Technologia LED jest najdoskonalszą z dostępnych metod pozyskiwania światła z energii elektrycznej. Dzięki korzystaniu z półprzewodnikowych diod lampy LED są w stanie wykorzystywać prąd do emisji fotonów, przy niewielkich stratach w postaci powstającego ciepła. LED-y są rozwiązaniem najbardziej energooszczędnym, a przy tym praktycznym ze względu na małe rozmiary wytwarzanych z ich użyciem źródeł światła. Wysoka jest także ich wytrzymałość mechaniczna, a dzięki możliwości wykorzystania różnych sterowników także zdolność do dostarczania światła o regulowanym natężeniu i barwie. LED-y w przeciwieństwie do tradycyjnych żarówek mogą jednak powodować pewne zaburzenia w sieci elektroenergetycznej, które są związane z pobieraniem przez nie mocy biernej. Może się to wiązać z wyższymi rachunkami za prąd. Będzie tak wówczas, gdy decydując się na zamontowanie instalacji LED-owej, nie zadbamy o dobrą jakość użytych podzespołów – lamp, taśm, a także zasilaczy LED. Przyjrzyjmy się bliżej zagadnieniu mocy biernej i zobaczmy, w jaki sposób uniknąć kosztów z nią związanych.

Jak działa oświetlenie LED?

Działanie tradycyjnych żarówek było oparte o rozgrzewanie bardzo cienkiego drucika zrobionego z wolframu zamkniętego szklanej bańce wypełnionej mieszanką argonu i azotu. Przepływ energii powodował emisję promieniowania świetlnego oraz bardzo dużej ilości energii cieplnej. Nowoczesne diody LED (Light Emitting Diode) działają zupełnie inaczej. Każde źródło światła musi być wyposażone w odpowiedni zasilacz zmieniający dostarczany z sieci prąd zmienny na stały o niewielkim napięciu sięgającym zwykle maksymalnie 24 V. Dostarczana energia zasila diodę, która emituje fotony pobudzające do świecenia warstwę luminoforu, która jest w stanie emitować światło o wybranej barwie lub bezpośrednio wytwarza światło widzialne, dzięki emitowaniu fali o określonej długości.

Świecenie diod jest możliwe dzięki zmianom na poziomie atomowym zachodzącym między dwoma warstwami półprzewodnika. Typowa dioda składa się z materiału, którego struktura zawiera nadmiar dziur w paśmie walencyjnym oraz takiego, który w paśmie walencyjnym posiada nadmiar elektronów. Przepływ napięcia, czyli dostarczenie dodatkowych elektronów powoduje, że do tzw. pasma aktywnego, znajdującego się na pograniczu obu materiałów przenikają wzbudzone elektrony oraz dziury. W wyniku ich rekombinacji dochodzi do emisji powstającej nadwyżki energii w postaci fotonów.

Mechanizm dostarczania energii świetlnej wykorzystywany w diodach LED zapewnia wysoką efektywność wykorzystania energii, której głównym ograniczeniem jest sprawność użytego zasilacza. Oznacza to, że większość dostarczonego prądu jest zużywana na wytworzenie światła, LED-y o znacznie niższej mocy mogą więc zastąpić dużo silniejsze żarówki czy świetlówki. Niestety, zużywana na świecenie część pobieranej mocy, tzw. energia czynna to nie całkowity pobór prądu, jaki ma w tym przypadku miejsce. Poza nią zużywana jest jeszcze tzw. moc bierna.

Czym jest moc bierna?

Moc bierna to pojęcie, które do tej pory było używane wyłącznie w kontekście zużycia energii przez przemysł. Maszyny o dużej mocy pobierały znaczną ilość prądu, w tym dającą się zauważyć i zmierzyć część energii biernej. Problem ten był jednak praktycznie niezauważalny przy użytkownikach indywidualnych. Choć firmy obsługujące sieć elektroenergetyczną obserwowały także w tym przypadku pobór mocy biernej, to nie były on zbyt duży, a dodatkowo dostawcy prądu nie byli w stanie go zmierzyć ze względu na stosowane rodzaje liczników. Wraz z wymianą oprzyrządowania na nowocześniejsze operatorzy zyskali taką możliwość, a na rachunkach niektórych odbiorców indywidualnych zaczęły się pojawiać kwoty należne za zużycie mocy biernej.

Moc bierna jest pobierana przez wiele bardziej złożonych urządzeń elektrycznych, m.in. silniki elektryczne czy zasilacze. Nie jest ona wykorzystywana do wytwarzania przez nie ruchu obrotowego, jak w silnikach, czy napięcia o innych parametrach w przypadku zasilaczy, a jedynie do działania ich poszczególnych komponentów. Moc bierna będzie więc swego rodzaju energią, która pobrana z sieci jest używana do podtrzymania funkcjonowania elementów układów elektrycznych – np. cewek czy kondensatorów w ramach tzw. oporu indukcyjnego lub pojemnościowego. Jej cechą charakterystyczną jest jednak to, że moc bierna jest zwracana niemal w całości do sieci, znaczna jej część jest więc tylko „pożyczana”.

Niestety przepływ mocy biernej do układu powoduje zakłócenia w jego działaniu, ma też wpływ na działanie całego systemu energetycznego. Problemem jest również to, że w rzeczywistości większość zwracanej energii „przepada” wskutek normalnych strat w sieci. Zakład energetyczny, który dostarcza prąd znaczną jego część „traci”. Montaż nowoczesnych liczników mających funkcję zliczania poboru mocy biernej daje jednak taką możliwość.

Warto pamiętać, że pewna ilość energii biernej będzie niemal zawsze niezbędna do tego, by urządzenie elektryczne mogło działać. Ważna jest jednak jej ilość, która musi być pobrana z sieci.

Co ma moc bierna do działania oświetlenia LED?

Tradycyjne żarówki nie pobierały z sieci mocy biernej, a choć traciły znaczną część energii na wytwarzanie promieniowania cieplnego, to pobór prądu obciążał jego konsumenta przy rozliczaniu rachunków za prąd. Lampy LED są pod tym względem znacznie bardziej oszczędne, jednak i one mogą dodatkowo marnować sporą ilość prądu, jeśli zastosowane w nich zasilacze nie będą wystarczająco sprawne. Ważna będzie więc jakość wszystkich użytych do ich produkcji elementów, a kiepska konstrukcja zasilacza i niedopracowane podzespoły będą oznaczać wysokie zużycie energii biernej, a co za tym idzie w przypadku posiadania nowoczesnego licznika energii elektrycznej konieczność ponoszenia dodatkowych opłat.

Warto też pamiętać, że jakość zasilacza nie przekłada się wyłącznie na zużycie energii biernej, lecz także czynnej. Jeśli jego sprawność będzie niska, to znaczna część pobieranego prądu może być przekształcana w emisję promieniowania cieplnego objawiającą się jako nagrzewanie się urządzenia.

Producenci dobrej jakości sprzętu radzą sobie z osiąganiem wymaganego przez przepisy współczynnika mocy biernej, stosując odpowiednie podzespoły, a w sprawiających najwięcej problemów zasilaczach impulsowych montują różne układy filtrujące i stabilizujące. Kupując oświetlenie LED od renomowanych wytwórców można mieć pewność, że jego parametry pracy będą się mieściły w obowiązujących normach, a montaż będzie źródłem oszczędności, a nie strat.v