Avainsana: valaistus

Mikä tekee ledilampusta tappokoneen?


Killing LEDViimeisen 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.

LED
Eräs myynnissä oleva LED-lamppu (*)

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.

Suomen suurin ledilamppu

Olen jo viitisen vuotta silloin tällöin kokeeksi ostanut hehkulamppuja korvaavia ledilamppuja. Ensimmäiset olen jo heittänyt pois – en siksi, että ne olisivat menneet rikki vaan siksi, että ne yksinkertaisesti eivät täyttäneet tarkoitustaan valaisussa.

Minulle on syntynyt käsitys, että mikään alle viiden watin ledilamppu ei korvaa hehkulamppua. Tuollainen kapistus taas on ollut tähän asti erittäin kallis. Kaikki ostamani ledilamput ovat maksaneet 20-40 euroa ja aivan viimeiseen asti viiden watin ledilamput ovat olleet hintahaitarin huipulla. Niin kuin itse asiassa ovat vieläkin vaikka hinnat ovat olleet lievässä laskussa koko ajan. Lisäksi viisi wattia vaatii jo valtavan jäähdytyselementin, koska kaikki lämpö muodostuu pistemäisesti muutamassa pienessä puolijohdelastussa.

Keskiviikkona törmäsin tähän astisista tehokkaimpaan ledilamppuun. Yhdeksän wattia. Kyseessä on tavallisen isoon lampun kantaan (E27) laitettava kohdelamppu, jonka jäähdytyslevyt ovat valtavat, ison hehkulampun kokoiset. Käyttöiäksi luvataan viisi vuotta ja valon luvataan vastaavan 90-wattista hehkulamppua. Valitettavasti en raaskinut maksaa lampusta vaadittua hintaa 29,90 euroa, joten en voi kommentoida kuinka lamppu oikeasti toimii. Kauppa on Motonet Hämeenlinna.

Tämä lamppuhan on valitettavasti tavallisessa kotitalouskäytössä lähes käyttökelvoton. Kohdevalaisimet edellyttävät yleensä G-kantaisia lamppuja (suoraan verkkovirtaan laitettavat ovat nastallisella GU10-kannalla). Isoa kierrekantaa näkee ääarimmäisen harvoin valaisimessa, jossa voisi ajatella käytettävän kohdelamppua. Lisäksi tavallisen hehkulampun kokoiset tai jopa isommat jäähdytyselementit rajoittavat käyttötarkoituksia kohdelamppuna. Eli en keksi tälle lampulle mitään käyttökohdetta kotonani.

Ledilamput valitettavasti ovat aina perusrakenteeltaan kohdelamppuja. Valoa voi yrittää hajottaa, mutta kyllä sitä silloin aina myös hukataan.

Lamppua voisi yrittää käyttää pihalla kohdevalaisimena, mutta se on hieman kallis kokeiltavaksi, kestääkö se pakkasta.

Mikäli lamppu toimii viisi vuotta, sitä käytetään sisällä kaksi tuntia päivässä ja sähkö maksaa 10 c/kWh, lamppu kuluttaa elinikänään sähköä reilulla kolmella eurolla:

2 h * 365 * 5 = 3650 tuntia
3650 h * 0,009 kW * 0,10 e/kWh = 3,29 euroa

90 W hehkulamppu kuluttaa samana aikana sähköä reilulla kolmellakymmenellä eurolla:

3650 h * 0,09 kW * 0,10 e/kWh = 32,90 euroa

Eli lamppu ei aivan säästä itseään elinaikanaan (32,90 – 3,29 = 29,60 vs. ostohinta 29,90). Tosin hehkulamppu joudutaan todennäköisesti uusimaan kerran tuona aikana eli hintaan tulee muutama kymmenen senttiä lisää (vertailukelpoinen hinta on siis hinta, ennen kuin hehkulamput piti ostaa tiskin alta).

Kun sisäkäytössä kuitenkin pitää ottaa huomioon se, että suurin osa hehkulampun energiasta menee asunnon lämmittämiseen, laskelma muuttuu selvästi hehkulampun eduksi. Suomessa lämmitystä ei tarvita kahtena ja puolena kuukautena, ja kun karkeasti arvioiden lisäksi lämmityksen ei tarvitse olla päällä mm. hehkulamppujen ansiosta kahtena ja puolena kuukautena, lämmityskauden pituudeksi tulee ainakin seitsemän kuukautta. Lasken kuitenkin mukaan myös ajan, jolloin nuukan ihmisen lämmitys ei ole päällä, koska kodin aktiivienergia riittää lämmitykseksi. Mikäli kaikki ”energiansäästötoimet” kuten ledilamput otetaan asunnossa käyttöön, lämmityksen on oltava päällä yhdeksän ja puoli kuukautta.

9,5 kk / 12 kk = 79 %

Tällöin hehkulampun energiasta 79% on lämmitykseksi menevää aktiivienergiaa ja vain 21% menee hukkaan. Tällöin jätän laskematta sen, ettei Suomessa kesällä tarvitse keinovaloa – mutta annetaan sen verran hehkulampunkieltäjille tasoitusta. Silloin hehkulampun käyttökulut viidessä vuodessa ovat vain seitsemän euron luokkaa:

32,90 euroa * 21 % = 6,91 euroa

Ja vastaavasti ledilampun seitsemänkymmen sentin luokkaa:

3,29 * 21 % = 0,69 euroa

Ledilampun säästö on sisäkäytössä elinaikanaan vain 6,22 euroa. Tuohon nähden kolmenkymmenen euron ostohinta on aivan järjetön.

Kolmekymmentä euroa maksava ledilamppu voi maksaa itsensä takaisin vain ulkokäytössä, jossa se on aina pimeän aikana päällä. Tai sitten käyttökohteessa, missä lampun vaihtaminen on erittäin kallista tai hankalaa. Muuten sellaista ei kyllä kannata ostaa.


Kannattavat ledilampun hinnat olisivat:

  • 9 W – 6 euroa
  • 6 W – 4 euroa
  • 4 W – unohda! (kuin 25W kohdehehkulamppu)

Jos ledilamppu on ulkokäytössä päällä 50% ajasta viisi vuotta, ja se säästää 81W tunnissa, säästö on huomattava:

12 h * 356 * 5 * 0,081 kW * 0,10 e / kWh = 177 euroa

Mutta ledivalaisimen toiminnasta pakkasessa ei siis ole mitään takeita. Netissä tunnutaan myytävän erikseen kylmänkestäviä ledivalaisimia, joten todennäköisesti tämä lamppu ei pakkasta kestä.

PS. Ledilampuissa on pieni hakkurivirtalähde, joka voi aiheuttaa käsittämättömän määrän radiohäiriöitä. Jos radiosi vinkuu, sammuta ledilamput. Jos häiriö katoaa, joudut palaamaan muihin lampputyyppeihin.

Hyvää faktaa sähkövalaistuksesta Ylen Areenassa

Ylen Areenasta löytyy uutisjuttu, jossa käsitellään joitakin energiansäästölampun ongelmia.

”11 watin energiansäästölamppu kuormittaa sähköverkkoa 22-24 wattia” (loisteho). Lisäksi ”energiansäästölamppujen häiriöt estävät sähkömittarien etäluvun sähköverkon kautta”.

”Energiansäästölampun kesto ulkokäytössä on huonompi [kuin hehkulampun], ne ovat kalliimpia ja ne ovat raskasmetallia sisältävää jätettä.”

Artikkeli käsittelee Porvoon jouluvaloja ja poikkeuksellisesti energiansäästölamppujen käytössä ulkona on hiukan järkeä. Sisällähän lamppu on apusähkölämmitin ja hehkulampulla tuotetun valaistuksen energian kulutus on murto-osa sen sähkön kulutuksesta.

Sähkönsäästölamput

Nyt alkaa sähkönsäästölampuistakin olla faktatietoa. Kuluttajaviraston tutkimuksessa on käyty läpi Pohjois-Suomen kauppojen hyllyiltä löytyvät sähkönsäästölamput.

Minulla on sähkönsäästölampuissa perusperiaate, ettei pääsääntöisesti kannata. Olen kokeillut sekä pienoisloisteputkia ja ledejä vuosia ja toivonut, että ne olisivat järkeviä vaihtoehtoja. Mutta olen aina pettynyt.

Jos tarvitset esim. pitkään päällä olevaa kasvivaloa, tarvitset 23W sähkönsäästölampun ja sen hinnan on oltava selvästi alle kymmenen euroa (vertailussa 6,99 – 22,00). Tuollaisella uutena 100W hehkulamppua vastaavalla lampulla on toivoa vastata 60W hehkulamppua vielä vuodenkin päästä. Ja vastaani on tullut välkkyvää lamppua ja hyvin pian sammuvaa sähkönsäästölamppua (erityisen huonoja ovat olleet Ikean ”energiansäästölamput”). Ja siis lämmitysvaikutuksen vuoksi ainoa syy hankkia tällainen lamppu on se, etteivät kasvit pala. Sähkönsäästölamput eivät säästä energiaa suomalaisittain lämmitettävässä talossa.

Ledilampun on taas pakko olla ainakin 5W, että sillä voi esim. lukea. Tuollaiset lamput ovat vielä harvinaisia ja kalliita. Ja pienessä ledissä, joka tuottaa viisi wattia, täytyy olla mahtavat metalliset jäähdytyselementit ettei ledi heti pala. Onko se sitten ekologista? Ei ainakaa kovin kaunista useimmissa tapauksissa.

Niin ja arvatkaa, miksi suurin sähkönsäästölamppu on 23W? Säännösten mukaan sitä isommissa lampuissa olisi kompensoitava loisteho. Palataan siihen myöhemmin.