BEZELEKTRÓDOVÉ INDUKČNÉ SVIETIDLÁ

Nikola Tesla demonštroval bezelektródovú žiarovku už v roku 1890. Dňa 23. júna 1891, bol Teslovi udelený americký patent 454.622 na prvú formu indukčnej lampy. 

Z vyhlásenia Nikola Teslu publikovaného v "The World" v roku 1929.

OKO

Základné vnimanie svetla

• DENNÉ – FOTOPICKÉ - ČAPÍKY
• NOČNÉ – SKOTOPICKÉ - TYČINKY

• Čapíkov je na sietnici 5 až 7 miliónov a sú trojakého druhu (citlivé na červenú, zelenú a modrú farbu), čím umožňujú farebné videnie. Čapíky využívame pri dennom (fotopickom) videní.
• Tyčinky vynikajú citlivosťou na svetlo, ale neumožňujú rozoznávanie farieb. V oku je asi 120 miliónov tyčiniek a aktivujú sa pri nízkej úrovni osvetlenia, tzv. nočné (skotopické) videnie. 
• Mezopické videnie je vedecký termín pre nový model ľudského zraku, ktorý kombinuje krivky citlivosti fotopického a skotopického videnia. Tento model je vďaka zložitej krivke citlivosti v závislosti na vlnovej dĺžke dosť komplikovaný.

S/P POMER: Užitočné množstvo svetla

Pomer S/P je multiplikátor, ktorý určuje ľudskému zraku užitočné množstvo svetla produkované svietidlom. Ako referenčné uvažujeme klasikú žiarovku (červené index=1)

Ak má sodíková výbojka nominálny svetelný výkon 140 lumenov na watt a indukčná lampa má 80 lumenov na watt, po započítaní ich pomeru S/P nám vychádza:

• 120 W Nízkotlaková sodíková výbojka: 120 × 140 lm/W = 16 800 Lumenov × 0,35 = 5 880 užitočných lumenov.
• 120 W Indukčná lampa: 120 × 80 lm/W = 10 200 Lumenov × 1,96 = 18 816 užitočných lumenov.

Indukčná lampa poskytuje viac ako trojnásobok užitočného svetla pri rovnakej spotrebe energie. (Pre túto chvíľu ignorujeme stratu 12-16% pre typický štartér s tlmivkou používaný pre sodíkové výbojky oproti 2-5% strate energie na elektronickom predradníku indukčnej lampy).

Tieto hodnoty vysvetľujú, prečo magnetické indukčné lampy pôsobia jasnejšie ako väčšina ostatných svetelných zdrojov, aj keď majú nižší príkon. Indukčné lampy jednoducho dávajú viac svetla, ktoré je užitočné pre ľudský zrak.

S využitím pomeru S/P je ľahké preukázať, prečo priemyselné stropné indukčné svietidlá znižujú spotrebu energie pri výmene za konvenčné svietidlá s vyšším udávaným príkonom.

• 400W Halogenidová lampa: 400 × 54.6 lm/W = 21 840 lumenov × S/P 1,49 = 32 541  užitočných lumenov.
• 200W Magnetická Indukčná lampa: 200 × 82 lm/W = 16 400 lumenov × S/P 1,96 = 32 144 užitočných lumenov.

Poznámka: Tieto výpočty neberú do úvahy reálnu spotrebu elektrickej energie, ktorá by zahŕňala straty na predradníku, ktorých započítaním by indukčné lampy vyšli ešte účinnejšie.

Ako to Funguje?

Klasická žiarovka:

Klasická žiarovka funguje na princípe dobiela rozžhaveného wolfrámového vlákna, ktorým prechádza elektrický prúd a to potom vydáva svetlo rovnakej farby.

Premena energie v klasickej žiarovke je veľmi neefektívna, až 95% energie je vyžiarenej ako teplo. 

Vlákno v žiarovke chráni vákuum, alebo atmosféra z inertných plynov. Akýkoľvek kontakt rozžhaveného vlákna s kyslíkom by spôsobil odparenie vlákna, prerušenie obvodu a znehodnotenie žiarovky.

Flourescenčné lampy:

Fluorescenčné lampy, tiež známe ako žiarivky sú druhom nízkotlakových trubicových plynových výbojok. Elektrické výboje v nich prechádzajú atmosférou z inertného plynu a ortuťových pár a vyvolávajú žiarenie v ultrafialovom spektre. Toto žiarenie dopadá na steny trubice pokryté luminofórom, ktorý ho pohlcuje a sám žiari v oblasti viditeľného svetla. 

Na koncoch žiarivkovej trubice bývajú wolfrámové žhaviace elektródy pokryté zmesou oxidov bária, stroncia a vápnika, ktorá pri teplote okolo 700°C dobre emituje elektróny, a tak stimuluje ortuťové ionty v trubici. Žiarivky sa vyznačujú negatívnou hodnotou odporu (čím väčší prúd nimi preteká, tým nižší odpor proti nemu pôsobí a dovoľuje tak ďalší rast hodnoty prúdu), preto k svojej funkcii potrebujú regulátor prúdu.

Najčastejšou formou regulátora je zapojenie štartéra a tlmivky. Tento druh regulátora je veľmi lacný, ale súčasne tiež neefektívny: 12 až 16% energie spotrebovanej žiarivkou bezúčelne vyčerpá regulátor.

Nové typy žiariviek preto používajú vysokofrekvenčný elektronický predradník, ktorý je síce nákladnejší na výrobu, ale poskytuje omnoho vyššiu účinnosť a obvykle spôsobuje iba 4 až 8% stratu.

Druh luminoforu, alebo ich kombinácia na vnútornej strane žiarivkovej trubice ovplyvňujú konečnú vnímanú farbu vyžiareného svetla. Určité luminofory vyžarujú červené, zelené alebo modré svetlo v reakcii na UV žiarenie vo vnútri trubice. To umožňuje výrobcom ponúkať osvetlenie s "teplou bielou", "chladnou bielou" farbou svetla alebo s charakteristikou slnečného svetla. 

Tieto farebné označenia zodpovedajú približnej farebnej teplote žiariviek a výrobcovia ich dosahujú kombináciou rôznych druhov luminoforov na vnútorných stenách výbojky.

Bezelektródové lampy:

Takmer všetky aktuálne používané zdroje osvetlenia majú spoločnú jedinú vlastnosť - kovové elektródy zapustené do steny žiariča, ktoré privádzajú elektrický prúd do vnútornej komory svetelného telesa. Niet divu, že práve elektródy a na nich upnuté žhavené vlákno sú typickou príčinou zlyhania týchto svetelných zdrojov.

Nasledujúci zoznam vymenúva najčastejšie poruchy osvetlenia s výnimkou fyzického rozbitia:

• Prerušenie vlákna vďaka opotrebovaniu materiálu počas prevozu. Atómy vlákna sú postupne odparované prechádzajúcim elektrickým prúdom a usádzajú sa v podobe čiernych pruhov vo vrstve luminoforov.
• Prerušenie vlákna vibráciami počas prevádzky, kedy je vláknu blízku bodu tavenia a stáva sa krehkým.
• Netesnosť telesa lampy spôsobená tepelným namáhaním okolo elektród prechádzajúcich sklom banky. K zlyhaniu dochádza buď nárazovo, alebo pomalým únikom, ktorým do banky prenikajú atmosférické plyny a znehodnocujú ich ochrannú funkciu.
• Lampa bez týchto problematických vnútorných elektród bola dlho snom vynálezcov elektrického osvetlenia. V lampe bez elektród je vnútorná banka kompletne uzavretá a mizne tak riziko atmosférickej kontaminácie vďaka netesnostiam i problém s opotrebovaním elektród a vlákna.
• Pre bezelektródové lampy zostávajú dva hlavné mechanizmy zlyhania (s výnimkou mechanického rozbitia):
• Spotrebovanie ortuťových pár vo vnútri výbojky. Malá časť nabitých iontov, ktoré bombardujú vrstvu luminoforov v trubici, zostáva zachytená v luminiscenčnej vrstve. Pokiaľ príde k vyčerpaniu ortuťových pár, bude lampa vydávať len veľmi slabé svetlo a lampa musí byť vymenená.
• Zlyhanie riadiacej elektroniky lampy. Toto nie je katastrofické zlyhanie, pretože u väčšiny bezelektródových lámp je predradník samostatný a dá sa vymeniť.

Magnetické indukčné lampy:

Zostáva teda vyriešiť hádanku, ako dostať elektrický prúd do uzavretej trubice, kde musí ionizovať ortuťové pary. Na trhu sú dnes dva použiteľné druhy bezelektródových lámp, mikrovlnné a magnetické indukčné lampy.

Magnetické indukčné lampy sú vo svojej podstate fluorescenčné lampy s indukčnými cievkami okolo časti trubice (viď. diagram vpravo). Vysokofrekvenčný prúd z regulátora indukuje v týchto cievkach intenzívne magnetické pole, ktoré pôsobí na ortuťové ionty v trubici a núti ich vydávať ultrafialové žiarenie, ktoré luminofory na stenách premenia na svetlo vo viditeľnom spektre.

Tento systém je možné prirovnať k transformátoru s primárnym vinutím vo forme induktoru a sekundárnym vinutím s jedným závitom tvoreným atómami ortuti v trubici. Energia tak prechádza skrz sklenenú stenu dovnútra trubice, kde voľné atómy ortuti vybudí

Variácia indukčnej lampy v tvare klasickej žiarovky má vo svojom strede výduť v tvare skúmavky, v ktorej sa nachádza indukčná cievka navinutá na tenkom jadre. Riadenie lampy tento krát zaobstaráva predradník pripojený k indukčnej cievke a svetlo produkuje vrstva luminoforu vo vnútri sklenenej banky.

Výhody indukčných svietidiel sú dlhá životnosť vďaka absencii elektród a veľmi vysoká účinnosť konverzie elektriny vysokofrekvenčným regulátorom s účinnosťou 95-98%. Tieto výhody umožňujú usporiť až 50% výdavkov za energiu a údržbu v porovnaní s inými zdrojmi osvetlenia, ktoré indukčné svietidlá nahrádzajú.

Magnetické indukčné lampy vyžadujú pripojenie vhodného predradníka pre správnu funkciu. Predradník sa stará o konverziu napájacieho napätia na jednosmerné a následnú konverziu na vysokofrekvenčný signál. Tento signál je potom privedený na indukčnú cievku na feritovom jadre, ktorá vytvorí silné magnetické pole a odovzdá energiu atómom ortuti v trubici alebo žiarovke. Predradník indukčných lámp musí byť tiež schopný vytvoriť štartovací pulz, ktorým ionizuje atómy ortuti a lampu tak spustí.

Magnetické indukčné osvetlenie dosahuje 100% výkonu už po niekoľkých sekundách rozsvietenia, keď sa s rozohriateho amalgánu uvoľní dostatočný počet atómov ortuti, ktorá je v ňom viazaná.

Bezprostredné riadenie svietidiel predradníkom s mikroprocesorom umožňuje dosiahnuť účinnosť medzi 95 - 98% (podľa modelu), pri minimalizovaní strát na 2 - 5 %. Pre porovnanie, jednoduchý regulátor štartér-tlmivka má straty 12 - 16 %.

Rovnako ako žiarivky, tiež indukčné lampy menia svoje vlastnosti podľa použitej zmesi luminoforov, čo umožňuje výrobcom ponúkať svietidlá s presne vymedzeným farebným podaním.

Výhody indukcie:

• Najdlhšia životnosť zo všetkých dostupných zdrojov až 100.000 hodín
• Veľmi nízky pokles jasu počas 70% životnosti
• 5 -ročná záruka
• Napriek vysokému jasu, neoslňuje
• Svetlo nemá stroboskopický efekt
• Výborné podanie farieb, CRI až 85
• Štart a reštart bez oneskorenia
• Odolné voči otrasom
• Tichá prevádzka
• 100% -ná recyklovateľnosť
• Možnosť regulácie
• Nízka teplota okolia
• Najväčší teplotný rádius nasadenia 
• Možnosť dodatočne rozširovať
• Široké spektrum použitia
• LEED “GREEN“ zhoda
• “Dark Sky“ zhoda