Fotonik Teknoloji A. Ş.

Kalitesiz LED Sürücülerin Sebep Olduğu Fotometrik Flicker’ın İnsan Sağlığına Etkisi

İnsanoğlu etrafındaki bilgileri duyularıyla almaktadır. Konu ışık olduğunda da kuşkusuz bunun varlığını gözlerimizle algılamaktayız. Bilimsel çalışmalardan hareketle ortam bilgisinin %80’ini gözlerimizle algıladığımız bilinmektedir. Özellikle ışığa duyarlı kişilerde Fotometrik Flicker sağlığımızı etkilemekte ve uzun süreli etkilerinde görsel performansı ve konforu etkilediği, migreni tetiklediği, baş ağrısına ve baş dönmesine ve mide bulanmasına sebep olduğu bilinmektedir. (1) IES (Aydınlatma Mühendisleri topluluğu) aydınlatma kitabında Fotometrik Flicker’ı ışık kaynağındaki anlık ışık yoğunluğu değişimi diye tanımlamaktadır. (2) Bu ışık kaynağındaki değişiminin sebebi ise kuşkusuz aydınlatma armatürünün sürücüsüdür.

Giriş

Flicker (anlık ışık yoğunluğu değişimi) manyetik balastlı flöresanlarda ve gaz deşarzlı lambalarda çok rastlanan bir problemdi. Teknolojinin gelişmesiyle beraber elektronik balastlı sürücülerle birlikte bu algı yavaş yavaş ortadan kalkmıştı. LED teknolojisinin yaygınlaşmasıyla pazara birbirinden farklı kalitede armatür sürülmesiyle birlikte bu Flicker etkisi tekrar ortaya çıktı. Mevcut durumda kullanılan aydınlatma armatürlerini incelediğimizde neredeyse büyük bir çoğunluğunda manyetik balastlı flöresan armatürlerde olduğu gibi yüksek Flicker oluşturduğunu söyleyebiliriz. Buna rağmen elektronik balastlı flöresanlarda olduğu gibi yok denecek kadar az Flicker üreten armatürlerde yerli ve yabancı şirketler tarafından üretilmektedir.

Aydınlatma pazarında mevcut satılan ürünlerin tamamı incelendiğinde; oransal olarak Flicker yüzdesi yüksek ürünlerin daha çok olduğunu görebilmekteyiz. Bu konuda kamuoyu ile paylaşılmış Light flicker değerinin max yüzdesi ne olmalıdır ve ne kadarı zararlıdır diye belirlenen bir standart veya test rutini olmadığından bu değer sorgu listesi içinde de değildir. Ancak Flicker değeri aydınlatma armatürünün enerji tasarruflu olması kadar önemli ve dikkate değerdir. Aydınlatma armatürlerinin sürücüsünden kaynaklanan bu Flicker IEEE (Uluslararası Elektrik-Elektronik Mühendisleri Topluluğu) ve önde gelen aydınlatma tasarımcıları için gün geçtikçe popülerliği artan bir konu olmaya başlamıştır.

Aydınlatma armatürünün Flicker değeri ise el tipi spektrum ve lüksmetre cihazları (Color Meter) ile Lux, CCT, CRI verileri yanında Flicker verileri de rahatlıkla ölçülebilmekte ve IES aydınlatma kitabındaki Flicker index veya Yüzdesel Flicker (Percentage Flicker) verileriyle bu değerleri karşılaştırmak mümkün olmaktadır. Kaliteli bir aydınlatma hiç kuşkusuz ilgili standarda göre (EN 12464-1) uygun şekilde konforlu aydınlatma sağlayan, ışık rengi doğru seçilmiş ve anlık ışık değişimi (Light Flicker) az olan ürünlerdir.

1. Flicker nedir?

Fotometrik Flicker ciddi bir araştırma konusu olsa da henüz resmi bir sınırlama ve standart da yoktur. Buna rağmen çalışmalar göstermektedir ki 100Hz altındaki frekanslar algılanırken 500Hz üstünden tamamen yok olmaktadır.

Aydınlatma Mühendisleri topluluğu (IES) RP-16-10 isimli standardında; yüzdesel flicker’i (percentage flicker) ışık kaynağının genliğindeki periyodik değişim olarak isimlendirirken, Flicker index’i periyodik ışık genliği değişiminin dalga şeklini dikkate almakta ve ortalama ışık yoğunluğunun toplam ışık yoğunluğuna oranı olarak tanımlamaktadır. (2,3) Standarda göre her iki değerde aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır.

Yüzdesel Flicker ile Flicker index arasındaki ilişkiye ait grafik ise aşağıdaki gibi gösterilmektedir.

Enerji star (Energy star) gereksinimlerine yüzdesel flicker (percentage flicker) ve flicker index değeri rapor edilmek zorunda olsa da max limit henüz tanımlanmamıştır. (4)

ASSIST Katı hal aydınlatma sistem ve teknolojileri birliği ise 100Hz frekansta kabul edilebilir yüzdesel flicker’in %8 altında olması gerektiğini, 120Hz’te ise %10 altında olması gerektiğini bildirmektedir. (5)

2. LED sürücünün çıkış akımının anlık değişiminin (Output current ripple) Flicker’a olan etkisinin incelenmesi

LED sürücülerinin katalog bilgilerini incelediğimizde çıkış akım ani değişimlerinin (output ripple) %10 ila %30 arasında değiştiğini, voltaj değişimlerinin ise %5 ila %15 arasında değiştiğini görmekteyiz. Örnek olarak 700mA bir sürücünün anlık akım değişimi %20 ise; sürücünün teknolojisinden hareketle çıkış akım değeri (700 x 0,20 = 140mA) 560mA ile 840mA arasında değişmektedir. Bu anlık akım değişimi doğrudan elde edilen ışığı etkilemekte olduğundan bu değer ne kadar küçük olursa o kadar az Flicker oluşturulur.

3. Flicker’in Ölçümüne dair hesaplama ve çalışmalar

Şebeke gerilimi ile çalışan tüm aydınlatma ürünleri enkandesen, flöresan ve gaz deşarzlı lambalarda Flicker vardır. Hatta kompakt flöresan gibi bazı geleneksel aydınlatma kaynakları enerji ilk verildiği anda ya da ömürlerinin sonuna doğru yüksek derecede Flicker yapmaya başlar ve öyle artar ki ve bize değiştirmemiz gerektiğini haber verir.

Aşağıdaki tabloda geleneksel aydınlatma kaynaklarının oluşturduğu Flicker index ve yüzdesel Flicker değerlerini gösterilmektedir.

Flicker değerleri piyasada mevcut bulunan el tipi ışık ölçüm cihazları ile ölçülebilmektedir. UPRtek MK350D, Gigahertz Optik Light-Meter, Everfine Light Flicker Analyzer gibi cihazlarla bu ölçümleri pratik bir şekilde yapabilirsiniz.

4. Flicker değerinin kabul edilebilir sınırı ve önemli olduğu uygulamalar

Ofis alanları, hastaneler, okullar, endüstriyel alanlar ve genel aydınlatma alanlarında flicker’e sebep olabilecek tüm aydınlatma armatürlerinin kullanımına sınırlama getirilmelidir. Şebeke gerilimini ülkemizde 50HZ olduğundan Flicker frekansı 100Hz altında olan armatürler tercih edilmemeli ve kabul edilebilir yüzdesel flicker değeri %8’den fazla olmamalıdır. Epilepsi gibi hastaların tedavi merkezlerinde ise bu değer % 3.3 altında olmalıdır. (6)

Özellikle TV stüdyoları ve canlı yayın yapılan mekanlarda, konferans görüşme yapılan salonlarda Flicker konusu son derece önemli ve dikkate değer bir konudur.

Sonuç

Şebeke gerilimi ile çalışan tüm aydınlatma kaynaklarında (LED teknolojisi dahil) Flicker vardır ve bu kaçınılmazdır. Ancak yüzdesel Flicker elektronik balastlı flöresanlarda olduğu gibi daha iyi hale getirilebilirken, eğer kaliteli LED sürücüler kullanılırsa kabul edilebilir sınırlar içerisine çekilerek daha iyi hale bir getirilebilmektedir.

Dünyada hazırlanmış standartlardan hareketle (IES RP-16-10 ve Energy Star requirements) ülkemizde şebeke gerilim frekansı 50Hz olduğundan seçtiğimiz ya da kullandığımız aydınlatma kaynağının Flicker Frekansı 100Hz altında olmamalıdır. El tipi cihazlarla ölçtüğümüz yüzdesel flicker şebeke frekansı 50Hz ise %8, şebeke gerilimi 60Hz ise %10’u geçmemelidir. Ayrıca epilepsi tedavi merkezlerinde bu değer %3.33 geçmemelidir. (6)

Flicker kaynağı aydınlatma armatürünün LED sürücüsü olduğundan, armatür üreticileri pazarda mevcut bulunan LED sürücülerin çıkış akımının anlık değişimlerine (output ripple) dikkat etmesi gerekmektedir. Flicker’in önemli olduğu uygulamalarda output ripple yani LED sürücünün çıkış akımının anlık değişimi %10 üstünde olan değerler kabul edilmemeli ve Flicker’in önemli olduğu uygulamalarda kullanmamalıdır.

Aydınlatma tasarımcıları ve son kullanıcılarda bu değeri sorgulamalı ve insan fizyolojisine ve sağlığına etki edecek uygulamalardan kaçınılmalıdır. Ayrıca aydınlatma armatür üreticilerine sürücü etiketlerinde yüzdesel Flicker veya flicker index’inin (Percentage Flicker&Flicker Index) eklenmesi konusunda uyarmalıdır. TSE’de üstüne düşeni yapmalı standart değerleri belirlemeli ve aydınlatma armatür üreticilerini bu konuda zorlamalıdır.

Referanslar;

Fotonik Akademi

Kalitesiz LED Sürücülerin Sebep Olduğu Fotometrik Flicker’ın İnsan Sağlığına Etkisi