Genel Aydınlatmada LED Teknolojileri Prof. Dr. Aydınlatma Türk Milli Komitesi Başkanı İTÜ Enerji Enstitüsü, Enerji Planlaması ve Yönetimi A.B.D. Başkanı ISO AGİD Genişletilmiş Sektör Toplantısı LED Aydınlatmada Enerji Verimliliği ve Tasarımın Önemi 15 Kasım 2012 Sunum İçeriği LED Gelişimi ve Beyaz Işık Eldesi Sorunlar ve Belirsizlikler LED Armatür Tasarım Süreci Ölçüm ve Standartlar Sonuç ve Değerlendirme
LED Gelişimi 1891 Silisyum Karbid (SiC) sentezlendi 1907 - Henry Joseph Round, yaptığı deneylerde silisyum karbid üzerinden akım geçirince sarı bir ışık elde etmiş, böylece ilk LED ortaya çıkmıştır (ilk üretilen LED ler, mavi ışık rengine ve %0.005 verime sahiptir) 1962 - Pratik kullanıma uygun ilk LED ler Nick Holonyak tarafından üretilmiştir (kırmızı ışık renginde ve 0.001 lm) 1999 LED ler genel aydınlatmada kullanılmaya başlanmıştır (özellikle dekoratif aydınlatmada) 2011 251 lm/w (laboratuvar koşulları) LED ler ile Beyaz Işık Eldesi 3 Yöntem: 1. Görünür spektrumun (380-760 nm), kısa dalga boyu bölümünde ışık yayan bir diyodun fosfor ile kaplanarak uzun dalga boylarında radyasyon elde edilmesi, Yöntem 1 Yöntem 2 Yöntem 3 2. UV bölgede ışık yayan bir diyodun fosfor ile kaplanarak görünür bölgede radyasyon yaymasının sağlanması (flüoresan lamba gibi), 3. (En az) 3 diyot kullanılarak (genelde kırmızı, yeşil, mavi) beyaz ışık elde edilmesi. Üstünlükleri İyi etkinlik faktörü Farklı renk sıcaklıkları İyi renksel geriverim Düzgünlük Farklı renk sıcaklıkları Dinamik renk kontrolü Farklı renkler oluşturabilme Sakıncaları Sınırlı renk olanağı Hale efekti Düşük etkinlik faktörü Yüksek güce ulaşamama UV ışınların önlenememesi Elektronik kontrol zorluğu Sıcaklık değişimlerinden etkilenme
LED lerin Üstünlükleri Minimum fotobiyolojik ve minimum çevre bozucu etki Adaptif aydınlatmaya uygunluk (LED lerin ışık akıları, loşlaştırma seviyelerine göre lineer olarak değişmektedir) Uygun otomasyon stratejileri ile enerji tasarrufu Daha uzun LED ömrü Sorunlar ve Belirsizlikler LED üreticilerinin aydınlatma gereklerini bilmemeleri, aydınlatma tekniği uzmanlarının da LED teknolojisine yabancı olmaları nedeniyle ilk dönemlerde önemli teknik sorunlar yaşanmıştır LED Üreticileri Yetersiz Bilgi Mevcut problemler hala çözüm bekliyor! Aydınlatma Uzmanları
Sorunlar ve Belirsizlikler Kamaşma (Halen kullanılmakta olan G ve TI hesap yöntemlerinin yeniden doğrulanması gerekmektedir) Renk Sıcaklığı (Çok yüksek renk sıcaklıkları >8000K; bakış açısına göre farklı renk sıcaklıkları) Mezopik görme (Skotopik/Fotopik > 1.2) Sıcak LED S/P > 1.4 Soğuk LED S/P > 2.0 Yaşlı kullanıcılar! Ömür (L 70, sadece LED çip değil, armatür ömrü) Işık akısı sürekliliği Ani LED bozulmaları (Catastrophic LED failure) Sürücü akımı ile LED ömrü arasındaki ilişki Dış koşulların (kirlenme, titreşim, nem vb.) LED armatür tasarımına etkileri Güvenilir veri temini Sorunlar ve Belirsizlikler Veriler genelde tek LED çipi için geçerlidir. Oysa ki LED li bir armatür her birinin performansı farklı ve zamanla da değişebilen bir çok elemandan oluşan kompleks bir sistemdir. LED Konvansiyonel
LED Armatür Tasarım Süreci Aydınlatma Kriterleri Aydınlatma Kriteri LED pazarı hızla büyürken, üretilen armatürlerin minimum aydınlatma gereklerini yerine getiremeyebilme riskleri de vardır Standart ve önerilerden, armatürün kullanılması amaçlanan aydınlatma tesisatlarında sağlanması gereken aydınlatma kriterleri belirlenmelidir LED Armatür Tasarım Süreci Tasarım Hedefleri Tasarım Hedefleri kriterlere uygun armatür tasarım hedefleri saptanmalıdır
LED Armatür Tasarım Süreci Optik Tasarım Aydınlatma kriterlerinin sağlanması için gerekli ışık dağılım eğrileri oluşturulur Farklı Işık Kaynağı Modülü Tekil LEDler Lensli Tasarım Reflektörlü Tasarım LED Armatür Tasarım Süreci Optik Tasarım Birçok ışık noktasından oluşan LED aydınlatma armatürlerinin optik özellikleri de, ölçümlerde belli kabullerle noktasal kabul edilebilen konvansiyonel ışık kaynaklı armatürlerden farklıdır
LED Armatür Tasarım Süreci Isıl / Elektriksel Isıl Tasarım Kullanım alanına uygun, optimum çalışma koşullarının yaratılması ve iyi bir ısıl yönetim sisteminin oluşturulması Elektriksel Tasarım Verimli güç ve sürücü devreleri LED Armatür Tasarım Süreci Armatür üreticileri güvenli tasarımlarla tasarımı maksimize, maliyeti minimize edebilmeli ve tüm sistem için belli bir garanti süresi de verebilmelidir. Gereklilik: Güvenilir veri temini Çok sayıda durum/koşul için veriler Sürücü akımı Jonksiyon (ek yeri) sıcaklığı Zaman Belli zaman aralığında ekstrapolasyon yapılıyor
Ölçüm ve Standartlar CIE 127:2007 «LED lerin Ölçümü» Tekil LED Çipler IES LM 79-08 «Katı Hal Aydınlatma Ürünlerinin Elektriksel ve Fotometrik Ölçümleri» Elektronik kontrol elemanları ve soğutucu blokları entegre edilmiş LED bazlı katı hal aydınlatma ürünlerinin ölçümü IES LM 80-08 «LED Işık Kaynaklarının Işık Akısı Sürekliliği Ölçümü» LED çipleri için geçerlidir Laboratuvar koşullarında ölçüm yöntemlerini açıklıyorlar... Ölçüm ve Standartlar Laboratuvar koşullarından uzaklaşıldıkça, LED lerin performansları ciddi ölçüde değişir Mevcut dokümanlar henüz LED lerin gerçek çalışma sıcaklıklarında ve armatür formunda geçerli olabilecek bir ölçüm yöntemi önerememektedir
Ölçüm ve Standartlar Herhangi bir konuda standart eksikliği, o alandaki gelişimi ve uygulanabilirliği yavaşlatmaktadır Aydınlatma kalite kriterlerinin sağlanmasında kesinlikle sahip olunması gereken armatür fotometrik verileri nin elde edilmesi amacıyla şu an konvansiyonel kaynaklar için tanımlanmış ölçüm yöntemlerinin geçerliliği de, sorgulanması ve acilen çözümlenmesi gereken bir sorundur LED teknolojisi alanında herhangi bir organizasyon tarafından yapılan bir standardın şeffaf ve açık olarak zamanında sunulması, tekrarların engellemesi ve gelişmeye açık yönlerinin belirlenmesi açısından son derece önemlidir Sonuç ve Değerlendirme LED ışık kaynaklarının genel aydınlatmadaki kullanımlarının giderek artmaktadır ve bu artış hızlanarak devam edecektir Düzgün Ar-Ge çalışmaları ile desteklenen başarılı ürünlerin piyasaya çıkması, LED lere biçilmiş rolün en iyi şekilde yerine getirilmesini sağlayacaktır LED performans ölçüm standartlarının yanı sıra, LED li armatür performans standartlarının da hazırlanması gerekmektedir (Örneğin ışık dağılım eğrisi ölçümlerinde bağıl değerler yerine, mutlak değer ölçümleri)
Sonuç ve Değerlendirme Son yıllarda tüm ülkelerde en güncel konulardan biri olan enerji verimliliği çalışmalarında, genel olarak LED li aydınlatma tesisatları önerilerek ortalama %80 enerji tasarrufunun ifade edilmesi aydınlatmanın kalitesi açısından önemli tehlikeler doğurmaktadır Her iş ve hacim için farklı aydınlatma kriterleri sağlanması gerektiği için, bu genel ifade son derece yanlış olmaktadır Bu çalışmalarda en az 10 yıllık maliyet hesaplarının yapılması gerekmektedir Satın alma maliyetleri yüksek olan LED ışık kaynaklı tesisatlar, kesinlikle eşdeğeri olabilecek en yüksek performanslı ışık kaynaklarını kullanan tesisatlar ile karşılaştırılmalıdır Maliyet hesaplarında LED lerin olumlu çevresel etkileri ve adaptif aydınlatmaya uygunlukları da dikkate alınmalıdır Örneğin yol aydınlatmasında referans alınacak ışık kaynağı yüksek basınçlı civa buharlı lamba değil, yüksek etkinlik faktörlü yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba olmalıdır =? ilginize teşekkür ederim. Aydınlatma Türk Milli Komitesi İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü Ayazağa Kampüsü 34469, Maslak - İstanbul tel: 0 212 285 60 50 faks: 0 212 285 60 51 E-posta: atmk@itu.edu.tr