LED 조명의 리스크

수요최근 LED를 이용한 다양한 조명 기기가 제품화되어 있다. LED 조명이 에코 시대의 총아로서 등장하여 그 전력 효율은 형광등을 이용한 조명 기기를 능가하고 있다. 또한 장수명이라는 특징은 조명 기기로서의 장래성을 약속하는 것이라고 할 수 있다.

 

일반적인 LED 조명은 소비 전력이 15W 미만으로 수명이 4만 시간이라고 한다. 시장을 급확대시키고 있는 LED 조명으로 백열전구는 구축되고 있어 전구형 형광등의 시장 성장도 한계점 도달 상태가 되고 있다. 그리고 발열이 적은 LED 전구에서는 물체 인식 센서를 탑재한 제품도 등장하고 있다. 이러한 제품은 통상의 LED 전구보다 보다 더 소비 전력을 억제하는 것이 가능하다.

 

향후에도 다양한 용도를 향해서 LED 조명이 개발될 것이고 LED 조명의 시장도 더욱 더 확대할 것으로 예상된다. 특히 동일본 대지진 후의 일본에서는 `절전 `이라는 말의 중요성이 높아지고 있다. 재생 가능 에너지를 이용한 발전 시스템과 LED 조명이 더욱 더 추진되어 가는 것은 틀림없다. 그러나 이전부터 새로운 기술을 이용한 제품은 좋은 측면만이 클로즈업되어 다루어지는 경우가 많다. 한편 나쁜 측면에 대해서는 과소 취급하게 되는 경향이 있다.

LED 조명의 단점을 보면 우선 LED 신호기는 일반적으로는 신호기의 각 신호등에 대해 LED 소자가 192개 사용되고 있다. 이것은 LED 소자를 직렬로 32개 접속한 LED 스트링이 6계통이기 때문이다. LED 신호기의 회로 기판에서는 AC100V를 전파 정류하고 LED 스트링에 대해서 약 25 mA의 전류를 흘리고 있다. 그 소비 전력은 한 계통에서 약 2.5W, 6 계통으로 15W가 된다. 기존 신호기의 소비 전력이 70W 정도이었던 점을 생각하면 소비 전력은 약 80% 삭감할 수 있다.

 

그러나 LED 신호기에는 몇 가지 문제점이 지적되고 있다. 첫 번째는 이전부터 제기되고 있는 드라이브 레코더와의 궁합 문제이다. 이것은 드라이브 레코더에 탑재되어 있는 카메라의 1초간의 촬영 회수가 30회인 것으로 서 일본 지구의 상용 전원 주파수가 60Hz인 것에 기인하고 있다. 즉 LED가 발광하고 있지 않는 타이밍과 카메라의 촬영 타이밍이 일치하면 드라이브 레코더에는 LED 신호기가 점등하고 있지 않는 상태로 영상이 남아 버리는 것이다. 예를 들면 청신호로 교차점에 진입했음에도 불구하고 사고에 조우했을 경우 통상 충돌 시 촬영된 드라이브 레코더의 영상을 증거로 하여 제출할 수 있을 것이다. 그러나 충돌 사태가 일어나면 그 영상 중에서 신호는 점등하고 있지 않기 때문에 증거로 이용할 수 없을 가능성이 있다.

 

두 번째의 문제점은 한랭지의 겨울철에 자주 발생한다. LED 신호기는 발열이 적은 것도 특징의 하나이다. 그러나 눈보라 등으로 신호기에 눈이 부착되면 그 눈을 녹일 수 없기 때문에 신호등의 표시를 확인할 수 없게 되는 경우가 있다. 이 경우, 운전기사가 적신호를 인식하지 못하고 교차점에 진입해 버릴 가능성이 있으므로 교통사고가 발생하기 쉬워 한랭지의 겨울철은 신호기의 표시에 주위를 기울이지 않으면 생각하지 않는 사고를 만날 수 있다.

 

세 번째의 문제는, LED 신호기의 저 역률(低力率)에 원인이 있다. AC전압을 정류한 후 전원 전압이 DC90V를 웃돌지 않으면 LED 신호기는 점등하지 않는다. 즉 DC90V 이하 저전압의 타이밍에서 LED 신호기는 소등하고 있으므로 그 사이는 무효 전력을 발생시키고 있다.

 

시판하는 LED 라이트의 사례를 살펴보면 형광등 대신에 이용할 수 있는 160등의 LED 라이트를 분해하면 모자형의 LED 소자를 직렬에 40개 접속한 LED 스트링을 4계통 이용하고 있어 각각의 계통이 전원 회로에 접속되고 있었다.

<참고자료 1>은 이 전원 회로의 회로도로 우선 입력부에 있는 콘덴서 C1로 LED의 전류를 조정하고 있다. 다음에 다이오드 브리지(diode bridge)에서 AC100V를 정류 하고 나서 LED 스트링에 직류 전류를 흘리고 있다. LED 스트링에는 40개의 LED 소자가 직렬로 접속되어 있으므로 각 LED의 순서 전압(VF)을 3V로 하면 LED를 점등시키려면 DC120V 이상의 전압이 필요하게 된다. 한편 각 LED에 인가되는 전압이 2.5V 이하가 되면 LED는 발광하지 않게 된다. 즉 LED 스트링은 인가전압이 DC100V 이하가 되면 소등하게 된다. 이것은 정류 전압이 DC100V 이하가 되어 있을 때는 전류가 소비되고 있지 않기 때문에 무효 전력이 발생하고 있는 것을 의미하므로 전원 회로의 역률은 상당히 낮다고 할 수 있다. 또한 소등하고 있는 시간이 길기 때문에 조명으로서의 깜박거림이 크고 건강 피해를 일으키기 쉽다는 보고도 있다. 이것은 상용 전원을 전파 정류하여 LED 소자를 점등시킬 때의 점등 주파수가 100 Hz 또는 120 Hz가 되기 때문에 있다.

 

역률을 향상시켜 깜박거림의 영향을 없애기 위해서 PFC(power factor collection, 역률 개선) 회로를 조립하는 제품도 시판되고 있다. 단 PFC 회로를 이용하여도 부수적인 문제점이 발생한다. 우선 전력 효율이 나빠지고 다음에 AC100V를 정류하고 나서 업 콘버터(up-converter)하므로 DC200V 정도의 전원이 내장되게 된다. 이러한 고전압의 회로를 기기에 내장하는 것은 기기의 안전성 저하로 연결된다. 물론 전원 회로에는 고내압의 콘덴서를 이용할 필요가 있다. 그리고 LED의 장수명성이 전원의 수명에 의해서 손상되어 버려 비용 증가되는 것도 확실하다. 또한 LED 전구는 소형이기 때문에 내부에 PFC 회로를 조립하기 어려운 점이 있다.

 

LED 조명이 저 역률인 점, 이로 인해 무효 전력이 발생하는 리스크가 있는 것은 환경면에서 보면 마이너스의 재료가 된다. 향후 LED 조명의 시장 도입이 더욱 더 확대될 것이 분명하다. 따라서 LED 조명에 기인하는 무효 전력의 증대는 향후 큰 사회 문제가 될 가능성이 있다.

 

<참고자료 1> 시판되고 있는 LED 라이트의 전원 회로
<참고자료 2> 시범 제작한 36등의 LED 라이트