Da je sustav osvjetljenja ceste u noćnoj vožnji na vašem automobilu od izuzetne važnosti, svima je već odavno jasno, no i danas je većina osobnih automobila opremljena prednjim svjetlima s halogenim žaruljama. Nažalost, o farovima s potpunom LED tehnologijom mnogi od nas gotovo jedva da i mogu sanjati, a o najnovijoj laserskoj tehnologiji dugih svjetala jednako razmišljaju kao i o pogonu automobila na nuklearnu energiju.

LED tehnologiju osvjetljenja mnogi su si od nas mogli dočarati već za mali iznos novca ako su nabavili džepnu lampicu s 'ledicama', dostupnu gotovo na svakom kiosku. Lijepo i snažno bijelo svjetlo ovakve lampice je očaravajuće, a baterije su minijaturne i relativno dugo traju.

Halogena prednja svjetla

No vratimo se najprije uobičajenim halogenim prednjim farovima. Halogene žarulje u upotrebi su na prednjim svjetlima automobila već više od pola stoljeća. U usporedbi s prethodnim rješenjima, jače svijetle i dulje traju, a upotrebljavaju se, kad govorimo o prednjim svjetlima, za kratka i duga svjetla, žmigavce, pozicijska i svjetla za maglu. Ovisno o načinu korištenja, halogene žarulje u automobilskim farovima mogu funkcionirati kao jednostavni reflektori sustavom zrcala te kao projektori sustavom leća.

Bez ulaženja u povijest i tehnologiju halogenih žarulja u automobilskoj industriji, treba samo spomenuti da je prva halogena žarulja oznake H1 ušla u upotrebu u Europi godine 1962. Danas se najčešće koriste tipovi halogenih žarulja H4 i H7, a u ovisnosti o naponu struje u automobilu, one rade na naponu od 12 ili 24 volta, dok im je snaga između 55 i 75 watta. Važno je još samo spomenuti da je svjetlost koju ovakve žarulje daju na Kelvinovoj skali negdje oko 3200 kelvina, što još uvijek ne daje potpuno bijelo svjetlo.

Ksenonska prednja svjetla

Godine 1991. tvrtka Automotive Lighting, dio tvrtke Magneti Marelli, prva je uvela ksenonska svjetla na tržište. U usporedbi s tradicionalnim halogenim farovima, ovakvi daju do 2,5 puta više svjetlosti, tako da su cesta ispred vozila i njezin rubni dio bolje i jasnije osvijetljeni. Istodobno, ksenonske žarulje troše za trećinu manje električne energije i traju oko 2000 sati, a halogene traju između 450 i 1000 sati. Prvi model automobila te 1991. godine, kod kojeg je bilo moguće doplatiti za ksenonske farove, bio je BMW serije 7. U SAD-u su ksenonska svjetla prvi puta bila primijenjena kod modela Lincoln Mark VIII u periodu između 1996. i 1998. godine. Razlika između ova dva prva modela ksenonskih svjetala je u tome da je kod BMW-a korištena izmjenična struja (AC) dok je kod Lincolna korištena istosmjerna struja (DC).

Naposljetku je kao standard prihvaćen princip s izmjeničnom strujom. Ksenonske ili HID (High Intense Discharge ili pražnjenje visokog intenziteta, odnosno pojednostavljeno - električni luk) žarulje spadaju u vrstu svjetlećih tijela kod kojih se umjesto žarnih niti od volframa, uobičajenih kod običnih žarulja, koriste dvije fizički odvojene elektrode od volframa u izoliranom staklenom prostoru koji je ispunjen jednim od plemenitih plinova poput neona, argona, kriptona ili ksenona, odnosno kombinacijom nekog od njih. Umjesto žarne niti koja spaja dvije elektrode kod halogenih žarulja, kod HID žarulja uspostavlja se električni luk koji onda privremeno spaja dvije elektrode. Iako je uobičajeno to da se zovu ksenonske, riječ je zapravo o metalnom halidu koji svijetli, a ksenon služi za paljenje i njegova je funkcija ta da osigura minimalnu svjetlost u što kraćem vremenu od paljenja farova.

Da se, primjerice, umjesto ksenona koristi argon, kao što je to uobičajeno kod ulične rasvjete, trebalo bi proći nekoliko minuta da svjetlo postigne radnu snagu, čime bi na nekoliko minuta bila onemogućena vožnja noću. Slično kao i kod neonskih lampi, na kojima je inicijalno potrebna visoka voltaža, za rad ksenonskih lampi napon se između dvije elektrode prvo poveća s 12 V na 20.000- 25.000 V te zatim ostaje stabilan na 42-85 V, u ovisnosti o tipu HID žarulje, koristeći pri tome balastni sustav (transformatori) i starter. Zbog vrlo visokog napona plin ksenona se ionizira te se stvara vrlo svijetla zraka, a u praksi to znači da svjetla momentalno jako zabljesnu i za otprilike 5-10 sekundi postignu radnu snagu.

Gledajući prema Kelvinovoj skali, ksenonske žarulje mogu davati svjetlo između 4300 K pa sve do 12.000 K. Nekako je najbolje da je svjetlo oko 5250 K jer je potpuno bijele boje, a ukoliko se ide prema gore na skali, dobiva se plavičasta boja. Prema zakonu, do 8000 K je sasvim u redu (većina proizvođača je negdje do 6800 K), dok je sve preko toga zabranjeno, no uvijek se nađe netko 'pametan' kome to nije dovoljno, pa ugrađuje HID žarulje i do ekstremnih 12.000 K, koje daju gotovo ljubičastu boju. Prema homologaciji, ksenonska prednja svjetla moraju imati automatsku regulaciju visine snopa svjetala da ne bi zaslijepila vozače iz suprotnog smjera, ali i sustav pranja vanjske staklene ili plastične stijenke fara.

LED prednja svjetla

Ova tehnologija nije nova, dapače u praktičnu je upotrebu ušla još davne 1962. iz istraživačkih pogona američkog General Electricsa. LED odnosno Light-Emitting Diode, odnosno dioda koja emitira svjetlo, prema izvoru svjetlosti je poluvodič. Kad je dioda upaljena, odnosno kada kroz nju teče struja, elektroni se rekombiniraju u šupljinama, oslobađajući energiju u obliku fotona, drugim riječima električna energija se pretvara u svjetlost. Ovaj efekt zove se elektroluminiscencija, a boja svjetla ovisi o energetskom rascjepu poluvodiča. Iako je povijest elektroluminiscencije počela 1907. u Marconijevim laboratorijima, praktična primjena vidljivog spektra LE diode nastupila je gore navedene 1962. godine ljudskom oku vidljivom crvenom svjetlošću.

No danas ledice pokrivaju vidljive, ultraljubičaste i infracrvene valne duljine, uz veliku jačinu osvjetljenja. Takvu osobinu imaju poluvodiči galijev arsenid (GaAs), galijev fosfid (GaP) i silicijev karbid (SiC). Najprije je služila kao indikatorska lampica u raznim električnim i elektroničkim aparatima te je emitirala crveno svjetlo niskog intenziteta. U pravilu su LE diode vrlo malene površine, a prednosti u odnosu na konvencionalne žarulje su manja potrošnja energije, dugi životni vijek, povećana robusnost, manji volumen, brže paljenje i velika pouzdanost te ne sadrže živu, čime su okolišu vrlo prihvatljive.

U automobile čak i niže klase već se ugrađuju LED svjetla ponajprije straga, a danas nije iznenađenje ni to da je i jeftiniji segment automobila počeo koristiti ovu tehnologiju osvjetljenja jer radni vijek LE diode iznosi do 100.000 sati te nisu osjetljive na paljenje-gašenje, mehaničke udarce, vlagu i vodu. Klasičnim (halogen, ksenon) žaruljama radni vijek je od 450 do 2000 sati i nisu otporne na udarce, vodu, paljenje-gašenje, a brzina paljenja je daleko sporija. Ipak, niti LE diode nisu bez mana. Prve, crvene ledice bile su poznate po svom kratkom vijeku trajanja ponajprije zbog toga što ova tehnologija zahtijeva stabilan izvor električne energije.

Drugi najveći nedostatak je visoka cijena LED tehnologije, ali tu su i problemi 'plavog' zagađenja. Danas mnogi automobili koriste LED tehnologiju i na prednjim svjetlima, no najčešće kao svjetla za vožnju danju (Daytime Running Lamps ili dnevna svjetla). ECE regulacija propisuje da se za ovakva svjetla smiju koristiti izvori svjetla u rasponu od 400 do 1200 svijeća, a većina zemalja dozvoljava da automobili koriste kratka kao dnevna svjetla. No u nekim zemljama još se mogu koristiti i svjetla prednjih žmigavaca i maglenke. Nije zanemariva ni potrošnja energije za dnevna svjetla, a samo u usporedbi s konvencionalnim žaruljama koje troše 300 W (kratko svjetlo) ledice troše 2x7 W. Ovo se itekako osjeti i na potrošnji goriva i emisiji CO2; 7,86 g/ km naprama 0,36 g/km. Uz to, s LED dnevnim svjetlima manja je i potrošnja goriva - 0,3 naprama 0,014 l/100 km.

Funkcionalni prototip full-LED fara napravila je Hella za model Opel Signum 2005. godine. Prekretnicu prema full-LED farovima u serijskoj proizvodnji kreirao je Automotive Lighting na Audijevu ultrasportskom automobilu R8 2008. Kod SUV-a prvi je bio Cadillac Escalade, no njegovo rješenje full-LED farova daleko je od idealnog, a ruku na srce - nije baš ni lijepo. Napredna tehnologija osvjetljenja, poput laserskog osvjetljenja kod modela Audi A8, koju je razvila Hella, noćnu vožnju čini sigurnijom, ali omogućuje i druge prednosti.

Često je zanemarena činjenica da su prednja svjetla koja uključite noću kako biste bolje vidjeli cestu izravno povezana s potrošnjom goriva automobila s motorima s unutarnjim izgaranjem ili s rasponom u kilometrima kod električnih automobila. Zašto? Ako je sva rasvjeta na automobilu, uključujući razne indikatore u automobilu, izvedena u LED tehnologiji, ušteda energije u usporedbi sa zastarjelom tehnologijom halogenki iznosi i do 60 posto, pa se LED tehnologijom smanjuju potrošnja goriva i emisija štetnih plinova.

Svjetlost koju ovakve 'žarulje' emitiraju mnogo je bjelja od svjetla halogene žarulje, a koja je u usporedbi s LED-icom žuta i daje superiornu vidljivost naprijed. Audi navodi 5500 kelvina za svoja LED prednja svjetla, što je blizu dnevnog svjetla.

Osim male potrošnje energije i boljeg osvjetljenja, LED tehnologija ima druge prednosti, poput potencijala za oblikovanje snopa koji će osvjetljavati samo određene dijelove ceste. Ova domišljatost, poznata kao LED matrična rasvjeta, omogućena je upotrebom niza LE dioda u farovima smještenim u zasebnim 'džepovima' ili 'tunelima'. Selektivna upotreba LE dioda može promijeniti oblik snopa tako da uzorak svjetla može biti odsječen okomito i vodoravno. Na primjer, umjesto tradicionalnog kratkog svjetla, cesta ispred automobila na vanjskoj strani može ostati osvijetljena dalje naprijed, dok se na unutrašnjem, bližem dijelu kojim nam dolazi ususret drugo vozilo može ostaviti u relativnoj tami kako bi se izbjeglo zasljepljivanje vozača (i putnika) u drugom automobilu.

Tipični 'adaptivni sustav prednjeg osvjetljenja' poput ovog može se nadograditi na najskuplje sustave s laserskim modulima za duga svjetla. Laserski moduli jednostavno osiguravaju izvor svjetlosti. Na primjer, na Audiju A8 laserski modul emitira plavu svjetlost koja prolazi kroz fosforni pretvarač i postaje bijelo svjetlo od 5500 kelvina. Zrcalo odbija od ogledala, projicirajući snop svjetla stotinama metara ispred, što je omogućeno pri brzini iznad 70 km/h i automatski se zatamnjuje ako kamera iza vjetrobranskog stakla prepozna nadolazeći promet.

Ako ste ikada vidjeli automobile s tankim, dugim svjetlećim trakama na stražnjem kraju, trebate znati da se ona izrađuju od organskih LED dioda (OLED) koje emitiraju svjetlost. Svaka LE dioda sastoji se od nekoliko slojeva 200 puta tanjih od ljudske dlake.

LED tehnologija koristi se i za uređenje interijera kabine vozila, odnosno sustava ambijentalnog osvjetljenja. LED svjetla ne samo da imaju dekorativnu ulogu, već čine vožnju noću sigurnijom. Unutarnje osvjetljenje ne smeta vozaču, a s druge strane noću se ne vozite u potpuno mrklom mraku unutar kabine automobila.

Halogena i ksenonska svjetla i dalje su u igri, ali možda samo onoliko dugo koliko je potrebno da se snize troškovi proizvodnje LED i laserske tehnologije osvjetljenja.