현재 국내 LED조명시장은 벼랑 끝에 몰려 있다. 이와 관련해서 LED조명시장에 대한 해결책을 제시하고 그 해결방안에 대해 기술하고자 한다.
결론적으로 말해서, LED조명의 유일한 해결책은 수냉식 LED 방열방식(water cooling)이다.
LED조명의 가장 큰 문제는 방열에 있으며, 기존의 공랭식 방열방식(air cooling)으로는 지금까지와 마찬가지로 앞으로도 실패할 수밖에 없다. 반면에 수냉식 LED조명은 LED 온도를 50-60°C 이하로 유지하여 LED 수명이 5만-10만 시간 이상 보장되어 반영구적인 LED조명이 된다.
LED조명은 간접조명(외벽경관조명, LED간판, 교통신호등, BLU등의 지시,표시기)과 직접조명(전등)으로 구분된다. 간접조명은 LED 수량이 적어 열이 적게 나서 수명이 오래 가나 그나마 시간이 흐름에 따라 이빨 빠진 형태로 LED수명이 보장 되지 않는다.
직접조명은 대표적인 제품인 가로등의 경우에서 보는 것과 같이 수많은 시행착오에도 불구하고 기존의 나트륨등, 할로겐등을 대체하지 못하고 있다.
왜 그럴까. 그 이유는 간단하다 공랭식 방열방식이기 때문이다. 이는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 공랭식 방열방식이 기술적 한계에 봉착한 것으로, 알미늄 방열판에 LED를 부착하면 LED 열이 미처 방열이 되지 않고 LED 온도를 상승시켜 LED가 과열되어 LED 수명이 짧아지는 것이다.
수냉식 LED조명은 알미늄 통에 물을 넣은 후 뚜껑을 막고 그 하부에 LED를 부착한 것이다. 이것은 LED에서 열이 발생하면 가열된 물이 위로 올라가서 알미늄 상부를 통해 방열되고 식은 물은 다시 아래로 내려오는 물의 자연대류현상을 이용한 것으로, 가열된 물이 위로 올라가는 것은 LED의 열을 뺏는 것을 의미한다.
물의 온도차를 이용한 대류현상은 LED 온도를 50-60°C 이하로 유지하여 LED조명의 수명을 5만-10만 시간으로 보장할 수 있다
가로등은 400W 나트륨등을 150W LED조명으로대체할 수 있으나 150W 공랭식 LED조명의 경우, 밝기는 400W 나트륨등보다 50% 이하이고 수명이 짧아 상용화가 되지 못하고 있다.
수명을 늘리기 위해 3-5W LED에 1W 이하의 전류를 흘려 LED의 수명을 연장하고 있으나
밝기는 여전히 50% 이하 대에 머무르고 있어서 구매자들의 요구를 충족하지 못하고 있다.
그러나 수냉식 LED조명은 150W LED조명으로 400W 나트륨등과 동일한 조도가 나오고(10m높이 60 lux) 수명또한 5만-10만시간이상 보장이 된다
가로등뿐 아니라 보안등, 터널등, 공장등, 항만등, 공원등, 마트등 등의 모든 전등을 수냉식LED조명으로 대체할 수 있다.
실내등의 대부분을 차지하는 형광등은 현재 엘광등으로 대체가 시도되고 있으나 엘광등은 알미늄 스틱에 LED를 부착하고 유백색의 PC재질로 외부를 씌운 탓으로 LED 열이 미처 방열되지 않아 LED수명이 짧아지는 치명적인 문제가 있다.
그러나 수냉식 엘광등은 알미늄 파이프에 물을 넣어 밀봉 후 하부에 LED를 부착한 것으로서, water cooling으로 수명이 5만-10만 시간 보장되고 기존 형광등의 50% 전력으로도 동일한 밝기를 낼 수 있다.
한편 LED전구는 기존의 삼파장램프나 백열전구를 대체하는 것으로 공랭식 방열방식의 한계로 인해 여전히 상용화에 문제가 되고 있다.
수냉식 LED전구는 삼파장램프의 50% 전력 및 백열전구의 20% 전력으로 각각 동일한 밝기를 낼 수 있고 그 수명 또한 5만-10만 시간 이상 보장된다
식물공장은 4년 전 LED식물공장이 선보인 이래(유스텍) 수백 개의 LED식물공장이 설립되었지만 현재까지 수익성이 있는 식물공장은 단 하나도 없고 시험단계에 머무르고 있다.
대표적으로 ㄹ마트에 설치된 LED식물공장은 한달 매출이 수십 만원에 불과하여 기업홍보용으로 전락되었고, 농진청에 설치된 대규모 LED식물공장도 시범단계에 머무르고 있다.
식물공장용 LED조명은 하루 24시간 1년 365일을 지속적으로 점등하여 식물의 엽록소, 광합성작용을 촉진하여 속성재배하는 것으로 공랭식 LED조명의 경우 방열이 잘 되지 않아 LED수명이 짧아져서 조도가 현저히 줄어들므로 인해 식물이 잘 자라지 않고 왜소하면서 성장속도가 늦다.
또한 1m 기준으로 공랭식 LED조명은 열문제로 인해 15W밖에는 LED를 부착하지 못한다.
하지만 수냉식은 1m에 30W의 LED를 부착할 수 있어 밝기가 2배 이상 되어 식물 성장속도도 2배 이상 촉진시킬 수 있고 수명 또한 연속점등 5만-10만 시간이 보장된다
하루 10시간(밤) 정도만 점등하는 가로등도 방열문제로 인해 수명이 짧아지는 문제를 해결하지 못 하는 상황에서 24시간 1년 365일을 점등해야하는 식물공장용 LED조명은 더욱 더 수명이 짧아지는 치명적인 문제가 발생할 수밖에 없다.
수냉식 LED 식물재배등은 24시간 연속 점등시에도 LED 온도를 50-60°C 이하로 유지하여 처음 밝기 상태대로 5만-10만 시간 수명이 보장되어 가장 방열문제가 요구되는 식물재배용LED에 가장 적합한 LED조명이 된다. 그러므로 LED 식물공장의 가장 중요한 성공요소는 수냉식 LED조명이다.
등대등, 경기장조명, 어선집어등 등의 고출력램프를 수냉식 LED조명으로 대체하면 30% 이하의 전력만으로 동일한 조도를 확보하면서 수명은 5만-10만 시간 이상 보장된다.
자동차용 헤드램프도 수냉식 LED램프로 대체할 수 있고 공랭식 LED램프보다 적은 양으로 더 밝고 수명이 긴 조명을 제작할 수 있다.
전체 에너지 사용량의 20%를 조명에너지가 차지하고 있고, 이 조명 분야를 수냉식 LED조명으로 대체하면 에너지를 10% 이하로 줄일 수 있다. 어마어마한 양의 에너지가 줄어드는 것이다.
전체 에너지의 10%를 줄일 수 있는 가장 친환경적이고 혁신적인 신기술이 바로 수냉식LED조명이다.
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