LEDRasvjeta_Stručno_Usavršavanje

5/11/2018 LEDRasvjeta_Stručno_Usavršavanje - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/ledrasvjetastrucnousavrsavanje 1/47

Veleučilište u Slavonskom Brodu

Prof.dr.sc. Marinko Stojkov

Strojarski fakultet Slav. Brod

[email protected]

Program usavršavanja



Veleučilište u Slavonskom Brodu Izobrazba za energetsko certificiranje zgrada

LITERATURA:

1. Stevče Arsoski: Predavanja, TŠ Sisak, HSUSE i

Aurora energetika d.o.o. Sisak

2. Wikipedia, Light-emitting diode, Link:http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

3. CREE Application Note: XLamp LED Thermal Management

Link:http://www.cree.com/products/pdf/XLampThermalManagement.pdf

4. LUXEON Rebel ES Datasheet, Link:http://www.philipslumileds.com/uploads/17/DS61.pdf

2

http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

http://www.cree.com/products/pdf/XLampThermalManagement.pdf


http://www.philipslumileds.com/uploads/17/DS61.pdf



















5. DMX LED Lights, DMX High Power LED StreetlightsManual, Link:http://www.dmxledlights.com/docs/DMX_High_Power_LED _Streetlight_User_Manual.pdf

6. LED Application Series: Outdoor Area Lighting, Link:http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/outdoor_area_lighting.pdf

3

http://www.dmxledlights.com/docs/DMX_High_Power_LED_Streetlight_User_Manual.pdf


http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/outdoor_area_lighting.pdf































LED, eng. Light - Emitting Diode

Dioda s emitiranjem (zračenjem) svjetlosti ilisvjetleća dioda

Poluvodički element koji prilikom propusne

polarizacije oslobađa energiju u obliku fotona.

Boja svjetlosti pri elektroluminiscenciji određena ješirinom energetske barijere PN spoja.

Mala površina čipa (manje od 1 mm2

) uz mogućnostintegracije.

Mala potrošnja energije, produljen ţivotni vijek,male dimenzije, veća pouzdanost.

4




Princip rada LED rasvjete




Princip rada LED rasvjete

Nuţna propusna polarizacija (+ na anodi)!

Elektron iz N-sloja slobodno prelazi PN barijeru i uP-sloju rekombinira se sa šupljinom.

Pri tome energija elektrona pada na niţu razinu i

oslobađa se EM energija u obliku fotona,odnosno svjetlosti.


http://slidepdf.com/reader/full/ledrasvjetastrucnousavrsavanje 7/47Veleučilište u Slavonskom Brodu Izobrazba za energetsko certificiranje zgrada

Osnovne

komponenteLED diode



Osnovne značajke LED rasvjete

Ušteda električne energije 50 – 85 %

Dugi vijek rada (preko 50000 sati )

Nema štetnih UV i IC zračenja

Nema štetnih tvari (teški metali)

Dozvoljeno odstupanje napajanja 20 %

Minimalni troškovi odrţavanja

Boja svjetla vrlo blizu boji dnevnog prirodnog svjetla

Mogućnost odabira boje

Male dimenzije

Prilagodljivost za sve geometrijske oblike rasvjete



Boja svjetlosti LED rasvjete

Odabirom sloţenih struktura raznih vrsta materijalamoguće je povećati broj raspoloţivih energetskihrazina, odnosno valnih duljina svjetlosti.

Primjer: sloţeni poluvodič galijev arsenid fosfat(GaAsP) koji se sastoji od kombinacije GaAs i GaP.

Energetski procjep se moţe mijenjati smanjenjempostotka arsena i povećanjem postotka fosfora.

9


http://slidepdf.com/reader/full/ledrasvjetastrucnousavrsavanje 10/47Veleučilište u Slavonskom Brodu Izobrazba za energetsko certificiranje zgrada 10

BojaValna duljina

(nm)Napon (V) Poluvodički materijal

Infracrvena (IR) λ >760 ΔV <1.9Galijev Arsenid (GaAs)

Aluminijev Galij Arsenid (AlGaAs)

Crvena 610<λ<760 1.63<ΔV<2.03

Aluminijev Galij Arsenid (AlGaAs)

Galijev Arsenid Fosfat (GaAsP)

Aluminijev Galij Indij Fosfat (AlGaInP)

Galijev (III) Fosfat (GaP)

Narančasta 590<λ<610 2.03<ΔV<2.10




Žuta 570<λ<590 2.10<ΔV<2.18


Aluminijev Galij Indij Fosfat (AlGaInP)Galijev (III) Fosfat (GaP)

Zelena 500< λ<570 1.9<ΔV<4.0

Indijev Galij Nitrat (InGaN) /Galijev (III) Nitrat



Aluminijev Galij Fosfat (AlGaP)


http://slidepdf.com/reader/full/ledrasvjetastrucnousavrsavanje 11/47Veleučilište u Slavonskom Brodu Izobrazba za energetsko certificiranje zgrada 11

BojaValna duljina

(nm)Napon (V) Poluvodički materijal

Plava 450<λ<500 2.48<ΔV<3.7

Cinkov Selenit (ZnSe)

Indijev Galij Nitrat (InGaN)

Silicijev Karbid (SiC) kao podloga

Silicij (Si) kao podloga (u razvoju)

Ljubičasta 400<λ<450 2.76<ΔV<4.0 Indijev Galij Nitrat (InGaN)

Ružičasta Brojni tipovi 2.4 <ΔV<3.7

Dualna plavo/crvena LED

Plava s crvenim fosforom ili

Bijela s ružičastom plastikom

Ultraljubičasta(U)

λ < 400 3.1<ΔV<4.4

Dijamant (235 nm)Borov Nitrat (215 nm)

Aluminijev Nitrat (AlN) (210 nm)

Aluminijev Galij Nitrat (AlGaN)

Bijela Široki spektar ΔV=3.5 Plava/UV LED sa žutim fosforom



Bijela svjetlost

Postoje dva primarna načina za dobivanje bijele svijetlostivisokog intenziteta koristeći LED diode.

a) miješanjem različito obojenih svjetlosti, RGB metoda (eng.

Red-Green-Blue ).

Visoko kvalitetna svjetlost, ali se rijetko koristi jer zahtijevasnaţne elektro-optičke uređaje.

b) upotrebom fosfornog materijala za pretvorbumonokromatske svijetlosti plave ili ultraljubičaste svjetlećediode u široki spektar bijele svjetlosti, slično kao kodfluorescentne rasvjete (2700 – 7000 K).

12



RGB metoda (TV)

Ponekad visoka učinkovitost znači slabiji prikaz boja, štopredstavlja kompromis između rasvjetne učinkovitosti iprikaza boja.

Dikromatska bijela LED ima najveću svjetlosnu učinkovitost(120 [lm/W]), ali najmanju sposobnost prikaza boja.

Tetrakromatska bijela LED ima izvrsnu sposobnost prikazaboja, ali ima nisku svjetlosnu učinkovitost.

Trikromatske bijele LED su između, imaju dobru svjetlosnuučinkovitost (>70 [lm/W]) i pristojnu sposobnost prikazaboja.

13



Dobivanje bijele svjetlosti uporabom fosfornog (P) premaza

Lom plave svijetlosti prolazi kroz proces koji se nazivaStokesov pomak transformirajući se iz manje valne duljineu veću.

LED s P premazom ima manju učinkovitost nego normalnaLED obzirom na toplinske gubitke.

Metoda s P premazom je popularnija u proizvodnji bijelesvjetlosti visokog intenziteta.

Dizajn i proizvodnja svjetlosnih izvora i rasvjetnih tijela smonokromatskim emiterom s P premazom su jednostavniji ičešće se koriste.

14



Svjetleće diode velike snage LED velike snage (eng. High Power LED , HPLED ) Nazivna

struja od nekoliko stotina [mA] pa sve do reda A, stotinelumena svjetlosnog toka ϕ.

Obični LED – nazivna struja nekoliko desetaka [mA]

HPLED se moraju pričvrstiti na odvodnik topline kako bise omogućila disipacija iste. (P=ϕ+Q)

LED koje koriste snagu od 500 [mW] pa sve do 10 [W] ujednom tijelu.

Očekuje se povećanje snage u budućnosti.

15



HPLED na tiskanoj ploči s metalnom podlogom u obliku

zvijezde ( eng. Metal Core Printed Circuit Board , MCPCB )

16



Odvođenje topline

Većina kvarova LED rasvjete su uvjetovani visokomtemperaturom.

Povišene temperature spoja uzrokuju smanjenje

dobivene svijetlosti i ubrzanu degradaciju čipa.Maksimalna temperatura spoja za svaku liniju

proizvoda navedena je u tehničkim podacimaproizvoda.

17



Temperatura spoja primarno ovisi o tri parametra:

- temperatura okoliša oko LED rasvjete

- termička staza između LED spoja i okoliša

- disipirana topl.

snaga LED

Temperature MCPCB

18



Primjena LED rasvjeteSpot rasvjeta

LED cijevi za rasvjetu interijera

LED ţarulje za kućnu rasvjetu

Javna rasvjeta i rasvjeta dvorišta

Rasvjeta parkova, rijeka, obale mora

Dekorativna rasvjeta (blagdani)

Rasvjeta zabavnih parkova, kockarnica, hotela



SPOT rasvjeta – namjena i karakteristikeOsvjetljavanje izloga i polica

Osvjetljavanje detalja fasade, skulptura, vodoskoka i

slično Mali kut snopa svjetla do 60o (tipično 30o)

Malen utrošak energije

Malo zagrijavanje kućišta LED ţarulje



SPOT ţarulje, primjer Snaga: 6 W

Napon napajanja: 12 V

Svjetlosni tok: 336 lm

Kut: 350

Radni vijek: > 50000 sati

Grlo : 5.3

Dimenzije: ø50x55 mm

Zamjenjuje halogenuţarulju od 50 W



LED cijevi za rasvjetu interijera,namjena i karakteristike

Koriste se za osvjetljavanje prostorija općenamjene:

Prostorije u školama, bolnice, dvorane za sastanke, hodnici,garaže, trgovine, benzinske postaje, stubišna rasvjeta uzgradama i slično.

Za pravilan rad nije potrebna prigušnica i starter

Dimenzije LED cijevi u potpunosti odgovarajudimenzijama standardnih fluorescentnih cijevi



LED cijevi, primjer

Snaga: 8 W – 20 W

Svjetlosni tok: od 750 - 1700 lmUšteda električne energije 50 %



LED ţarulje za kućnu rasvjetu,namjena i karakteristike

Namjena: osvjetljavanje prostora unutar kuće(kuhinja, spavaća soba, dnevna soba, kupatilo,hodnik)

Standardno grlo E27 (jednostavna zamjena)

Maksimalna snaga (za sada) 15 W.



LED ţarulje za kućnu rasvjetu, primjer

Snaga: 13 W


Napon: 100 – 240 V

Dimenzije: ø 63x114 mm

Grlo: E 27

Teţina: 140 g

Zamjenjuje standardnu ţaruljuod 60 W.



Ulična rasvjeta – namjena i karakteristike

Rasvjetna tijela su namijenjena za osvjetljavanje: ulica,trgova, igrališta, dvorišta, parkinga, šetališta i slično

Dugi vijek rada (preko 50000 sati)Manja potrošnja električne energije

50-80 % u odnosu na standardnu ţivinu rasvjetu



Ulična rasvjeta (primjer) Snaga: 56 W (LED)

Potrošnja: 66 W


Zaštita: IP65

Radni vijek: od 50000 do 100000 h

Osvijetljena površina sa visine od6 m: 160 m2 sa 26 lux-a

Zamjenjuje ţivinu ţarulju od 150 W




Ulična rasvjeta, primjeri:




LED RASVJETA: unutarnja, vanjska, prijenosna,

signalna, automobilska rasvjeta, mobilna rasvjeta,foto i TV uređaji i slično

Bijele LED velike snage donijele su revoluciju urasvjetnoj industriji i primjeni u svim sferama

ljudskog ţivota.

Veliki raspon temperatura bijele boje (toplo bijela,neutralno bijela, hladno bijela boja) omogućujekvalitetnu rasvjetu za niz primjena.

LED u boji koriste se u signalnoj, reklamnoj, ukrasnoj iautomobilskoj rasvjeti.

29




LUXEON Rebel ES tvrtke Phillips

- fleksibilnost za projektiranje rasvjetnih tijela i lampi

- prikladne za primjene koje zahtijevaju velik svjetlosnitok (daju preko 200 lumena pri struji od 700 [mA])

LUXEON Rebel ES - u prosjeku je odrţivost svjetlosnogtoka oko 70% (L70) pri 50000 sati rada.

Ova projekcija se zasniva na radu pri konstantnoj strujiod 700 [mA] uz odrţavanje temperature spoja na iliispod 135[°C].

30




Odrţivost svjetlosnog toka se definira kao postotaktoka svijetlosti koji ostaje nakon određenogvremenskog perioda u odnosu na početni tok.

Izvrsna sposobnost disipacije topline omogućavaodrţavanje temperature LED spoja idealnom (< 70[°C]).

Prosječni ukupni obuhvaćeni kut je ukupni kut unutar kojeg je obuhvaćeno 90% svjetlosnog toka.

Prosječan kut gledanja je kut između centralne osilampe i pravca, unutar kojeg je intenzitet svjetlosti

jednak polovini vršne vrijednosti.

31



Veleučilište u Slavonskom Brodu Izobrazba za energetsko certificiranje zgrada 32

Svjetlosni tok

Boja Prosjek ϕ [lm], 350mA Prosjek ϕ [lm], 700 mANeutralno bijela 125 220Hladno bijela 130 225

Optička karakteristika pri 700 mA i temperaturi pločice od 25 °C

Boja T boje [K] Srednji ukupni kut/ kut gledanjaTmin Tsr Tmax

Neutr. bijela 3500 4100 4500 160° / 120° Hladno bijela 4500 5650 10000 160° / 120°




33

LUXEON Rebel ES tvrtke Phillips




Relativni svjetlosni tok u ovisnosti o temperaturi

termičke pločice




Prilagodba dizajna LED rasvjete: namjenski optičkisustav (leće koje fokusiraju pravokutni oblik zrake).

Racionalna kontrola distribucije svjetlosti osiguravaidealnu uniformnost rasvijetljenosti.

Dizajn integrirane leće i sjenila lampe igra zaštitnuulogu i ulogu reflektora, sprečava rasipno dupliciranjesvjetlosti i smanjuje gubitak svjetlosti.

Inteligentno upravljanje strujom što omogućujekonstantnu i preciznu struju, bez obzira na valovitostmreţe.




Nema štetnog bliještanja koje uzrokuje smetnjeopaţanja zbog zamora vida.

Nema visokog napona ni apsorpcije prašine: eliminiraskupljanje prašine zbog visokog napona što uzrokujezatamnjenje sjenila i smanjenje svjetline.

Nema visoke temperature niti ţutog starenja sjenilakoje smanjuje očekivani vijek trajanja i svjetlinu.

Najširi raspon radnog napona i do ±20% bez ikakvogutjecaja na radni vijek i svjetlinu.




Start bez zadrške: nakon uključenja ne treba čekati da bise postigla normalna svjetlina za razliku od dugogprocesa starta kod tradicionalnih lampi.

Nema stroboskopskog bljeskanja: eliminira zamor vida

koji uzrokuje stroboskopski efekt kod tradicionalnihlampi.

Otporno na udarce, nema ultraljubičastog (UV) niti

infracrvenog (IR) zračenja.

Visok indeks boje, dobar izgled boja.




Višestruki izbor temperature boje: odabir temperature bojeu skladu s potrebama i osjećaju ugodnosti.

Niska temperatura boje (Na) uzrokuju hipnotičkoraspoloţenje, a visoke temperature boje (Hg) uzrokujudepresivno raspoloţenje.

Dugi vijek trajanja, do 50000 sati: s radom od 10 sati nadan mogu trajati više od 13 godina, što je 5 - 10 puta višeod ţivotnog vijeka tradicionalnih lampi.

Univerzalni ulazni napon: puni raspon napona 85-264 V AC,tehnologija pulsno-širinske modulacije konstantne struje(engl. Pulse Width Modulation, PWM), visoka učinkovitost,malo zagrijavanje.




Ne zagađuju pojnu mreţu: faktor snage ≥0.9, THD ≤20%,

smanjuju se gubici na prijenosnim vodovima i izbjegavase zagađenje mreţe smetnjama visokih frekvencija.

Rade pod niskim naponom s malim zagrijavanjem,

sigurno i pouzdano: temperatura LED spoja moţe seodrţavati idealnom (TS < 60 [°C] pri temperaturi ambijentaod TA = 25 [°C]).

Savršena kombinacija sa solarnom energijom: prednostLED je rad na niskom naponu pa su idealne za napajanjePV modulima.




Velika svjetlosna učinkovitost: svjetlosna učinkovitostLED u postojećim uvjetima je ≥ 80 [lm/W], s brzimporastom LED svjetline.

Kada svjetlosna učinkovitost dosegne 150 [lm/W],natrijeva lampa od 400 [W] moći će se zamijeniti 100 [W]LED lampom.

Predviđanja su da će svjetlosna učinkovitost dosegnuti300 [lm/W].




Zamjenska LED ţarulja SP90

LED ţarulja SP90 napravljena za postojeće armature. Ugradnja bez velikih intervencija i troškova.Ţarulja se i nakon potpunog uvrtanja u podnoţje još

uvijek moţe okretati da se postav u najbolji poloţajprema zemlji.




Energetska učinkovitost

Energetska učinkovitost pokazuje svjetlosnu korisnostsvjetlosnog izvora u lumenima po vatu [lm/W] i optičkuučinkovitost svjetiljke (rasvjetnog tijela)

Pokrivanje ciljane površine - koliko je rasipanje svjetlostiu nepredviđenim smjerovima.

Cilj je osigurati potrebnu rasvijetljenost u ciljanompodručju s prikladnom kvalitetom rasvjete, uz najmanjugustoću snage (uniformnost rasvjete).




LED 112 W, desno

VTNa 250 W, desnodolje

Metal halogena 250 W,lijevo dolje




LED proizvođači definiraju korisni radni vijek kao

procjenu vremena do smanjenja na 70% početnevrijednosti.

Cilj je 50 000 h za LED svjetiljke za rasvjetu interijera,

odnosno 100 000 – 150 000 h za LED JR (vanjske).

Određivanje maksimalne struje napajanja i temperatureLED spoja pri kojima će LED proizvesti više od 70%početnih lumena tijekom radnog vijeka.

Uz manje struje i/ili niţe radne temperature, korisni radnivijek se značajno povećava.




Ušteda (umjesto zaključka)

LED rasvjeta ima značajno više cijene nego tradicionalnarasvjetna tijela.Očekuje se pad cijene u budućnosti.

Uštede u odrţavanju (npr. zamjena ţarulja) Uštede pri smanjenoj potrošnji električne energije

Usporedba u potrošnji električne energijePotrošnja je izračunata na temelju 12 [h] rada dnevno puta365 radnih dana godišnje što daje 4380 radnih sati godišnje.




250 [W]

HPS(VTNa)

250 [W]MH 112 [W]LED

Potrošnja sustava 295 [W] 298 [W] 132 [W]

Radni vijek 20000 [h] 10000 [h] 50000 [h]

Potrošnja za 10 godina

(43800 radnih sati)12920[kWh]

13050[kWh]

5780 [kWh]

Ušteda u potrošnjielektrične energije kroz

10 godina upotrebomLED svjetiljki

7140 [kWh]ili 55%

7270[kWh] ili

56%



Smanjenje potrošnje električne energije znači ismanjenje proizvodnje iste, odnosno smanjenjepotrošnje ugljena, plina, mazuta ili nekog drugogenergenta.

Smanjenje potrošnje električne energije znači ismanjenje emisije CO2 i SO2 plinova.

Uz smanjenje potrošnje od oko 7200 [kWh] električne

energije, emisija CO2 je manja za 20 tona po svjetiljcitijekom 10 godina njenog rada.

Documents

LEDRasvjeta_Stručno_Usavršavanje