Rynek przemysłowych diod elektroluminescencyjnych jest branżą stosunkowo młodą o dużym potencjale rozwojowym. Z roku na rok producenci oferują rozwiązania cechujące się wyższymi parametrami technicznymi i lepiej przystosowane do pracy w środowisku produkcyjnym (o wysokiej klasie ochrony IP i/lub w obudowach typowych dla hal produkcyjnych oraz zakładowych magazynów). Co więcej, najnowsze typy diod i obudów LED mogą być stosowane również jako oświetlenie awaryjne oraz mobilne źródła światła do prac terenowych. Jednocześnie wciąż brak przepisów jednoznacznie określających minimalną wartość parametrów użytkowych, a tym samym ułatwiających optymalne projektowanie oświetlenia przemysłowego. Istniejące normy (w tym zwłaszcza PN-EN 12464-1:2012) dotyczą jedynie wymagań ogólnych i bezpieczeństwa warunkujących dopuszczenie produktu do obrotu. Stąd decyzję o zastąpieniu tradycyjnych żarówek, świetlówek kompaktowych lub halogenów lampami LED powinna poprzedzać wnikliwa analiza ich parametrów pod kątem realizacji potrzeb zakładu przy zachowaniu odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa jego załogi. Pomóc w tym może zarówno sam producent lub dystrybutor, jak i karta danych technicznych, która – poprawnie odczytana – okazuje się bogatym źródłem informacji o danym produkcie.

Optymalne natężenie i rozsył światła
Nie od dziś wiadomo, że niewłaściwe oświetlenie hali produkcyjnej czy magazynu wywiera negatywny wpływ na efektywność pracy załogi. Niedoświetlenie, olśnienie, migotanie światła czy efekt stroboskopowy męczą wzrok oraz wywołują rozdrażnienie i nerwowość sprzyjające wypadkom przy pracy. Dlatego projektując oświetlenie, pracodawca powinien skupić się w pierwszym rzędzie nie na efektywności energetycznej i kosztach takiego rozwiązania, lecz jego optymalizacji pod kątem poziomu natężenia światła na stanowisku pracy i w jego otoczeniu, jego rozkładu w polu zadania wzrokowego oraz współczynnika oddawania barw (Ra).

Punktem wyjścia do opracowania projektu oświetlenia przestrzeni przemysłowej powinny być minimalne wartości natężenia światła wyszczególnione w normie PN-EN 12464- 1:2012. W przypadku hali produkcyjnej wynoszą one 300 lx dla oświetlenia ogólnego i 500-1500 lx w przypadku prac precyzyjnych (np. obsługi szlifierki czy tokarki precyzyjnej). Tak duże natężenie światła – w połączeniu z małymi wymiarami ciała świecącego oraz wąskim kątem jego wypromieniowywania – sprzyja powstawaniu zjawiska olśnienia, czyli zaburzeń widzenia wywołanych oślepieniem światłem bezpośrednim lub odbitym od błyszczących powierzchni. Według badań o szkodliwym wpływie olśnienia możemy mówić, gdy skupienie światła przekracza 30 kcd/m2. Aby go uniknąć, należy zadbać, by źródła światła zawieszone były na odpowiedniej wysokości pod kątem prostym do oświetlanej powierzchni.

Redukcji zjawiska olśnienia sprzyja również dobór odpowiedniego kąta rozsyłu światła diod (stopnia jego rozproszenia). Kąt ten zawiera się w granicach 15-30° dla rozsyłu wąskiego, 110-120° dla rozsyłu lambertowskiego, > 120° z odchyłem 30-60° od osi optycznej diody dla rozsyłu szerokokątnego i > 180° z odchyłem > 60°dla rozsyłu bocznego. W praktyce w przypadku diod dużej mocy najczęściej stosuje się oświetlenie o kącie 110-130°, choć należy pamiętać, że o wynikowym rozsyle światłości decyduje budowa oprawy. Z pomocą przychodzą tutaj producenci opraw profesjonalnych, którzy coraz częściej wyposażają je w zaawansowane układy optyczne umożliwiające uzyskanie rozsyłu światłości odpowiadającego normom branżowym.

Chłodne barwy i wierne odwzorowanie kolorów
Poza natężeniem światła parametrem istotnie wpływającym na efektywność pracy zespołu produkcyjnego jest również temperatura barwowa jego źródła. Przyjmuje się, że najbardziej optymalne warunki do pracy zapewnia światło białe o barwie ok. 4000 K. Chłodniejsze światło działa bowiem energetyzująco, poprawiając koncentrację i stymulując do wysiłku – w przeciwieństwie do światła ciepłego (2000-3000 K) utożsamianego z relaksem i odpoczynkiem. Aby jednak spełniało swoje funkcje wynikające z temperatury barwowej, oświetlenie powinno wykazywać się również wysokim współczynnikiem oddawania barw (Ra) określającym stopień wierności odwzorowania barw oświetlanych przedmiotów. Co do zasady im wyższy jest współczynnik Ra (> 80), tym lepiej odwzorowane będą kolory otoczenia, choć eksperci wskazują, że spełnienie tego kryterium wymaga uwzględnienia dodatkowo R9, czyli współczynnika oddania barwy czerwonej (co najmniej = 0). Stąd też amerykański Narodowy Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST) zaproponował stworzenie alternatywnej do Ra skali CQS (ang. Color Quality Scale) uwzględniającej parametry poszczególnych barw.

Wysoka trwałość i skuteczność świetlna
Poza kryteriami ukierunkowanymi na zapewnienie komfortu pracy zespołu produkcyjnego, na ostateczny wybór typu i rozmieszczenia oświetlenia przemysłowego istotny wpływ mają również wymogi ekonomiczne stawiane nowoczesnym systemom oświetleniowym. Z założenia system taki powinien bowiem zapewniać przedsiębiorcy konkretne oszczędności wynikające z obniżenia kosztów eksploatacji i serwisowania lamp. W przypadku diod i opraw LED o ich wysokości decydują z jednej strony skuteczność świetlna i trwałość diod, a z drugiej – odporność na warunki otoczenia, w tym temperaturę, uszkodzenia mechaniczne, drgania i wstrząsy.

Skuteczność świetlna określająca stosunek strumienia świetlnego emitowanego przez źródło światła do pobieranej przez nie energii w jednostce czasu wynosi w przypadku LED-ów zwykle 30-150 lm/W w zależności od mocy diod. Jej wartość jest ponadto zależna od temperatury barwowej: im jest ona wyższa, tym wyższa jest skuteczność świetlna LED-ów. Aby wyobrazić sobie, o jakich rzędach wielkości mówimy, warto odnieść ową skuteczność do wartości tego parametru charakterystycznych dla pozostałych źródeł światła: w przypadku żarówek będzie to 8-10 lm/W, lampy halogenowe wykazują skuteczność rzędu 16 lm/W, a świetlówki kompaktowe – 45-100 lm/W. Najbardziej porównywalne wyniki uzyskują w tym przypadku lampy metalohalogenkowe (85-125 lm/W) i wysokoprężne lampy sodowe (150 lm/W).

W zestawieniu z tymi ostatnimi przewaga diod elektroluminescencyjnych ujawnia się w zakresie trwałości, która – w zależności od barwy światła – wynosi od 30-70 tys. godzin pracy dla diod białych, niebieskich i zielonych do 250 tys. godzin pracy dla pomarańczowych. Co istotne, analizując trwałość, należy wziąć pod uwagę nie tyle sam czas świecenia, ile okres zachowania odpowiedniej wartości strumienia świetlnego L70 (> 70%) oraz współczynnik uszkodzeń F określający liczbę diod uszkodzonych w określonym czasie eksploatacji (np. F10 = 10% uszkodzeń).

Inteligentne systemy regulacji oświetlenia
Parametry te przekładają się bezpośrednio na cenę danego rozwiązania, która – zwłaszcza w połączeniu z profesjonalnym systemem sterowania – może znacząco przewyższać koszty jednostkowe zakupu tradycyjnego oświetlenia. Dlatego analizując nakłady na inwestycję oświetleniową, należy wziąć pod uwagę nie tylko koszty jednostkowe, ale też wydatki eksploatacyjne i serwisowe (w tym częstotliwość wymiany i serwisowania lamp). W przeciwieństwie do tradycyjnych żarówek, świetlówek czy halogenów, LED-y są bowiem wyjątkowo wytrzymałe na uderzenia, drgania, wstrząsy i niską temperaturę (< -25°C), a ich żywotność nie zależy od częstotliwości włączania i wyłączania. W efekcie średni czas działania opraw profesjonalnych wynosi 10-20 lat, co czyni je szczególnie predestynowanymi do aplikacji w miejscach trudno dostępnych dla serwisu.

Jak szacują eksperci, już sama wymiana konwencjonalnego oświetlenia na diodowe pozwala zredukować wydatki na energię elektryczną średnio o 50-55% w skali roku. Koszty te można jeszcze dodatkowo obniżyć, projektując inteligentny system oświetlenia z podziałem na strefy świetlne sterowane oddzielnie zgodnie z bieżącym zapotrzebowaniem. Na system taki składają się czujniki natężenia światła, które analizują ilość światła dziennego docierającego do pomieszczenia i przekazują informacje do jednostki sterującej, która dostosowuje natężenie oświetlenia tak, aby skompensować różnicę między natężeniem światła naturalnego a tym wymaganym normą. Ich uzupełnienie stanowią czujniki ruchu odpowiedzialne za rozjaśnianie światła w momencie wykrycia obecności człowieka w pomieszczeniu. Połączone ze sobą czujniki tego typu mogą tworzyć system wyprzedzania obiektu w ruchu, który bazując na sygnałach wysyłanych przez kolejne sensory, pozwala na rozjaśnianie kolejnych stref w miarę przemieszczania się obiektu.

Dalsze oszczędności przynosi wprowadzenie harmonogramu włączania i wyłączania oświetlenia w poszczególnych strefach w zależności od stopnia ich wykorzystania (np. w zależności od zmian, dni tygodnia, profilu produkcji). Co więcej, nowoczesne cyfrowe regulatory DALI umożliwiające zarządzanie całymi panelami opraw, nie zaś każdą oprawą z osobna (jak w systemach analogowych 1-10 V) pozwalają również na dynamiczną zmianę stref w zależności od profilu produkcji, co ma znaczenie zwłaszcza w zakładach o wysokiej elastyczności cykli ukierunkowanych na realizację krótkich serii produkcyjnych.