LED osvetljenje Ova brošura treba da objasni prednosti i način realizacije osvetljenja sa LED (svetleće diode). Do pre 5 godina LED diode, kako se najčešće zovu, koristile su se isključivo kao signalne svetiljke. Ograničena primena poticala je od male svetlosne moći diode. Jedna od primena usmerenih signalnih LED su razne vrste semafora i reklamnih panoa. Životni vek dioda bio je preko 25000 sati, što je desetak puta duže od sijalica sa žarnom niti. U početku su diode bile u diskretnim bojama: crvena, zelena, žuta ili plava. Razvojem plave diode stekla se mogućnost dobijanja bele svetlosti kombinovanjem tri boje (crvena, zelena i plava) kao kod televizora ili indirektno pobuđivanjem fosfornog omotača plavom svetlošću. Danas je dostupna klasa snažnih LED za osvetljavanje prostora sa velikom efikasnošću (komercijalno do 130lm/W), životnim vekom preko 50000h, izborom temperature boje od 2600K do 10000K i odgovorom na druge zahteve osvetljenja prostora. Svetleće diode pružaju nove horizonte arhitektama pri projektovanju osvetljenja. U svetu danas postoji preko 20 milijardi sijaličnih mesta koja koriste klasične, halogene ili fluorescentne lampe. Veliki broj sijaličnih mesta se koristi za usmereno svetlo sa lampama koje svetle u svim pravcima. Jedan od primera ovakve rasvete su takozvane "fluocevi" koje se koriste za osvetljenje radnog prostora. Na ovaj način se gubi i do 50% emitovanog svetla koje se unutar kućišta pretvara u toplotu. Koje su najbitnije karakteristike sijalica? svakako efikasnost, izražava se u lumenima po vatu (lm/w) i pokazuje koliko se električne energije pretvori u svetlosnu, životni vek izražen u satima (h) ukazuje na učestanost zamene sijalice, temperatura boje (K) vernost boja osvetljenog objekta izražen indeksom CRI (color rendering index), maksimum je 100 sadržaj štetnih materija o čijem odlaganju se mora voditi računa, cena. Koje su karakteristike najčešće korišćenih sijalica? Sijalice sa usijanim vlaknom: efikasnost do 15lm/W životni vek do 1500h (najčešće do 1000h) temperatura boje približno 3200K CRI=100, odlično prikazivanje boja nema značajnih štetnih materija niska cena približno 1
Strana 2 Kompaktne fluorescentne sijalice (CFL): efikasnost do 70lm/W, životni vek do 10000h (najčešće 8000h), temperatura boje: 2700K, 4000K, 6400K po izboru, CRI do 75, sadrži živu, potrebno je voditi računa o odlaganju umerena cena za 20W oko 5 Koje su karakteristike LED za osvetljenje? efikasnost do 130lm/W životni vek preko 50.000h temperatura bele boje od 2600K-10000K u više podopsega po izboru, a mogu emitovati i svetlo u boji, CRI do 80, kvalitetno svetlo, nema značajnih štetnih materija cena visoka 2-3 /W (LED sa kućištem) LED diode nameću drugačije tretiranje 40.0 nekih osobina i uvode nove. Posle 50.000 sati rada LED ne prestaju sa radom, već 35.0 im se efikasnost smanjuje na 70%. Šta 30.0 znači 50.000 sati vidi se na dijagramu 1. 25.0 Za razliku od klasičnih sijalica i CFL lampi 20.0 LED su otporne na mehaničke šokove (ne 15.0 mogu se razbiti). LED za razliku od CFL 10.0 po uključenju odmah sijaju punim 5.0 intenzitetom (CFL lampama treba oko 3 0.0 minuta do punog intenziteta). Uključenje i 4 6 8 12 24 isključenje ne utiče na životni vek za sati dnevno razliku od klasičnih sijalica i naročito CFL lampi. LED su usmerene na jednu stranu, Dijagram 1 - Šta 50.000 sati znači u praksi. nema gubitaka pri usmerenom jednostranom osvetljenju. Regulacija jačine svetla na LED sijalicama je jednostavna. Za razliku od CFL, LED bez problema sijaju na vrlo Osnovne prednosti LED osvetljenja niskim temperaturama i do -40 C. 50.000 sati u godinama Velika efikasnost ------ i do 130lm/W i povećava se. Kvalitet svetla ------ nema kompromisa između efikasnosti i CRI (*CREE). Usmerenost ------ nema gubitka svetlosti. Životni vek ------ L70 i do 50.000 sati. Robusnost ------ ne lome se. Brzo uključenje ------ pun sjaj u nanosekundi. Ekološki čiste ------ nema žive i teških metala. Upravljivost ------ omogućava upotrebu novih tehnika osvetljenja i programa za štednju energije. Rad na hladnoći ------ nema ograničenja na niskim temperaturama Slika 1 LED rasveta u AIRBUS-u. Svi podaci o LED su preuzeti iz dokumenata lidera u proizvodnji rasvetnih LED firme CREE.
Strana 3 Koje su ekonomske postavke upotrebe LED za osvetljenje? Za ekonomsko opravdanje upotrebe LED osvetljenja uzećemo kao primer, najčešće osvetljenje radnih prostorija, sa fluorescentnim cevima. Podaci o fluorescentnim cevima uzeti su od proizvođača General Electric koji je vlasnik više od 50% akcija mađarske kompanije Tungsram i čije su fluorescentne cevi najčešće na srpskom tržištu. Cene su cena kwh [ ] 0.05 efikasnost LED [lm/w] 107.0 cena LED po 1W [ ] 1.8 cena LED lumena [ /lm] 0.0168 broj sati rada dnevno [h] 9.78 kamatna stopa kredita za energetsku efikasnost 0.05 Tabela 2 Parametri proračuna troškova upotrebe LED. Slika 2 Fluorescentna cev. parametar Klasična s. fluo cev LED snaga izvora [W] 100.0 18.0 12.0 svetlosni flux izvora [lm] 1350.0 1350.0 1284.0 efikasnost pretvarača 1.0 0.85 0.92 ulazna snaga [W] 100.0 21.2 13.0 gubitak kućišta/usmerenje 0.75 0.75 0.90 emitovani flux [lm] 1012.5 860.6 1063.2 radni vek [h] 1000.0 10000.0 50000.0 broj sijalica za 1000lm 0.99 1.16 0.94 broj dodatnih sijalica za 50k sati i 1000lm 48.4 4.8-0.06 cena sijalice [ ] 0.5 1.2 21.6 energija za 50k sati i 1000lm [kwh] 4938.3 1230.3 613.4 cena energije [ ] 246.9 61.5 30.7 cena instalacije po sijalici [ ] 2.0 7.6 11.4 početno ulaganje za 1000lm [ ] 2.47 10.27 31.04 ukupni trošak za 50k sati i 1000lm [ ] 273.57 77.61 60.43 Tabela 3 Upoređenje ulaganja i cene za tri vrste osvetljenja za 50000 sati i 1000 lumena. trenutne sa tržišta. U računici je pretpostavljena instalacija novog sistema osvetljenja. Podaci o LED su uzeti od kompanije CREE, sa optimizacijom izrade svetlosnog mesta u kompaniji Telcom. U tabeli 2 dati su osnovni parametri proračuna. Jedna LED dioda je osnov sistema osvetljenja (potrošnja 1W) i svi podaci o LED su prikazani tako da bi se lakše uporedili sistemi osvetljenja. Odabran broj od 12 LED dioda za izvor svetla zato što približno isijava 1000 lumena. U tabeli 3 dato je poređenje tri vrste izvora svetla: klasične sijalice, fluorescentne cevi i LED osvetljenja. Današnje instalacije sa fluorescentnim cevima imaju značajno nižu cenu od instalacije sa LED, dugoročno preko uštede energije i potrošenih sijalica LED je pobednik. U tabeli nije uračunat rad i komplikovanost zamene sijalica, niti su računati ekološki efekti, emisija CO2 i trošak odlaganja fluorescentnih sijalica. Da bi se dobila puna slika napravljena je tabela troškova i otplate eventualnog kredita u toku 14 godina korišćenja rasvete. Treba napomenuti da je u računu cena struje od 0,05 prilično niska i da će ta cena u toku eksploatacionog veka biti značajno viša.
Strana 4 cena potrošene e.energije [ ] razlika u ulaganju [ ] 20.8 godina fluo. cevi LED razlika [ ] zamena sijalice [ ] dug [ ] 1.0 4.39 2.19 2.20 19.6 2.0 4.39 2.19 2.20 18.4 3.0 4.39 2.19 2.20 1.20 15.9 4.0 4.39 2.19 2.20 14.5 5.0 4.39 2.19 2.20 1.20 11.8 6.0 4.39 2.19 2.20 10.2 7.0 4.39 2.19 2.20 8.5 8.0 4.39 2.19 2.20 1.20 5.5 9.0 4.39 2.19 2.20 3.6 10.0 4.39 2.19 2.20 1.20 0.4 11.0 4.39 2.19 2.20-1.8 12.0 4.39 2.19 2.20 1.20-5.3 13.0 4.39 2.19 2.20-7.8 14.0 4.39 2.19 2.20-10.4 Tabela 4 Isplativost LED instalacije tokom 14 godina (50000 sati rada). Iz tabela se može zaključiti da su dve karakteristike osvetljenja bitne za ekonomsku isplativost: efikasnost izvora i životni vek. Efikasnost LED osvetljenja donosi odlučujuće poene u prethodnom poređenju. Komercijalna dostupnost LED dioda koje imaju efikasnost od 130lm/W i deset puta su efikasnije od klasičnih sijalica omogućava značajnu uštedu u potrošnji električne energije, ali i smanjenje zagrevanja prostorija (50% električne energije se pretvori u svetlost) i samim tim u letnjim mesecima biće manja potrošnja klima uređaja za hlađenje, a to povlači značajno smanjenje emisije CO2 i drugih opasnih materija pri proizvodnji električne energije. Za svaki kw grejanja treba bar 0.3kW da se izbaci iz prostorije napolje. U labaratorijama kompanije CREE je postignuta efikasnost LED dioda od 208lm/W, što znači da se skoro 70% električne energije pretvori u svetlo. Svakako da današnji proizvođači rasvete ne gledaju blagonaklono na LED rasvetu, jer im je osnovni prihod od zamene neispravnih sijalica ugrožen. Pod određenim uslovima životni vek LED dioda može se produžiti dva pa čak i tri puta. Negativna cifra u donjem desnom uglu pokazuje čistu ekonomsku uštedu za dati primer. Ako se računa osvetljenje poslovnog prostora od oko 1800m 2 potrebno je oko 1.000.000 efektivnih lumena (ove brojeve treba uzeti sa rezervom jer postoji dosta faktora koji utiču na potrebnu jačinu rasvete) pa se date cifre mogu jednostavno pomnožiti sa 1000. O čemu treba voditi računa pri izboru LED rasvete? Svakako o tipu LED diode koja se ugrađuje. Postoje dva ili tri osnovna proizvođača rasvetnih LED (Nichia, CREE...) koji diktiraju performanse LED dioda. Mnogi istočni proizvođači imaju u proizvodnji LED, ali su one dosta niže efikasnosti, problematične boje i nepoznatog životnog veka. Ako primera radi uzmete diodu koja ima efikasnost od 67lm/W jer je to manje ulaganje, ruši se cela priča o dugoročnom dobitku, uštedi energije i generalno o prednosti LED nad fluorescentnom rasvetom. Životni vek LED od 50000 sati garantuju pri određenim uslovima upotrebe samo glavni proizvođači i to za neke svoje tipove (XP-E i XP-G, CREE). Ako je fosforni premaz diode loš dioda će brzo gubiti na efikasnosti, iako je inicijalna efikasnost bila u nominalnim granicama. Uz LED rasvetu obavezno ide pretvarač (konvertor) za napajanje jer se LED napajaju konstantnom strujom određene jačine, a na raspolaganju je konstantan napon. Pretvarač mora da
Strana 5 ima visoku efikasnost (preko 90%) da se ne bi izgubila skupo plaćena efikasnost dioda. Životni vek pretvarača mora biti u skladu sa životnim vekom LED dioda, odnosno bar za 50% duži, što znači da se pretvarač mora pažljivo projektovati i ugrađene komponente moraju biti kvalitetne, a ne niske cene kao prvog kriterijuma odabira. Pretvarač za radni vek od 70000 do 100000 sati nema nisku cenu jer komponente koje koristi nisu komponente masovne produkcije robe široke potrošnje. Pretvarač ne sme da prlja mrežni napon iz koga se napaja i da povlači reaktivnu snagu (faktor snage treba da je blizak 1). Ovo je bitno da ne bi došlo do dodatnih gubitaka energije u mreži. Uz sve ove uslove pretvarač može da omogući kontinualnu regulaciju svetla, daljinsko paljenje i gašenje (preko GSM mreže, Eterneta, IR-a i na druge načine) i izvršavanje programa radi uštede energije ili drugih razloga. LED rasvetna tela Postoje dva načina formiranja LED rasvete: direktnom zamenom postojećih sijalica ili formiranjem novih specifičnih rasvetnih tela. Direktna zamena postojećih tipova sijalica je za korisnike jednostavnija, ali dosta skuplja varijanta. Problem kod LED rasvete je održavanje temperature dioda do približno 90 C (to je uslov za dugovečnost), odnosno hlađenje. Kod kućišta standardnih sijalica temperature su Slika 4 Zamena za reflektorku. mnogo više. Realizacija ovakvih Slika 3 LED zamena za fluo cevi. sijalica je komplikovana, sve imaju specifičan hladnjak i vrlo je malo prostora za realizaciju pretvarača. Ovako realizovane sijalice su desetak puta skuplje od sijalica koje menjaju i uglavnom su malo veće. Postoje i zamene za fluo cevi, ali se kod njih mora u postojećoj instalaciji premostiti prigušnica i skinuti starter. Primera radi sijalica na slici 4 košta 70$, a zamena fluo cevi sa slike 3 od 30$ do 50$. Takve sijalice se isplate samo kad je zamena skupa i komplikovana, odnosno kad se nalaze na nedostupnom mestu. Zamena za halogenu sijalicu od 50W košta oko 40$. Kada je moguća realizacija novih rasvetnih tela, realizacija LED rasvete ima Slika 6. Ploča za reflektore sa 98 LED proizvodnje Telcom ograničava oblike rasvete. Od jednostavnog oblika rasvetne ploče kao na slici 6, kod koje se može nezavisno regulisati 7 grupa od 14 LED preko konektora za vezu sa procesorom. Ploča je urađena za reflektor sa 98 LED za direktnu zamenu reflektor sa metal halid sijalicom od 150W - svetlosna moć preko 10000 lumena. Izborom broja dioda može se realizovati i manja svetlosna moć. Slika 5 Realizacija usmerene lampe dosta nižu cenu od prethodno navedenih. Kada postoji sloboda kreiranja LED rasvete, samo mašta Slika 7 Trakasti modul sa šest LED.
Strana 6 Za potrebe kuhinjske rasvete ili specijalne plafonske rasvete, razvijeni su trakasti moduli sa 6 dioda i svetlosnom moći od 600 lumena koji se mogu nastavljati jedan na drugi i tako formirati "traku svetla" (slika 7). Same LED imaju usmerenje od 120 slično usmerenju halogenih sijalica za plafonsku rasvetu. Na slici 8 je prikazana realizacija modula sa 7 LED za zamenu halogenih sijalica. Ako postoji spušteni plafon plafonska rasveta se jednostavno realizuje usecanjem u gipsane ploče kao kod halogene rasvete ili zamenom elemenata spuštenog plafona ako je plafon realizovan modularno (slika 9). Naravno i ovde oblici rasvete mogu biti proizvoljni. Za realizaciju plafonske rasvete u spuštenom plafonu najčešće se primenjuje pravougaoni oblik sa sjajnom ili matiranom maskom. Panel modul snage 36W i 3400 lumena za primenu na modularnim plafonima prikazan je na slici 10. Slika 8 Okrugli modul sa 7 LED. Slika 9 Realizacija LED rasvete na spuštenom plafonu. O nama Slika 10 Panel modul 36W. Firma Telcom postoji od 1990 godine. Osnovna delatnost firme je proizvodnja telekomunikacionih uređaja i sistema za napajanje (ispravljački sistemi, invertorski sistemi, razne vrste konvertora odnosno pretvarača). U poslednjih deset godina izradili smo i isporučili preko 3000 ispravljačkih modula i preko 1000 invertorskih modula na preko 700 lokacija na teritoriji Srbije i Crne Gore. Većina glavnih servera u Telekomu Srbija napaja se sa naših invertorskih postrojenja. Osim sistema za napajanje proizvodimo i uređaje za akviziciju, nadgledanje i upravljanje preko različitih medija (GSM, Eternet, i dr.), razvijenih za potrebe nadzora sistema napajanja. Svi uređaji koje proizvodimo su rezultat potpuno našeg razvoja. Imamo automatizovanu proizvodnu liniju za montažu SMD komponenata, liniju za montažu standardnih komponenata, završnu kontrolu i puštanje gotovih proizvoda. Sa željom da iskoristimo naše iskustvo u vrlo srodnoj oblasti osvetljenja sa LED diodama i da doprinesemo realizaciji "zelenih" tehnologija u Srbiji, pre dve godine krenuli smo u istraživanje i razvoj u toj oblasti. Padanjem cena LED tehnologije i njenim poboljšanjem smatramo da je došlo vreme za ozbiljno uvođenje LED rasvete. Imamo mogućnosti da razvijemo, proizvedemo i montiramo sistem za osvetljenje po zahtevu kupca. Ako niste sigurni pozovite nas da Vas informišemo i posavetujemo, ako ste se odlučili pozovite nas da realizujemo Vaš projekat. Telcom