Upload
rafe
View
34
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
A LED-ek alkalmazásának problémái - kihívások. Moderátor: Nagy János MEE VTT elnöke. Esztergomi Ferenc Giczi Imre Mancz Ivette Pankasz László Schwarz Péter Szabó Gergely Vass László. HOFEKA Kft. Compass Világítástechnikai Kft. EDF Démász Zrt. ELMON Hungária Kft. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Esztergomi Ferenc Giczi Imre
Mancz Ivette Pankasz László
Schwarz Péter Szabó Gergely
Vass László
HOFEKA Kft.Compass Világítástechnikai Kft.EDF Démász Zrt.ELMON Hungária Kft.Tungsram-Schréder Világítási Berendezések Zrt.Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemPercept Kft.
Moderátor: Nagy János MEE VTT elnöke
Mit akarnak a vevőink?
Bemenni a szobába,fényt kapcsolni,
és gyorsan elfelejteni, hogy egyáltalán lámpatestek is
vannak körülöttük!!
Ehhez a világítási környezetnek olyannak kell lennie,mint az igazságnak:
Ha van, azt észre sem vesszük,
Ha nincs, akkor nagyon hiányzik.
ZEB: zero energy buildingZEH: zero energy home
ZEO: zero energy outdoor??
2025-re tervezik a zero épület és zero otthon technológia
megvalósítását
Világítás és az egész:
A felhasznált energiából világításra fordítanak
25% részt a közületi szektorban, 12% részt a lakossági szektorban
CÉL:
2025-re a világításra fordított energia megfelezése !!
Ma csak a LED-nek van olyan fejlődési perspektívája, mellyel ez a cél elérhető
LED-modul:LED fényforrás+meghajtó
Cél 2027-re:
LED modul fényhasznosítás: 200lm/W !!!
LED-ek kiválasztásának szempontjai a gyártók
szemszögéből
ELMON
Szilícium lapka gyártás előtt
ELMON
Szilícium lapka - LED-ekkel
ELMON
Élettartam
ELMON
Válogatás fényhasznosítás szerint
ELMON
Válogatás színhőmérséklet szerint
ELMON
Válogatás színhőmérséklet szerint
ELMON
Válogatás színhőmérséklet szerint
ELMON
Összehasonlító diagram CRI/LED
ELMON
A LED világítás
Alacsony CRI/RA(70/75) Magas CRI/RA(93)
ELMON
A cél minden esetben: Megfelelő vizuális komfort kialakítása. Ez a belsőtér rendeltetésétől (funkciójától) függ (iroda, gyártócsarnok, kiállítótér, üzlet, stb.)
A vizuális környezet:-Belsőtér építészeti kialakításától (építész feladata)-Fény belsőtérbe való juttatása, elosztása (részben építész, részben világítástechnikusi feladat)
Vizuális környezet „belsőtér” * fény
L() () * E()L() () * E()
Káprázás veszélye:
A (teljesítmény) LED-es lámpatesteknél a kicsi felületről , sokszor kis térszögbe kisugárzott fényáram jelentős káprázást okozhat.
Többszörös árnyék – diszkomfort hatás:
Sok kis fényforrás „ = ” sok „víztiszta burájú” izzó
LED-es lámpatestek elhelyezése:
A nagy fényáram kis felületen történő kisugárzásának és a lámpatest fényeloszlásának együtteseként kialakuló fényviszonyok is kellemes látáskomfortot kell, hogy eredményezzenek.
Belsőtéri alkalmazás szempontjából érdemes lehet összehasonlítani egy kompakt fénycsővel szerelt lámpatestet egy LED-es fényforrással szerelttel.
Az összehasonlítás alapja minden körülmények között fénytechnikai és nem pedig elektromos kell, hogy legyen. A világítás, mint láttuk, csupán eszköze a kellemes látáskomfort kialakításának, nem pedig célja.
„Fény” mennyisége: Megvilágítás: E [lx]
lámpatestvill WP *][A
E
1.) csak fényforrás vagy
2.) tápegységgel együtt vizsgálva
Süllyesztett lámpatestek – beépítési gondolatok:
esetleges hőpárna kialakulása – túlmelegedés lehetősége kihatás az élettartamra
LÁMPATEST FELÉPÍTÉS
LED optika Tápegység
HŐLEADÁS 1
LED optikaTápegység
LED egység Táp
HŐLEADÁS 2
A világítási berendezés eredő fényhasznosítása:
LED-ek fényárama x optika hatásfokaLED-ek teljesítménye +tápegység vesztesége
Nagynyomású nátriumlámpa
LED
Na
LED
25 W LED+4 W táp
110 lm/W2750 lm
29 W95 lm/W
36 W FSD+9 W előtét
81 lm/W2900 lm
45 W65 lm/W16 W
80 W LED+12 W táp
110 lm/W8 800 lm
92 W96 lm/W
100 W Na+16 W előtét
107 lm/W10 700 lm
116 W92 lm/W24 W
Energia díj+Rendszerhasználati díjak+Adók
Mit jelent 1 W megtakarítás?
170 Ft megtakarítás évente W-onként
Megtakarított W-ok x
Pl: 20 W esetén
12 (év) x 170 Ft
41.000 Ft
Csere ?
Megtakarítás Csere költségek
1 lámpatest: 41.000 Ft
10 lámpatest: 410.000 Ft
100 lámpatest: 4.100.000 Ft
Lámpatest ára
? Munkadíj
Tartószerkezetek ára – azonos magasság, rögzíthetőség?
Lámpakar – a régi felhasználható?
Új közvilágítási hálózatBeruházási költségek
Lámpatestek ára
?Munkadíj
Tartószerkezetek ára – jobb fényeloszlás kevesebb oszlop?
Lámpakarok ára
Üzemeltetési költségek
Megtakarítás
1 lámpatest: 41.000 Ft
10 lámpatest: 410.000 Ft
100 lámpatest: 4.100.000 Ft
Új közvilágítási hálózat
Hagyományos fényforrással LED-es lámpák
Lámpatestek
Tartószerkezet
Lámpakarok
Munkadíj
Beruházás
Üzemeltetési feladatok
Karbantartási feladatok
Hagyományos fényforrással LED
Szüks. Gyak. Szüks. Gyak.
Fényforrás csereMűködtető elektronikus egységek cseréjeBura tisztítás
Tartószerkezet karbantartása
1x2x3x
igen 3x
Előfor-dulhat
1x
igen
igen
3x
azonos
nem 0
igen
igen 3x
igen azonos
Üzemeltetési költségek mérlege
Hagyományos fényforrással
LED
?
>=Üzemeltető vállalja a kockázatot
Összefoglalás
Új közvilágítási hálózat létesítése esetén már lehet gazdaságosabb a LED-es világítótest alkalmazása.
Kisebb beépített teljesítmény = kevesebb energiafogyasztás = alacsonyabb költségek
Csak akkor, ha az eszközök emelkedő minőségi
szintjéhez drasztikus árcsökkenés párosul!!
LED FORRÁS KÖLTSÉGVÁLTOZÁSA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
2009 2010 2012 2015 2020
tokozásszelet technSubstrateEpitaxyFoszfor
LED LÁMPATEST ÁRÁNAK VÁLTOZÁSA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
2009 2010 2012 2015 2020
LED egységMegmunkálás/hőkontrollmeghajtóösszeszerelésoptika
Edison lámpa költségei anno
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1881 1882 1883 1884 1885 1886 1887
USD Adatsor1
A LED világítás jövőjeBecslések három—öt évre előre
Bevezető: Általános megjegyzések a változásokról.
• 1.,Korlátlan növekedés -> exponenciális görbe• Példa : robbanás
Korlátlan növekedés
0 ,0 0 0
20 0 ,0 0 0
40 0 ,0 0 0
60 0 ,0 0 0
80 0 ,0 0 0
10 0 0 ,0 00
12 0 0 ,0 00
1 3 5 7 9 1 1 13 1 5 1 7 19 21 2 3 2 5 2 7 29 31
• 2.,Korlátos növekedés -> telítési jelenség• Példa : baktérium tenyészet növekedése edényben
Korlátos növekedés, telítődés
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
A kettő valójában ugyanaz, a fenti, korlátlan növekedés előbb-utóbb korlátossá válik.
• Az előadásban két állításom szerepel.• Az első állítás: a LEDek hatásfokának növekedése jól követi
a második görbét. Jelenleg nagyjából fele értéknél tartunk, ( Adatok: most kb 120—150 lm/W a hatásfok, míg a telítési érték várhatóan 250—280 lm/W körül lesz. )
• A második állítás: elsősorban ez a triggerhatás indítja egy hosszabb időskálán a LEDek világítástechnikai alkalmazásának robbanásszerű elterjedését.
Korlátos növekedés, telítődés
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Korlátlan növekedés
0 ,00 0
20 0 ,0 00
40 0 ,0 00
60 0 ,0 00
80 0 ,0 00
1 00 0 ,0 00
1 20 0 ,0 00
1 3 5 7 9 11 1 3 1 5 17 19 2 1 23 25 2 7 29 3 1
• Nézzük a bizonyításokat!
• Az első állítás szinte magától értetődő
Korlátos növekedés, telítődés
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
• A második állítás bizonyításához már több megfontolás kell.
• 1. Transzformátor méretezés
2. 10 Klumen előállítása különböző hatásfokú LEDdel.
Hatásfok [ lm /W ]
LEDek szám a
Betáplált teljesítm ény [ W ]
E lvezetendő hőáram [ W ]
F ényáram [ lm ]
140 60 72 54 10’000
280 30 36 18 10’000
• Egyébb hatások is elősegítik a gyors elterjedést.
• 3. Növekszik a maximális réteghőmérséklet. Most 150 ºC,közeljövőben várható a 170 ºC fölött ( SiC anyag )
• 4. Javul a színvisszaadás ( Kvantum pötty LED)
Utolsó megjegyzésem: Ki kellene használnunk a szűk rést, amibe még beleférünk.
A folyamat minden részéhez professzionális teljesítmény
szükséges.
Csak így hozható létre megfelelő eredmény .
Megoldandó feladat van tömegével:
Az ehhez szükséges mérnöki feladatok, kihívások
LED források•Elektromos tulajdonságok
•Hőmérsékleti tulajdonságok
•Optikai tulajdonságok•LED öregedés
Elektronikai fejlesztés•Tápegységek
•Optikai és termikus visszacsatolás
•Hálózati viselkedés
•Optikai tervezés•Fényerősségeloszlás
•Színkeverés•Aktinikus sugárzás
•Diffrakciós és holografikus elemek
Hőkontroll•LED hőmérséklet függései
•Hűtőborda anyagok és szerkezetek
•A hőtovábbítás anyagai•Heat pipes
•Peltier hűtők
•Fotometria•Megfelelő minősítő
protokolok•Abszolút fotometria
Színtan
•Színstabilitás•Színvisszaadás
•Spektrális eloszlás•LED színesség (chromaticity)
65
Az CIE által ajánlott mezopos Az CIE által ajánlott mezopos fotometria alkalmazása fotometria alkalmazása
az MSZ EN 13201 szabvány az MSZ EN 13201 szabvány szerinti ME útosztályok esetén szerinti ME útosztályok esetén
A mezopos fotometria határaiA mezopos fotometria határai
Útvilágítás vizuális feladatai Útvilágítás vizuális feladatai
67
Világosság érzet , kontraszt és az Világosság érzet , kontraszt és az útvilágítási feladat összefüggéseútvilágítási feladat összefüggése
68
Útvilágítás vizuális feladata
Világosság érzet Mezopos fénysűrűség kontraszt
•Akadály felismerés •Tárgy észlelése
•Észlelési idő
•Felismerés (fotopos!)
Csapok és pálcikák eloszlása a Csapok és pálcikák eloszlása a retinán retinán
69
Csap Csap csúcscsúcs
PálcikákPálcikák
Csap Csap csúcscsúcsPálcika Pálcika
csúcscsúcs
CsapoCsapokk
Fotopos, szkotopos és mezopos Fotopos, szkotopos és mezopos fotometriafotometria
• Fotopos fénysűrűség:Fotopos fénysűrűség:•
• Szkotopos fénysűrűség:Szkotopos fénysűrűség:
• Mezopos fénysűrűség:Mezopos fénysűrűség:
70
CIE 191:2010 MES2 mezopos CIE 191:2010 MES2 mezopos fotometriai modellfotometriai modell
• M M ((mm) normalizáló konstans, ) normalizáló konstans, • m m =1, ha =1, ha LLmesmes > 5,0 cd/m> 5,0 cd/m22
• m m =0, ha =0, ha LLmesmes < 0,005 cd/m < 0,005 cd/m22 • Az iterációt mAz iterációt m00 =0,5-ről =0,5-ről
indítjukindítjuk• VVmesmes mm függése: függése:
71
Mezopos fénysűrűség változása a fotopos Mezopos fénysűrűség változása a fotopos fénysűrűségekhez képest a MES2 modell fénysűrűségekhez képest a MES2 modell
alapján alapján ( CIE 191)( CIE 191)
Fotopos fénysűrűség cd·m-2-benPhotopic luminance in cd·m-2
Class ME6 ME5 ME3 ME2 ME1 S/P 0,01 0,03 0,1 0,3 0,5 1 1,5 2 3 5
k. ny. Na 0,25 -75% -52% -29% -18% -14% -9% -6% -5% -2% 0%0,45 -55% -34% -21% -13% -10% -5% -4% -3% -2% 0%
n. ny. Na 0,65 -31% -20% -13% -8% -6% -4% -3% -2% -1% 0%0,85 -12% -8% -5% -3% -3% -2% -1% -1% 0% 0%1,05 4% 3% 2% 1% 1% 1% 0% 0% 0% 0%1,25 18% 13% 8% 5% 4% 3% 2% 1% 1% 0%
Fémhalogén, meleg 1,45 32% 22% 15% 9% 7% 5% 4% 3% 1% 0%
1,65 45% 32% 21% 13% 10% 7% 5% 4% 2% 0%1,85 57% 40% 27% 17% 13% 9% 6% 5% 3% 0%
LED, hideg 2,05 69% 49% 32% 21% 16% 11% 8% 6% 3% 0%2,25 80% 57% 38% 24% 19% 12% 9% 7% 4% 0%2,45 91% 65% 43% 28% 22% 14% 10% 8% 4% 0%
Fémhalogén, hideg 2,65 101% 73% 49% 31% 24% 16% 12% 9% 5% 0%
72
Mezopos fénysűrűség változása a Mezopos fénysűrűség változása a fotopos fénysűrűségekhez viszonyítva a fotopos fénysűrűségekhez viszonyítva a
MES2 modell alapjánMES2 modell alapján (Saját számítás)(Saját számítás)
73
Útosztály ME6 ME5 ME4 ME3 ME2 ME1
Lp (Szabvány követelmény fotopos), cd/m2
0,010 0,030 0,100 0,30 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,0 5,0
(LmN-Lp)/Lp (Na lámpával)
-31% -20% -13% -8% -6% -5% -4% -3% -2% -1% 0%
(LmA-Lp)/Lp ("A" LED-del, semleges fehér)
32% 22% 15% 9% 7% 6% 5% 4% 3% 1% 0%
(LmB-Lp)/Lp ("B" LED-del, semleges fehér)
51% 36% 24% 15% 12% 10% 8% 6% 5% 3% 0%
(LmC-Lp)/Lp ("C" LED-del, hideg fehér)
59% 42% 28% 18% 14% 12% 9% 6% 5% 3% 0%
Mezopos fénysűrűség változása a fotopos Mezopos fénysűrűség változása a fotopos fénysűrűségekhez viszonyítva a MES2 modell fénysűrűségekhez viszonyítva a MES2 modell
alapján alapján (Saját számítás)(Saját számítás)
74
Útosztály ME6 ME5 ME4 ME3 ME2 ME1
Lp (Szabvány követelmény fotopos), cd/m2
0,010 0,030 0,100 0,30 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,0 5,0
LpB ("A" LED fotopos fénysűrűsége, ha a Na lámpával azonos látási teljesítmény nyújt mezopos adaptációt mellett), cd/m2
0,005 0,020 0,076 0,25 0,44 0,67 0,91 1,40 1,90 2,9 5,0
LpA ("A" LED fotopos fénysűrűsége, ha a Na lámpával azonos látási teljesítmény nyújt mezopos adaptációt mellett), cd/m2
0,005 0,018 0,070 0,24 0,42 0,65 0,89 1,37 1,87 2,9 5,0
LpC ("C" LED fotopos fénysűrűsége, ha a Na lámpával azonos látási teljesítmény nyújt mezopos adaptációt mellett), cd/m2
0,004 0,017 0,068 0,23 0,41 0,64 0,88 1,37 1,86 2,9 5,0
ÖsszefoglalásÖsszefoglalás
• Mezopos fotometria csak a perifériális látómezőben érvényes (csak akadály észlelés és annak ideje)
• A centrumban (2°) az észlelés mindig fotopos (tárgy felismerés)
• A kékben gazdag fény (mezopos) fénysűrűség növelő szerepe csak kisebb megvilágítású utak esetén számottevő (ME6 ~ 20%, ME1 ~ 5%)
• Az egyes LED-ek közötti különbség csak a második/harmadik értékes számjegyben jelentkezik
• Érdemes-e a hideg színhőmérsékletű LED-eket preferálni?
• Még nem szerepel egyetlen szabványban sem
75
Esztergomi Ferenc Giczi Imre
Mancz Ivette Pankasz László
Schwarz Péter Szabó Gergely
Vass László
HOFEKA Kft.Compass Világítástechnikai Kft.EDF Démász Zrt.ELMON Hungária Kft.Tungsram-Schréder Világítási Berendezések Zrt.Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemPercept Kft.
Moderátor: Nagy János MEE VTT elnöke
Köszönjük figyelmüket!