleisti elektronus. Tada tarp dviejų katodų atsiranda aukšta įtampa, sukuriamas išlydis, mat elektros srovę perduoda dujos ir gyvsidabrio garai. Elektronų srautas (elektros srovė) tiekia energiją gyvsidabrio garų atomams, kurie skleidžia ultravioletinę (UV) radiaciją. Stiklinio vamzdelio vidus padengtas fluorescenciniais milteliais – fosforu. UV radiacija skatina fosforą išskirti matomą šviesą (t. y. fluorescencijos procesas).

Argono arba argono ir kriptono dujų išlydis priverčia dujas švytėti melsva šviesa, kurią galima stebėti lemputėje fosforu nepadengtu vamzdeliu. Ši šviesa sudaro tik apie 3 % visos lemputės išskiriamos šviesos, likusieji 97 % išsiskiria iš fosforo.

Elektroninis balastas

Energiją taupančios lemputės nesukurtos jungti tiesiai prie buitinio elektros tinklo.

Visoms lemputėms reikalingas prietaisas sukurti aukštai įtampai (aukštesnei nei 230 V), kad prasidėtų išlydis, bei papildomas įrenginys išlydžio srovei valdyti. Kitaip nei kaitinamosios, fluorescencinės lemputės negali savaime valdyti srovės ir iš maitinimo šaltinio vartotų tokias sroves, kurios susprogdintų pačią lemputę.
Šie įrenginiai bendrai vadinami elektroniniu balastu.

Kaip veikia šviesios diodai?

Kiekvieno šviesos diodo centre yra maža dalelė puslaidininkio medžiagos, kuri vadinama šviesos diodo plokštele. Ši plokštelė atlieka tokią pat funkciją kaip ir lempos kaitinimo siūlas, nes plokštelė gamina šviesą. Aukštos galios kubinio šviesos diodo apimtis apytiksliai yra 1 mm3, o kitų tipų šviesos diodai yra mažesni.

Plokštelės pagrindas priklijuotas arba prilituotas prie gryno metalo rėminės konstrukcijos (švininio karkaso). Jungiamuoju laidu vadinamas plonas laidas prijungtas prie šviesos diodo plokštelės paviršiaus, padengto itin laidžiu metalu. Laidas prijungtas prie kitos švininio karkaso pusės.

ŠD (angl. LED – light emitting diode) trumpinys reiškia šviesos diodą. ŠD galima rasti beveik visuose šiuolaikiniuose prietaisuose, įskaitant MP3 grotuvus, DVD grotuvus, televizorius, radijo žadintuvus ir kompiuterius. ŠD turėjo pasisekimą jau daugelį metų. Pastaruoju metu jie atpigo, taip pat tapo šviesesni ir spalvotesni, nei buvo iki šiol. Nors kaitinamosios elektros lemputės neužleidžia pirmaujančios pozicijos jau mažiausiai 100 metų, daugelis tiki, kad ŠD jas greitai pakeis.

Kas yra ŠD lemputė?

ŠD lemputės labai panašios į tradicines lemputes, tačiau jos jungiamos tiesiai į elektros grandinę. ŠD lemputės neturi kaitinimo siūlo, todėl veikia labai ilgai. Kadangi ŠD lemputėse nėra kaitinimo siūlo, jos neįkaista ir suvartoja gerokai mažiau elektros energijos nei įprastos elektros lemputės. ŠD apšviečia per puslaidininkio medžiagą, prie kurios prijungti ŠD, einantys elektronai.

Kas yra diodas?

ŠD – tai šviesos diodas. Puslaidininkio diodas yra dvipolis įtaisas, kartais vadinamas PN. ŠD gaminamas iš puslaidininkio medžiagos. Viena puslaidininkio pusė prijungta prie P pusės, t. y. anodo, o kita puslaidininkio pusė prijungta prie N pusės – katodo. Elektros energija teka iš P pusės į N pusę. Tačiau priešinga kryptimi elektros energija tekėti negali. Taigi diodas yra vienakryptis laidininkas.

ŠD komponentai

Čia pateikiami įprasto ŠD komponentai: prie anodo prijungtas kristalinis siūlas, prie katodo pritvirtinta atrama, lęšiai skirti didesniam aplinkos apšvietimui, o poveikiui itin atsparus korpusas apsaugo ŠD.

ŠD šviesos spalva

Galima rinktis iš įvairių ŠD spalvų. Populiariausios yra raudona, geltona ir žalia, o sunkiausiai pagaminama spalva – balta. Iš tikrųjų šiuo metu masinei gamybai net neįmanoma išgauti visiškai baltos spalvos. Daugelis ŠD žibintuvų arba lempučių atrodo yra baltos spalvos, tačiau iš tiesų – balsvai mėlynos.

ŠD turi daug pranašumų

Yra daug priežasčių, kodėl ŠD lemputės išlieka populiarios. Štai keletas jų:

• ŠD yra labai efektyvūs, juos naudojant apšvietimui reikia labai mažos elektros srovės. Kadangi ŠD neturi kaitinimo siūlo, jie neįkaista, tad puikiai tinka naudoti daugelyje elektroninių prietaisų, kuriuose karštis kelia grėsmę. Įprastinių lempučių atveju didžioji dalis (kartais net daugiau nei 80 %) lemputės apšvietimui skirtos elektros energijos sueikvojama ne šviesai, o karščiui.
• ŠD gaminami epoksidinėje dervoje, o tai reiškia, kad jie yra iš esmės nesunaikinami. Palyginti su įprasta lempute, ŠD daug patvaresni.
• Galima masinė ŠD gamyba. Kaip ir įprastų elektros lempučių atveju, šviesos diodai, gaminami dideliais kiekiais, tampa įperkamesni.
• ŠD laikomi kietojo kūno įtaisais. Kietasis kūnas – tai bet kuris elementas, kuris neturi judančių dalių. Elementas, neturintis judančių dalių, paprastai yra patikimesnis: mažesnė trintis ir dalių skaičius mažiau trikdo veikimą.

Pagrindinės savybės:

• Mažiausios energijos sąnaudos
  LED technologijos šviestuvuose beveik visa energija paverčiama šviesa, tuo tarpu paprastos elektros lemputės didžiąją energijos dalį paverčia šiluma ir tik mažesnę dalį - šviesa. LED apšvietimas 90% efektyvesnis, nei tradicinis arba halogeninių lempų apšvietimas. Galima padaryti tokį palyginimą - tradicinė kaitinamoji lempa 60W = halogeninė 60W = fluorescentinė 14W = LED 7W lemputė esant tam pačiam apšviestumo lygiui. Dažniausiai naudojami kaitrinių lempų LED analogai vartoja nuo 0,83 iki 7,3 vatų energiją.
• Ilgaamžiškumas
  LED švietimo laikas - nuo 50 000 iki 100 000 valandų.Tai reiškia, kad LED lemputės gali šviesti iki 20 metų po 8 valandas kiekvieną dieną. Tuo tarpu paprastos kaitrinės lempos šviečia ~2 000 valandų. Ši LED lempų savybė ypač svarbi ten, kur pakankamai brangus lempos pakeitimas - sunkiai pasiekiamose vietose.
• Maži gabaritai
  LED lemputės gali būti nuo kelių milimetrų dyžio šviestuko iki tradicinio gatvės šviestuvo dydžio.
• Tvirtumas ir atsparumas
  LED lemputės yra atsparios temperatūrai ir mechaniniam poveikiui, vibracijai. Jos gali šviesti esant aplinkos temperatūrai nuo -40°C iki +185°C, taip pat LED lempos idealiai tinka ten, kur yra dažni šviesos įjungimai/išjungimai - pvz. garažai, rūsiai ir kt.
• Plačiausios spalvų panaudojimo galimybės
  LED šviestuvuose yra gaminami visų įmanomų spalvų kombinacijų - balta "šilta" spalva (nuo 2700K iki 3500K), "švari" balta (nuo 5000K iki 6500K), "šalta" balta (iki 8000K), gintarinė, oranžinė, raudona, žydra, mėlyna, žalia ir nenaudojami jokie spalvoti filtrai. Tai leidžia plačiai pritaikyti LED šviestuvus dekoratyviniame apšvietime.
• Lengvas valdymas ir prigesinimas
  LED lempos išlaiko savo švietimo spalvą prigesinimo metu (priešingai nei kaitrinės lemputės, kurių šviesa tampa geltona). LED lempučių maitinimo įtampa yra nuo 12V DC iki AC 86V-265V. Nereikia naudoti jokių balastų ir aukšto dažnio keitiklių, kurie sukelia trukdžius radijo ir TV signalams. Žemos maitinimo įtampos padidina šių lempų naudojimo saugumą ir leidžia panaudoti pavojingose aplinkose - baseinuose, degalinėse ir kt..
• Mažiausiai kenksminga žmogui ir aplinkai
  LED lempos nespinduliuoja kenksmingų regėjimui UV spindulių (priešingai, nei taupiosios liuminescensinės lemputės) ir neišskiria šilumos. Dėl to, kad LED lempos nespinduliuoja IR ir UV spindulių, jos idealiai tinka lauko apšvietimui, nes UV spinduliai privilioja vabzdžius. LED sudėtyje nėra kenksmingų dujų ar gyvsidabrio. Šviesdamos LED lempos neįkaista ir nenudegina netyčia prisilietus. 
• Platus pritaikymas ir panaudojimas
  LED lemputės plačiai naudojamos patalpų vidaus apšvietimui, pastatų išorės dekoratyviniam apšvietimui, sodo ir kiemo apšvietimui, augalų apšvietimui šiltnamiuose, gatvių apšvietimui ir t.t.