Projektowanie opraw LED - wydajność. Przygotował Stanisław Binkiewicz



Podobne dokumenty
L E D light emitting diode

Barwa ciepła Barwa neutralna Barwa chłodna

Nowoczesne oświetlenie dla domu.

ROTOs8 (Odpowiednik żarówki halogenowej 80W)

ColorBurst IntelliHue Powercore - inteligentny projektor oświetlenia architektonicznego wykorzystujacy technologię InteliHue

Seria Linea. Opis. Linia oświetlenia nie potrzebuje montażu dodatkowych korytek i okablowania. Wszystkie elementy są zintegrowane w oprawie.

LUXs2 (Odpowiednik żarówki halogenowej 20W)

LIN2 / LIN2-L (Moduły LED światło użytkowe punktowe)

-lampy magazynowe LED. -lampy uliczne LED. -naświetlacze LED -świetlówki liniowe LED -panele LED

FOGO III autonomiczny moduł LED

LED STAR PAR W/827 GU10

BEZPOŚREDNI IMPORTER I DYSTRYBUTOR TRIM-POT, KOCMYRZÓW 45A

Światło komfortowe dla Twoich oczu

JAKOŚĆ ŚWIATŁA. Piotr Szymczyk. Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej, AGH

Tradycyjna konstrukcja i klasyczny kształt

LUNA VENTO. industrial LED lighting 5 PRZEZNACZENIE DANE TECHNICZNE SPECYFIKACJE 6 WARIANTY WYKONANIA AKCESORIA 7 CHARAKTERYSTYKI FOTOMETRYCZNE

CoreLine High-bay G3 najlepsza jakość światła przy niższych kosztach energii i konserwacji

CoreLine High-bay G3 najlepsza jakość światła przy niższych kosztach energii i konserwacji

2015, Wrzesień 14 Dane wkrótce ulegną zmianie

Ciekawa forma. PHILIPS LED Świeczka 4,3 W (40 W) E14 Ciepła biel Bez możliwości przyciemniania

MASTER LEDlamps, Novallure LED Retrofit

PowerBalance do montażu na powierzchni równowaga w wydajności

Źródła liniowe CommLED seria T8 / T5 Professional

Wprowadź odrobinę cudownego blasku do swojego domu

CoreLine Spot do wbudowania oczywisty wybór wśród technologii LED

L E D. Energooszczędna przyszłość Twojej firmy. w w w. piniu.pl

Lumvee. katalog produktów

LED STAR PAR W/827 GU10

Ciekawa forma. PHILIPS LED Świeczka 4,3 40 W E27 Ciepły biały Bez możliwości przyciemniania

Światło komfortowe dla Twoich oczu

Trwałe oświetlenie akcentowe LED o skupionym strumieniu

NOWOŚCI Źródła światła. Philips Lighting Poland sp. z o.o. Czerwiec 2015

PowerBalance do montażu na powierzchni równowaga w wydajności

Światło komfortowe dla Twoich oczu

ŻARÓWKI E27 SMD LED ENERGOOSZCZĘDNE OŚWIETLENIE LED. Parametry techniczne żarówek E27 SMD LED: STYL-e

Ciekawa forma. PHILIPS LED Świeczka (z możliwością przyciemniania) 5 W (40 W) E14 Ciepła biel Ściemnialna

Diody mocy LED firmy Huey Jann Electronic Asortyment rys.1.

Światło komfortowe dla Twoich oczu

Światło komfortowe dla Twoich oczu

LCC - REWOLUCJA W OŚWIETLENIU

5 najwaŝniejszych powodów dlaczego warto wybrać oświetlenie LED firmy OSRAM

P O L I T E CH N I K A P O Z N A Ń S K A I NSTYTUT ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI Poznań, ul. Piotrowo 3A

StyliD PremiumWhite wyjątkowa jakość światła i oszczędność energii dla sklepów odzieżowych

Światło komfortowe dla Twoich oczu

Doskonałe oświetlenie dróg

UniStreet prosta, wydajna i ekonomiczna rodzina opraw ulicznych

SL slim LN widoczna różnica

High Bay LED. Broszura informacyjna. tel

120 4 W/827 GU10. Karta katalogowa produktu. LED STAR PAR16 Reflektorowe lampy LED PAR16. Obszar zastosowań. Korzyści ze stosowania produktu

STEVE. Przemysłowa oprawa oświetleniowa LED KARTA PRODUKTU

SPECYFIKACJA TECHNICZNA MODUŁU LED - FOGO IV

Jest alternatywa! PL-Q 4 pinowe. Korzyści. Cechy. Wniosek. Versions

LED STAR R W/827 E14

Najbardziej energooszczędne i najjaśniejsze świetlówki na świecie

Energooszczędne źródła światła

Oświetlenie LED czy to się opłaca?

MASTER LEDlamps, Novallure LED Retrofit

CoreLine Spot do wbudowania oczywisty wybór wśród technologii LED

Najbardziej energooszczędne i najjaśniejsze świetlówki na świecie

LED STAR PAR W/827 GU10

OPRAWY ULICZNE I DROGOWE LED

Światło komfortowe dla Twoich oczu

KATALOG OŚWIETLENIA PRZEMYSŁOWEGO

Światło komfortowe dla Twoich oczu

CoreLine SlimDownlight - Oczywisty wybór w przypadku technologii LED

CoreLine do montażu ściennego oczywisty wybór LED

Maxos LED Performer wydajne i precyzyjne oświetlenie liniowe

To wnętrze stanowi różnicę

CoreLine SlimDownlight - Oczywisty wybór w przypadku technologii LED

SL in line widoczna różnica

NIVISS nspot Pro QR111D 17W

PowerBalance gen2 równowaga w wydajności

Najbardziej niezawodna!

StoreSet elastyczne oświetlenie wnętrz

Łatwa modernizacja z systemów HPI,SON,HPL na technologię LED

FastSet IP44. Fluorescent LED

LED STAR MR W/827 GU5.3

OPRAWY PRZEMYSŁOWE LED

Specyfikacja techniczna Cleveo 2 LED

TURBINY WIATROWE POZIOME Turbiny wiatrowe FD oraz FD - 800

PARATHOM PAR ADV 7.2 W/827 GU10

ClearFlood kompletne rozwiązanie LED do oświetlania obiektów sportowych i rekreacyjnych

LED STAR MR W/827 GU4

Odpowiednie oświetlenie tworzy magię chwili

LEDstar narrow T8 źródła światła LED o kierunkowym rozsyle światła

CoreLine Waterproof oczywisty wybór wśród technologii LED

PARATHOM PAR ADV 3.3 W/827 GU10

SmartBalance do wbudowania połączenie wydajności z inteligentną konstrukcją

Standard. Zdefiniowany na nowo. Nowe oprawy LED z serii LEDVANCE

CoreLine Waterproof oczywisty wybór wśród technologii LED

CoreLine Batten oczywisty wybór wśród technologii LED

Korzystaj z szerokiej gamy oświetlenia Philips!

Ciekawa forma. PHILIPS LED Żarówka (z możliwością przyciemniania) 5,5 W (40 W) E27 Ciepła biel Ściemnialna

Firma ATK s.c. Katalog. produktów

Moduł FlowLine LED oprawa liniowa LED do oświetlenia w tunelach

Panel CoreLine oczywisty wybór wśród technologii LED

Oświetlenie wewnętrzne

ArchiPoint icolor Powercore punktowe oświetlenie LED widoczne w świetle dziennym z inteligentnym sterowaniem barwami

ICT DAY 2012 Gdańsk Radosław Mioduski

ClearFlood kompletne rozwiązanie LED do oświetlania obiektów sportowych i terenów zewnętrznych

Transkrypt:

Projektowanie opraw LED - wydajność Przygotował Stanisław Binkiewicz

Regulacje prawne w UE odnośnie wydajności źródeł światła Po 1 września 2009 wszystkie Ŝarówki nieprzezroczyste muszą spełniać wymogi klasy A Według dyrektywy 98/11/WE klasa A W 0.24 Φ + 0. 0103 Φ Odpowiednik Ŝarówki 25 40 60 Strumień świetlny lm 220 420 710 Sprawność dla klasy A lm/w 38 45 52 Koniec 2009 nowe dyrektywy odnośnie wydajności lamp kierunkowych wydajności opraw klas energetycznych L Prize nagroda w wysokości 10 000 000 $ za: wyprodukowanie Ŝarówki LED - zamiennika 60W wydajność 90lm/W temperatura barwowa 2700-3000K

Wymagania Energy Star dla opraw bazujących na diodach LED Minimalna wydajność opraw 20-45 lm/w Większość opraw 35lm/W W przyszłości wszystkie oprawy powyŝej 70lm/W Wymagania Energy Star dotyczą teŝ: minimalnego strumienia świetlnego (zaleŝne od typu oprawy) temperatury barwowej oraz współrzędnych chromatycznych światła CRI (powyŝej 75, zaleŝne od oprawy) utrzymania strumienia świetlnego (35 000h lub 25 000h) utrzymania niezmienności barwy współczynnika mocy (powyŝej 0.9 przemysłowe, powyŝej 0.7 pozostałe) poboru mocy podczas wyłączenia (max 0.5W) częstotliwości pracy (min 120Hz)

Badania opraw Program CALiPER Departamentu Energii USA Większość opraw nie spełnia wymagań Energy Star Część opraw zepsuła się w czasie testów Seria Rok Sprawność min lm/w Sprawność max lm/w Ilość opraw poniŝej 20 lm/w / ilość wszystkich badanych opraw Ilość zamienników Ŝarówek nie spełniających wymogów UE/ ilość badanych zamienników 1 2007 4 32,8 9/14 nie badano 2 2007 9,2 34,1 6/12 0/1 ok 14lm/W 3 2007 6 61 2/20 1/1 4 2008 8 46 10/20 nie badano 5 2008 9 46 4/10 1/2 6 2008 4 62 1/16 1/5

Sprawność opraw LED η= Φ oprawy P oprawy m - ilość diod LED Φ - strumień świetlny P - moc η = m Φ LEDdla25 m 1W p C Przykład nieprawidłowego podejścia Oprawa LED składająca się z 56 diod deklarowany przez producenta pobór mocy 56W deklarowany strumień świetlny emitowany przez lampę 4200lm sprawność 75lm/W

Sprawność opraw LED

Sprawność opraw LED η oprawyled = m Φ k ( 1+ η η zasilacza optyki η ) m oslony P LED m - ilość diod LED Ф - strumieńświetlny emitowany przez diodę dla określonego prądu przewodzenia k - stosunek strumienia świetlnego emitowanego w rzeczywistej temperaturze pracy LED do strumienia świetlnego emitowanego w temperaturze 25 o C η - sprawność

Sprawność opraw LED Źródło światła Sprawność maksymalna lm/w Sprawność w oprawie lm/w śarówka 17 10-17 Halogen 20 12-20 Metalohalogen 70 35-40 Świetlówka 90 65-70 Dioda LED 100 65-75 Lampa sodowa wysokopręŝna Lampa sodowa niskopręŝna 140 55-65 180 65-75

Sprawność diody LED - jakość Dioda Rebel 100lm ma sprawność 90lm/W Porównując 2 róŝne diody o tym samym strumieniu trzeba zwrócić uwagę na: prąd dla którego jest specyfikowany strumień świetlny ( zazwyczaj 350mA) napięcie przewodzenia diody dla prądu specyfikowanego Dla prądu 350mA minimalne napięcie 2.8V ( λ=450nm) Źródło: http://www.candlepowerforums.com/vb/showthread.php?t=169547

Sprawność diody LED - temperatura śarówka Oprawa LED Transport ciepła Ciepło wypromieniowane Sufit Efekt kominowy Źródło światła śarówka * 8 (14lm/W) 81 (73%IR) 19 Świetlówka * 21 (100lm/W) 58 (37%IR) 42 LED biała Sprawność % ( lm/w) 14 (100lm/W) Promieniowanie 14 Dystrybucja ciepła % Konwekcja + Przewodzenie 86 LED czerwona 25 (40lm/W) 25 75 * IESNA Lighting Handbook 9th Ed Z kaŝdej diody białej zasilanej prądem 350mA trzeba odprowadzić do radiatorów 0,95W energii cieplnej.

Sprawność diody LED - temperatura Rezystancja termiczna złącze pad termiczny: InGaN Rebel - 10 K/W AlInGaP Rebel 12 K/W Obliczając przyrost temperatury naleŝy uwzględnić, Ŝe część mocy jest przekształcana w światło.

Sprawność świetlówki - temperatura Świetlówki są optymalizowany do pracy w temperaturze pokojowej. Dla temperatury -20 o C strumieńświetlny wynosi: Dioda LED 110% Świetlówka 30% W zastosowaniach zewnętrznych w niskich temperaturach dioda LED bije na głowę świetlówkę.

Sprawność diody LED prąd zasilania Maksymalna wydajność diody mocy ok. 35mA Praca przy tak niskich prądach jest nieuzasadnialna ekonomicznie Diody małej mocy 20mA mają sprawność ok. 20lm/W Diody mocy dla prądu 35mA mogą osiągnąć sprawność powyŝej 150lm/W 100% = 350mA Źródło: Spectral and luminous efficacy change of high-power LEDs under different dimming method. Yimin Gu, Nadarajah Narendran, Tianming Dong Huiyiung Wu

Sprawność diody LED prąd zasilania Obecnie jednym z największych wyzwań producentów LED jest stworzenie diody, która miałaby taką samą wydajność w szerokim zakresie prądów zasilania Usprawnienia wydajności LED przy duŝych prądach przewodzenia Źródło: http://www.candlepowerforums.com/vb/showthread.php?t=169547 UWAGA Diody Rebel nie mogą być sterowane prądem 2A

Sprawność diody LED temperatura barwowa Temperatura barwowa barwa światła jaką wysyłałoby ciało doskonale czarne rozgrzane do tej temperatury. Zimny Naturalny Naturalny Ciepły

Temperatura barwowa zastosowanie 6500 K zastępuje światło dzienne, stosujemy w miejscu pracy 4000-5000 K stosujemy do oświetlania miejsca pracy i nauki. 3000-4000 K stosujemy do oświetlania miejsca pracy, kuchni, łazienek 2700 K - stosujemy do oświetlania miejsca odpoczynku, sypialni. Światło słoneczne 4000-6500K Światło halogenowe 3100K śarówka 2700K Świeczka 2000K

Sprawność diody LED temperatura barwowa Wraz z obniŝaniem się temperatury barwowej widmo promieniowania diody odsuwa się od zakresu maksymalnej czułości ludzkiego oka.

Temperatura barwowa wymagania Energy Star Tylko światło o współrzędnych chromatycznych zbliŝonych do krzywej ciała doskonale czarnego jest białe. Im dalej od krzywej tym światło staje się bardziej róŝowawe lub zielonkawe

Biny diod Rebel a wymagnia Energy Star Obecnie Przyszłość Biny oznaczone kropką zostaną wyeliminowane jako pierwsze

Współczynnik oddawania barw sprawność Współczynnik oddawania barw (CRI, Ra) jest zdolnością źródła światła do wiernego odwzorowywania barw Brak niebieskiego Według normy PN-EN 12464-1 Brak czerwonego biura, szkoły, biblioteki, apteki Ra > 80 gabinety stomatologiczne, fryzjerskie Ra > 90 magazyny Ra>60

Współczynnik oddawania barw sprawność Przykładowe współczynniki oddawania barw róŝnych źródeł światła. Źródło światła śarówka Halogen Lampa sodowa wysokopręŝna Lampa sodowa niskopręŝna Świetlówka zimna Świetlówka ciepła REBEL zimny REBEL naturalny REBEL ciepły Współczynnik oddawania barw 100 100 25 5 73 89 70 75 85

Współczynnik oddawania barw sprawność Sposób zwiększenia współczynnika oddawania barw diody zimnej Ra=100 całe widmo pokryte równomiernie η max 200lm/W ( sprawność diody100%) Ra=70 widmo diody zimnej η max 640lm/W ( sprawność diody100%) Ra=90 R=615nm G=540nm B=460nm* η max 380lm/W ( sprawność diod 100%) ** Realna maksymalna sprawność diod 40% Straty na mieszaniu kolorów przez dodatkową optykę 15-30% *Źródło LightingYour path to the future. M. George Craford, Philips Lumileds

Współczynnik oddawania barw sprawność Nie zawsze niska temperatura barwowa oznacza wysokie Ra i na odwrót. Linia ciągła emisja luminoforu 570 nm Linia przerywana emisja luminoforu 580nm Źródło: Solid State Lighting Arturas Zukauskas, Michael Shur Remis Gaska

Sprawność optyki Na czerwono zaznaczone promienie pochłonięte przez oprawę Tradycyjne źródła światła emitują promieniowanie w kaŝdym kierunku co powoduje Ŝe trzeba stosować dodatkową optykę w oprawach.

Sprawność optyki Wydajności soczewek jednego z producentów KaŜde przejście promieni z jednego ośrodka do drugiego = STRATY O ile to moŝliwe nie stosować soczewek oraz osłon jednocześnie Na osłony wybierać materiały o jak najmniejszym współczynniku pochłaniania i załamania.

Sprawność - zasilacz 230VAC Zasilacze sieciowe najczęściej występują jako zasilacze typu Flyback. Zasilacze z transformatorem sieciowym są obecnie rzadko stosowane ze względu na niską sprawność - poniŝej 50%. Viper 27 zasilacz typu flyback - na czerwono zaznaczone miejsca największych strat Zasilacze impulsowe sieciowe o mocy kilku watów najczęściej mają sprawność 70-80%

Zasilacz 230VAC Największą sprawność uzyskujemy gdy: Zmniejszamy częstotliwość pracy Zwiększamy napięcie wyjściowe Zmniejszamy prąd wyjściowy Stosujemy transformator o jak najmniejszej indukcyjności pasoŝytniczej Zasilamy sterownik z uzwojenia pomocniczego zamiast bezpośredniego z wysokiego napięcia Stosujemy konstrukcję nieizolowaną W przypadku konstrukcji nieizolowanej nie ma moŝliwości zasilania sterownika z uzwojenia pomocniczego, dlatego naleŝy wybrać driver o jak najmniejszym poborze mocy. Są zasilacze osiągające sprawność nawet 92% - ale dla: I WY =20mA U WY = 70V konstrukcja nieizolowana

Zasilacz niskonapięciowy liniowy Zasilacz liniowy nie nadaje się, gdy jest duŝa róŝnica napięć między wyjściem a wejściem Zasilacz liniowy + dodatkowa dioda.

Zasilacz niskonapięciowy impulsowy PoniŜsze sprawności odnoszą się jedynie do samych przetwornic, nie uwzględniają układów prostownika, zabezpieczeń np. przed odwrotną polaryzacją itp. Realna sprawność moŝe być o kilka procent niŝsza Topologia Sprawność max Wady Zalety Uwe w stosunku do Uwy Buck converter 98% Nie nadaje się gdy napięcie wyjściowe jest mniejsze niŝ wejściowe Najsprawniejsza konstrukcja, nie wymaga kondensatora wyjściowego przez co nadaje się do ściemniania PWM Większe Boost converter 95% Brak kontroli prądu gdy napięcie wejściowe większe niŝ wejściowe Bardzo dobre PFC Mniejsze Buck-boost converter 90% Napięcie wyjściowe odwrócone w stosunku do wejściowego Prosta konstrukcja Dowolne SEPIC converter 85% Skomplikowana konstrukcja, wymagana specjalna cewka Prawie kaŝdy sterownik Buck z regulacja od strony masy moŝe pracować w topologii SEPIC Dowolne CUK converter 85% Skomplikowana konstrukcja, Uwy odwrócone w stosunku do Uwe Nie wymaga kondensatora wyjściowego prze co nadaje się do ściemniania PWM Dowolne

Zasilacz niskonapięciowy impulsowy Sprawność zaleŝy głównie od: Częstotliwości pracy RóŜnicy napięć między wejściem a wyjściem Spadku napięcia na czujniku prądu Jakości sterownika i pozostałych elementów Sprawność przetwornicy impulsowej typu Buck Converter

Podsumowanie Prąd Sprawność Temperatura złącza Temperatura barwowa Współczynnik oddawania barw RóŜnica napięć między napięciem zasilania a LED Optyka, osłony BRAK

Podsumowanie Zakładając Ŝe stworzymy oprawę (Ŝarówkę) której: Sprawność zasilacza 90% Sprawność optyki 90% Temperaturę pracy złącza odpowiadającą sprawności 90 % oraz korzystając ze wzoru η oprawyled = m Φ k η ( 1+ η zasilacza optyki η ) m P oslony LED Dioda LUXEON REBEL 6500K LXML-PWC1-0100 4100K LXML-PWN1-0080 3100K LXML-PWW1-0060 Max sprawność w oprawie 65l m/w 52 lm/w 39lm/W W oparciu o diody 6500K i 4100K moŝna stworzyćŝarówkę, która będzie spełniała wymogi UE, ale zastosowanie jej będzie bardzo ograniczone ze względu na mały Ra. Dioda ciepła mająca odpowiedni Ra do szerokiego zastosowania ma za małą wydajność, aby w oparciu o nią stworzyćŝarówkę spełniającą wymagania UE.