LED: Lumen, Kelvin & Watt

Vad är LED?

LED står för Light Emitting Diode, på svenska Lysdiod. Det är en elektrisk komponent (diod, likriktare), som förutom diodens vanliga funktion som "backventil" även sänder ut ljus då en elektrisk ström flyter genom den.

Även en glödlampa skickar ju ut ljus, men en LED gör detta enligt helt andra principer, vilket bland annat gör den mycket mer effektiv. Den har dessutom några andra särskilda egenskaper, som vi återkommer till i slutet.

Watt och effekt

Alla som gått Elkursen vet att effekt anger "hur mycket vi tar i", eller hur "starkt" något är. Storheten Effekt mäts i Watt, som är enheten. Det finns även andra effektenheter, t.ex hästkrafter (hk), men i elvärlden jobbar vi bara med Watt.

Det är alltså effektangivelsen som talar om för oss hur mycket "kraft" vi stoppar in i en utrustning, t.ex en lampa. En lampa med många Watt angiven effekt lyser förstås starkare än en med färre Watt.

Watt är enheten för effekt

Verkningsgrad

Det är inte är något självändamål att ösa in många Watt i en apparat, bara för sakens skull. Vi vill ju få något arbete utfört. I fallet med lampan är det ljus vi vill ha, medan ett ankarspel skall få upp vårt tunga ankare.

En del av den effekt vi matar in i en utrustning kommer att gå till att utföra det nyttiga vi vill, medan en annan del går till spillo, oftast som värme. Om vi jämför hur mycket vi kan utnyttja av det vi matar in får vi ett värde mellan 0% och 100%. Det kallar vi för verkningsgrad. Hög verkningsgrad, 100%, vill vi gärna ha (men får aldrig). Läs mer om verkningsgrad här.

Förresten: Klura på det här; vilken utrustning kan du tänka dig som har högsta möjliga verkningsgrad? (En bensinmotor har t.ex bara runt 30% verkningsgrad - för att flytta bilen - resten blir till värme)

Ljusflöde, Lumen

Enheten för ljusflöde heter Lumen, och förkortas lm. Ett högt Lumen-tal innebär alltså att det blir ljust.

En LED-lampa kan producera fler lumen per Watt, dvs mer av det vi matar in blir till nyttigt ljus. LED-lampan har alltså högre verkningsgrad än glödlampan. Om vi vill ha en viss ljusstyrka kan vi alltså klara av det med färre Watt med LED. Det är därför man säger att LED-lampan sparar el: För en viss ljusstyrka drar LED-lampan mycket mindre ström än en glödlampa.

Lumen = Ljusflöde

Verkningsgraden hos en glödlampa är ca 5%(!). Av den effekt vi matar in blir alltså bara 5% till ljus, resten blir värme.
Verkningsgraden hos en LED-lampa ligger runt 35%, dvs ca 7 gånger högre. Därmed behöver LED-lampan bara tillföras runt 1/7 av effekten för att lysa lika starkt som glödlampan.

Ett Lumen-trick

Vi är inte vana att räkna i Lumen, vi är uppväxta med 40W glödlampor, och vet hur starkt de lyser. Det är inte relevant att tala om effekt på samma sätt när det gäller LED; det är ju ljusflödet vi är ute efter. Därför står det en Lumen-siffra på LED-kartongen. Vissa tillverkare försöker vara pedagogiska och ritar en glödlampa på lådan och skriver "motsvarar 40" eller liknande. Det blir ju mest förvirrande! Det är ju verkningsgraden och Lumen som gäller.

Ett knep i affären är detta: Kolla på angiven Lumen-angivelse, och håll för sista siffran (dvs dividera med 10). Då får du en grov uppfattning om hur många Watt ljuset motsvarar hos en glödlampa. En LED med ljusflödet 400 lm motsvarar alltså i runda slängar en 40W glödlampa.
(Grovt alltså, 1/10 blir ju detta; det är mer 1/7 enligt ovan, men ungefär...)

Färgtemperatur, Kelvin

Du har säkert sett att olika ljus ser olika "mysigt" ut. Ingen vill ha snövitt ljus i mysiga ruffen, men man vill heller inte ha mysljus i arbetsrummet. Det lite gulare, "varmare", ljuset är typiskt för glödlampor, medan ljuset hos - särskilt tidigare - LED är mer "vit-vita", nästan lite åt det blå hållet.

Man kallar detta grovt för "varmvit" eller "kallvit", och vill man vara mer noggrann anger man ljusets "färg" i grader Kelvin (K). Ju lägre färgtemperatur, desto gulare och "mysigare" ljus. Ett stearinljus är ju väldigt gult, och ligger på runt 2200 Kelvin, medan vanligt lampljus (varmvitt) ligger runt 2700K. Många gillar vitare ljus, ca 4000-5000K som rent arbetsljus, då det gulare kan bli lite "smetigt".

De flesta vill nog inte ha högre än 3000K i ruffbelysning etc.

Färgtemperaturen anges i Kelvin

Kolla gärna siffran för färgtemperatur när du köper LED-lampor. Ofta står det Warm White på kartongen (säljer bättre...) men 4000K i färgtemperatur. Gå på Kelvin-siffran, nu när du vet!

Färgåtergivning, RA-tal

En ljuskälla kan lysa både starkt och bra, men ha dålig färgåtergivning. Alla som kört bil på motorvägen under gula natriumlampor vet hur det ser ut. Beroende på användning och behov kan man ställa olika krav på färgåtergivningen. En naturlig färgåtergivning är alltid en fördel, med andra ord då färger ser ut som på dagen.

Det vanligaste sättet att ange detta är med färgåtergivningsindex Ra. Det är måttet på hur väl det jämförda ljuset överensstämmer med ett referensljus. För att kunna bestämma Ra-värdet jämförs ljusets förmåga att återge färger med förmågan hos referensljuset. Normalt används då åtta normerade färgprover. Ju mindre färgavvikelser som uppstår, desto högre (bättre) Ra-tal får ljuset. En ljuskälla med Ra = 100 återger alltså färgerna optimalt jämfört med referensljuset. Ju lägre tal, desto sämre återges färgerna. Färgåtergivningen Ra skall alltid anges tillsammans med färgtemperaturen.

Några typiska och vanliga exempel på Ra-index:

  • Vanlig glödlampa 100
  • Halogenglödlampa 100
  • Dagsljus utomhus 100
  • Fullfärgslysrör 85
  • Metallhalogenlampor 85-92
  • Enkelfärgslysrör, enklare typ 52
  • Kvicksilverlampor 50
  • Högtrycksnatriumlampor 20

Våglängder

LED sänder ut ljus enligt helt andra fysikaliska principer än en glödlampa. Från början fanns enbart röda, gröna och gula lysdioder. För ett antal år sedan uppfanns de blå lysdioderna. För denna bedrift fick Isamu Akasaki, Hiroshi Amano och Shuji Nakamura Nobelpris 2014!

Hur kan det vara så viktigt med blå, att man får Nobelpris, när det redan fanns andra färger? Jo, enligt färgläran kan man skapa alla andra färger genom att blanda Rött, Blått och Grönt i lagom proportioner. Kanske är du tillräckligt gammal för att minnas RGB-monitorer som tidiga färgskärmar till datorerna? Samma princip, RGB, gäller i alla färg-TV. Gå nära och titta!

Olika ljusfärg uppstår pga olika våglängd hos ljuset.

Tack vare den blå lysdioden blev det alltså möjligt att tillverka vita lysdiodlampor, genom att ta en röd, en grön och en blå lysdiod och förpacka dem i samma kapsling. Blå LED är alltså ett villkor för hela den lysdiodsrevolution vi sett, och att EU inte längre tillåter försäljning av äldre glödlampor. Väl värt ett Nobelpris, för gärning i miljöns tjänst!

Egenheter hos LED-lampor

  • LED-lampor har ett smalt spektrum, dvs de lyser med en specifik färg, t.ex röd eller grön. Om vi sätter ihop RGB enligt ovan kan vi lura ögat att se vitt ljus, men väldigt många våglängder "saknas" mitt i. Ju mer som saknas desto sämre RA-tal, som du sett ovan. Gamla natriumlampor på vägen är ju i stort sett bara gula, och mycket dåliga på att återge andra färger.
  • LED-lampor drar relativt lite ström för ett visst ljusutbyte. Du kan därför spara mycket energi (både i båten och hemma) på att byta till LED.
  • LED-lampor tänds och släcks i stort sett utan fördröjning, medan glödlampor är väldigt sega eftersom glödtråden skall värmas och svalna. Det är inga problem att tända och släcka en LED 10 miljoner gånger i sekunden eller mer, vilket nyttjas i fiberkommunikationen vi numera har i våra hem för dataöverföringen.
  • LED-lampor har mycket lång livslängd jämfört med glödlampan. Detta tillsammans med lägre elkostnad gör att det rätt snabbt lönar sig trots (än så länge) högre inköpspris.
  • LED-lampor gillar inte värme. De måste kylas vid drift, vilket tillverkaren givetvis tänkt på för normal drift. Men det är ingen bra idé att sätta LED-lampor i bastubelysningen!
Lysdioder är en förutsättning för datafiber

Till sist; kom du förresten på någon produkt med hög verkningsgrad?
Det mest energieffektiva jag kan tänka mig är ett elektriskt värmeelement, där ju allt på ett eller annat vis blir till värme. Och det var ju vad vi ville få ut av just värmeelementet, som alltså har så gott som 100% verkningsgrad!

Och avslutningsvis, som en liten tankkittlare: Om du hittar på något med mer än 100% verkningsgrad kommer du att bli rik och berömd! Då har vi nåt som lämnar mer nyttigt arbete än vad vi matar in. En evighetsmaskin!
Det räcker med 100,0001% verkningsgrad för att du skall bli för evigt ihågkommen och ha råd med båtliv på heltid. Sätt igång! 🙂