Mikä tekee ledilampusta tappokoneen?

Viimeisen parin kuukauden sisällä on uutisoitu useita LED-lamppujen poisvetoja markkinoilta.[1][2][3][4][5][6] Miksi tämä harmittoman tuntuinen sähkönsäästöihme on niin vaarallinen?

LED-lamppujen perustana ovat valoa emittoivat diodit, ledit. Nämä ovat puolijohteita, jotka toimivat melko pienellä jännitteellä (2-4 volttia ledistä riippuen, eri väreillä eri jännite), jonka on oltava vielä hyvin tarkka. Yksittäisen ledin yli kulkeva jännite on tuon ledin päättämä vakio, joten ledin tehoa säädetään sen yli kulkevalla virralla, jonka on myöskin oltava hyvin tarkka. Verkkovirta on siis tasasuunnattava tasavirraksi, muutettava jännitteeltään sopivaksi ja vielä säädettävä kaikille ledeille oikeaa vakiovirtaa antavaksi.

Moderni virtalähde, joka kykenee täyttämään ledien vaatimukset on nimeltään hakkuriteholähde. Nämä olivat vielä parikymmentä vuotta sitten tiiliskiven kokoisia ja painoisia monimutkaisia laitteita. Nyt sellainen ahdetaan ledilampun kannan sisään.

Jos virtalähteenä käytettäisiin yksinkertaisesti muuntajaa, sen koko kasvaisi liian suureksi. Siksi sisään tulevaa sähkövirtaa katkotaan (siitä nimi ”hakkuri”) sähköverkon 50 hertsin taajuutta paljon korkeammalla taajuudella (50 kHz – 1 MHz), jolloin jännitemuunnoksen häviöt ovat paljon pienemmät ja jännitteen muunnokseen riittää mikrokokoinen muuntaja.

Hakkurivirtalähteen haittoihin kuuluu se, että se säteilee melkoisesti radiohäiriöitä ympärilleen. Se myös voi levittää sähköverkkoon häiriöitä. Kertoopa perimätieto myös sen, että jos korkea taajuus joutuu väärään paikkaan piirilevyllä, virtalähteessä olevat kondensaattorit räjähtävät melko herkästi.

Ledit lämpenevät pistemäisesti ja kymmenenkin wattia pistemäistä lämpöä on paljon. Tavalliset lamput säteilevät suuren osan lämmöstään infrapunaisena valona. LED-lampuissa lämpö joudutaan johtamaan hyvin lämpöä johtavaan ja säteilevään metallikennostoon, joka ympäröi lamppua kaikkialta muualta paitsi sieltä, mistä valon toivotaan tulevan ulos. Metalli, joka johtaa hyvin lämpöä, johtaa myös hyvin sähköä.

Hehkulamppua matkivassa LED-lampussa on tavallinen metallinen ”edison”-kierrekanta (esim. E27), jossa on 230 volttia, ja kannan sisällä on hakkurivirtalähde, jossa on myös suurilta osin 230 volttia. Hakkurivirtalähde on piirikortilla, johon 230 volttia tuodaan kantaan juotetuilla johdoilla. Hakkurivirtalähdekin lämpenee, joten se mieluiten pitäisi kiinnittää jäähdytyslevyyn. Myös radiohäiriöiden takia sen pitäisi olla metallin ympäröimä.

Jos tässä LED-lampun kannassa olevassa 230 voltin johto- ja metallilevyhimmelissä jokin menee pahasti vikaan, kannan 230 volttia kytkeytyy metalliseen jäähdytyslevyyn suoraan. Päinvastoin kuin vanhassa lampussa, jossa lamppu kierrettiin kiinni turvallisesta eristävästä lasikuvusta kiertäen, LED-lampussa lampun paikalleen kiertäjä saa heti itseensä lampun oikosulun tuomat tappavat 230 volttia.

Muutamassa tutkimassani ledilampussa hakkurivirtalähde on irrallisella piirikortilla, johon kannasta tulevat johdot on juotettu kiinni. Mikäli noissa juotoksissa on ongelmia, kuljetuksen aikaiset värähtelyt irroittavat nuo johdot helposti. Eristys kannasta ja jäähdytyselementistä on hoidettu irtonaisella sellofaanitötteröllä. Suojausta radiohäiriöille ei ole ollenkaan.

Parhaassa tapauksessa ongelmat johtavat siihen, että LED-lamppu aiheuttaa 230 voltin oikosulun ja sulakkeen palamisen. Hieman pahemmassa tapauksessa hakkurivirtalähteestä mikroräjähtelee muutama komponentti ja lampun sisällä syntyy tulipalo. Pahimmassa tapauksessa koko lamppu on 230 voltissa oleva metallimöykky.

Radio- ja sähköverkkohäiriöitä LED-lamppu tuottaa joka tapauksessa.

LED-lamput eivät yleensä kestä normaaleja sähköverkossa esiintyviä jännitepiikkejä samalla tavalla kuin hehkulamput. 20 vuotta periaatteessa kestävä lamppu on melko hyödytön, jos se hajoaa jo ensimmäisellä ukkosella.

Jo 19.5.2010 annettiin myös varoitus loisteputkia korvaavista LED-valaisimista, joista oli mahdollista saada sähköisku putken toisesta päästä, kun toista päätä asetettiin paikalleen.[7]

Kiinassa tehdyistä hehkulampun näköisistä LED-lampuista on myös ollut mahdollista saada sähköisku kannasta jo pelkästään ulkokautta asetettaessa lamppua paikalleen.[5]

Tukesin ja yhteistyökumppaneiden tutkimista LED-lampuista vain 17 prosenttia täytti kaikki vaatimukset sähkömagneettisten häiriöiden osalta.[1] Yksi lamppu on asetettu myyntikieltoon, ja lisäksi monia muita tuotteita ei saa enää tuoda maahan.Rohkeat voivat ostaa lamppuja myös suoraan Hong Kongista. [8]

Ledeille oma pientasasähköverkko? Ei onnistu.

Aina välillä ehdotetaan asuntoihin suoraan ledeille sopivaa matalajännitteistä tasavirtasähköverkkoa. Se vain valitettavasti ei ole hyvä ajatus. Analogiaa voidaan etsiä autoista, joissa sielläkin 60-luvun kuuden voltin sähköverkko vaihdettiin 12 voltin sähköverkkoon (ja kuorma-autoissa 24 volttia). Pienillä jännitteillä johdoista täytyy tehdä hyvin paksuja ja häviöt ja ongelmat ovat siitä huolimatta suuria.

Jos asuntoon tehtäisiin suoraan ledilampuille tarkoitettu kahden voltin sähköverkko, 200 watin valaistus vaatii virtaa 100 ampeeria. Yleensä käytetyn säännön mukaan neljä metriä pitkä sata-ampeerinen sähköjohto on suositeltavasti noin neljä milliä paksua johtoa (kuparin halkaisija). Tämä valitettavasti on täysin käyttökelvoton johdon paksuus (ja hinta) sisävalaistukselle. Syyn paksuuteen taas voi laskea jännitehäviöistä. Jos johdon vastus olisi kaiutinkaapelia vastaava pienen kuuloinen 0,1 ohmia (**), tehohäviöt johdossa ovat P=RI² eli 0,1 * 100 * 100 = 1000 wattia. Johto lämpenee yhtä paljon kuin esimerkiksi vohvelirauta. Jopa neljä milliä paksun johdon häviöt ovat 15 watin luokkaa.

Tässä myös unohdetaan, että ledit vaativat joka tapauksessa jonkinlaisen jännitelähteen takaamaan jokaisen ledin yli kulkeva tasainen virta.

Valitettavasti ledeille tarkoitettu oma sähköverkko on täysin käyttökelvoton ajatus.

Muita ledien ongelmia ja käyttökohteita

LED-lamppujen jäähdytyselementit ovat väistämättä metallisia, koska vain metallit johtavat hyvin lämpöä ja ovat kestäviä. Lasia kalliimman hinnan lisäksi tästä tulee kierrätysongelma. Vanhan lasisen lampun kierrätysarvo on olematon, mutta LED-lamppu jouduttaneen kierrättämään.

Ledin tasavaloisuus tekee sisällä tapahtuvan valokuvauksen haastavammaksi. Ledivalaistus ei ehkä kerta kaikkiaan tuota sellaista taajuutta, joka on tarpeen kuvan toistamiseen sillä tavalla kuin ihmiset sen valokuvaan haluavat. Ehkä ihminenkin voi paremmin sellaisessa valossa, jossa on mukana kaikki taajuudet. [10]

Viimeinen suuri ongelma ledeillä on se, että ne ovat aina suuntaavia valoja. Mikäli valoa yritetään muuttaa ympärisäteileväksi, siitä aina hukataan suuri osa.

Yksi erinomainen käyttökohde – näillä näkymin – ledivalaistukselle löytyy: kasvihuoneet. Ledeistä voidaa valikoida sellaiset valotaajuudet, jotka sopivat erityisen hyvin kasveille ja lamppu voidaan viedä lähemmäksi kasvia ilman, että se kärventyy kuumuudessa. Ottaen huomioon sen, että kasvihuoneita täytyy sitten talvella lämmittää vastaavasti enemmän, hyöty on pienempi.

Harkintaa

Ledit ovat parhaita mahdollisia valaisimia vain joissakin tapauksissa. Niidenkin käytössä on syytä ottaa järki käteen, ja valita jokaiseen käyttötarkoitukseen siihen sopiva lamppu.

(*) Kuvan LED-lamppu ei liity mitenkään takaisinvedettyihin lamppuihin, enkä ole sitä testannut. Kuva oli aiemmassa blogitekstissäni jo lokakuussa.

(**) Kuparikaapelin vastus on 0,0175 ohmia / (m / mm²). 0,1 ohmia tulee siis esimerkiksi 0,75 neliömillimetrin johdosta, jonka pituus on 4,3 metriä. 0,75 neliömillimetrin johto on esimerkiksi peruskaiutinkaapeli eli jo sangen tukeva johto. Viiteenkymmeneen neliömillimetriin 0,75 neliömillimetrin johtoja tarvitaan rinnakkain 67 kappaletta ja vastus on yhä 0,0015 ohmia.

[1] Kauppalehti: Naapurin led-valaisin voi häiritä kotielektroniikaasi
[2] Yle: Tukes: Led-valaistustuotteissa paljon puutteita
[3] T&T: Hälyyttävä tulos: neljä viidestä ledilampusta hylättiin testissä
[4] T&T: Isoja ongelmia ledlampuissa, joka toinen hylätään turvatarkastuksissa
[5] Kiinteistölehti: Led-lampuista löytyi vakavia turvariskejä
[6] Kauppalehti: Tulipaloja ja sähköiskuja – led-lampuissa pahoja puutteita
[7] STEK: tukesin tiedotteet (19.5.2010)
[8] E-ville: energiasäästölamput
[9] Yle: Kasvihuoneviljely ekologisemmaksi led-valoilla ja uusiutuvalla energialla
[10] Adlux: Täysspektrisestä valosta voit jopa nauttia

Wikipedia:
LED
Light Emitting Diode (englanniksi)
Hakkuriteholähde
Switched-mode power supply (englanniksi)

Aikaisemmin Sähkölamppu-blogissa olleita juttuja:
Suomen suurin ledilamppu
Sähkönsäästölamput

PS. Suomessa lamppu on aina sähkönsäästölamppu – ei energiansäästölamppu. Talossa olevan lampun energia menee kokonaisuudessaan loppujen lopuksi talon lämmitykseen eikä lampulla valaisu siinä suhteessa eroa suorasta sähkölämmityksestä.

Suora sähkölämmitys on ollut viime aikoina saman hintaista tai halvempaa kuin esimerkiksi suosittu öljylämmitys.

Hehkulamppu siis on energiatehokkaampi, koska sen valmistaminen vie vähemmän energiaa. Hehkulamppu on sähköpatteria parempi, koska se tuottaa valoa välituotteena, ennen kuin tuo valokin muuttuu asunnon lämmöksi. Jos kaikki Suomen lämpö tuotettaisiin valaistuksen sivutuotteena, energiaa ei kuluisi yhtään sen enempää, mutta emme kärsisi niin paljoa kaamosmasennuksesta.

Silloin, kun Suomessa ei tarvita lämmitystä, ei tarvita keinovaloakaan.