دکتر هاشم علیپور
مدیر کل دفتر فنی و نظارت شبکه انتقال شرکت توانیر

امروزه استفاده از دیودهای نوری LED به عنوان منبع نوری برای تأمین روشنایی مورد توجه قرار گرفته است که در واقع مزایای دیودهای نوری محسوب می‌شوند. در این مطلب به مزایا و محدودیت های دیودهای نوری می پردازیم.

مزایا

عمر طولانی

طول عمر دیودهای نوری به طور متوسط 20 هزار ساعت تخمین زده می‌شود که در مقایسه با سایر منابع نوری بسیار بالاست. باید توجه داشت طول عمر دیودهای نوری زمانی است که شار نوری لامپ به 75درصد مقدار شار نوری اولیه می‌رسد، نه اینکه لامپ بسوزد و دیگر نوری از آن خارج نشود. دیودهای نوری به مرور زمان نورشان کم می‌شود و وقتی به 75درصد رسید، طول عمر آنها سپری شده است.

دوستار محیط زیست

دیودهای نوری فاقد ترکیبات هالیدی ، جیوه ، سرب و مواد سمی اند که امتیاز مهمی از نظر دوستداران محیط زیست به شمار می‌آید.

تنوع رنگ

تولید رنگهای مختلف به وسیله دیودهای نوری نسبت به سایر منابع نوری راحتتر است. حتی یک دیود نوری از طریق کنترل ولتاژ قادر است رنگهای متنوعی تولید کند.

مقاومت بالا

استفاده از یک لایه مقاوم برای حفاظت دیود نوری، آنها را در برابرضربات مکانیکی بسیار مقاوم کرده و یک امتیاز بزرگ برای آنها نسبت به سایر منابع نوری که شکننده اند به حساب می‌آید.

زمان روشن شدن

زمان روشن و خاموش شدن دیود نوری بسیار بالاست به طوریکه با فرکانس 100هزار هرتز قابل مدولاسیون اند.این ویژگی منحصر بفرد برای کنترل میزان نور و خاموش روشن کردن سریع بسیار حائز اهمیت است.

قابلیت دیمر

دیودهای نوری این خاصیت را دارند که می‌توان میزان شار نور خروجی آنها را از صفر تا صددرصد کنترل کرد. البته بهترین بازدهی را در صددرصد شار نامی دارند .

قابلیت انعطاف

با توجه به کوچک بودن ابعاد می‌توان یک سری از آنها را به صورت دلخواه برای یک توزیع شار نوری بخصوص کنار یکدیگر قرار داد و یک منبع سطحی بزرگ به جای منبع نقطه‌ای تولید کرد.

جهت نور

انتشار نور دیودهای نوری تنها در یک جهت خاص است که این خاصیت به خصوص برای روشنایی به صورت مستقیم مفید بوده و نیازی به رفلکتور ندارد.

بهره نوری خوب

بهره نوری این لامپها از لامپهای بخار جیوه ، رشته‌ای و حتی بعضی از لامپهای فلورسنت و یا کم مصرف بهتر است.

محدودیت ها

قیمت بالا

قیمت دیودهای نوری نسبت به سایر منابع نوری بالاتر و هزینه تولید به ازای یک وات بیش از یک دلار است.

وابستگی به درجه حرارت

یکی از مشکلات اساسی فعلی LED وابستگی شدید عملکرد آنها یعنی بهره نوری و حتی طول عمر به درجه حرارت آن است. افزایش درجه حرارت باعث کاهش شار نوری ( طول عمر ) دیودهای نوری تا 20درصد مقدار نامی شده و برعکس کاهش حرارت باعث افزایش بهره نوری تا بیش از 200درصد مقدار نامی می‌شود. به همین منظور امروزه استفاده از این لامپها در یخچال و فریزها بسیار متداول و سودمند است. برای LED‌های قدرت باید برای جلوگیری از مشکلات ناشی از حرارت، رادیاتورهای خنک کننده یا فن تعبیه کرد.

راه انداز LED جریانی

یک LED وقتی درجه حرارت آن به بیش از 150 درجه سلسیوس برسد، ساختمان کریستالی آن مخدوش شده و دیگر قادر به تولید نور نخواهد بود. البته بعضی از سازندگان، حد نهایی حرارت را 200 درجه سلسیوس در نمونه‌های خاص اعلام کرده اند. منحنی مشخصه ولتاژ-جریان LED مشخص می‌کند به ازای یک جریان ثابت چه ولتاژی مورد نیاز است. یک تغییر کوچک در ولتاژ باعث تغییرات بزرگ در مقدار جریان می‌شود. میزان جریان علاوه بر میزان نور، روی درجه حرارت تولیدی و به دنبال آن بر طول عمر اثر مستقیم دارد. پس کیفیت راه‌انداز بسیار مهم است. به عنوان مثال یک LED سفید نیکل کادمیوم برای ولتاژ 4/ 2 ولت خاموش می‌ماند، برای ولتاژ 3 ولت به 30درصد مقدار نامی ، ولتاژ 4/ 3 ولت به صددرصد جریان نامی و ولتاژ 6/ 3 ولت به 150درصد مقدار جریان نامی (شار نوری) می‌رسد. درصورتی که دیود مجهز به رادیاتور و فن نباشد، اضافه جریان باعث سوختن و از بین‌رفتن LED می‌شود. از این رو LED احتیاج به یک محدود کننده جریان و به عبارت دیگر به یک جریان ثابت نیاز دارد. در ادامه انواع تجهیزات کمکی برای ثابت نگه داشتن جریان LED معرفی می‌شود.

حساسیت به ولتاژ

عملکرد دیود نوری و حتی نوع رنگ خروجی ارتباط مستقیم به ولتاژ اعمالی دارد و تغییرات ولتاژ عملکرد دیود را مخدوش می‌کند.

بهره نوری متوسط

ضریب بهره نوری دیودهای نوری تجاری درحال حاضر نسبت به لامپهای گازی سدیم و فلورسنت‌های T5, T8 با کیفیت پایین تر بوده و از نظر کمتر مصرف کردن انرژی الکتریکی به عنوان یک عیب به حساب می‌آید.

انتشار نور در یک زاویه خاص

از آنجا که دیودهای نوری نور را تنها در یک زاویه خاص منتشر می‌کنند، نمی‌توان LED را به صورت یک منبع برای روشنایی تمام فضا بکار برد.

توان و شار نوری پایین

در بسیاری از کاربردهای منابع نوری احتیاج به یک منبع نوری با توان و شار نوری بالاست که در حال حاضر حداکثر توان دیود نوری پر قدرت حدود 40 وات است. برای منابع نوری توان بزرگتر باید تعدادی دیود نوری را کنار هم به صورت سری - موازی قرار داد که علاوه بر کنترل پیچیده ، معایب دیگری نیز دارد.

نظارت دقیق

با توجه به مزایا و معایب ذکر شده، نکته مهم نظارت بر کیفیت این لامپهاست؛ چون تنوع محصول بسیار زیاد است. از طرف دیگر بررسی آنها از نظر کیفی نیاز به تخصص و آزمایشگاه دارد .

آلودگی نوری

آلودگی نوری مربوط به تمام منابع نوری و چراغهاست، نه فقط به LED و چراغهای آن. کیفیت نور خروجی از منبع نوری و نحوه توزیع شار نوری از چراغ می‌تواند باعث آلودگی نوری شود.