Sanayi Enerji Yöneticisi Eğitimi TMMOB Makine Mühendisleri Odası Kocaeli Aydınlatmada Enerji Verimliliği 08.07.2010 Y.Doç.Dr.Canan Perdahçı Y.Elk Müh.Uğur Hanlı Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Mühendisliği Bölümü e-posta: perdahci@kocaeli.edu.tr ugurhanli@gmail.com
Aydınlatma ve Aydınlatma Türleri Işığın bir yere, nesnelere veya bunların çevrelerine görülebilecekleri şekilde uygulanmasına Aydınlatma denir. Işık nedir? IŞIK = ENERJİ Işık, yaydığı ışınlar ile gözün ağ tabakasını etkileyerek görmeyi sağlayan özel bir enerjidir ve görme sistemine ait bütün algılama ve hissetmelerdir.görsel duyarlılığa neden olabilen radyasyon enerjisi şeklinde de tanımlanabilir.
Aydınlatmada temel amaç iyi görme koşullarının sağlanmasıdır. Bürolarda, okullarda, hastanelerde, fabrikalarda, trafikte, güvenlik konularında ve hemen her konuda aydınlatma bu amaçla yapılır.yanıltıcı, şaşırtıcı, ilgi çekici, alışılmamış etkiler elde etmeye yönelik amaçlarla yapılan aydınlatmalarda, bu etkilerin elde edilebilmesi görme koşulları ve aydınlığın niteliği konularının çok iyi bilinmesine bağlıdır. Burada çok önemli bir kurala özellikle dikkat çekmek gerekir. Aydınlatmada amaç, belli bir aydınlık düzeyi elde etmek değil, iyi görme koşullarını sağlamaktır. İyi bir aydınlatma ile aşağıdaki yararlar sağlanır.
Gözün görme yeteneği artar Göz sağlığı korunur Kazalar azalır Yapılan işin verimi yükselir Güvenlik sağlanır Estetik hislere ve konfor gereksinimine yanıt verilir Amacı bakımından aydınlatma üçe ayrılır. FizyolojikAydınlatma: Amaç, cisimleri şekil, renk ve ayrıntıları ile rahat ve hızla görebilmektir. Bu koşulları sağlayan aydınlatmaya FizyolojikAydınlatma denir. DekoratifAydınlatma: Amaç, görülmesi istenen cisimleri bütün ayrıntıları ile göstermek değil, daha çok estetik etkiler uyandırmaktır. Dikkati Çeken Aydınlatma: Amaç, dikkati çekmek, yani reklam yapmaktır. Bunun için yüksek aydınlık düzeyleri, renkli ışıklar, değişken ışıklı şekiller ve yanıp sönen düzenler kullanılır. Aydınlatma, ışığın kökenine göre doğal ve yapay olmak üzere ikiye; aydınlatılan yere göre de iç ve dış aydınlatma olarak ikiye ayrılabilir. Doğal aydınlatma doğal ışığın en uygun şekilde dağıtılması ile yapılır.ayrıca doğal ışığın yapay ışıkla birlikte kullanılması konusu ve ekonomik koşulların sağlanması için binaların yerleştirilmesi ve projelendirilmesi de doğal aydınlatmanın konusudur. Yapay aydınlatma günümüzde hemen hemen sadece elektrikli
ışık kaynakları ile sağlanmaktadır. Kullanılan kaynaklara göre bu aydınlatma akkor telli lambalarla aydınlatma, deşarj lambaları ile aydınlatma ve floresan lambalarla aydınlatma gibi alt türlere ayrılabilir. İç aydınlatma kapalı yerlerin aydınlatması olup, bu aydınlatma türünde tavan ve duvarlar yansıtma yoluyla çalışma düzlemine ışık gönderirler ve çalışma düzleminin aydınlanmasına yardım ederler. Ev, okul, hastane,fabrika, tiyatro, sinema ve benzeri yerlerin aydınlatılması bu sınıfa girer. Bu aydınlatma türünde aydınlatma aygıtının türüne göre alt türler ayırt edilebilir. Dış aydınlatma açık yerlerin aydınlatması olup bu aydınlatma türünde aydınlatılacak yüzey genel olarak ışık kaynaklarından gelen direct ışıklar tarafından aydınlatılır. Yol ve cadde, meydan, spor alanları, rıhtım gibi yerlerin aydınlatılması bu sınıfa girer. Aydınlatma aygıtından çıkan ışık akısının; %90 1 ü alt yarı uzaya gidiyorsa direkt aydınlatma, %60 90 ı alt yarı uzaya gidiyorsa yarı-direkt aydınlatma, %40 60 ı alt yarı uzaya gidiyorsa karma aydınlatma, %10 40 ı alt yarı uzaya gidiyorsa yarı-endirekt aydınlatma, %0 10 u alt yarı uzaya gidiyorsa endirekt aydınlatma olarak adlandırılır
Işık Akısı (Luminous Flux) (Ф, lm) FOTOMETRİK BÜYÜKLÜKLER Işık akısı, bir ışık kaynağının birim zamanda yaydığı toplam ışık miktarı ile ilgili bir kavramdır. Ф harfi ile gösterilir. Birimi lümendir. 1 lümen = 1lm. Işık kaynağından çıkan ve normal gözün gündüz görmesine ait spektral duyarlık eğrisine göre değerlendirilen enerji akısı olarak tanımlanır.
Bisiklet farı 3 W 30 lm Akkor telli lamba 75 W 9 lm Kompakt fluoresan 18 W 9 lm Tüp fluoresan 58 W 54 lm Yüksek basınçlı sodyum buharlı 1 W 1 lm Alçak basınçlı sodyum buharlı 130 W 260 lm Yüksek basınçlı civa buharlı 10 W 580 lm Metal holojen 20 W 19 lm Tablodan görüleceği gibi ışık kaynaklarının şebekeden çektikleri güç ile yaydıkları ışık akısı arasında sabit bir oran yoktur. Işık akısı ile çekilen toplam güç arasındaki oran etkinlik faktörü olarak adlandırılır ve lümen/watt birimi ile açıklanır. Her lamba tipinin etkinlik faktörü farklıdır e = Ф / P (lm/w) Işık Şiddeti (Luminous Intensity) (Ι, cd) Işık şiddeti birim zamanda belli bir doğrultuda yayılan ışığın yoğunluğu ile ilgilidir. Akan bir suyun debisi ile karşılaştırılabilir. Ι harfi ile gösterilir. Birimi candela (kandela okunur) dır. 1 candela = 1 cd. Işık şiddeti=işık akısı/uzay açı 1 kandela = 1 lümen/1 steradyan Aydınlık Düzeyi (Illuminance) (E, lx) Aydınlık düzeyi bir yüzeyin birim alanına birim zamanda düşen ışık akısı miktarıdır. Birimi lüks tür. 1 lüks= 1 lx. Herhangi bir yüzeyin birim alanına birim zamanda düşen yağmur miktarı ile karşılaştırılabilir. 1 lx = 1 lm / 1m2 dir. Tanım olarak aydınlık düzeyi yüzeyin ışık akısının, o yüzeyin alanına bölümüne eşittir. Yani, Bazı örnekler; E = Ф / A dır. Bulutsuz bir yaz gününde öğle vakti 10 lx
Bulutsuz bir yaz gününde gölgede 1 lx Parçalı bulutlu havada 50 lx İyi aydınlatılmış ofiste 10 lx Orta aydınlatılmış oturma odasında 1 lx Aydınlatılmış yol yüzeyinde 5-30 lx Açık bir akşam ay ışığında 0.25 lx Parıltı (Luminance) (L, cd/m2) Parıltı L harfi ile gösterilir. Birimi cd/m2 dir. Yüzeyin birim alanından belli bir doğrultuda yayılan ışık şiddeti ile ilgili bir kavramdır. Işık yayan yüzey kendisi ışık üreten bir lamba veya ışık geçiren bir armatür yüzeyi gibi birincil ışık kaynağı olabileceği gibi, başka bir kaynaktan ulaşan ışığı yansıtan ikincil bir ışık kaynağı da olabilir. Akkor Telli ( Flamanlı ) Lambalar : Piyasada çok kullanılan ve çok ucuz olan bir lamba türüdür. Elektrik bağlantı (vida) şekline göre farklı isimlerle anılabilirler. E40,E27,E14 ( Mum duy, Buji Ampül ),E10 v.s. Bir akkor telli lamba 3 bölümden oluşur. Bunlar : içerisinden akım geçerek ışık yayan tel, havası boşaltılmış bir cam balon ve lambaya gerekli elektrik enerjisini sağlayan vidalı ( E27,E14 v.s ) lamba başlığı. Piyasada bulacağınız ampüllerde akkor haline gelen tel genellikle Tungsten ( Volfram ) madeninden yapılır. Volframın elektriksel direnci küçük olduğundan lamba içerisinde telin boyunu uzatmak amacıyla tel helisel bir biçimde sarılır ve telin elektriksel direnci artırılır. Ampülün verdiği ışık ampüle uygulanan gerilim ( voltaj ) ile direkt ilgilidir. Düşük bir gerilim uygulandığında ampül daha az ışık verir. Gerilim arttıkça akkor telin yaydığı ışık da artar. Bu özellik akkor telli lambalarda dimmer kullanılarak ışığın sıfırdan maximum düzeye kadar ayarlanabilmesine imkan tanır. Lambanın ışığı gerilimle direkt ilgili olduğundan lambaya
normalin üzerinde gerilim uygulandığında lambanın yaydığı ışık miktarı da normalden daha fazla olur. Ancak lambanın ömrü azalır. Normalin çok üzerinde gerilim uygulandığı takdirde akkor tel; üzerinden geçen aşırı akıma dayanamaz kopar ve böylece ampül kullanılamaz hale gelir.akkor telli lambaların etkinlik faktörü 8-16 arasında değişirken bu lambaların ömürleri yaklaşık olarak 10 saattir. Akkor telli lambalardaki flaman sıcaklığı 20 derecenin üzerindedir. Akkor lambalar tek bir dalga boyunda ışıma yapmazlar. Gözümüzün algıladığı aralığın dışındaki dalga boylarında da ışıma ( elektromanyetik dalga ) yaparlar. Bir akkor lambadan çıkan ışınımın çoğunu göremeyiz. Ortaya çıkan enerjinin büyük bölümü kızılötesi ışınımdır ve bu ışınımı göremesek de ısı olarak hissederiz. Görünür dalga boylarında yayılan ışınım, toplam ışınımın yaklaşık %10 u dur. Bu nedenle bu lambalarda verim oldukça düşüktür. Halojen Lambalar : Halojen lambaların çalışma prensipleri normal akkor telli lambalar gibidir. Cam tüp içerisinde akım geçirilerek kızdırılan ve ışık yayan bir flaman bulunur. Fark şuradan kaynaklanır : Camın içerisindeki dolum gazında bulunan halojen sayesinde flamanın sıcaklığı 29 dereceye kadar yükseltilebilir. Böylece halojen ampül içerisindeki flamandan daha yüksek ve daha beyaz bir ışık elde etmek mümkün olur. Halojenin yaptığı iş şu şekilde açıklanabilir. Yüksek ısı nedeniyle buharlaşan volfram ile gaz biçiminde bir bileşik oluşturur ve sıcak flaman geri döner. Bileşik içerisindeki volfram flaman yapışır ve açığa çıkan halojen ortama geri döner. Bu şekilde volframın buharlaşarak yok olmasının önüne geçilir. Normal akkor telli lambalara göre ömürleri 2 kat daha uzundur. ( 20 Saat ) Verdikleri ışık daha parlak ve beyazdır. Flamandan kopan volfram parçalarının camın iç yüzeyine yapışması halojen vasıtasıyla engellendiğinden camın iç yüzeyi temiz kalır. Piyasada bu ampüllerin çok değişik formları bulunmaktadır. Bunların bir kısmı 220V ile kullanılırken
bir kısmı da 12V ile kullanılabilirler. Dimmer kullanılarak bu ampüllerin ışığı sıfırdan maxiumuma kadar ayarlanabilir. Floresan Lambalar : Bir floresan lamba iki ucunda elektrotlar bulunan cam bir tüpten oluşur. Cam tüpün iç yüzeyi çok ince bir tabaka halinde fosfor ile kaplıdır. Ayrıca cam tüp içerisinde çok az cıva ve biraz da soygaz ( Örneğin Argon ) bulunur. Tüpün her iki ucunda bulunan elektrotlara elektrik verildiğinde elektrotlar arasında bir gerilim farkı oluşur. Oluşan bu gerilim tüp içerisindeki civanın bir bölümünün sıvıdan gaz haline geçmesine neden olur. Ayrıca oluşan gerilim elektrotlardan birinden bir elektron koparıp büyük bir hızla tüp içerisinden diğer elektrota doğru hareket etmeye zorlar. Kopan ve yüksek hızla hareket eden elektronlar tüp içerisinde gaz halinde bulunan cıva atomlarıyla çarpışırlar. Çarpışma sonucu cıva atomları ışıma yaparlar. Ancak oluşan ışıma mor ötesidir ve insan gözü tarafından algılanamaz ve bu ışığın aydınlatma yapabilecek görünür bir ışığa dönüştürülmesi gerekir. Bu noktada, cam tüpün iç yüzeyine kaplanan fosfor tozu atomları devreye girer. Fosfor ışığa maruz kaldığında, kendisi de ışık veren bir maddedir. Cıva atomlarının yaptığı ışıma fosfor yüzey tarafından emilir ve insan gözünün algılayabileceği görünür bir ışığa dönüştürür. Fosfor atomlarının yaydığı beyaz ışık fotonlarının dalga boyu elektromanyetik yelpazenin görünür bölgesine denk geldiğinden, floresan lambalar da beyaz ışık yayar. Ancak üreticiler, bazen fosforun farklı bileşimlerini kullanarak renkleri çeşitlendirirler. Geleneksel akkor ampuller de bir miktar morötesi ışık yayarlar, ama bu ışıkları görünür hale dönüştüren bir yapıda üretilmemişlerdir. Bu nedenle, akkor ampullerin gücünü artırmak için daha çok enerji gerekir. Oysa floresan lambalar görünmez morötesi ışık fotonları sayesinde daha az enerji gerektirirler. Akkor ampuller floresan lambalara göre, ısı yaymak yoluyla çok daha fazla enerji kaybına yol açarlar. Sonuç olarak, tipik bir floresan lamba, bir akkor ampülden 4-6 kat daha verimlidir ve ömürleri de yaklaşık 10 kat daha fazladır. Floresan ampüllerin ışık verebilmeleri için belirli bir gerilim gereklidir. Daha düşük gerilimlerde elektrotlardan
elektron koparmak mümkün olmaz. Bu nedenle floresan lambaların ışığı dimmer kullanılarak ayarlanamaz. Floresan lambaların yukarıdaki şekilde çalışabilmesi için starter ve balast adında iki adet ekstra ekipmana ihtiyaç vardır. Kompakt Floresan Lambalar ( Enerji Tasarruflu Ampüller ) : Kompakt floresan ampüller yukarıda bahsedilen floresan ampüllerin bütün özelliklerini taşırlar. Ancak şekil ve kullanım yerleri bakımından floresan ampüllerden ayrılırlar. Bu lambalar akkor flamanlı ampüllerin kullanıldıkları her yerde kullanılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Elektrik bağlantısını sağlayan duy yapısı akkor flamanlı ampüller gibidir. E14 ve E27 duy şekillerinde de imal edilebilirler. Floresan ampüllerin çalışması için gerekli olan starter ve balast işlevini ampül içerisine yerleştirilmiş elektronik devreler yapar. Kompakt floresan ampüllerin ömürleri 6.0 saat ile 10.0 saat arasında değişmektedir. Elektrik şebekesinden çektiği enerji akkor flamanlı ampüle göre yaklaşık %80 daha azdır. Bu tip ampüllerin fiyatları akkor flamanlı ampüllere göre daha pahalı olmasına karşın günlük kullanım süresine bağlı olarak 6 ay ile 24 ay arasında bir sürede ampüller kendilerini amorti ederler. Bu lambalarda aynen floresan lambalarda olduğu gibi dimmer kullanarak ışık miktarı ayarlanamaz. Akkor Lamba ve Kompakt Fluorasan Lambanın Karşılaştırılması Lamba Tipi 1WAkkor Flamanlı Satın alma fiyatı $0.75 $11. Lamba ömrü 750 saat 10,0 Günlük kullanım saati 4 saat 4 saat 23W Kompakt Florasan
İhtiyaç duyulan lamba sayısı 3 yılda 6 adet 6.8 yılda 1 adet Toplam lamba maliyeti $4.50 $11. Lümen 1,690 1,5 Toplam elektrik maliyeti 8cent/kilowatt-saat $35.04 $8.06 Toplam maliyet(3 yıl süresinde) $39.54 $19.06 Kaynak : EİEİ FİBER OPTİK AYDINLATMA TEKNOLOJİSİ: Fiber optik aydınlatma, bir ışık üretecinde üretilen ışığın istenen bölgeye fiber optik kablolar aracılığı ile taşınmasıdır. Işık kaynağı Işık üreteci, fiber optik kablo ışık taşıyıcısı görevini üstlenir. Fiber optik aydınlatma sistemleri ile tasarım hayal gücünüzle sınırlıdır. Hayal ettiğiniz hemen her şeyi uygulayabilirsiniz. Fiber optik aydınlatma teknolojisini diğer aydınlatma teknolojilerinden farklı kılan en temel özelliği ÖZGÜRLÜK ve ESNEKLİKTİR. Fiber optik aydınlatma sistemlerinde kullanılan ışık kaynağını istenilen herhangi bir noktaya yerleştirme özgürlüğüne sahipsiniz. Bu kavram size beraberinde birçok avantaj sağlar. Fiber optik aydınlatma sistemi 2 ana bölümden oluşur: Işık kaynağı Fiber Optik kablo demeti Fiber Optik kablolar hazırlanan projeye, mimari tasarıma ya da gereksinime uygun ebatlarda kesilerek bir demet haline getirilir. Bu demetler ışık kaynağına (ışığın çıkış noktasına), sonlandırıcı muf ile yerleştirilir. Böylece ışık kaynağının ürettiği ışık, fiber optik demet içinde taşınarak, armatüre veya direkt çıplak fiber optik uca iletilir.
Bir Fiber optik kablo demeti aynı veya farklı çaplarda ve uzunluklarda tamamen ihtiyaca göre belirlenen fiber optik kablolardan oluşur. Fiber optik aydınlatma sistemi, armatür ile ışık kaynağının fiber optik kablolar aracılığı ile birbirinden ayrılması sayesinde mimari tasarımlarda hayal gücünü zorlayabilecek, olağanüstü diyebileceğimiz bir aydınlatma harikası ortaya koymaktadır. Kullanılacak armatürler, mekânların mimarisine göre çok sayıda çeşitlilik içerir. (kristal uç, sonlandırıcı uç, lens armatürler gibi). Resimdeki kule Avusturya'dadır ve 10 ışıklı nokta; 8 adet 150W lamba, 10 adet fiber kablo ve özel aygıt kullanılarak fiberoptik sistem ile ışıklandırılmıştır, kulenin yüksekliği 130 metre, soğan şeklindeki ortadaki kürenin çapı ise 30 metredir. Kaynak:Lamp 83 Fiberoptik ile Çok Yıldızlı Tavan Aydınlatma Sistemi Fiberoptik geleneksel aydınlatma sistemlerine göre belirgin üstünlüklere sahiptir. Aşağıda sıralanan özellikler Fiberoptiğin geleneksel sistemlerin yerini neden aldığını açıklamaktadır.
- Işık elektrik akımı taşımaz - Işık soğuktur ve bu nedenle nesnelere olabildiğince yakın kullanılabilir - Işık kaynağından çıkan ışık, ihtiyaca göre bir veya daha çok noktaya dağıtılabilir - Işık UV (mor ötesi) ve IR (ısıl) yayınım taşımaz - Işık istenilen noktalara çok hassas bir şekilde yönlendirilebilir - Işık hijyeniktir. (Toz partiküllerini harekete geçirmez) - Geleneksel aydınlatma çözümlerinin tehlikeli olduğu, ısıya hassas, patlama riski olan noktalarda kullanılabilir. - Işığa, renk değişimi, parıldama, loşlaştırma, DMX ile ileri kontrol gibi özellikler eklenebilir - Güvenlik amaçlı çözümler üretilebilir - Fiberoptik kabloların uçları ve bu uçlara takılan aygıtlar oldukça küçüktür ve çok küçük alanlara sığdırılabilir - Optik lensler ile ışık istenilen noktalarda yoğunlaştırılabilir - Işık kaynağı ulaşılabilir bir noktaya yerleştirilerek bakım kolaylığı sağlanabilir - Fiberoptik sistemlerin bakım maliyetleri geleneksel sistemlerle karşılaştırıldığında yok denecek kadar azdır. LED :
Son yıllarda led teknolojisindeki gelişmelerle birlikte pek çok aydınlatma cihazının yeniden tasarlandığını görmekteyiz. Düşük güç tüketimine sahip olmaları ve uzun yıllarca sorunsuz çalışabilmeleri nedeniyle ledler artık vazgeçilmez ışık kaynakları olarak görülmektedirler. Aydınlatma sektöründe led kullanımı her geçen gün artış göstermektedir. Dünya çapında pek çok firma, daha az enerjiyle daha parlak ışık yayan led modelleri geliştirmek için çalışmalar yürütmektedir. Bununla beraber çok yüksek ışık şiddetine sahip ledlerin üretim maliyetlerinin düşmeye başlaması aydınlatma armatürlerinin giderek ledli şekilde tasarlanmasını sağlamıştır. Akkor flamanlı veya halojen ampullerin yerine ledler kullanılarak daha az güç tüketen, uzun ömürlü, verimli ışık kaynakları yapılabilir. Aydınlatma seviyesi aynı kalmak şartıyla ledli lambalar tercih edildiğinde güç tüketimi düşük seviyelere iner. Yani, ledli lamba kullanmak, aydınlatma için daha az elektrik faturası ödemek anlamına gelir. Verimli, uzun ömürlü ve enerji tasarruflu olan bu elemanlar ile elektrik fatura tutarları ve birçok işletme maliyeti masrafları düşürülebilir. Çok sayıda renk seçeneğinin olması ve tasarımcıya sayısız çözüm sunması da diğer avantajları arasında sayılabilir. Ledin tarihçesine kısaca değinirsek;
1962 de ilk led üretildi. Sinyal ve göstergelerde kullanılmaya başlanıldı. 1972 de Siemens Semiconductor Division tarafından ilk radyal kılıflı led üretildi. 1985/1992 arasında kırmızı lede ek olarak mavi sarı ve yeşil ledler de yapıldı. 1994 te ledler trafik ışıklarında kullanılmaya başlanıldı. 1995/ Otomobillerde ve benzer olarak titreşimli alanlarda hasar görmedikleri için ledler kullanılmaya başlanıldı. 27 de Türk bilim adamları beyaz ışık eldesinde nanokristalleri kullandı. [1] Ledler elektrik enerjisini ışık enerjisine çeviren elemanlardır. İletim yönünde kutuplandığı takdirde ışık yayacak şekilde tasarlanmışlardır. Bu ışık; kırmızı, yeşil, mavi, ya da kızıl ötesi gibi çeşitli renklerde olabilir. Ledlerden yayılan ışığın spektrumu elektromagnetik spektrumun görünen ve kızıl ötesi bölgelerinde yer alır. İletim yönünde kutuplandığında elektromagnetik ışıma yapan ledlerde, bu ışımanın dalga boyu kullanılan malzemeye ve katkı maddelerine bağlıdır. LED lerin Yapısı ve Çalışma Prensibi ANOT KATOT Basitçe bir ledin yapısını; p-n jonksiyonlu yarı iletken katmanlar (led chip), yansıtıcı kılıf, iletken bağlantı terminalleri oluşturur. Ledlerin çalışması elektrik enerjisinin optik ışığa dönüştürülmesi ilkesine dayanır. Ledlerde kullanılan yarıiletken malzemeye göre, ledlerden yayılan ışığın spektrumu değiştirilir. Normal diyotlarda olduğu gibi ledlerde de küçük değerde bir eşik gerilimi vardır. Bu eşik gerilimi aşıldığında p-n jonksiyonun direnci düşer ve akım iletmeye başlar. Akan bu akım bir dirençle sınırlandırılmalıdır. Bunun yanında ledin yaydığı ışık miktarı üzerinden geçen akıma bağlıdır. Işık yayan flamansız lambalar olan ledlerin uygun çalışma akımları 5mA-30mA arasıda değişmektedir.
ısık şıddeti I f (ma) Led, (Light Emitting Diode) p-n jonksiyonlu yarıiletken elemandır ve bu p-n jonksiyonunun türüne göre özellikler içerir. Diyotlarda, güncel akışlarda olduğu gibi akım, p-kenardan (anottan), n-kenara (katota) doğru akar. Taşıyıcılar ( elektronlar ve çukurlar ) farklı voltajlarla elektrotlardan eklem yerine doğru akarlar. P-n jonksiyonunun birleşim bölgesinde elektron ve çukurlar birleşirler. Bir elektron, bir çukuru karşıladığı zaman, daha aşağı bir enerji düzeyine düşer ve bir fotonun formunda enerjiyi bırakır. Bu birleşme işlemi esnasında enerjinin büyük bir kısmı ışık enerjisine dönüşerek görülebilmesine neden olur. Işığın yaydığı dalga boyu ve bundan dolayı rengi, p-n eklemini oluşturan malzemelerin bant aralık enerjisine dayanır. Bu ışımanın enerjisi elektronlar ve çukurlar arasındaki enerji farkı kadardır. Led çipinin türü değiştikçe aradaki enerji farkı da değişmekte, bu ışığın dalga boyunun dolayısıyla renginin farklı olmasını sağlamaktadır. Bu şekilde birçok renk elde etmek mümkündür. Ledler sadece, doğru elektrik polaritesiyle aydınlatma yapabilirler bu da diğer ampullerden onu ayırır. P-n ekleminin voltajı doğru yönde olduğu zaman, kararlı bir akışla beraber, ileri doğru olarak kutuplanmış denir. Eğer voltaj, yanlış polaritede ise, ters olarak kutuplu denir ve ışık yayılmaz. Ledlerin, ters (negatif) arıza devrilme gerilimleri vardır, bundan dolayı bu eşik değerin yukarısında uygulanan ters kutuplu bir voltaj ledlere zarar verebilir. Ledlerin ters gerilime dayanabilme değerleri 4-5 volt arasındadır. Terste bir diyodu paralel yerleştirerek ters arıza voltajından korunabildiğinden dolayı daha iyi bir AC tedariği söz konusu olur. Ledler, bir alternatif akımda da çalıştırılabilirler, ama sadece pozitif alternansta aydınlatma yaparlar. İstenilen dalga boyunda ışın elde etmek için çeşitli yarıiletken malzemeler kullanılarak p-n jonksiyonundan üretilirler. Germanyum (Ge) veya silisyumdan (Si) yapılan p-n jonksiyonları iletime kutuplu olduğunda üzerinden akan akımın bir kısmı ısı ve küçük bir miktarı da ışık enerjisine dönüşür. Bu durumdan dolayı ledlerin üretiminde Ge ve Si elementleri tercih edilmez. Bunun için genellikle Galyum arsenit fosfit (GaAsP) veya
galyum fosfit (GaP) kullanılır. Bu tür maddeler doğru polarma altında ışık elde etmek için yeterlidir. Hangi renkte ışık yayması isteniyorsa galyum, arsenit, alüminyum, fosfat, indiyum, nitrit gibi elementlerden belirli ölçülerde yarı iletken malzemeye ilave edilir. (GaAIAs, GaAs, GaAsP, GaP, InGaAIP, SiC, GaN). Böylece ledlerin istenen dalga boyunda ışıma yapması sağlanmış olunur. Örneğin kırmızı renk (660nm) için GaAlAs, sarı renk (585nm) için InGaAIP, yeşil renk (565nm) için GaP, mavi renk (450nm) için GaN kullanılır. Kullanım Alanları Çeşitli malzemelerden standart göstergelere, trafik ışıklarından değişken mesaj işaretlerine ve otomotiv aydınlatmasından, dizüstü bilgisayarlara ve oyuncaklara, led sektöründe son yıllarda büyük bir büyüme görülmektedir. Ledler, yüksek ısı yaymadıkları ve kırılma olasılıkları bulunmadığı için düşük aktivasyon enerjili patlayıcı sıvıların ve gazların bulunduğu yerlerde de kullanmak en iyi çözümdür. Ledler büyük oranda, göstergelerde, tvlerde, telefonlarda, hesap makinelerinde, elektronik aletlerde kullanıldığı gibi, gittikçe fenerler ve alan aydınlatması gibi daha yüksek güç uygulamalarında da kullanılmaktadır. Aydınlatmaktan başka kapsadığı ilginç uygulamalarsa, suyun kısırlaştırması için UV Ledler ve aletlerin dezenfekte edilmesinde kullanılması,[2] ve bitkilerde fotosentezi arttırarak hafif bir büyümeyi sağlar.[3] Kullanım amaçlarına göre LED ler plastik ve metalik kılıf içerisinde tasarlanabilir. Yayılan ışığın rengi, kullanılan malzemesinin haline, miktarına, düzenlemeye dayanır ve görünür, kızılötesi veya morötesi olabilir. RGB Sistemleri Beyaz ışık farklı şekilde renkli ışığı karıştırarak üretilebilir, en bilinen metot kırmızı, yeşil ve mavi renklerini kullanmaktır (RGB). Bu yüzden bu metot, multi-renkli beyaz ledler olarak bilinir. Farklı renklerin yayılmasını kontrol etmek için bazı diğer renkler karıştırılır. Bu yaklaşım nadiren, sanayide kullanılır. Buna rağmen bu metot, farklı renkleri karıştırmanın esnekliğinden dolayı birçok araştırmacı ve bilim adamlarına özel araştırmalar içerisinde bulunmaktadır. [4]
Ledleri Kullanmanın Avantajları *Geleneksel ışık kaynakları ile karşılaştırıldığında ledlerin güç tüketimi önemli şekilde küçüktür. Ledler, parlak ampullerden watt başına daha çok aydınlatır; Gücü daha faydalı şekilde kullanımını sağlar.[5] *Ledler, görsel aydınlatma metotlarının, gerektirdiği renk filtrelerinin kullanımı olmadan tasarlanan bir rengin ışığını yayabilir. Bu yöntem, daha verimlidir ve maliyeti düşürebilir. *Ledler, çok küçük (2 mm 2 den daha küçük)[6] boyutlarda olabilir ve kullanılması istenen yerlerde daha az bir alan kaplarlar. Her türlü armatüre uygulanabilir yapı içerisindedirler. Herhangi bir tasarıma uygulamak daha kolaydır. *Ledler, çok hızlı ışık yayarlar. Açma/kapama zamanları hızlıdır. Örneğin tipik kırmızı bir gösterge, mikrosaniyeler mertebesinde parlaklığına kavuşur. [7] İletişim amacıyla kullanılan ledler ise, daha hızlı yanıt zamanlarına sahiptirler. Tipik yükselme ve düşme süreleri nanosaniye mertebelerindedir. *Ledler, doluluk_boşluk ayarlaması ile her biri dimmerlenebilir, veya ileri akımı ayarlanabilir. *Ledler, uzun faydalı bir ömürleri sahiptirler. Ledlerin ömürleri 35,0 saat ile 50,0 saat arasında olduğu kabul edilebilinir. [8] *Ledlere, şokla zarar vermek zordur. Kırılgan olan flüoresan ve parlak ampullerden bu yönleriyle de farklıdır. *Ledlerin ışığını odaklayarak kullanabilir bir biçimde onu istenilen alana yöneltmek mümkündür. Parlak lambalar ve flüoresan kaynaklar çoğunlukla, ışığı toplaması için dış bir yansıtıcıyı gerektirir. Aydınlatma
aygıtlarında kullanılan reflektörler, ledli sistemlerde kullanılmaya gerek duyulmazlar çünkü ledler belli açıda derecelerde üretildiklerinden dolayı ışık istenilen şekilde yönlendirilebilir. *Ledler, cıva içermez, flüoresan lambalardan farklıdırlar. *AC yada DC devrelerinde kullanılabilir. *Mikro_kontrol sistemlerinde kullanış için mükemmeldir. *Gerçekte, bakıma ihtiyaç duymazlar. Bölgesel alanda yüksek ışık yoğunlukları vardır. *Yüksek verimli aydınlatma led sistemleri ile 70W metal halide ürün kullanmak yerine 14W kullanmanız ve 14W metal halide aydınlatma aygıtı ile aynı aydınlık seviyesini elde etmeniz mümkündür.[9] *Led ışık kaynakları, geleneksel aydınlatma kaynaklarıyla karşılaştırıldığında son derece uzun ömür, yüksek dayanıklılık ve düşük enerji kullanımı gibi önemli avantajlara sahiptirler fakat onları tamamen eşsiz kılan özellik renk üretme yetenekleridir. Renkli (RGB) aydınlatma aygıtlarını tasarlamak için mükemmeldir. RGB teknolojisi sayesinde milyonlarca renk elde edilebilme özelliğine sahiptirler. *Elektrik tüketimi bakımından %98 tasarruf sağlarlar, geleneksel flüoresan lambalara karşın ortalama 1/10 enerji tüketimleri vardır. *Led teknolojisi dünyada iç mekan ve dış mekan aydınlatma uygulamalarında kullanıcı ve tasarımcılara birçok çözüm sunmaktadır. *Ledler çeşitli aparatlarla birlikte kullanılıp verimliliği ve görselliği artırılabilmektedir. *Ledler geleceğin aydınlatma kaynaklarıdır. Led Akımı Ohm yasası gereği kullanılması gereken direnci hesaplamak için kullanılır. [10][11]Gerekli direnç değeri, uygulanan voltajından ileri eğilim voltajını çıkararak hesaplanır ve arzulanan çalıştırma akımı ile bölünerek bulunur.[12]bu temel metot, uygulamaların geniş bir sahasında kullanılır ve birçok tüketici aletini kapsamaktadır.[13] Formül, kullanılması gereken doğru direnci hesaplamak için kullanılır: Röndirenç= Vg - Vled I led R R V öndirenç LED ANOT KATOT V öndirenç LED + ANOT - KATOT
Ledler iletim yönünde kutuplandığında serbest elektronlar P-N jonksiyonunu geçerek P bölgesine girerler. Bunların bir kısmı buradaki deliklerle birleşir. Bu birleşmeden dolayı açığa çıkan enerji, ışık enerjisi şeklindedir. P-N jonksiyonundan akan akımın değeri elektronların ve deliklerin sayısına bağlıdır. Kuantum teorisine göre elektronların deliklerle birleşmesi sonucu ışık enerjisi ortaya çıkmaktadır. Burada ortaya çıkan enerjinin miktarı P-N geçidinin enine bağlıdır. Renkler Dalgabo Gerilim yu [nm] [V] Kızılötesi λ > 760 ΔV < 1.9 Kırmızı 610 < λ < 760 1.63 < ΔV < 2.03 Turuncu 590 < λ < 610 2.03 < ΔV < 2.10 Sarı 570 < λ < 590 2.10 < ΔV < 2.18 Yeşil 5 < λ < 570 2.18 < ΔV < 4.0 Mavi 450 < λ < 5 2.48 < ΔV < 3.7 Menekşe 4 < λ < 450 2.76 < ΔV < 4.0 Mor Çeşitli tipler 2.48 < ΔV < 3.7 Morötesi λ < 4 3.10 < ΔV < 4.4 Beyaz Geniş tayf ΔV = 3.5 [14] Şekilde ledin şematik sembolleri verilmiştir. LED + ANOT LED + ANOT - KATOT - KATOT Ledin Şematik Gösterimleri Ledler doğru polarma atında iletime geçer ve üzerinden akım akmasına izin verir. Doğru polarma altında üzerinde maksimum 1.2V ile 4V arasında bir gerilim düşümüne sebep olur. Ledlerin üzerlerinden akan akım miktarı 5-30mA civarında değişim göstermektedir. Bu değer kullanılan ledin boyutuna ve rengine göre farklılık gösterebilir. Gerekli maksimum değerler üretici kataloglarından temin edilebilir.
3mm LED Renk Dalgaboyu (nm) Açı Gerilim (v) Par lakl ık (m cd) Mavi 470 30 3.2 1,0 Mavi 470 30 3.2 2,5 Yeşil 525 30 3.2 2,0 Yeşil 525 30 3.2 5,0 Kırmızı 625 30 2.2 80 0 Kırmızı 625 30 2.2 4,0 Sarı 590 30 2.2 80 0 Sarı 590 30 2.2 4,0 Beyaz Beyaz X: 0.30 Y: 0.30 X: 0.30 Y: 0.30 30 3.2 5,0 30 3.2 8,0 5mm LED Parl Renk Dalgaboyu Açı Gerilim aklı k (nm) (v) (mc d) Mavi 470 15 3.2 2,
0 Mavi 470 15 3.2 6, 0 Yeşil 525 15 3.2 4, 0 Yeşil 525 15 3.2 20,0 Kırmızı 625 15 2.2 2,50 0 Kırmızı 625 15 2.2 12,0 Sarı 590 15 2.2 2,50 0 Sarı 590 15 2.2 12,0 Beyaz Beyaz X: 0.30 Y: 0.30 X: 0.30 Y: 0.30 15 3.2 6, 0 15 3.2 18,0 Super Flux LED Renk Dalgaboyu (nm) Açı Gerilim (v) Mavi 470 60 3.2 Par lakl ık (m cd) 60 0 Mavi 470 60 3.2 1,2 Yeşil 525 60 3.2 2,0 Yeşil 525 60 3.2 3,0 Kırmızı 625 60 2.2 60
0 Kırmızı 625 60 2.2 1,2 Sarı 590 60 2.2 60 0 Sarı 590 60 2.2 1,2 Beyaz Beyaz X: 0.30 Y: 0.30 X: 0.30 Y: 0.30 60 3.2 2,5 60 3.2 3,0 Power LED Renk Dalgaboyu (nm) Açı Gerilim (v) Pa rla klı k (m cd ) Mavi 470 120 3-4 12 Yeşil 525 120 3-4 45 Kırmızı 625 120 3-4 40 Sarı 590 120 3-4 40 Beyaz X: 0.30 Y: 0.30 120 3-4 60 Ledlerin çalışma büyüklüklerinin elde edilmesi deneyinden alınan ölçüm sonuçları ve V-I grafiği.
Alınan ölçüm sonuçları; RENK GERİLİM(V) AKIM (ma) Kırmızı 1.8 15-20 Sarı 2 15 Yeşil 2.2 15 Mavi 3 25-30 LED lerin yaydığı ışığın görünebilir veya görünemez olması, yayılan ışığın dalga boyu tarafından belirlenir. 380nm-770nm arasında dalga boyuna sahip ışımalar görülebilir. 8nm- 10nm arasında dalga boyuna sahip ışımalar ise kızıl ötesi olarak adlandırılır ve görülemez. Şekilde her rengin dalga boyu ve ışık şiddeti grafiksel olarak verilmiştir. Pek çok üretici firma, kullanım alanı ve gereksinime bağlı olarak LED üretimi yapmaktadır. Bunlardan bir çok farklı kılıfa (yuvarlak, kare, dikdörtgen v.b) ve boyuta sahip led tiplerinin görünümü şekilde verilmiştir.
Ledlerin değişken kılıf tipleri ve boyutları Kırmızı ve sarı ışık veren ledler 2-2.5V arasında, beyaz, yeşil, mavi, mor, pembe renkte ışık veren ledler 3-4V arasında voltajlarda çalışırlar. Yüksek güçlü bazı ledlerin yapısında seri bağlantı olup bunlar 7.2V civarında çalışırlar. Doğrudan lede uygulanan voltajın artması ile akımının artışı doğrusal değildir. Küçük voltaj artması büyük akım değişimine neden olup led yongası bozulabilir. Bu yüzden ledler, akım sınırlaması olmayan besleme kaynaklarına doğrudan bağlanmayıp, akım artışına engel olan bir dirençle bağlanır. Seri direnç bağlı led devrelerinde besleme voltajı led voltajının biraz üstünden başlayarak çok yükseklere kadar olabilir. Yüksek besleme voltajlarında tek led kullanılması voltajın fazlası direnç üzerinde tutulacağından gereksiz güç kaybı meydana gelir ve tavsiye edilmez Besleme voltajına yakın değere ulaşabilecek kadar ledler seri bağlanırsa devrenin verimi artar. Ledler seri bağlandığında toplam voltaj seri bağlanan led sayısının tek led voltajı çarpımı kadar, akım ise tek ledin akımı kadardır. V-DC R POT D1 LED D2 LED D3 LED Ledlerin uzun ömürlü olması kendi akımından fazla akımla sürülmemesine ve aşırı ısınmamasına bağlıdır. Power ledlerde + ve - polariteler yazı ile belirtilmiştir. 3mm, 5mm, ve 10mm ledlerde uzun bacak + polarite, kısa bacak - polaritedir. Bacakları sonradan eşit kesilmiş bir ledin polariteleri şöyle anlaşılır, led şeffaf yapıda olduğundan kalın çanak şeklinde görülebilen çipin bulunduğu yere bağlı olan ayak (katot) - polaritedir, ince yapıda olan bacak ise (anot) + polaritedir. ENERJİ VERİMLİLİĞİ Enerji verimliliği harcanan her bir birim enerjinin daha çok hizmet ve ürüne dönüşmesidir. Enerji kaynaklarının en yüksek etkinlikte
değerlendirilmesini ifade eden bir kavram olan enerji verimliliği, enerji kayıplarının azaltılması, her çeşit atığın ya da kaybın değerlendirilmesi veya geri kazanılması, yeni teknolojiler kullanılarak üretimde kalite ve performansı düşürmeden, sosyal refahı engellemeden enerji tüketiminin azaltılmasıdır. Bu tanımlar ışığında düşünüldüğünde, enerji verimliliği tüm enerji politikaları içinde yer alan bir çalışma haline gelmektedir. Ülkemizde bugüne kadar yapılan çalışmalar, sanayide %20 nin, bina ve hizmet sektöründe %30 un, ulaşımda %15 in üzerinde olmak üzere toplam olarak yıllık 4 milyar TL üzerinde bir tasarruf potansiyelinin olduğunu göstermektedir. Toplam nihai enerji tüketimi en yüksek tüketim payına ve enerji tasarruf potansiyeline sahip olmalarından dolayı sanayi, bina ve hizmet sektörleri enerji verimliliği çalışmalarında öncelikli sektörlerdir.[1] Enerji maliyetlerinin ve enerjiye olan talebin artması, enerji tasarrufunu zorunlu hale getirmiştir. Enerji verimliliğinin arttırılması ek yeni enerji kaynaklarının devreye sokulması için yapılacak yatırımlardan daha ekonomik bir sonuç meydana getirir. Aydınlatmada da enerji tasarrufu, aydınlatmanın kalitesini düşürmeden aynı aydınlık düzeyini ekonomik şekilde sağlayarak yapılır.[2] İyi ve kaliteli bir aydınlatma ile aydınlatılması amaçlanan alanlara gereksinim duyulan miktarlarda ışık gönderilmesi beklenilir böylelikle gerek duyulmayan alanlar aydınlatılmamış, kullanılan alanlar ise yeteri kadar aydınlatılacağından enerji kaybına neden olunmamış olacaktır. Kaliteli bir aydınlatma seviyesinin daha az enerji tüketimi ile sağlanması mümkündür. Bunun sonucunda verimli bir aydınlatma ile hem daha az elektrik enerjisi tüketimi olacak, hem de kaliteli aydınlatma sağlanacaktır. Bu çalışmada; enerji verimliliği, verimli aydınlatma, aydınlatmada enerji tasarrufu ve kontrol sistemleri üzerinde durularak, hayatımızın her aşamasında kullanılmakta olduğumuz led teknolojisi ve bu teknolojinin enerji tasarrufu yönünden değerlendirilişi kısaca incelenmiştir. Ülkelerin sanayileşme ve refah düzeyleri kişi bası enerji tüketimlerinin yanı sıra, enerjiyi verimli kullanmaları ile de doğrudan ilişkilidir. Ülkemizde sanayi ve konut kesimi enerji tüketiminin en yüksek oranda olması nedeni ile enerji tasarrufunda öncelikli yerlerdir. Enerji verimliliği ile ilgili önemli göstergelerden biri, gayri safi milli hâsıla başına tüketilen enerji miktarı olarak ifade edilen Enerji Yoğunluğu dur. Ülkemizde kişi basına enerji tüketimi OECD ülkeleri ortalamasının yaklaşık beste biri iken, enerji yoğunluğu OECD ortalamasının iki katıdır. Uluslar arası Enerji Ajansı verilerine göre enerji yoğunluğu değerinin OECD ortalaması 0.19 olarak verilirken, Japonya için 0.09, Türkiye için ise 0.38 değerleri açıklanmaktadır [3]. Bu göstergeler ülkemizin enerjiyi hem az,
hem de verimsiz kullandığını göstermektedir. Gelişmişlik, günümüzde kişi başına tüketilen enerji miktarı ile değil, az enerji kullanarak daha çok ekonomik değer yaratabilmekle ölçülmektedir. Bunun sağlanması ancak enerjinin verimli kullanılması ile mümkün olacaktır. Türkiye de ilk planlı enerji tasarrufu çalışmaları, 1981 yılında, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığına bağlı Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğünce (EİE), Bakanlığın görüşleri doğrultusunda başlatılmıştır ve bu kurum tarafından planlanarak yürütülmektedir. EİE nin enerji tasarrufu faaliyetlerinin, Türkiye genelinde daha etkili ve kapsamlı olarak yürütülebilmesi için 1993 yılı başında, EİE bünyesinde Ulusal Enerji Tasarrufu Merkezi (EİE/UETM) oluşturulmuştur. Bugüne kadar UNIDO, Dünya Bankası, AB ve Japon Uluslar arası İşbirliği Ajansı (JICA) gibi çeşitli uluslararası kuruluşlar tarafından desteklenen projeler kapsamında yabancı uzmanlar tarafından teorik ve pratik olarak eğitilen personel ve en son enerji tasarrufu etüt cihazları ile donatılan Ulusal Enerji Tasarrufu Merkezi, ülke çapında binalarda, sanayi ve ulaşım sektörlerinde enerji verimliliğinin artırılması amacıyla birçok çalışma yürütmektedir.[4] Enerji türleri içerisinde elektrik enerjisinin maliyeti oldukça yüksektir. Bu nedenle elektriğin tüketimi konusuna önem vermek gerekir. Enerji maliyetlerinin ve enerjiye olan talebin artması, enerji tasarrufunu zorunlu hale getirmiştir [5]. ENERJİ VERİMLİLİĞİ KANUNU ve UYGULAMALARI Enerjinin etkin kullanılması, israfının önlenmesi, enerji maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi ve çevrenin korunması için enerji kaynaklarının ve enerjinin kullanımında verimliliğin artırılmasını amaçlayan "ENERJİ VERİMLİLİĞİ KANUNU" 02 Mayıs 27 tarihinde Resmi Gazete'de yayımlandı.[6] Türkiye Enerji Verimliliği Kanunu nun amacı; enerjinin etkin kullanılması, israfının önlenmesi, enerji maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi ve çevrenin korunması için enerji kaynaklarının ve enerjinin kullanımında verimliliğin artırılmasıdır. Kapsamı ise; enerjinin üretim, iletim, dağıtım ve tüketim aşamalarında, endüstriyel isletmelerde, binalarda, elektrik enerjisi üretim tesislerinde, iletim ve dağıtım şebekeleri ile ulaşımda enerji verimliliğinin artırılmasına ve desteklenmesine, toplum genelinde enerji bilincinin geliştirilmesine, yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılmasına yönelik uygulanacak usul ve esaslardan oluşmaktadır. Aydınlatma açısından bakıldığında, olası uygulamalar nihai tüketim noktalarındadır. Kanunda nihai tüketim noktaları endüstriyel isletmeler, binalar ve ulaşım olarak ifade edilmektedir.
AYDINLATMADA ENERJİ TASARRUFU ve YÖNTEMLERİ Türkiye de üretilen toplam elektriğin %25 i aydınlatmada kullanılmaktadır[7] Yaygın olarak kullanılmakta olan akkor flamanlı lambalar elektrik enerjisinin %95 ini ısıya çevirmekte, sadece düşük bir kısmını ışığa dönüştürerek aydınlatma sağlamaktadır. Ampulle aydınlatmada yaşanan olumsuzluklardan biri de sıcak mevsimlerde ampullerden kaynaklanan ilave sıcaklığı gidermek için klima kullanımı ihtiyacının artmasıdır. Son yıllarda geliştirilmiş olan kompakt floresan lambalar gereksiz ısınmaya yol açmadığı gibi yaklaşık 5 kat daha verimli aydınlatma sağlamaktadır. Örneğin, 1 Watt gücünde bir ampulün sağladığı aydınlatmaya eş değerde aydınlatmayı 20 Watt lık bir verimli lamba ile sağlamak mümkündür. Verimli lambaların önemli bir yararı da ortalama kullanım sürelerinin normal ampullere göre çok daha uzun olmasıdır. Bir ampulün ortalama kullanım süresi 6 ay iken, kaliteli bir kompakt floresan lamba için 5-6 yıl gibi uzun bir kullanım ömrü öngörülmektedir. Verimsizliğine rağmen normal ampuller hem vatandaşlarımız tarafından hem de kamu kuruluşlarınca satın alınarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bunun nedenleri: * Ampullerin verimli lambalara göre çok ucuza satılıyor olması (5 liraya karşı 50 kuruş civarında) ** Tüketicilerin, ampulle aydınlatmanın kendilerine ne kadar pahalıya mal olduğunun farkında olmamaları (50 kuruşluk ampulün yılda 25 liralık elektrik faturasına neden olduğunu kim tahmin edebilir?) *** Kamuda ihtiyaçları en ucuza temin etme yönündeki genel eğilim (kısa vadede ucuz olan seçenek uzun vadede çok pahalı olabilmektedir)[8]
Isıtma ve soğutma sistemlerinden sonra gelen en büyük enerji tüketim kaynağı aydınlatma sistemleridir. Tüketilen elektrik enerjisinin her alandaki ciddi orandaki rakamları aydınlatma sistemlerinde ekonomik çözümlerin ve tasarruf yöntemlerinin gerekliliğini açıkça ortaya koymaktadır. Birkaç basit önlem alınarak önemli oranlarda elektrik tasarrufu sağlanabilinir. Akkor flamanlı lambalar ve flüoresan lambaların özellikleri[5] Aydınlatma, Uluslararası Aydınlatma Komisyonu (CIE) tarafından da benimsenen tanımıyla, çevrenin ve nesnelerin gereği gibi görülebilmesini sağlamak amacıyla ışık uygulamaktır. Gereği gibi görülebilmeyi sağlayan aydınlatmanın temelde; nicelik ve nitelik olarak iki önemli boyutu vardır. Aydınlığın niceliği, sayısal değer olarak gerekli aydınlık düzeyinin saptanmasıdır. Bu saptamada: Yapılan işin özelliği; çalışma süresi, hızı; çevre koşulları; çalışan kişilerin özelliği gibi etkenler önem taşır. Görsel algılamada aydınlığın az ya da çok olması yeterli değildir. Çünkü aydınlık düzeyleri, değişik ışık kaynakları, aydınlatma biçimleri, aydınlatma aygıtları seçerek, türlü aydınlatma düzenleriyle sayısız biçimde elde edilebilir. Fakat önemli olan yapılan işin, kullanılan hacimlerin niteliklerine göre nasıl bir aydınlatma olması gerektiği sorusunun yanıtını getirecek düzeni oluşturmaktır. Burada, ışığın rengi (tayf yapısı), doğrultusu, elde edilen aydınlıkta oluşan gölgelerin yumuşaklığı, sertliği, saydamlığı, karalığı gibi özellikler rol oynar. Aydınlatmada enerji tasarrufunun bazı basit tedbirler alınarak sağlanabilinir. Burada önemli olan konuya gereken ilginin gösterilmesidir. Bu tedbirlerden bazıları şu şekilde sıralanabilir: 1. Yüksek verimli lambalar tercih edilmelidir. Bu tercih yüksek lümen/watt oranına (etkinlik faktörü) göre yapılmalıdır. (Tipik akkor bir lambanın lümen/watt oranı 15/1 iken flüoresan bir lambanın oranı 60/1)
2. Kullanılmayan alanlar aydınlatılmamalı, bulunulan ortamdan ayrılırken lambalar kapatılmalıdır. Aile bireylerinin odadan ayrılırken lambaları kapatmalarını hatırlatacak notlar faydalı olacaktır. 3. Gün ışığından mümkün olduğunca faydalanılmalıdır. Odalar doğal aydınlık avantajını daha iyi kullanacak şekilde düzenlenmelidir. Pencere yakınına masa ve sandalye yerleştirerek elektrik faturalarında azalma sağlanabilir. 4. Aydınlatma armatürlerinin periyodik bakımları yapılmalıdır. İyi yapılmayan bakım sonucunda lamba üzerinde biriken tozlar faydalı ışık miktarını azaltır. Kirli ve tozlu armatürler ışığın bir kısmını yutarak verimsiz aydınlatmaya neden olurlar. 5. Lamba ışık çıktısı verimli olarak kullanılmalıdır. Aydınlatılması gereken yüzeylere lamba ışık çıktısının maksimum oranda ulaşmalıdır. 6. Zamanlayıcılar, fotoseller ya da yaklaşım sensörleri vasıtasıyla aydınlatmanın kontrol edilmesi, enerji tasarrufu açısından önemlidir. 7. Duvarlar ve tavanlar açık renkli boya ile boyanmalı, dekorasyon eşyaları mümkün olduğunca açık renk seçilmelidir. 8. Çalışırken masa lambası kullanılmalıdır. 9. Enerji kaybına engel olmak için halojen ve normal ampuller yerine, flüoresan ampuller kullanılmalıdır. 10. Akkor flamanlı lamba yerine kompakt flüoresan lamba kullanımı ise %75 e varan enerji tasarrufu sağlar. [9] (Eğer kullanıcının bütçesi bir defada birçok flüoresan lamba almaya elvermezse, geride kalanları değiştirmek için aylık olarak sıraya konarak tamamlanması mümkündür.) 11. Yüksek katlı binalarda 2 veya 3 katı aydınlatacak şekilde merdiven otomatiği seçilmeli, aynı anda 4 veya daha fazla katı aydınlatan merdiven otomatiği sistemine ilaveler yapılmalıdır. [9]Fotoselli yapılar tercih edilmelidir. Endüstriyel alanlarda ve ev gereçlerinde kullanılabilinir. 12.Yol aydınlatmasında, yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar yerine, yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar kullanılırsa, aynı aydınlık düzeyinde yaklaşık % 60 tasarruf sağlanır.
13. Bahçe ve çevre aydınlatmasında ise yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar yerine, alçak basınçlı sodyum buharlı lambalar tercih edilirse, aynı aydınlık düzeyinde yaklaşık % 70 enerji tasarrufu elde edilebilir. Dış kapı ışıldakları halojen lambalarla değiştirilebilir. [10] 14. Tüm lambaların ışık çıktıları zamanla azalır. Işık çıktıları azalan yani verimleri düşen lambaların değiştirilmesi gerekir 15. Düşük güç tüketimine sahip olmaları, uzun yıllar boyunca sorunsuz çalışabilmeleri dayanıklı ve çevreci olmaları ve verimli olmaları nedeniyle Ledler artık vazgeçilmez ışık kaynakları olarak görülmektedirler. Yeni aydınlatma teknolojileri bir yandan yüksek kaliteli ışık sağlarken diğer yandan CO 2 salınımını önlemekte ve enerji tasarrufu sağlamaktadır. Belirttiğimiz gibi enerji maliyetlerinin ve enerjiye olan talebin artması, enerji tasarrufunu zorunlu hale getirmiştir DOĞRU VE VERIMLI BIR AYDINLATMA NASIL OLMALIDIR? *Aydınlatmada enerji tasarrufunun basit tedbirlerle sağlanması önemli bir avantajdır. Burada önemli olan konuya gereken ilginin gösterilmesidir. *İyi bir aydınlatma daha verimli aydınlatma elemanlarıyla sağlandığı için, sonuçta aynı aydınlatma seviyeleri daha az enerji tüketimi ile elde edilebilinir. *Kullanım amaçlarına göre gereksinim duyulan miktarlarda aydınlatma yaparak aydınlatmada kullanılan ışığın niteliğinin uygun olması sağlanır. Aydınlatılmak istenilen ortamın aydınlık düzeyi ihtiyacı daha önceden belirlenmeli ve bu ihtiyaçlar doğrultusunda armatürler seçilmelidir. Aydınlatma kalitesini arttırmak ve de enerji tasarrufu sağlamak için, verimli lamba kullanımı yaygınlaştırılmalıdır. *Lambaların seçiminde, etkinlik faktörü lümen/watt oranı yüksek olanları, daha uzun ömürlü ve verimli olanları tercih edilmelidir. *Doğru aydınlatma, gözü yormayan, kamaşma yaratmayan, aydınlatılacak objelere uygun renkte olan, kullanım amacına uygun ampullerle elde edilir. Doğru olmayan aydınlatma biçimi veya yetersiz aydınlatma emniyet ve konfor açısından sakıncalıdır. Bununla birlikte aşırı aydınlatma da kamaşma problemi sorunu doğuracağından görüş koşullarını olumsuz etkiler. Işık kaynağının, göz kamaşmasına neden olmaması için, görme alanı içine düşen ışık kaynaklarının maskelenmesi gerekir. Bu maskelenmenin, lambayı tamamen kaplayacak biçimde olmasına özen gösterilmelidir. *Lambanın gücünü arttırmak yerine sayısı arttırmak daha doğru karardır.
*İç veya dış aydınlatma için tasarlanan lambalar tasarlandıkları alanlarda dâhilinde kullanılmalıdır. *Ayar anahtarı ile doluluk boşluk oranını değiştirmekle lambaların verimli çalışmaları mümkündür. Aydınlatma otomasyon sistemlerinde kullanılan dimmer üniteleri sayesinde, aydınlatmanın kısıldığı oranda enerjiden tasarruf etmek ve ışık kaynaklarının ömrünü uzatmak mümkündür böyle sistemler sayesinde ışık seviyeleri % 1 ile % 1 aralığında ayarlayarak, mekânlarda daha estetik ortamlar oluşturabilir. Vurgulanması gereken öğeleri daha ön plana çıkaracak ışık senaryoları oluşturulabilir. *Aydınlatmada kullanılan sensörler ile aydınlatma kontrolü hedeflenip verimli bir aydınlatma sağlanmış olunur. Buradaki amaç gereksizce yapılan aydınlatma süresini dolayısıyla enerji sarfiyatını en aza indirmektir ve önemli enerji tasarrufları sağlanır *Işık kaynağı titreşim yapmamalıdır. Titreşime, ışık kaynağının parlaklığındaki hızlı değişme sebep olduğundan, göz bu hızlı değişikliklere uyabilmek için aşırı çaba harcar ve çabuk yorulur. *Aydınlatmada enerji tasarrufu, aydınlatmanın kalitesini düşürmeden iyi bir aydınlatmanın gereklerini yerine getirerek yapılmalıdır. *Işık sensörleri, hareket dedektörleri ve zaman saatleri tek başlarına kullanılarak da belirli oranlarda enerji tasarrufu elde edilebilir, fakat koşullu programlama yapabilen herhangi bir aydınlatma otomasyon sistemi ile hepsi birlikte kullanılarak enerji tasarrufu maksimum seviyeye çıkarılabilir. *İyi tasarlanan ve gün ışığından faydalanan bir aydınlatma sistemi, aydınlatma enerjisinden tasarruf sağlar. *Aydınlatma otomasyon sistemleri, bağlı bulundukları aydınlatma devrelerinin tamamına, herhangi bir enerji kablosu kullanmadan sadece haberleşme kablosu ile merkezden veya istenilen bir noktadan kumanda edebilmesinden dolayı, aydınlatma kontrolü ihtiyaçlara göre çok değişken bir şekilde yapılabilir.
LED Lİ AYDINLATMA SISTEMLERI Çok sayıda diyotun seri paralel guruplar halinde birleştirilmesiyle oluşturulan, yüksek ışık veren led chipler hayatımızın her aşamasında kullanılmaktadır. Ledler yalnızca görünümde değil, aynı zamanda performansları ile de kendilerini göstermektedir. Son zamanlarda aydınlatma teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde birçok yerde kullanılan led aydınlatma sistemleri, yenilikçi ve çağın ötesinde çözümler sunmaktadır. Mavi, yeşil, kırmızı, sarı ve beyaz renk seçenekleri ile tasarım dünyasına sunulmuş olan, uzun ömürlü, dayanıklı ve kolay uygulanabilir Led aydınlatma sistemleri, mimarlara ve aydınlatma tasarımcılarına yaratıcı fikirlerini gerçekleştirme imkânı veriyor. Günümüzde ledler yavaş yavaş klasik ampullerin yerini almaya başlamıştır. Bir 20W lık MR16 halojen ampul yerine, üç beyaz led şerit yerleştirerek hemen hemen aynı ışık yoğunluğunu elde etmek mümkündür. Ledlerden elde edilen ışık akısı miktarı artırılırsa, kullanılacak olan led sayısı biraz daha düşecek, kullanılması istenen yerlerde daha az bir alan kaplayacak ve böylece daha yüksek güçlerdeki ampullerin tasarımlardaki rolü de zayıflamaya başlayacaktır. Teorik olarak yapılan hesaplamalar ve deneyler ledlerin ömürlerinin ortalama 1.0 saat olduğunu göstermektedir. Elektrik tüketimi bakımından tasarruf sağlarlar. Geleneksel flüoresan lambalara karşın ortalama 1/10 enerji tüketimleri bulunmaktadır. Ledli lambalar tercih edildiğinde güç tüketimi 1-2W kadar düşük seviyelere iner. Yani, ledli lamba kullanmak, aydınlatma için daha az elektrik faturası ödemek anlamına gelir. Dünyada enerjinin %25 i aydınlatmada kullanılıyor olması led teknolojisini ön plana çıkarıyor. Led kullanımı ile bu oranı daha aşağılara çekmek mümkündür. Dünyada iki milyara yakın insansa elektriğe ulaşamıyor evlerinde sağlıksız ışık kalitesi çok düşük yakıt bazlı aydınlatma sistemini kullanıyor. Elektrik gereksinimi çok daha az olan ledler ile bu sorun daha kolay çözülebilecektir. Mevcut ampuller insan gözünün fark edemeyeceği kızılötesi ışınlar yaymaktadır. Bunun sonucunda göremediğimiz bir dalga boyu ile aydınlatma yaparak verilen enerjinin çoğu ısı enerjisi şeklinde harcanır. Bu enerji şekli amaca hitap etmediğinden işimize yaramaz. Ledlerde ise dalga boyunu kontrol edebilme olanağı olduğundan içerikleri kontrol edilerek hangi dalga boyunda olacağı ayarlanabilmektedir. Led geleceğin aydınlatma kaynağıdır.
SONUÇ Enerji verimliliği; kaliteyi, miktarı ve hayat standardını düşürmeden bir mal veya hizmeti elde etmek için daha az enerji tüketilmesi şeklinde tanımlanmakta, enerjinin verimli kullanımı ile sağlanacak enerji tasarrufunun, en hızlı ve en ucuz elde edilebilen en temiz enerji kaynağı olduğu bugün tüm dünyada kabul görülmektedir. Enerji Verimliliği Kanunu nun doğru ve etkin bir şekilde uygulanabilmesi ancak gerekli yönetmelik, standart ve şartnamelerin uygun düzenlenmeleri ile mümkün olabilecektir. Lamba seçimi yapılır iken, etkinlik faktörünün yüksek verimlilik sınıflandırmasına sahip olmasına dikkat edilmelidir. Led ile yapılacak aydınlatma sistemlerinde % 75 ile 93 arasında bir enerji tasarrufu sağlamak mümkün hale gelmiştir. Led teknolojisi iç mekan ve dış mekan aydınlatma uygulamalarında kullanıcı ve tasarımcılara sayısız çözümler sunmaktadır. Mevcut aydınlatma ürünlerinin, verimli ürünlerle değiştirilmesi halinde; Kabuller: 1 Evlerde toplam 115M adet GLS ve 48M adet ES ampul kullanılmaktadır. 2- Ortalama GLS gücü 60W, ES gücü 11W alınmıştır. 3 GLS ömrü 1 yıl, ES ömrü 8 yıldır. Günlük ortalama 4 saat kullanım dikkate alınmıştır. 4 Ofislerde 26,5 M 36W floresan ampul kullanılmaktadır. 5 Günlük ortalama kullanım süresi 12 saattir. 6 18W standart floresan yerine 16W TLD Eco kullanılmıştır. 7-4x18 TLD Armatür yerine 3x14 T5 Armatür kullanılmıştır 8 2 mio 250W armatür %30 verimli armatürler ile değiştirilmiştir. %15 ine telemanagement uygulanmıştır. [7] Kayıpları azaltmak için, sistemde az enerji tüketen teknolojiler kullanılabilir. Zamanlayıcılar, fotoseller, ya da yaklaşım sensörleri vasıtasıyla aydınlatmanın kontrol edilmesi de enerji tasarrufu sağlar. Verimli aydınlatma; verimli aydınlatma elemanları ile gerçekleştirilen sisteminin, gün ışığına, ortamda insan olup olmadığına ya da zamana bağlı olarak, otomatik kontrol edilmesi ile yani kullanım süresini en aza indirmek mümkündür.