Jaké jsou jednotlivé druhy světelných zdrojů používané v profesionální praxi? V průmyslu, ve veřejném osvětlení ani v administrativní budově už obyčejné žárovky dávno nenajdete. Jednoznačně nejvíce zastoupenou technologií jsou při profesionálním použití zářivky, výbojky a světelné diody (LED).

Lineární zářivky

Princip zářivek je založen na průchodu proudu v trubici s obsahem rtuti (při nízkém tlaku), který způsobuje vyzařování ultrafialového záření. Na povrchu trubice je nanesena látka (luminofor), která ultrafialové záření transformuje na viditelné záření. První vynálezy blízké zářivky se datují na počátek 20. století a na inovacích se podílela řada lidí. První zářivky se používaly již před druhou světovou válkou a po válce čekal zářivky velký rozmach. Důvodem byla především vyšší účinnost oproti žárovkám. Druhů lineárních zářivek je velké množství, nicméně je lze zhruba rozdělit do tří skupin podle tloušťky. Zjednodušeně platí, že čím tlustší, tím technologicky starší. Nejstarší skupina zářivek má tloušťku 38 mm a označují se T12 (číslo označuje osminy palce). Nejčastější jsou T8 (průměr trubice 26 mm) a nejmladší jsou T5 (průměr 16 mm). Dnes se již zářivky nezlepšují, nicméně jejich výroba je masová a levná. Zářivky pro svůj start a svícení vyžadují upravené napájení, potřebují tedy předřadník. Existuje několik druhů předřadníků podle principu fungování: např. obvyklý elektromagnetický se startérem, elektronický předřadník nebo např. se stále žhavenými elektrodami (rapidstart). Doby života a další parametry závisí na předřadníku i na typu zářivky, běžné typy jsou shrnuty v tabulce. Lineární zářivky se používají ve všech oblastech osvětlování, kde je potřeba levně osvětlit rozsáhlé prostory: administrativní budovy, služby, hotely, galerie, průmysl a méně často také ve veřejném osvětlení.

Odzdola: Lineární zářivka T8, T5 a kompaktní zářivka s paticí G23 a 2G10

Kompaktní zářivky

Kompaktní zářivky fungují na stejném principu jako lineární zářivky. Trubice těchto zářivek jsou různě ohnuté a jsou tak skladnější (čili jsou kompaktní). Oproti typům pro domácnosti nemají obecně kompaktní zářivky integrovaný předřadník. Typů kompaktních zářivek je poměrně velké množství. Některé základní typy naleznete v tabulce níže. Kompaktní zářivky jsou provozovány s elektromagnetickými i elektronickými předřadníky. Od roku 2017 platí dle nařízení č. 245/2009 zákaz prodeje dvoukolíkových kompaktních zářivek (pracující s elektromagnetickým předřadníkem). Je tedy vhodné instalovat nově pouze svítidla s elektronickým předřadníkem. Kompaktní zářivky se používají často do zapuštěných svítidel pro osvětlení chodeb i kanceláří (tzv. downlighty) a používají se v podstatě ve všech různých druzích interiérového osvětlení (především v administrativních a komerčních prostorech). V menší míře se také používají ve veřejném osvětlení na méně důležitých komunikacích.

Světelné diody (LED)

Světelná dioda (LED) je světelný zdroj, který pracuje na principu luminiscence polovodičového PN přechodu. Světelné diody se používají již od 60. let 20. století k indikaci. Vývoj modré diody nicméně pomohl vytvoření diody s bílým světlem a v kombinaci s vysokovýkonovou diodou to vedlo na začátku 21. století k možnosti využití světelných diod pro všeobecné osvětlení. Světelné diody vyzařují jednu barvu (jsou monochromatické) a bílého světla se dnes nejčastěji dosahuje transformací modrého světla pomocí luminoforu na další barvy spektra. Druhou možností vytvoření bílé barvy je skládání pomocí základních RGB barevných diod a třetí v současnosti zkoumaná možnost kombinuje oba předchozí přístupy: využití červené diody s modrou diodou a luminoforem. Světelné diody jsou perspektivním světelným zdrojem a jsou dnes téměř výhradní oblastí zkoumání nových světelných zdrojů i nových svítidel. Pro zajímavost dnes nejčastěji užívaným polovodičem je galium nitrid (GaN) nebo indium galium nitrid (InGaN) a nejčastěji využívaný luminofor je cerem dopovaný yttrito-hlinitý granát. Obdobně jako zářivky vyžadují světelné diody předřadné zařízení upravující napájení, označuje se jako předřadník či „driver“. Oproti ostatním světelným zdrojům se často díky dlouhé době života a dalším vlastnostem stírá rozdíl mezi světelným zdrojem a svítidlem a je obvyklé, že světelná dioda nelze jednoduše nahradit – je třeba vyměnit celé svítidlo. Bez dodatečné úpravy je světelná dioda směrový světelný zdroj. Technologie LED je citlivá na teplotu (se vzrůstající teplotou klesá doba života) a pro provoz je vhodné se řídit doporučeními výrobce. Základní charekteristiky světelných diod naleznete v tabulce. Aplikací světelných diod existuje velmi mnoho: akcentové osvětlení, domácnosti, automobilový průmysl, administrativní prostory, sportoviště, průmysl atd.

Příklad LED čipů: vlevo vysokovýkonová LED, vpravo tzv. COB LED (chip-on-board) světelná dioda

Organické světelné diody (OLED)

OLED – organické světelné diody – je vyvíjený světelný zdroj, který pracuje na principu luminiscence podobně jako LED. K luminiscenci dochází ve vrstvě organického polovodiče, který je obklopen elektrodami. První experimenty s luminiscencí organických materiálů proběhly v 50. letech 20. století. Výzkum pokračoval v průběhu 70.-80. let a první zařízení používající OLED bylo na trhu představeno v roce 1987 firmou Eastman Kodak. Výzkum nicméně pokračuje dodnes. Vývoj a aplikace OLED lze rozdělit na dvě oblasti: displeje a všeobecné osvětlení. Využití v displejích je technologicky mnohem dále a vývoj pro všeobecné osvětlení často čerpá právě z oblasti displejů. Oproti obvyklým světelným diodám (LED) je využití OLED ve všeobecném osvětlení zatím především nízké či experimentální. V posledních několika letech přesto došlo k nárůstu účinností, doby života i kvality vyzařovaného světla. Nicméně díky technologickým problémům je dnes doba života pouze cca 40 tisíc hodin, měrný výkon v praxi maximálně 90 lm/W a OLED trpí složitou výrobou, díky ktéré budou klesat ceny jen pomalu. OLED mají ale několik zajímavých vlastností a lze předpokládat, že výzkum bude pokračovat. OLED jsou především plošný světelný zdroj s rovnoměrným rozložením jasu, díky čemuž lze jednoduše osvětlit prostor s nízkou mírou oslnění. OLED lze navrhnout také zcela průhledné, takže mohou být třeba v okně. A v neposlední řadě lze OLED dle libosti ohýbat, takže lze očekávat zajímavá architektonická svítidla.

Příklad OLED svítidel dle katalogu firmy LG (2016)

Halogenidové výbojky

Halogenidové výbojky tvoří velmi širokou skupinu světelných zdrojů, kterou pojí stejný způsob výroby světla. Princip je založen na rtuťové výbojce, která je obohacena o různé další příměsi. Kombinace a množství příměsí tvoří jednotlivé typy halogenidových výbojek a jejich použití. Příměsi jsou ve výbojce v podobě sloučenin – halogenidů – se sodíkem, indiem, prvky vzácných zemin (např. Dy, Tm) apod. Příměsi vyzařují na odlišných vlnových délkách a lze tak vytvořit výbojky s dobrým podáním barev, různých teplot chromatičnosti a zároveň s dobrým měrným výkonem. Halogenidové výbojky lze vyrobit v širokém rozpětí výkonů od cca 30 W až po 2 kW a i jejich použití je tedy velmi široké a různé. Halogenidové výbojky s nižším tokem se používají především pro osvětlení komerčních prostor, obchodů, foyer apod. Vyšší toky se používají na osvětlení venkovních prostorů (nádraží, letiště, průmyslová prostranství, sportoviště, architektonické a veřejné osvětlení) i vnitřních průmyslových hal, sportovních hal a skladových prostorů. Bez ohledu na výkon halogenidové výbojky spojuje poměrně kvalitní bílé světlo a obvykle i vyšší ceny za výbojku. Halogenidové výbojky je nutné provozovat s předřadníkem, který je daný pro výkon a někdy i typ výbojky. Doby života i další parametry závisí na konkrétním typu výbojky (viz tabulka). Na halogenidové výbojky s paticí E27, E40 a PGZ12 se vztahuje evropské nařízení č. 245/2009, které určuje jejich minimální měrné výkony.

Detail halogenidové výbojky

Sodíkové výbojky

Sodíkové výbojky jsou dvojího typu: nízkotlaké (zkratka LPS) a vysokotlaké (HPS). Princip spočívá na průchodu proudu v parách sodíku, v případě nizkotlaké se jedná o sodíkové páry při nízkém tlaku (včetně dalších plynů), u vysokotlaké výbojky je tlak vyšší a navíc jsou přítomny i páry rtuti a xenonu. Nízkotlaké výbojky nejsou příliš obvyklé a většina dnešních sodíkových výbojek jsou vysokotlaké. Nízkotlaké sodíkové výbojky byly vyvinuty ještě před druhou světovou válkou, vysokotlaké se na trhu objevily až v 60. letech 20. století. Největší výhodou sodíkových výbojek je jejich vysoká účinnost a největší nevýhodou je jejich velmi špatné podání barev (nízkotlaké dokonce svítí jen v jediné barvě – v oranžové, takže s nimi nelze rozlišit žádnou barvu). Uvedené výhody a nevýhody sodíkové výbojky odsoudily k využití především pro venkovní osvětlení, tunely a méně důležité průmyslové prostory a sklady; v těchto prostorech ale dominují a jen pomalu jsou nahrazovány novějšími halogenidovými výbojkami nebo světelnými diodami. Stejně jako jiné výbojky i sodíkové výbojky mohou pracovat pouze s předřadníkem upravujícím napájení a zapalující ve výbojce výboj. Doby života a další typické parametry naleznete v tabulce níže. Nabídka sodíkových výbojek je poměrně unifikovaná a základních typů výbojek není mnoho.

Nahoře vysokotlaká sodíková výbojka, dole nízkotlaká

Rtuťová výbojka

Vysokotlaká rtuťová výbojka je jeden z prvních typů výbojek, které se rozšířily po světě. První typy rtuťových výbojek se používaly již před válkou, největšího rozmachu se ale dočkaly až poté. V Československu se výrobou vysokotlakých rtuťových výbojek zabývala Tesla. Světlo prvních vysokotlakých rtuťových výbojek vzniká pouze průchodem proudu v parách rtuti a má nepříjemnou zeleno-modrou barvu a velmi nízký index podání barev (R_a = 20). Sortiment rtuťových výbojek byl proto doplněn o vylepšené výbojky s luminoforem, které část spektra přeměňují podobně jako zářivky a které mají o něco příjemnější světlo a vyšší index podání barev (R_a = 50). Rtuťové výbojky se používaly především pro osvětlení větších ploch a uspěly tak v průmyslu a ve veřejném osvětlení. V současné době je jejich zastoupení malé a stále se snižuje. Kvůli jejich nízké účinnosti je od roku 2015 jejich prodej regulován evropskou legislativou (nařízení č. 245/2009 o ekodesignu) a koupit lze již jen naskladněné zásoby. Stejně jako ostatní výbojky potřebují ke svému chodu předřadník.

Obvyklá vysokotlaká rtuťová výbojka

Směsová výbojka

Směsové výbojky (mercury mixed-light lamp, blended-light lamp nebo self-ballasted mercury vapour lamps) jsou zajímavostí a dnes už starožitností mezi světelnými zdroji. Směsové výbojky se v přehledech světelných zdrojů uvádějí obvykle samostatně, někdy ale také jako druh rtuťových výbojek. Principem výroby světla je totiž výboj v parách rtuti doplněný o průchod proudu wolframovým vláknem. Obdobně jako u rtuťových výbojek je na povrchu baňky luminofor. Směsové výbojky tedy kombinují rtuťové výbojky a obyčejné žárovky. Zásadní výhodou směsových výbojek je to, že nepotřebují žádný předřadník a připojují se rovnou do sítě; wolframové vlákno je v sérii s výbojkou a funguje jako předřadník. Po zapnutí směsové výbojky se rozsvítí vlákno žárovky a po chvíli se rozhoří výboj. Výhodou směsových výbojek je relativně příjemné teplé světlo – historicky se používaly jako náhrady obyčejných žárovek s vysokým výkonem. Při dalším studiu ale už narazíme pouze na nevýhody a dnes již směsové výbojky najdeme pouze náhodou či v muzeu. Mezi hlavní nevýhody můžeme zařadit: nízká doba života, nízká účinnost, nízké podání barev nevhodné pro použití v rámci dnešních norem, nemožnost stmívání. Směsové výbojky tvarem a podobou připomínají rtuťové výbojky.

Halogenová žárovka

Halogenové žárovky jsou zlepšené obyčejné žárovky, tedy je to teplotní světelný zdroj vyzařující světlo průchodem elektrického proudu. Oproti obyčejným žárovkám jsou halogenové žávoky menší, obsahují halogenové prvky jód a brom (odtud název) a pracují při výrazně vyšším tlaku a teplotě než obyčejné žárovky. Uvedené prostředí přispívá k nižší degradaci wolframového vlákna, díky čemuž mají halogenové žárovky o něco vyšší účinnost a dobu života než obyčejné žárovky. To vše při zachování velmi kvalitního světla, s jednoduchým stmíváním, okamžitým sepnutím a s možností zkonstruovat velmi široký rozsah výkonů. Halogenové žárovky se na trh dostaly na konci 50. let 20. století a postupně začaly v některých oborech dominovat (studiová technika, osvětlení sálů a prostranství, akcentové a designové osvětlení, automobilový průmysl a domácnosti). Halogenové žárovky kulminovaly na trhu již před mnoha lety, postupně začaly být nahrazovány halogenidovými výbojkami a později také světelnými diodami; a tento proces trvá dodnes. Díky širokému rozsahu výkonů existuje mnoho typů halogenových žárovek, řada patic i tvarů. Základním rozdělením jsou jednopaticové (kompaktní rozměry, někdy s vlastním reflektorem) a dvoupaticové (vyšší výkony a světelné toky). Žárovky s vlastním reflektorem mají ustálená označení: R reflektor, ER eliptický reflektor, PAR parabolický reflektor, MR vícefazetový reflektor, AR hliníkový reflektor a další; následuje číslo uvádějící průměr v osminách palce, např. PAR16, MR11. Halogenové žárovky na malé napětí (6-24 V) při porovnání se stejně výkonnými žárovkami na síťové napětí jsou účinnější a mají delší dobu života. Řada soustav a svítidel s halogenovými žárovkami proto funguje s transformátory snižující síťové napětí. U mnoha typů halogenových žárovek je použito křemenné sklo, které propouští ultrafialové (UV) záření; u těchto typů je obvyklé použití druhého skla, které filtruje UV záření (ať už v rámci svítidla nebo světelného zdroje, podrobnosti o případném UV záření udává výrobce). Typů halogenových žárovek existuje vskutku značné množství; v tabulce níže jsou tedy uvedeny pouze ty nejběžnější typy.

Obvyklá halogenová žárovka s reflektorem s paticí GU10

Aktualizace: leden 2021