LED LER VE AYDINLATMA

Transkript

1 WIN FAZ II PANEL TÜYAP - BÜYÜKÇEKMECE LED LER VE AYDINLATMA 19 Mart 2011 Cumartesi Prof. Dr. Sermin ONAYGİL İTÜ Enerji Enstitüsü Giriş Aydınlatma: tüketilen toplam elektrik enerjisi içindeki payı - ~%20 Konvansiyonel ışık kaynakları: 150 lm/w Maksimum LED: 200 lm/w (laboratuvar koşulları) Isıl problemler Ömür Renksel özellikler Tasarım Gerçek çalışma koşulları

2 LED Tarihçe 1891 : Silikon Karbid (SiC) 1907: Silikon Karbid Elektrik Lüminesan Işık 1962: Pratik kullanıma uygun ilk LED 1985: Yüksek parlaklığa sahip LED (InGaN) 2003: 65 lm/w 2006: 101 lm/w 2010: 208 lm/w LED Uygulama & Pazar

3 Işık Yayan Diyotlar - LED Çalışma Prensibi & Yapısı Elektrik enerjisinin ışığa dönüşümü. Elektronların farklı enerji seviyelerine hareketi. Açığa çıkan enerjinin optik radyasyon enerjisine veya ışığa dönüşümü. n p

4 LED Teknolojisi Seviye 0 Seviye1 Seviye 2 Seviye 3 Seviye 4 LED Çip LED veya lamba Board üzerindeki LED Lens ve sürücülü LED modülü Armatür LED vs. KONVANSİYONEL Lamba LED Çip Lens Yardımcı Eleman Baskı Devre Soğutucu Elemanlar Armatür Güç Sürücü Armatür

5 LED Armatürler Aydınlatma Kriterleri? Tasarım Hedefleri? LED optik, ısıl, elektriksel verim? Hangi LED? LED sayısı? Aydınlatma Kriterleri Standartlar Teknik Dökümanlar Toplam Işık Akısı Işık Dağılım Eğrisi Renksel Özellikler Kamaşma Sınırlaması Etkinlik faktörü Güneş LED Enkandesen

6 Tasarım Hedefleri Armatür Işık Çıktı Oranı [%] (LOR: Light output ratio) Armatür toplam ışık akısı [lm] Armatür ışık dağılım eğrisi Armatür çalışma sıcaklığı [ C] Armatür toplam gücü [W] Armatür ömrü [saat] Armatür maliyeti [TL] Optik Verim Optik tasarım Yansıtıcılar Kırıcılar Yayıcılar Yönlendiriciler Petekler Ekranlar

7 Isıl Verim Isıl tasarım Ömür! Işık Çıktısı! (lm/w) Renksel Özellikler! Işık Kaynağı Işınım (%) Taşınım (%) İletim (%) Enkandesen >90 <5 <5 Flüoresan HID >90 <5 <5 LED <5 <5 >90 Farklı Isı Transfer Mekanizmaları! Jonksiyon Sıcaklığı Tj Jonksiyon sıcaklığı ( C) Tj Tj

8 Isıl Tasarım Isıl Analiz Programları Çalışma Sıcaklığının Belirlenmesi LED Analiz Isıl Tasarım Jonksiyon sıcaklığı ( C) Işık Çıktısı Bağıl Işık Çıktısı (%) Gerçek Değer! Tj = 75 C için ışık çıktısında ~%11 azalma (Üretici Verisi!) Jonksiyon Sıcaklığı Tj ( C) Katalog Değeri (Üretici Verisi!)

9 Elektriksel Verim Çekilen güç ile ilgili (lm/w) %80-90 arası ortalama Özet

10 LED Sistem Verimi (Örnek) lm/w 160 lm/w 160 ~-%20 Kayıplar ~-%15-20 ~-%10 90 Gerçek Çalışma Koşulları Optik Kayıp LED lm/w 25 C de Tek LED Etkinlik Faktörü Isıl Kayıp Sürücü Kayıp Örnek Yol Aydınlatması Yol aydınlatması kalite büyüklükleri: Uluslar arası Aydınlatma Komisyonu CIE # : trafik kontrolü yolun karmaşıklığı kullanıcı tipleri Avrupa Birliği Standartları CEN #CR : yoldan geçen araç sayısı kavşak-yonca benzeri yol ayrım sıklıkları suç oranları park etmiş araçlar

11 Türkiye Şehir İçi Yol Aydınlatma Sınıfları Yol Aydınlatması Kalite Büyüklükleri Aydınlatma Sınıfı M1 M2 M3 M4 M5 M6 Lort (cd/m2) Uo Ul TI (%) SR 2,0 1,5 1,0 0,75 0,50 0,30 0,4 0,4 0,4 0,4 0,35 0,35 0,7 0,7 0,5 0,5 0,4 0, ,5 0,5 0,5 0,5 0,5 - Lort: Yolun ortalama parıltısı Uo : Ortalama düzgünlük (Uo=Lmin/Lort) Ul : Boyuna düzgünlük (Ul=Lmin/Lmaks) TI : Bağıl eşik artışı (TI={ LK- Le}/ Le) SR : Çevreleme oranı

12 Tasarım Hesapları En yüksek güçlerden olan 150W LED li armatür ile sadece M3, M4 ve M5 yol aydınlatma sınıfları için tasarımlar gerçekleştirilebilmiş, M1 ve M2 aydınlatma sınıfları için kabul edilebilir tesisat geometrilerinde gerekli aydınlatma büyüklüklerinin sağlanması mümkün olmamıştır (Mayıs 2009 V. Ulusal Aydınlatma Sempozyumu, İzmir). Enerji tasarrufu açısından; Şeffaf Tüplü Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Lamba (YBSB-T) Işık rengi açısından; Seramik Deşarj Tüplü Metal Halojen Lamba (SDMH-T ) Hesaplarda Kullanılan Lamba Verileri * Balast kayıpları dahildir. ** Toplam ışık akısı %30 değer kaybedinceye kadar geçen süredir.

13 Işık Dağılım Eğrileri 150 W LED 150 W YBSB / SDMH-T 100 W, 70 W, 50 W YBSB / SDMH-T Tasarım Hesabı Sonuçları Armatür kodu Lamba tipi s h k θ Θarm E L Uo Ul TI SR AR2 150W- LED ,65 1,0 0,50 0,51 1,6 0,63 AR5 100W- YBSB-T ,03 1,03 0,58 0,77 9,8 0,62 AR4 150W- YBSB-T ,43 1,03 0,44 0,53 9,8 0,67 AR4 150W- SDMH-T ,28 1,01 0,41 0,58 9,6 0,59

14 Maliyet Analizi Armatür kodu Lamba tipi Lamba gücü (W) Armatür Lamba fiyatı (TL) AR2 LED AR4 YBSB-T, SDMH-T ; 360 AR5 YBSB-T, SDMH-T 100; 70; ; 349 LED ışık kaynaklı armatür fiyatları diğer alternatiflere göre yaklaşık 4 kat pahalıdır. Maliyet Analizi M3 sınıfı için kullanım süresi boyunca kurulum, işletme ve bakım maliyetleri bir km lik yol için hesaplanmıştır. Yatırım maliyeti [TL/km] Kurulu güç (Lamba gücü Balast gücü) [kw/km] Yıllık kullanım süresi [saat] 365 gün, günde 10 saat olarak yıllık 3650 saat Faiz oranı [%]: %15 Elektrik enerjisi birim fiyatı: 0,21 TL/kWh Toplam kullanım süresi [yıl]: 10 yıl

15 Maliyet Analizi Armatür kodu Lamba tipi Kurulum maliyeti (TL/km) kw/km 10 yıllık maliyet (TL/km) AR2 150W- LED , AR5 100W- YBSB-T , AR4 150W- YBSB-T , AR4 150W- SDMH-T , Ulusal Aydınlatma Kongresi Özel Konusu LED ile Aydınlatma 33 Bildiri 4 Uygulama Projesi 1 PANEL «LED ile Aydınlatma» Oturum Başlıkları: LED Işık Kaynakları LED ve Enerji Verimliliği Işık Ölçümleri Yapay Aydınlatma Renk ve Algılama Enerji Performansı ve Etkin Enerji Kullanımı Aydınlatma Tasarımı ve Tekniği

16 İlginiz için teşekkürler