Led-lamppu

Puolijohdetekniikkaan perustuvan led-lampun odotetaan mullistavan valaistusalan, koska sillä kerrotaan olevan erinomainen hyötysuhde, eli sen tuottaman valomäärän suhde kulutettuun sähkötehoon on suuri. Tämän on mahdollistanut ledien tuotekehitys, jonka tuloksena on syntynyt valkoista valoa tuottava ledi, joista saadaan tarvittaessa erittäin kirkas pistemäinen valo. Lampussa voi olla joko yksi suurteholedi tai useampi pienitehoinen.

Perinteisesti lediä on käytetty merkkivaloina eri laitteissa ja mm. punaisen, vihreän ja keltaisen värisinä. Sen hyvät ominaisuudet olivat pieni tehonkulutus ja pitkä kestoikä. Ja tavallisesti itse laite vikaantui tai romutettiin, ennen kuin ledi vikaantui.

Koska ledi on pienellä tasajännitteellä toimiva puolijohdekomponentti, se tarvitsee toimiakseen liitäntälaitteen, jonka avulla se liitetään verkkojännitteeseen, joka on useimmissa maissa 230 VAC. Liitäntälaitteessa on jännitemuunnin, joka muuntaa ja tasasuuntaa verkkojännitteen ledeille sopivaksi. Siinä syntyy kuitenkin tehohäviöitä, jotka voivat muodostaa varsin suuren osan led-lampun tarvitsemasta koko sähkötehosta. Tämä luonnollisestikin huonontaa verkkojännitteellä toimivan led-lampun kokonaishyötysuhdetta.

Led-lampuille luvataan erittäin pitkiä kestoikiä, jopa yli 100 000 tuntia, mutta koska teknologia on näinkin uutta eikä mitään pitkäaikaisia testituloksia vielä ole, niihin kannattaa suhtautua varauksin. Vaikka itse ledi kestäisikin luvatun ajan, 100 000 tunnin käyttöaika on erittäin pitkä mille tahansa elektroniikalle. Onkin siten varsin uskottavaa, että led-lampun kestoiän määrää liitäntälaitteen kestoikä, joka voi, kun otetaan huomioon massatuotannon ja siinä käytettävien komponenttien laadunvaihtelu, olla lähes mitä tahansa.

100 000 tuntia vastaa 11,4 vuoden yhtäjaksoista käyttöaikaa, mutta koska ei oletettavaa, että led-lamppu palaa jatkuvasti vaan ehkäpä vain puolet tai kolmasosan vuoden tunneista, jaksottainen käyttöaika pitenee siten vastaavasti 23 tai 34 vuoteen. Vaikka elektroniikkakomponentit kestäisivätkin yli 30 vuoden käyttöajan, juotosten kemiallinen vanheneminen saattaa muodostua ongelmaksi.

Katselin eilen Tokmannissa kuuden euron hintaista 2 watin tavallisen hehkulampun muotoista led-lamppua (E27). Pakkauksessa sen tehoksi kerrottiin 1,8 wattia ja valotehoksi 80 lumenia. Oli lampun teho sitten 2 tai 1,8 wattia, sen tuottama valomäärä suhteessa tehoon ei juurikaan ole energiansäästölamppua parempi, vaan se on itse asiassa huonompi. Megamanin 8 watin es-lamppu tuottaa 400 lumenia, joten sen ”hyötysuhde” on 50 lumenia/watti. Tokmannin led-lamppu jää vain 40 lumeniin/watti.

Ostin pari vuotta sitten litteän painotoimisen ja paristokäyttöisen led-valaisimen, jossa oli kolme erillistä lediä. Muutaman lyhyen käyttökerran jälkeen yksi ledeistä pimeni, mikä ei anna kovinkaan luotettavaa kuvaa led-lampuista.

Led-lampuista saadaan näennäisesti suuri valovoima, mutta se selittyy valon melko voimakkaalla monokromaattisuudella, eli valon värin spektri on kapea, jolloin valo on kansanomaisesti sanoen räikeää. Sähköhitsauksessa syntyy erittäin kirkas valo, mutta sen spektri on myöskin kapea.

Verkkojännitteeseen liitettävät led-kohdelamput (GU10-kantaiset) lämpenevät selvästi, mikä kertoo siitä, että osa sähkötehosta muuttuu lämmöksi huonontaen hyötysuhdetta. Paristokäyttöisillä lampuilla tuota ongelmaa ei ole.

Led-lamput ovat tällä hetkellä erittäin kalliita. Hehkulampun muotoinen lamppu, jossa on useita kymmeniä ledejä paremman valonjaon saamiseksi, voi maksaa jopa 30 euroa. Vaikka se ei kuluttaisi lainkaan sähköä (mikä on tietenkin mahdotonta), parin euron hintainen 11 watin es-lamppu voi käytännössä tulla tulla edullisemmaksi. Jos sähkön hinnaksi arvioidaan 10 snt/kWh, sitä saadaan 30 eurolla 300 kWh, jolla 11 watin es-lamppu palaa (teoriassa) noin 27 300 tuntia eli lähes 10 vuotta, kun sitä käytetään kolmasosa vuoden tunneista. Yksi lamppu ei tietenkään kestä noin pitkään, vaan siihen tarvittaisiin keskimäärin neljä lamppua. Tähän vertailuun palataan jäljempänä.

Energiansäästölamppujen käyttö kannattaa pienempien käyttökulujen ja halvan ostohinnan vuoksi, vaikka ne eivät yltäisikään luvattuun kestoikään. Kalliiden led-lamppujen hankintaa voi sitä vastoin olla vaikeampi perustella. Vaikka ne osoittautuisivatkin laskennallisesti edellisemmiksi, kukaan tuskin odottaisi käytävänsä samaa valonlähdettä esim. 20 vuotta. Jos led-lampun kestoiäksi luvataan esim. 100 000 tuntia, 3000 tunnin vuotuisella käyttöajalla lamppu kestää huimat 33 vuotta. Sehän olisi silloin käytännössä ”ikuinen”.

Hankinnan järkevyyttä selvitettäessä kannattaa tehdä taloudellinen optimointi, johon vaikuttavat lampun ostohinta, lampun kestoikä ja sähkön hinta. Lampun ostohinta on luonnollisestikin kiinteä, eli se maksetaan vain kerran.

Lampun kestoikä on sekä kiinteä että muuttuva, koska siihen vaikuttavat tuotannon tilastollinen jakauma (eli laadunvaihtelu) ja käyttöolosuhteet. Varovainen arvio voisi olla 1000–50 000 tuntia, eli pahimmassa tapauksessa lamppu kestää vain tuhat tuntia luvatun 50 000 tunnin sijasta.

Sähkön hinta on portaittain muuttuva, ja sen tasoa voi olla vaikea arvioida kaukana tulevaisuudessa. Led-lampun pieni sähkönkulutus on sen hankinnan peruste, joten mitä kalliimpaa sähkö tulevaisuudessa on, sitä edullisemmaksi led-lampun käyttö tulee. Maahan kaavaillut uudet ydinvoimalat voivat tosin pitää sähkön hinnan edullisena.

Alla olevassa kaaviossa verrataan kustannuksia, jotka syntyvät käytettäessä 24 000 tunnin ajan 11 watin es-lamppua ja saman verran valoa tuottavaa led-lamppua, jonka tehonkulutukseksi arvioidaan puolet es-lampusta eli 5,5 wattia. Sähkön hinnaksi arvioidaan 10 snt/kWh. Es-lampun kestoiäksi on arvioitu 6000 tuntia, ja se täytyy uusia kolme kertaa vertailuaikana. Led-lampun arvioidaan kestävän (vähintään) vertailuajan. Es-lampun hinnaksi on arvioitu 2 euroa ja led-lampun 30 euroa vastaavasti.

Alin porraskuvaaja (vihreä viiva) kertoo es-lampun hankkimisesta syntyvät kustannukset. Punainen viiva kuvaa es-lampun todellisia kustannuksia ajan funktiona. Sininen viiva kuvaa led-lampun todellisia kustannuksia. Kuten kaaviosta havaitaan, led-lampun käyttö tulee 8,8 euroa kalliimmaksi edellä esitetyillä lähtöarvoilla laskettuina.

Katkoviivan (magenta) lähtöpää ordinaatalla (y-akseli) kertoo sen, paljonko led-lamppu saisi maksaa (21,2 euroa), jotta sen käyttäminen maksaisi saman kuin es-lampun käyttäminen vertailuaikana. Ainoastaan jos led-lamppu maksaa vähemmän kuin 21,2 euroa, sen käyttäminen on taloudellisesti perusteltua ja sillä edellytyksellä, että se kestää vähintäänkin vertailuajan (24 000 tuntia).

Käytämällä erilaisia lähtöarvoja lopputulos olisi ollut toisenlainen. Es-lamppu olisi voinut maksaa enemmän ja kestää pidempään. Sähkö hinta olisi saattanut oli eri. Luultavasti led-lamppujen hinta tulee laskemaan tulevaisuudessa, mutta se voi tarkoittaa huonompaa laatua.

Kaaviosta huomataan myös, että punainen ja sininen kuvaaja leikkaavat kaavion ulkopuolella 32 727 tunnin kohdalla, jolloin molempien kustannukset ovat tarkalleen samat. Vasta tuon ajankohdan jälkeen led-lamppu alkaa tuoda säästöä käytetyillä lähtöarvoilla.

Vaikka vertailu osoittaisikin muutaman tai korkeintaan kymmenen euron säästön kymmenen vuoden aikana ja se olisi taloudellisesti perusteltua, tuskin monikaan viitsisi tehdä jopa 30 euron sijoituksen kymmeneksi vuodeksi muutaman euron säästön vuoksi. Asia on niin kuin itse kukin sen ajattelee. Minä ostin 20 vuotta sitten ensimmäisen energiansäästölampun, joka oli Osramin valmistama 12 watin tehoinen ja maksoi 99 markkaa. Laskelma osoitti tuolloin, että sen käyttäminen tuo muutaman kymmenen markan säästön, joten sen hankkiminen oli taloudellisesti järkevää.

Valkoista valoa tuottavien ledien käyttö on yleistynyt kädessä pidettävissä valaisimissa. Hyvä hyötysuhde, pieni koko ja tunteettomuus tärinälle puoltavatkin niiden käyttöä paristokäyttöisissä käsivalaisimissa.

Led-lamppujen ongelmat (tällä hetkellä) ovat:

- Kallis hankintahinta
- Vaatimaton valontuotto
- Kapea valon spektri
- Huono toimivuus kuumassa
- Uuden teknologian riskit
- Ylimarkkinointi eli ”liian” lupaaminen

Vasta tulevien vuosien aikana saatavat käyttökokemukset tulevat osoittamaan, lunastaako led-lamppu sille asetetut odotukset.