Żarówki, świetlówki, diody

WWF Polska
Tel: +48 22 849 8469
+48 22 848 7364
+48 22 848 7592
+48 22 848 7593
Fax: +48 22 646 3672
www.wwf.pl
ul. Wiśniowa 38
02-520 Warszawa
Polska / Poland
Warszawa, 16.03.2010
Żarówki, świetlówki, diody
Podstawowe informacje na temat zalet i wad różnych źródeł światła
Przygotował Wojciech Stępniewski, Kierownik projektu Klimat i energia WWF Polska
Dlaczego żarówki nie są opłacalne?
Zwykła żarówka jest szalenie energochłonnym urządzeniem. Żarowe źródła światła mają niską sprawność
świetlną (ok. 4 - 5% w zależności od producenta i od mocy), natomiast cała reszta wytwarzanej energii (95%)
to ciepło. Można powiedzieć, że żarnik żarówki to grzejnik z opcją świecenia. Bardzo podoba mi się
porównanie żarówki do taniego telewizora wyświetlającego obraz jedynie na 1/10 ekranu. Nie znam osoby,
która chętnie nabyłaby taki odbiornik.
Czy świetlówki linearne mają więcej zalet niż świetlówki kompaktowe?
Najczęściej dziś stosowanymi zamiennikami zwykłej żarówki są fluorescencyjne źródła światła - świetlówki
kompaktowe. Dzieje się tak dlatego, że mają one typowy gwint E27 lub E14 i łatwo je wkręcić do zwykłych
opraw zamiast żarówek. Żarówki możemy oczywiście zastąpić również świetlówkami linearnymi - tymi,
które znamy z uczelni, ze szkoły, z biura, które były znane od dawna. Wydawałoby się to rozsądniejsze, bo
świetlówki linearne wykazują większą sprawność niż kompaktowe, a poza tym nie powodują wyrzucania na
śmietnik elementów elektronicznych ukrytych w oprawie źródeł kompaktowych.
Czy częste włączanie i wyłączanie świetlówek energooszczędnych skraca ich żywotność?
Rzeczywiście skraca, ale nie do tego stopnia, żeby należało unikać zapalania i gaszenia. Włączanie i
wyłączanie zwykłej żarówki też skraca jej żywotność w dużym stopniu. Trwałość świetlna zwykłej żarówki
jest określona na około 1000 godzin. Nie jest to jednak produkt jednorodny. W technice świetlnej trwałość
źródła światła oznacza trwałość statystyczną (wg normy IEC 969), czyli jeśli weźmiemy dużą pulę żarówek,
np.10 tys., połowa z nich będzie świeciła krócej niż 1000 godzin, a druga połowa dłużej. Jedna żarówka może
zatem świecić 500 godzin, a druga 4000 godzin. Czas życia żarówki standardowej to również około 1000
cykli włączeń i wyłączeń. Jeżeli ktoś by załączał i wyłączał żarówkę non stop, to przepaliłaby się ona w ciągu
jednego dnia.
Podobnie jest ze świetlówkami. Mają one określony czas życia determinowany liczbą załączeń i wyłączeń
oraz jakością energii w sieci. Jeżeli sieć nie trzyma parametrów 230V i 50 Hz, to oczywiście żarówka będzie
pracować nieprawidłowo i szybciej „się przepali“.
Na każdą markową świetlówkę dostajemy gwarancję na co najmniej rok. Jeżeli spali się wcześniej,
dostaniemy kolejną świetlówkę. Należy pamiętać o niewyrzucaniu rachunku ze sklepu. Na tanie produkty
z supermarketu takiej gwarancji nikt nie udzieli, trzeba kupować produkty markowe.
Jaki wpływ ma wyłączania świetlówek na krótki czas na ogólne zużycie energii? Czy jest ryzyko, że dla
oszczędności nie będziemy wyłączać światła, a w związku z tym nie będzie żadnego spadku zużycia energii?
WWF, to pełna nazwa naszej organizacji, prosimy jej nie rozwijać
Rzeczywiscie, jeżeli wychodzimy z pomieszczenia na minutę czy dwie, zostawmy świecącą świetlówkę.
Jeżeli ma ona 5 czy 7 Watów, nie ma to dużego znaczenia dla ogólnego zużycia energii. Istotne jest to, że
nowymi świetlówkami trzeba byłoby świecić 5 razy dłużej niż zwykłymi żarówkami, aby uzyskać to samo
zużycie energii. By dorównać dobowemu zużyciu prądu przez tradycyjną żarówkę, świetlówkę musielibyśmy
zostawić włączoną na 120 godzin w ciągu doby, a doba nie ma tylu godzin.
Moim zdaniem sytuacja, w której konsumenci zostawialiby włączone oświetlenie dłużej niż to jest konieczne
jest nierealna, bo jeżeli używamy jakiejś lampy w pomieszczeniu, to dlaczego miałaby ona świecić 5 razy
dłużej, niż np. rok temu, kiedy była włożona do niej zwykła żarówka?
Co z utylizacją świetlówek? Czy przed wprowadzeniem w życie decyzji o stopniowym wycofywaniu żarówek,
nie powinien istnieć sprawny system ich recyclingu?
Ten system powoli się rozwija. Część sklepów zbiera już świetlówki kompaktowe. Mamy także ustawę o
elektrośmieciach. Firmy produkujące towary elektryczne muszą zebrać pewien procent zużytych towarów chodzi oczywiście nie tylko o świetlówki, ale również lodówki, mikrofalówki, każde urządzenie
gospodarstwa domowego. Musi minąć kilka miesięcy, zanim sklepy się do tego poważnie zabiorą. W
sklepach powinny znależć się pudełka na zużyte małe urządzenia AGD, a świetlówki przecież się do nich
zaliczają. To jest produkt, który zawiera opary rtęci i z tego powodu musi być traktowany nie jak zwykły
odpad, ale jak elektrośmieć, który we właściwy sposób powinien być przetworzony. Powinniśmy po prostu
oddać zużyte źródła w dużym sklepie elektrycznym przy okazji wizyty w nim.
Prawdą jest, że istnieje problem elektroniki wyrzucanej wraz z przepaloną świetlówką. Dlatego tam, gdzie to
możliwe (kuchnie, łazienki, przedpokoje), przy okazji wymiany oprawy oświetleniowej powinniśmy
instalować nowe oprawy już zawierające przetwornice i używać do nich świetlówek palcowych (bez gwintu).
Co z zawartością rtęci w nowych świetlówkach? Limit w dzisiejszych żarówkach wynosi 5 mg rtęci na
żarówkę, podczas gdy istnieją już technologie, które pozwoliłyby na użycie tylko 0,5-1 mg.
To są niestety prawa rynku. Jeżeli na nasz rynek docierają świetlówki z Dalekiego Wschodu, gdzie nie ma
ostrych norm środowiskowych, to większość konsumentów chętniej kupi tańszą świetlówkę, która ma
niestety 15 mg rtęci zamiast tej droższej, produkowanej przez markowego producenta, która wymaga wyższej
technologii. Świetlówki Philips, GE czy Osram, zawierają 3-4 mg rtęci. Tanie, niskiej jakości artykuły ze
Wschodu psują rynek. Istnieją pewne unijne bariery celne, ale one jedynie przyhamowują import. Na rynku są
świetlówki chińskie, które nie dość, że zawierają więcej rtęci i nie mieszczą się w kategorii energetycznej A,
to ponadto mają bardzo kiepską barwę światła. Do osiągnięcia swojego nominalnego natężenia światła
potrzebują około 3 minut. Są to po prostu złe produkty, ale można je kupić po 2 - 3 zł. Zawsze lepiej
zainwestować w produkty ze średniej i wyższej półki. Odradzam kupowanie źródeł egzotycznych marek. To
są produkty krótkotrwałe i prawdopodobnie świecą tyle, co zwykła żarówka. Problem leży w tym, że klienci
supermarketów nie znają konsekwencji zakupu taniej świetlówki: niskiej jakość produktu i dewastacji, jaką
wyrzucony do zwykłych śmieci powoduje w środowisku. Z tego względu wszystkie elektrośmieci, zwłaszcza
chińskie i dalekowschodnie produkty, powinny być zbierane i utylizowane.
Warto też zauważyć, że w Polsce produkowane jest rocznie 135 TWh energii elektrycznej, która powstaje
jako rezultat spalenia 114 mln ton węgla i emisji 1200 kg rtęci do atmosfery. Oznacza to, że każda
wyprodukowana kilowatogodzina prądu powoduje emisję co najmniej 100 mg rtęci. Zatem oszczędność 1
kWh energii to 100 miligramów rtęci mniej w powietrzu, którym oddychamy. Norma europejska mówi o
najwyższym poziomie 5mg rtęci w świetlówce, a średnio każda świetlówka pozwala zaoszczędzić 100 kWh
przy żywotności 5 lat. Czyli 5 mg rtęci w świetlówce zaoszczędza nam 10 000 mg rtęci w atmosferze.
Komentarz wydaje się zbędny.
Czy ludzie, którzy cierpią na nadwrażliwość na światło nie powinni móc jednak kupować zwykłych żarowych
żarówek, aż do momentu, kiedy będą dostępne odpowiednie zamienniki? Zdaniem niektórych neurologów,
migoczące światło świetlówek może wywoływać migrenę i napady padaczkowe.
Rzeczywiście, przy częstotliwości 50Hz mogą wystąpić tego typu zjawiska. Taka sytuacja miała miejsce 13
lat temu, kiedy świetlówki były większe i cięższe, i miały zapłon elektromagnetyczny. W tej chwili
nowoczesne markowe, podkreślam, markowe świetlówki mają przetwornice elektroniczne, częstotliwość
pracy dużo większą niż 50Hz i nie migoczą. Dokładniej mówiąc migoczą, ale z częstotliwością
kilkudziesieciu tysięcy Hz, więc ich mruganie jest niezauważalne dla ludzkiego oka.
Na co jeszcze należy zwracać uwagę przy kupnie świetlówki?
Wszyscy jesteśmy wrażliwi na barwę światła. W przypadku rozżarzonego włókna wolframowego żarówki,
nie istnieje konieczność regulowania go w żaden sposób, bo on ma określoną temperaturę, od której zależy
barwa światła. Jest to ciepło-biała barwa – 2700 Kelwinów (K). W sklepach dostępne są świetlówki z taką
samą temperaturą barwową jak żarówka, czyli 2700 K. Tymczasem 3500-4000 Kelwinów to świetlówka
zimno-biała, natomiast 5-6 tys. K – świetlówka barwy jasnoniebieskiej, która powoduje irytację wsród
konsumentów. Najczęściej tanie produkty dalekowschodnie dysponuja taką barwą. Osobom o podwyższonej
wrażliwości na światło emitowane przez fluorescencyjne źródła światła radziłbym, aby kupowały świetlówki
o temperaturze 2700 K. Są one oznaczone symbolem 827 lub 927. Pierwsza cyfra oznacza stopień oddawania
koloru: 8 oznacza powyżej 80% oddawania kolorów, natomiast 9 - powyżej 90%. 27 oznacza 2700 K. Jeśli
kupimy świetlówkę o symbolu 827, oznacza to, że oddaje ona powyżej 80% koloru i ma temperaturę równą
2700 K, więc jej barwa świecenia jest biało-żółta, tak jak w przypadku zwykłej żarówki. Te świetlówki są
trochę droższe. W sklepach niestety częściej znajdziemy świetlówki z wyższą, bardziej niebieską temperaturą
barwową. Są one nieco tańsze i szybciej się sprzedają. Wszystko zależy od konsumentów.
Należy również uważać, by sama świetlówka nie wystawała z oprawy oświetleniowej. Są już dostępne
świetlówki, które odwzorowują kształt żarówki, ale są wciąż także nieco dłuższe, które wystają z opraw.
Takie widoczne źródło światła może spowodować olśnienie i dyskomfort. Zawsze chowajmy świetlówkę w
oprawie. Najlepiej sprawdzają się w mlecznych kloszach, idealnie nadają się do chińskich, papierowych lamp.
Czy sieci w Polsce zapewniają odpowiednią dla świetlówek jakość energii?
Nowe świetlówki wymagają znacznie lepszej jakości prądu (stabilne napięcie pomiędzy 220-230 V, 50 Hz),
tymczasem polskie sieci - zwłaszcza w terenach wiejskich - tego nie zapewniają. Przy przekroczeniu
pewnego, niższego niż 200V progowego napięcia świetlówka kompaktowa się po prostu nie zaświeci.
Żarówka tradycyjna rozżarzy się nawet przy 150V. Świetlówka jest urządzeniem nieliniowym - ono dopiero
po przekroczeniu pewnego napięcia może się zapalić. Jakość mocy elektrycznej ma więc kolosalne znaczenie:
przy nowych źródłach musi wynosić 200 - 230V przy - w miarę sinusoidalnym - przepływie napięcia.
Ile można zaoszczędzić na wymianie żarówek na świetlówki ?
Zostały przeprowadzone badania stopnia nasycenia rynku oświetleniowego przez świetlówki kompaktowe - w
Polsce stanowią one 2,5% wszystkich punktów świetlnych w kraju, średnia UE to 10%, w Danii jest to 20%.
W Polsce średnia jest więc 4 razy niższa niż w Unii. Co do oszczędności, to w UE rocznie było
sprzedawanych 2 mld żarówek zwykłych o różnej mocy. W Polsce sprzedaje się rocznie ok. 27 mln. Można
więc szacować, że jeżeli żarówki 100W stanowiły 30% i zostaną zastąpione teraz przez świetlówki 21, 23 lub
25W, to zaoszczędzimy olbrzymią ilość energii.
Zrobiłem krótką kalkulację dla jednej 100W żarówki: przy standardowym użyciu przez 4 godziny dziennie,
roczna oszczędność jej wymiany na świetlówkę energooszczędną w naszych rachunkach za energię wyniesie
48 zł. Podobne wyliczenia spowodowały, że Komisja Europejska postanowiła wycofać z użytku żarówki o
największym watażu, gdyż oszczędność jest tu najlepiej zauważalna.
Jednak głównym celem projektu wycofania z użytku zwykłych żarówek jest ochrona klimatu i redukcja
emisji, która powstaje przy produkcji energii elektrycznej, konsumowanej później przez energochłonne lub
energooszczędne źródła. Zresztą żarówki i świetlówki energooszczędne nie są jedyną sferą zainteresowania
KE - pod uwagę brane są również energochłonne pralki, zmywarki, bojlery, chłodziarki i klimatyzatory, które
w znacznej mierze pośrednio przyczyniają się do ocieplanie się klimatu.
W Polsce do produkcji energii używamy głównie węgla. Zatem redukcja zużycia energii przynosi nie tylko
redukcję emisji CO2, ale też zanieczyszczeń konwencjonalnych: pyłów, tlenków azotu, dwutlenku siarki.
Najgroźniejsze są pyły poniżej 2 nm, które powodują groźne choroby. Jeżeli więc brać pod uwagę projekt,
który zakłada wymianę żarówki na energooszczędną i uwzględnić w tym ilość pyłów, która nie zostanie
wyemitowana, to znakomicie wzmacnia celowość całej inwestycji. I tu nie chodzi już tylko o rachunki za
prąd.
Jak wygląda przyszłość technologii oświetlenia?
Istnieje jednak jeszcze inna technologia pozwalająca konsumentom płacić niewiele za energię elektryczną a
zarazem zaspokajać potrzeby w zakresie oświetlenia mieszkania lub domu. Jest to technologia diodowa (z
ang. LED Light Emitting Diode), która według wiodących producentów takich jak Osram czy Philips, będzie
w stanie zastąpić klasyczną technologię żarową już za 2-3 lata. W perspektywie kilkunastu lat zwykłe
żarówki, halogeny i świetlówki zostaną w całości wyparte przez źródła diodowe, mające dwudziestokrotnie
mniejszą moc. Według producentów źródła diodowe osiągną w przyszłości wydajność świetlną rzędu 200
lumenów z 1 Wata energii elektrycznej (zwykłe żarówki mają sprawność 25lm/W, świetlówki 60lm/W,
obecne źródłą LED 120lm/W).
Oblicza się, się ze diody pozwolą obniżyć o połowę zużycie energii do oświetlenia, co jest szczególnie ważne
biorąc pod uwagę globalne zapotrzebowanie na energię oraz stopniowe przechodzenie na odnawialne źródła
światła (np. oświetlenie domu całkowicie z baterii słonecznych). Roczny koszt użytkowania świetlówki
energooszczędnej jest dwukrotnie wyższy niż odpowiedniego źródła opartego o LEDy, zaś tradycyjnej
żarówki 6 razy wyższy, przy osiąganiu tej samej jasności źródła.
Źródła diodowe świecą do 100 000 godzin. Jednak bardziej miarodajnym parametrem ich trwałości jest
połowiczny czas życia diody, czyli czas, po którym jasność diody spada do połowy jasności początkowej.
Stopniowy spadek jasności diody jest z jednej strony jej zaletą, z drugiej wadą. Zmniejszająca się jasność daje
nam sygnał do wymiany źródła, podczas gdy w przypadku standardowego oświetlenia, gdy żarówka
przestanie świecić, jesteśmy zmuszeni natychmiast ją wymienić.
Szacuje się, że w przyszłości wielkość emitowanego strumienia świetlnego z jednego chipu LED wyniesie
około 1500lm przy sprawności 150-200lm/W. Oznacza to, że strumień będzie zbliżony do aktualnie
używanych źródeł światła żarowego, z tym ze dioda taka będzie wejściowo pobierać 7 watów zamiast 75.
Aktualnie dostępne są już diody o sprawności w granicach 120 lm/W. Obecnie źródła diodowe LED są
najekonomiczniejszym rozwiązaniem dostępnym na rynku, jeżeli chodzi o koszt zużywanej energii. Niestety
koszt samych źródeł jest wciąż dość wysoki.
Jakie inne zalety mają diody LED?
Temperatura barwowa
Przy pomocy diod LED mamy możliwość regulacji barwy światła na etapie produkcji bądź już po
wyprodukowaniu. Człowiek najlepiej czuje się, pracuje, zwiększa zdolności koncentracji przy barwie światła
odpowiadającej światłu słonecznemu dziennemu, czyli 2700 Kelwinów. (dlatego najlepiej kupować
świetlówki oznaczone symbolem 827, a diody LED - „warm white” ) Dzięki wykorzystaniu LED mamy
możliwośc zmiany barwy oraz możemy wyprodukować lampy, które same będą zmieniać swoją barwę np.
zależnie od pory dnia.
Duża wytrzymałość mechaniczna żródeł LED
Dzięki swojej budowie diody w porównaniu do tradycyjnych źródeł światła są praktycznie niezniszczalne.
Charakteryzuje je wysoka wytrzymałość mechaniczna, niewrażliwość na wstrząsy.
Temperatura pracy
Diody charakteryzuje duży temperaturowy zakres pracy. Diody nie ogrzewają powierzchni, na którą świecą,
nie nagrzewa się też mocno soczewka diody. Wysokie temperatury występują tylko i wyłącznie w strukturze
diody. Dlatego zresztą dla diódwysokoprądowych stosujesię radiatory odprowadzające ciepło. Obecnie
temperatury pracy chipu diody wahają się w zakresie 80°C-135°C.
Znikomy poziom promieniowania ultrafioletowego
Poziom promieniowania to fale o niższych energiach 370-410nm niż fale lamp fluoroscencyjnych (185nm i
254nm). Dzięki praktycznemu brakowi promieniowania UV i IR diody LED szybko znalazły zastosowanie w
oświetleniu wrażliwych na te promieniowania eksponatów w muzeach, galeriach oraz w iluminacji zabytków.
Czasy włączenia i wyłączenia
Włączenie nie przekracza 100ns, wyłączenie 200ns. Dzięki bardzo dużej szybkości włączenia i wyłączenia
diod LED możliwe jest sterowanie tzw. szerokością wypełnienia impulsu. Pozwala to na łatwe ściemnianie
lamp LED oraz na bezpośrednie wysterowanie ich sygnałem cyfrowym, co dotychczas nie było dotąd
praktykowane w technice oświetleniowej. Dla porównania lampy drogowe potrafią się włączać nawet kilka
minut! Świetlówki energooszczędne rozgrzewają się kilkadziesiąt sekund, dioda - ułamki sekundy.
Łatwość obsługi, niska cena, bezpieczeństwo
Cechy te są dodatkowymi atutami przemawiającymi za stosowaniem diod LED. Diody są zasilane napięciami
stałymi o niskiej wartości zazwyczaj nie przekraczającej 24V - eliminuje to niebezpieczeństwo porażenia,
znikają problemy z indukcją elektromagnetyczną i zakłóceniami charakterystycznymi dla napięć
przemiennych. Brak elementów szklanych i szkodliwych substancji (brak rtęci) zwiększa łatwość utylizacji.