Transcript Kerek-asztal beszélgetés a LED

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.
Tungsram-Schréder Világítási Berendezések Zrt.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Percept Kft.
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 building
ZEH: 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()
L()


()
()
* E()
* 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]
E

   Pvill[W ]  *lámpatest
A
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
Tápegység
LED optika
HŐLEADÁS 2
LED egység
Táp
A világítási berendezés
eredő fényhasznosítása:
LED-ek fényárama x optika hatásfoka
LED-ek teljesítménye +tápegység vesztesége
Nagynyomású nátriumlámpa
LED
Na
LED
25 W LED
+4 W táp
36 W FSD
+9 W előtét
110 lm/W
2750 lm
29 W
81 lm/W
2900 lm
45 W
95 lm/W
16 W
65 lm/W
80 W LED
+12 W táp
100 W Na
+16 W előtét
110 lm/W
8 800 lm
92 W
107 lm/W
10 700 lm
116 W
96 lm/W
24 W
92 lm/W
Mit jelent 1 W
megtakarítás?
Energia díj+Rendszerhasználati díjak+Adók
170 Ft megtakarítás évente W-onként
Megtakarított W-ok x 12 (év) x 170 Ft
Pl: 20 W esetén
41.000 Ft
Csere ?
Csere költségek
Megtakarítás
1 lámpatest:
10 lámpatest:
41.000 Ft
410.000 Ft
Lámpatest ára
Tartószerkezetek ára – azonos
magasság, rögzíthetőség?
Lámpakar – a régi felhasználható?
100 lámpatest:
4.100.000 Ft
?
Munkadíj
Új közvilágítási hálózat
Beruházási
költségek
Megtakarítás
Lámpatestek ára
1 lámpatest:
10 lámpatest:
100 lámpatest:
41.000 Ft
410.000 Ft
4.100.000 Ft
?
Tartószerkezetek ára – jobb
fényeloszlás kevesebb oszlop?
Lámpakarok ára
Munkadíj
Üzemeltetési
költségek
Új közvilágítási hálózat
Beruházás Hagyományos
fényforrással
Lámpatestek
Tartószerkezet
Lámpakarok
Munkadíj
LED-es lámpák
Üzemeltetési feladatok
Karbantartási
feladatok
Hagyományos
fényforrással
Szüks.
Gyak.
LED
Szüks.
Gyak.
Fényforrás
csere
igen
3x
nem
0
Működtető
elektronikus
egységek
cseréje
Előfordulhat
1x
igen
1x
2x
3x
Bura tisztítás
igen
3x
igen
3x
azonos
igen
azonos
Tartószerkezet
igen
karbantartása
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
110
100
90
80
70
tokozás
60
szelet techn
Substrate
Epitaxy
50
Foszfor
40
30
20
10
0
2009
2010
2012
2015
2020
LED LÁMPATEST ÁRÁNAK VÁLTOZÁSA
110
100
90
80
70
LED egység
60
Megmunkálás/hőkontroll
meghajtó
összeszerelés
50
optika
40
30
20
10
0
2009
2010
2012
2015
2020
Edison lámpa költségei anno
1,2
1
USD
0,8
0,6
Adatsor1
0,4
0,2
0
1881
1882
1883
1884
1885
1886
1887
A LED világítás jövője
Bevezető:
•
•
Becslések három—öt évre előre
Általános megjegyzések a változásokról.
1.,Korlátlan növekedés -> exponenciális görbe
Példa : robbanás
Korlátlan növekedés
1200,000
1000,000
800,000
600,000
400,000
200,000
0,000
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
•
•
2.,Korlátos növekedés -> telítési jelenség
Példa : baktérium tenyészet növekedése edényben
Korlátos növekedés, telítődés
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
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. )
Korlátos növekedés,
telítődés
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
• A második állítás: elsősorban ez a triggerhatás indítja egy
hosszabb időskálán a LEDek világítástechnikai alkalmazásának
robbanásszerű elterjedését.
Korlátlan növekedés
1200,000
1000,000
800,000
600,000
400,000
200,000
0,000
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
29
•
Nézzük a bizonyításokat!
•
Az első állítás szinte magától értetődő
Korlátos növekedés, telítődés
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
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.
LEDek Betáplált
száma teljesítmény
[W]
Elvezetendő
hőáram
[W]
Fényáram
140
60
72
54
10’000
280
30
36
18
10’000
Hatásfok
[ lm/W]
[ lm ]
•
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)
Az CIE által ajánlott mezopos
fotometria alkalmazása
az MSZ EN 13201 szabvány szerinti
ME útosztályok esetén
65
A mezopos fotometria határai
Útvilágítás vizuális feladatai
Akadály felismerés
 Jelenlét észlelése
„Van ott valami?”
 Észlelési idő
„Mennyi idő múlva reagálok?”
 Felismerés
„Mi is ez?”
 (Orientáció
 Arcfelismerés
 Biztonságérzet)

67
Világosság érzet , kontraszt és az
útvilágítási feladat összefüggése
Útvilágítás vizuális
feladata
Világosság érzet
Mezopos
fénysűrűség
kontraszt
•Akadály felismerés
•Tárgy észlelése


•Észlelési idő


•Felismerés

 (fotopos!)
68
Csapok és pálcikák eloszlása a
retinán
Csap
Csap csúcs
csúcs
Pálcika csúcs
Pálcikák
Csapok
69
Fotopos, szkotopos és mezopos
fotometria
• Fotopos fénysűrűség:
•
• Szkotopos fénysűrűség:
• Mezopos fénysűrűség:
70
CIE 191:2010 MES2 mezopos
fotometriai modell
•
•
•
•
M (m) normalizáló konstans,
m =1, ha Lmes > 5,0 cd/m2
m =0, ha Lmes < 0,005 cd/m2
Az iterációt m0 =0,5-ről
indítjuk
• Vmes m függése:
71
Mezopos fénysűrűség változása a fotopos
fénysűrűségekhez képest a MES2 modell
alapján ( CIE 191)
k. ny. Na
n. ny. Na
Class
S/P
0,25
0,45
0,65
0,85
1,05
1,25
0,01
-75%
-55%
-31%
-12%
4%
18%
0,03
-52%
-34%
-20%
-8%
3%
13%
Fotopos fénysűrűség cd·m-2-ben
Photopic luminance in cd·m-2
ME6 ME5 ME3 ME2 ME1
0,1 0,3 0,5
1
1,5
2
3
-29% -18% -14% -9% -6% -5% -2%
-21% -13% -10% -5% -4% -3% -2%
-13% -8% -6% -4% -3% -2% -1%
-5% -3% -3% -2% -1% -1% 0%
2% 1% 1% 1% 0% 0% 0%
8% 5% 4% 3% 2% 1% 1%
Fémhalogén
1,45 32% 22% 15%
, meleg
7% 5% 4%
10% 7% 5%
13% 9% 6%
16% 11% 8%
19% 12% 9%
22% 14% 10%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
1%
2%
3%
3%
4%
4%
0%
0%
0%
0%
0%
0%
Fémhalogén
2,65 101% 73% 49% 31% 24% 16% 12%
, hideg
9%
5%
0%
1,65
1,85
LED, hideg 2,05
2,25
2,45
45%
57%
69%
80%
91%
32%
40%
49%
57%
65%
21%
27%
32%
38%
43%
9%
13%
17%
21%
24%
28%
5
0%
0%
0%
0%
0%
0%
72
Mezopos fénysűrűség változása a
fotopos fénysűrűségekhez viszonyítva a
MES2 modell alapján
(Saját számítás)
Útosztály
Lp (Szabvány
követelmény
fotopos), cd/m2
ME6 ME5 ME4 ME3 ME2 ME1
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" LEDdel, semleges fehér)
32%
22%
15%
9% 7% 6% 5% 4% 3%
1%
0%
(LmB-Lp)/Lp ("B" LEDdel, semleges fehér)
51%
36%
24%
15% 12% 10% 8% 6% 5%
3%
0%
(LmC-Lp)/Lp ("C" LEDdel, hideg fehér)
59%
42%
28%
18% 14% 12% 9% 6% 5%
3%
0%
73
Mezopos fénysűrűség változása a fotopos
fénysűrűségekhez viszonyítva a MES2 modell
alapján (Saját számítás)
Útosztály
Lp (Szabvány követelmény
fotopos), cd/m2
ME6 ME5 ME4 ME3 ME2 ME1
0,010 0,030 0,100
0,30 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00
LpB ("A" LED fotopos
fénysűrűsége, ha a Na lámpával
azonos látási teljesítmény nyújt 0,005 0,020 0,076 0,25 0,44 0,67 0,91 1,40 1,90
mezopos adaptációt mellett),
cd/m2
LpA ("A" LED fotopos
fénysűrűsége, ha a Na lámpával
azonos látási teljesítmény nyújt 0,005 0,018 0,070 0,24 0,42 0,65 0,89 1,37 1,87
mezopos adaptációt mellett),
cd/m2
LpC ("C" LED fotopos
fénysűrűsége, ha a Na lámpával
azonos látási teljesítmény nyújt 0,004 0,017 0,068 0,23 0,41 0,64 0,88 1,37 1,86
mezopos adaptációt mellett),
cd/m2
74
3,0 5,0
2,9 5,0
2,9 5,0
2,9 5,0
Összefoglalás
• 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
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.
Tungsram-Schréder Világítási Berendezések Zrt.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Percept Kft.
Köszönjük
figyelmüket!