LED osvětlení

LED osvětlení, jako nová generace zeleného světelného zdroje, získalo široké uplatnění v silničním osvětlení, komerčním osvětlení, průmyslovém osvětlení a automobilovém osvětlení díky svým výhodám, jako je vysoká světelná účinnost, nízká spotřeba energie a dlouhá životnost. Svítivé diody jsou však zásadně polovodičové svítivé prvky a jejich využití elektrické energie není 100 %. Přibližně 60 % až 70 % vstupní energie se přeměňuje na teplo. Pokud tomuto teplu neumožníme rychlé a efektivní odvedení, dojde k nárůstu teploty přechodu, což následně způsobuje snížení světelné účinnosti, urychlený pokles svítivosti, posun barevné teploty a dokonce úplné selhání světelného zdroje. Tyto problémy výrazně ovlivňují životnost svítidla a uživatelskou zkušenost. Řízení tepelného režimu proto představuje klíčový prvek při návrhu LED svítidel a přímo určuje výkon a spolehlivost výrobku.

Klíčové výzvy při tepelném managementu LED osvětlení zahrnují: kompaktní rozměry a vysokou tepelnou hustotu LED čipů, které koncentrují teplo s rychlou přechodnou odezvou, což vyžaduje rychlé odvádění tepla; omezené rozměry svítidel – zejména u vnitřního osvětlení a automobilových aplikací – což omezuje dostupný prostor pro chladiče; venkovní svítidla musí současně splňovat požadavky na vodotěsnost, prachotěsnost, odolnost proti korozi a ochranu před UV zářením, což dále ztěžuje návrh. Jako příklad uvažujme silniční osvětlení: svítidla musí dlouhodobě spolehlivě fungovat v rozmezí teplot od -40 °C do +50 °C, což vyžaduje chladiče kombinující vysokou tepelnou vodivost s vynikající odolností vůči povětrnostním vlivům.

Pro svítidla s různým výkonem lze vybrat různá řešení tepelného managementu. LED žárovky s nízkým výkonem mohou využívat jednoduchý hliníkový substrát se štípanými chladičovými lamelami, což je ekonomické řešení; zatímco pro downlighty, průmyslová/ hornická světla a reflektory středního až vysokého výkonu jsou převážně používány vytažené nebo studeně kované chladiče, které poskytují větší plochu povrchu a nižší tepelný odpor. U silnoproudých pouličních světel nebo scénického osvětlení jsou často integrovány technologie s tepelnou trubicí nebo rozváděcí deskou, které rychle šíří teplo do soustavy lamel a odvádějí jej prostřednictvím přirozené konvekce nebo nuceného proudění vzduchu. Chladiče s frézovanými lamelami, díky vysoké hustotě lamel a vynikající tepelné účinnosti, jsou vhodné pro náročné podmínky tepelného výkonu. Litinové chladiče, které jsou integrovány jako jednotka s tělem svítidla, slouží k vyvážení estetiky a strukturní integrity a jsou proto běžnou volbou pro venkovní osvětlení.

Úprava povrchu je rovněž velmi důležitá. Anodi z ing, pískování nebo práškové nátěry nejen zvyšují estetický vzhled, ale výrazně zlepšují odolnost proti korozi, čímž prodlužují životnost venkovního použití. Pro vysoce korozivní prostředí, jako jsou pobřežní oblasti nebo chemické závody, se doporučuje tvrdé anodování z ní nebo fluorouhličité nátěrové procesy. Při návrhu je také nutné zajistit nezakryté konvekční dráhy, minimalizovat z odpor vzduchu a zabránit hromadění prachu, který degraduje tepelný výkon.