Priča o brodskoj LED rasvjeti

Još prvom pojavom LED žarulja bilo je jasno kako je to rasvjeta budućnosti, a naročito tamo gdje su izvori i kapacitet električne energije ograničeni. Na malim plovilima rasvjeta je uz frižidere najveći potrošač struje i bez obzira kolike plovilo ima baterije, njihov je kapacitet uvijek ograničen. Rasvjete je na većim brodovima i više, ali tamo se energija osigurava i nadopunjuje ugradnjom dodatnih izvora struje, uglavnom generatora. Dakle, uštedom na svjetlu manjim plovilima frižideri mogu raditi duže i češće, a na većima se štedi gorivo.

Klasičnim žaruljama uslijed vibracija, a na brodu ih svakako ima, žarna nit češće puca. Kako ih na našim otocima baš i nema svugdje za kupiti, naročito one za 24V, neophodno ih je imati dovoljno u rezervi, naravno, svih vrsta i oblika koji se na brodu koriste. Turistički brodovi koji krstare Jadranom u sezoni su ih znali nositi i po nekoliko kutija, a izmjena žarulja po kabinama bio je gotovo svakodnevan posao. Danas su uglavnom svi prešli na LED. Nadalje, žarna nit za svjetlo iskoristi približno samo 5 posto utrošene energije, bolje žarulje nešto više, a sva se ostala energiju pretvara u nepotrebnu toplinu. Nekada to može biti i opasno, jer prisloni li se uz žarulju neka tkanina ili papir lako se zapali.

LED (Light Emiting Diode) je čvrsti elektronički element, poluvodič koji kada je propusno polariziran električnu energiju pretvara u fotone, elektromagnetske energetske pakete određene frekvencije, koji se manifestiraju kao svjetlost. Prva svjetleća dioda, ali bez neke praktične primjene, stvorena je još 1927. godine, crveno svjetlo postiglo se tek 1962., a deset godina kasnije i žuto kojem je intenzitet svjetla desetak puta veći. Takve su se diode u širokoj primjeni koristile uglavnom kao kontrolna svjetla. Razvojem optičkih telekomunikacija 1976. je stvoren prvi visokoefikasan LED kojem su sjajnost i intenzitet odgovarali valnim duljinama korištenim u optičkim vlaknima.

Osnova za razvoj LED rasvjete dogodila se tek 1993. godine kada je japanski znanstvenik Shuji Nakamora uspio dobiti LED plave boje. Iz te tehnologije 1997. razvijen je bijeli LED, a daljnji je razvoj usmjeren ka povećanju intenziteta svjetla i efikasnosti. Znatno manjim utroškom energije lako je našla primjenu u gotovo svim područjima rasvjete što je dovelo do masovne proizvodnje i još bržeg razvoja.

U početku komercijalne proizvodnje LED rasvjeta se u odnosu na žarulje sa žarnom niti činila velikom investicijom, međutim, dugoročno je već i tada bila isplativa, a naročito u usporedbi s CFL (Compact Fluorescent Lamp) štednim žaruljama po pitanju početne investicije, ali i po ekološkoj komponenti. U vrlo kratkom roku, periodu od samo par godina, karakteristike LED rasvjete su znatno poboljšane, efikasnost im je sve veća, a cijene sve manje. Usporedne tablice s ostalim izvorima svjetlosti stare niti godinu dana već sada ne vrijede, a s razvojem se ide i dalje.

Osim što je tehnologija stalno napredovala, a cijene padale, jedan od razloga brze popularizacije je činjenica da su se gotovo odmah za svaki tip grla proizvodile ekvivalentne LED žarulje, pa tako i za brodski program. Za maksimalno rasterećenje potrošnje ugradnjom LED žarulje nije potrebno mijenjati ni instalacije ni rasvjetna tijela, dapače, stare su instalacije za LED i predimenzionirane. Do prije desetak godina LED je bio samo za 12 V i koristio se samo na brodicama i manjim jahtama, a kasnije se razvio i za plovila s instalacijom na 24 V. Sve što je u rasvjeti ranije postojalo danas se može kvalitetno zamijeniti LED-om i to ne više tako skupo.

Ipak, početkom ugradnje LED-a na turističkim brodovima ukazali su se i prvi problemi. Valjda radi visoke cijene, iz Kine se uvozio najjeftiniji LED koji bi često pregorio. Znala je to biti velika investicija bez kvalitetnog rješenja. Ispravljači su uglavnom bili ručni rad, a karakteristike takve struje dosta su oscilirale, što je za klasičnu žarulju podnošljivo, ali je za LED pogubno. Jedino kvalitetno rješenje bilo je prema karakteristikama struje pojedinog broda izraditi i adekvatne drivere.

Kako je ovo relativno mlada tehnologija, ni iskustva nisu velika, a neke naizgled periferne stvari znale su stvarati veliki problem. Ikakav savjet teško je bilo pronaći i početna saznanja dobivala su se sistemom pokušaja i pogrešaka. Brzo se uočilo kako nestabilna struja diodi znatno smanjuje vijek trajanja. Kod kućnih instalacija to nije neki problem jer transformator i ispravljač daju stabilnu struju i napon. U uvjetima na brodu oni često osciliraju, pa brodska svjetiljka uz LED modul ima i predspojni elektronični uređaj, driver, koji može biti instaliran unutar svjetiljke ili priključen izvana.

Brodske LED žarulje sada imaju raspon napona od 9 – 32 V. Dakle, nije joj bitan priključeni napon, već je potrebno osigurati stalnu jakost struje, a sve to ograničava i regulira driver. Za razliku od žarulja sa žarnom niti na kojima je kod polupraznih baterija padom napona svjetlost slabila, LED ne gubi intenzitet svjetla sve dok napon ne padne ispod 9 V, tada dioda više ne provodi struju i gasi se. Ukoliko se dioda spoji krivo, zamijeni joj se polaritet, neće zasvijetliti, ali neće ni pregorjeti, kao što je to slučaj sa štednim žaruljama punjenim plinom. Dioda jednostavno u tom smjeru ne propušta struju, a kad joj se polaritet okrene ponovno radi.

Prve 350 miliamperske diode malo su trošile ali su davale i malo svjetla. Kada se postiglo 30 lm/W već su bile efikasnije od klasičnih i halogenih žarulja, a samo dvije godine kasnije snagom od jednog watta postiglo se 110 lumena, u laboratorijskim uvjetima i 160. Dakle, žaruljom od 5 W realno se dobilo 550 lm, što je dosta više nego li daje kvalitetna klasična žarulja od 40 W. Danas se efikasnost LED-a već približila pragu od 300 lm/W.

Premda su naizgled jednake, razlike između dioda mogu biti velike. Među pouzdanijim proizvođačima spominju se Epistar, Nichia, Cree, Osra, Lumileds i još neke, ali je tržište uglavnom preplavljeno kineskim no name proizvodima i to treće klase. Osim što je bitan proizvođač, treba znati i da svake diode ima više klasa. Razlike u cijenama mogu biti velike, ali isto tako i u kvaliteti. Trećom se klasom neće postići što se može prvom, ni efikasnost ni radni vijek. Vremenom se pokazalo kako je na gospodarskim plovilima prva klasa najisplativija. Daje najbolji efekt i s njom je najmanje problema, a osim toga, svaka je intervencija uvijek najskuplja u sezoni.

U početku su se na plovilima u već postojećim kućištima mijenjale samo žarulje, a danas se sve češće mijenjaju kompletna tijela, pa čak i na brodicama i manjim jahtama. Nova se plovila uglavnom isporučuju s već ugrađenom LED rasvjetom. Stariji turistički brodovi, do tridesetak metara dužine, imali su i relativno jednostavnu rasvjetu, a za 24 V u ponudi je bilo samo nekoliko modela svjetiljki.

Novo vrijeme uvelo je nove standarde, brodovi su sve veći i luksuzniji, a paralelno s tim razvija se i priča o LED-u. Sada se kod uređenje interijera angažiraju dizajneri, a svjetlo je osim osnovne primjene dobilo i bitnu ulogu u dekoraciji interijera. Sve se češće ugrađuju manje i tanje diskretne lampe koje se ne griju, a mogu svijetliti određenom bojom svijetla, pa čak je i mijenjati. Na turističkim brodovima i malim cruiserima sada se ugrađuju i sve kvalitetniji ispravljači, kakvi se koriste i na mega jahtama, a osim reflektora i navigacijskih svjetala LED je zamijenio svu ostalu rasvjetu.

Reflektori s halogenom žaruljom još uvijek imaju bolje karakteristike od LED-a, a kod navigacijskih svjetala korištenje LED žarulja limitiraju Pravila za statutarnu certifikaciju pomorskih brodova. Naime, LED se može prihvatiti samo uz posebne uvjete RO (priznate organizacije – recognized organizations), zbog promjene intenziteta svjetlosti tijekom starenja.

Istina, LED žarulje vremenom gube intenzitet i u deklariranom vremenu ne bi im smio pasti ispod 50, a kod dioda prve klase ispod 30 posto početnog intenziteta. Dakle, žarulja deklarirana na 50.000 sati može raditi i dvostruko duže, ali joj je intenzitet svjetla u tom drugom periodu slab. Postoje žarulje koje zbrajaju svoje sate rada, pa kada ispune normu, dok su još uvijek u režimu dovoljne kvalitete, odbroje deklariran vijek trajanja i samo se ugase. Za razliku od plinom punjenih štednih žarulja LED svjetlo vremenom ne mijenja boju, već nakon par desetaka tisuća sati rada gubi na intenzitetu, jačini svjetla.

Uz deklariran vijek trajanja, LED žarulje najčešće imaju još tri oznake, watt (W) za snagu, lumen (lm) za svjetlosni tok, odnosno, količinu svijetlosti, te kelnin (K) za temperaturu boje, boju svjetla. Naravno, poželjno je imati što više svjetla uz što manju potrošnju, pa se efikasnost rasvjete i mjeri u lm/W. Kod boje svjetla je dobro znati da klasična žarulja s wolfram žarnom niti ima boju od oko 2700 K, a opisuje se uglavnom kao svjetlo žuta. Sve vrijednosti iznad vuku prema hladnom, plavom spektru, a vrijednosti ispod 2700 K prema toplom, crvenom spektru svjetlosti.

Za rasvjetu se uglavnom koriste bijele LED žarulje, a kako je to spektar od 2700 – 5000 K, dijele se u tri grupe. Toplo bijela je za raspon od 2700 – 3000 K, natural ili prirodna boja, nekad označena i kao daylight, od 3200 – 4000 K, a hladno bijela od 4200- 5000 K. U odnosu između boje i količine svjetla, kelvina i lumena,  postoji i međusobna ovisnost. Isti tip dioda, istog proizvođača, klase i snage, u hladno bijeloj boji će davati skoro za jedan i po puta više svjetla nego li u toplo bijeloj.

Upravo to je bio razlog zašto se u početku koristio samo LED hladno bijelog svjetla. Povećavanjem efikasnosti, razlika u angažiranoj snazi postala je manje bitna, pa se za različite namjene koriste različite boje svjetla. Hladno bijela i natural daju više svjetla i zahvalnije su za osvjetljenje radnog prostora palube, strojarnice, kuhinje, toaletne kabine ili navigacijskog stola. Veći intenzitet daje i bolju vidljivost navigacijskih svjetala, a boju im ionako određuje filter na staklu. Toplo bijela daje blago žuto osvjetljenje prostora i pogodnija je za salon, kanižele, kabine, prigušenu diskretnu rasvjetu, osvjetljenje prostora krmene palube ili kokpita.

Razvojem tehnologije razvijala se i brodska rasvjeta, a modernizacija domaće turističkih flote omogućila da se i kod nas pokrene proizvodnja brodskih rasvjetnih tijela. Razvijaju se lampe prema individualnim željama i potrebama, podređene zamislima dizajnera interijera. Sada se i kod nas proizvode kvalitetne brodske LED svjetiljke, svih stupnjeva IP- zaštite, po znatno povoljnijoj cijeni od poznatih svjetskih brandova.

Ipak, nije sve bilo tako lako, jer ni globalna iskustva nisu velika. Najveći neprijatelj LED-a je temperatura, kako radna, tako i okoline. Ona znatno utječe na slabljenje intenziteta svjetla i radni vijek diode. Brodske lampe uglavnom se zatvaraju, često i hermetički, pa su raspored dioda na matičnoj ploči, posebno kvalitetne termalne paste, materijal i oblik hladnjaka diode, smola koje provode toplinu, ali i debljina bakra u lampi, od izuzetne važnosti za njenu ukupnu kvalitetu. Potrebno je da su kućišta napravljena za temperature do 60°C, jer iznad te temperature započinju i prvi problemi.

Jedan od smjerova u kojem se razvija brodska rasvjeta su kućišta i sistemi hlađenja. Uslijed temperaturnih razlika događalo se da bi dolazilo do kondenzacije unutar kućišta svjetiljke, a kada voda kapne na čip, dioda pregori. Kako bi se to izbjeglo prakticira se snažnija svjetla postavljati odozgo da svijetle prema dolje, a samo slabija odozdo.

U početku je LED ugrađivan prvenstveno radi uštede, međutim, razvojem su se otvorile nove mogućnosti i otišlo se korak dalje po pitanju dekoracije i primjene svjetla. Otvorio je potpuno novu mogućnost kombiniranja rasvjete. Ugradnjom žarulja s RGB diodama može se postići bilo koja boja svjetla i to ne više tako slabašna. Niti svjetlovoda provučene kroz panel obloge stvaraju diskretan svjetlosni raster i dojam zvjezdanog neba na svodu kabine.

Sada i trake s diodama daju jače svjetlo i ne moraju više imati samo dekorativnu funkciju. Obično s donje strane ima ljepljivu traku, ali mnogi ih greškom lijepe direktno na podlogu mjesta na koje ih žele postaviti. Nije neophodno, ali je bolje lijepiti ih u za to predviđen aluminijski profil koji osim fizičke zaštite ima i funkciju hladnjaka, a prozirno sjenilo točkaste izvore svjetla šiti u traku svjetla. LED može biti i bolje rješenje za sigurnosne oznake. Svjetleća oznaka smjera evakuacije ugrađene u ili uz pod uočljivije su od fluorescentnih naljepnica u visini očiju.

Plavičasto ili bijelo svjetlo ispod krme ili trupa broda sve se češće susreće i ne samo na većim jahtama, a svijetleći rubovi oko slova imena broda na krmi postali su pravi hit. Istina, ovdje se zna pojaviti i problem, naročito kada su slova iskrojena od inoxa. Trake oko slova imena broda brže pregaraju jer se inox na suncu dosta ugrije, iznad 60°C, što može biti pogubno za LED.

Pojavom ovog svjetla posebno su profitirale plivarice koje su stare reflektore zamijenile LED-om, a potrošnja struje im se smanjila za 80-ak posto. Prihvatili su je i ribolovci koji upaljenim svjetlom love lignje. Neki su čak primijetili kako im  toplo bijelo svjetlo daje bolje rezultate od hladno bijelog.

Na brodicama i manjim jahtama, ovisno da li se mijenjaju samo žarulje ili cijela rasvjetna tijela, investicija se može kretati od nekoliko stotina do nekoliko tisuća kuna. Međutim, to se ulaganje dosta brzo vrati, naravno, ovisno o tome koliko se plovilo realno koristi. Radi lakše kalkulacije evo nekoliko razloga.

Radni vijek kvalitetne LED žarulje je pet puta duži od štedne, dvadeset puta od halogene, a i do pedeset puta od žarulje sa žarnom niti. Dakle, cijena te jedne LED žarulje je manja od iznosa svih žarulja koje je u tom vremenu potrebno zamijeniti, bez obzira koje su vrste.

Potrošnja LED rasvjete je za sada barem osam puta manja od klasične žarulje i najmanje dva puta manja od štedne, a kako je na plovilu svjetlo uz frižider najveći potrošač struje, tako i značajno utječe na brzinu pražnjenja baterija. Svaka baterija ima ograničen broj ciklusa punjenja i pražnjenja, a smanjenom potrošnjom produžit će joj se vijek trajanja, odnosno, kasnije ući u investiciju novog seta baterija.

Manja potrošnja struje znači i veću autonomiju, odnosno duži boravak na sidru ili manju potrebu za vezom u marini. Uzme li se u obzir cijena veza za svako uplovljavanje radi priključka na obalnu mrežu, kompletna investicija u LED rasvjetu isplati se već kroz nekoliko takvih noćenja. Ukoliko baterije nadopunjujete radom motora, tada se to manifestira kroz uštedu goriva.

Već svaki od ovih aspekata pojedinačno je dovoljan da opravda investiciju u LED, a kada se zbroje kalkulacija o brzom povratu investicije je više nego jasna.

 

Prednosti LED rasvjete:

– manja potrošnja

– vijek trajanja

– trenutno paljenje

– vremenom ne gubi boju svjetla

– niska emisija topline

– efikasnost rasvjete (lm/W)

– fokusiranje svjetlosnog snopa

– otpornost na mehanička oštećenja

– otpornost na vibracije

– nema štetnih tvari

– nema UV i IR zračenja

– male dimenzije

– lako prilagodljive prostoru

– niski troškovi održavanja

 

Mane LED rasvjete:

– početna investicija

– osjetljivost na toplinu

– mlada tehnologija, slabo dostupni savjeti iz prakse

– loša horizontalna disperzija svjetla

– osvijetljeni predmet ne daje boju kao kod prirodne svjetlosti

 

IP- zaštita označava koliko je električni uređaj otporan na vanjske utjecaje s obzirom na prodor krutih tijela i tekućina. Sastoji se od 2 znamenke. Prva pokazuje zaštitu od krutih tvari, dok druga pokazuje otpornost na tekućine. Radi zaštite od propadanja svaki električni uređaj namijenjen vanjskoj upotrebi mora imati najmanje IP44 zaštitu. Najkvalitetniji uređaji imaju IP68.

 

Stupanj IP- zaštite
prva

znam.

zaštita od

krutih tijela

druga

znam.

zaštita od

tekućine

0 nema zaštite 0 nema zaštite
1 promjera do 50 mm 1 kapanja
2 promjera do 12 mm 2 kapanja pod kutom 15°
3 promjera do 2,5 mm 3 prskanje pod kutom 60°
4 promjera do 1mm 4 prskanje iz svih smjerova
5 od prašine 5 mlaz
6 potpuno od prašine 6 jaki mlaz
7 7 privremeno uranjanje
8 8 trajno uranjanje

 

Tekst: Damir Višić

Foto: Yachts.hr; promotiodalmatia.com