led belysningens fremtid Vi mestrer hele spektret

Transkript

1 led belysningens fremtid Vi mestrer hele spektret

2 Fordelen ved LED. Forskellen i forhold til traditionelle lyskilder Den måde, hvorpå lysdioden afgiver lys ved elektrisk stimulans, adskiller sig fra traditionelle lyskilder. I disse lyskilder opstår lyset i stedet som et biprodukt, når glødetråden opvarmes, eller i forbindelse med en gasudladning. Til forskel fra disse lyskilder indeholder lysdioden ikke noget kviksølv, hvilket er positivt ud fra et miljø- og genbrugsmæssigt synspunkt. Sammenlagt giver LED-teknikken en række fordele, både hvad angår funktion og udformning. Eftersom lysdioden ikke afgiver ultraviolet (UV) eller infrarød (IR) stråling, er teknikken ekstra velegnet til lyssætning i følsomme miljøer. Nogle eksempler herpå er museer og udstillinger med kunstværker og genstande eller dagligvarehandel med eksponering af fødevarer. Til forskel fra en traditionel lyskilde har lysdioden straks et maksimalt lysniveau, når den tændes, og det er også således, at diodens levetid påvirkes positivt af hyppig tænding og slukning. Lysstrømmen øges også ved lavere omgivelsestemperaturer, hvilket gør armaturer med LED-teknik til det optimale valg til køle- og fryserum eller udendørs. Lysdioden indeholder heller ikke nogen bevægelige eller ømtålelige dele. Når det er rigtigt konstrueret, er et LEDarmatur derfor godt rustet til at tåle vibrationer og andre mekaniske belastninger. 2

3 "Den store mulighed ved LED er også den store udfordring. At balancere effektivitet og ergonomi. At skabe god økonomi og et behageligt lys. Nu er vi der." Leif Norrby, udviklingschef hos Fagerhult Det er en lys ny verden. LED har revolutioneret belysningsbranchen. Store lysstrømme giver suveræn effektivitet og økonomi. En levetid på titusindvis af timer gør, at man i stedet for at skifte lyskilde kan skifte til et helt nyt armatur. Derfor udvikler Fagerhult LED-armaturer, der dækker hele belysningsprojektets spektrum. Fra tidligere at have været primært en accentløsning er LED-teknikken nu blevet tilpasset til almen belysning. I kraft af vores erfaring og ansporet af nytænkning har vi tæmmet lysets intensitet og skabt den perfekte balance mellem effektivitet og komfort. Hvad er formålet med effektiv belysning, hvis ingen er der? Allerede da T5-lysrøret kom, indså vi, at højere lysniveauer krævede nye reflektorløsninger, som både udnyttede effektiviteten og blændede af. Dengang blev luminansen øget fra cd/m 2 til cd/m 2. Med LED tager vi skridtet til cd/m 2. Lyset fra LED er intensivt og blænder, hvis det ikke håndteres rigtigt. Og hvad er formålet med at spare penge på belysning, hvis ingen kan holde ud at være i lokalet? Med innovativ afskærmningsteknologi tager vi brodden af problemet og udnytter fordelene fuldt ud. Armaturdesign i nye baner Når man ikke længere er bundet til en lyskildes form eller størrelse, bliver friheden total. Armaturerne bliver mindre, slankere og mere uforudsigelige. Armaturet Freedom er et eksempel på dette LED-belysning, som lader dig tegne dine egne linjer af lys. Ingen ville drømme om at sætte et lysrør i en lysestage. Af samme grund får man heller ikke det bedste ud af LED, hvis armaturet ikke er udviklet til teknikken. Med den rette konstruktion, forkobling og køling kan vi love den effektivitet og levetid, som gør investeringen fordelagtig. Det er hele spektret, der tæller For at LED virkelig skal gøre en forskel, økonomisk og miljømæssigt, skal teknikken kunne anvendes i al belysning i hele bygningen. Fagerhult dækker hele spektret fra downlights og indbyggede armaturer til indretnings- og accentbelysning. 3

4 LED. En kort introduktion Den giver lys, men er ikke en lyskilde i traditionel forstand. Den kan gengive alle spektrets lysfarver og den arbejder helst i en gruppe. På bare nogle få år har den revolutioneret belysningsbranchen. Dette er LED. LED er en forkortelse for Light Emitting Diode, dvs. en lysdiode. Lysdioden er en halvleder, som udstråler lys, når den udsættes for elektrisk påvirkning noget som normalt kaldes "elektroluminescens". Lysdioden drives med jævnstrøm, DC, og kræver som oftest en separat forkobling eller en "driver". Forkoblingen omformer netspændingen til et niveau, som er optimalt for lysdioden. Selve lyset skabes i elektronernes stræben efter balance. Lysdioden har to forskellige områder: et område med overskud af elektroner (n-ledende) og et område med underskud af elektroner (p-ledende). Grænsen mellem disse to områder kaldes en pn-overgang eller et spærrelag, og det er her, det sker. Når jævnstrømmen kobles til lysdioden, udlignes overskud og underskud, og der opstår lys. Hvilken farve, eller spektral fordeling, lyset får, afhænger af, 4

5 Lyset skabes i elektronernes stræben efter balance. Når strømmen kobles til lysdioden, udlignes overskud og underskud, og der opstår lys. hvilke materialer lysdioden er fremstillet af. Grundfarverne er rød, orange og grøn samt blå i forskellige nuancer. Hvidt lys fremstilles oftest ved, at en blå diode forsynes med et lag fosforbaseret lyspulver. Fosforlaget omdanner den blå farvestråling til hvidt lys i forskellige farvetemperaturer. Kvaliteten af det hvide lys påvirkes både af valg af lysdiode og af egenskaberne ved fosforet. Lysdioden er meget lille. Den aktivt lysende flade er ikke større end 1 2 mm². En eneste diode giver sjældent tilstrækkeligt med lys til at løse en belysningsopgave. For at enheden skal fungere kræves også, at den monteres på et kredsløbskort. Derfor sættes flere lysdioder sammen i en klynge til et LED-modul (som ikke må forveksles med såkaldte retrofit-lyskilder!). LED-moduler fås i mange forskellige varianter, hvor lysstrømmen og udformningen er tilpasset til forskellige typer af lysarmaturer. LED-modulerne kræver ofte fagligt korrekt håndtering ved montering og udskiftning, men visse modeller er også nemme at håndtere for slutbrugeren. 5

6 LED. Applikationsområder LED-teknikken er belysningens fremtid og vil blive udviklet parallelt med de traditionelle lyskilder. LED befinder sig endnu i et tidligt modenhedsstadie, hvilket gør, at vi kan forvente, at LED i fremtiden bliver det naturlige valg til mange flere applikationer end i dag. reflektor- og afskærmningsteknik har gjort det muligt at udnytte de store lysstrømme på en måde, som gør, at det stadig er behageligt at opholde sig og arbejde i lokalerne. Et eksempel på dette er Fagerhults downlightserie Pleiad G3 samt den indbyggede almenbelysning Multilume Flat. Udover almen- og accentbelysning har LED-teknikken også sin givne funktion i bestemte miljøer. I forbindelse med Indoor I offentlige miljøer, som f.eks. kontorer og skoler, er LEDteknikken tidligere udelukkende blevet anvendt til belysning af mere dekorativ karakter, såsom accentbelysning, eller til farvevekslende effekter. I disse sammenhænge har LED erstattet tidligere eksponering af kunstværker, genstande eller fødevarer er LED ofte at foretrække, da lyset ikke indeholder nogen UVeller IR-stråling, som kan skade farven på genstandene. Uanset miljø er LED-teknikken bedst i de sammenhænge, hvor man vil lyssætte med lys eller begrænse arbejdet og omkostningerne i forbindelse lavvolts-halogenlyskilder. Nu er teknikken også moden til almen belysning. Både hvad angår kvalitet, energieffektivitet LED-armaturer kan med fordel erstatte både downlights og T5-løsninger. med vedligeholdelse. Også armaturformgivningen påvirkes positivt af LED-teknikken, ikke mindst på grund og levetid har LED overgået de traditionelle løsninger. LED-armaturer kan med fordel erstatte såvel downlights som tidligere T5-applikationer i f.eks. kommunikationsområder, kontorer, entréer og konferencelokaler. Ny af modulernes små mål. Eftersom et LED-armatur ikke begrænses af lyskildens form eller kræver et vist volumen, for at lyskilden kan fungere optimalt, er der ubegrænsede muligheder for at skabe spændende armaturdesign. 6

7 Retail LED-teknikken har allerede i dag mange fordele, som kan bidrage til mere dynamiske belysningskoncepter i butiksmiljøer. Den, der holder sig opdateret, vil også fremover blive gjort bekendt med brugbar ny teknik og nye tendenser. Det justerbare hvide LED-lys er en af de meget anvendelige løsninger, som i stor udstrækning bruges allerede nu. Justerbart hvidt LED-lys giver mulighed for at ændre farvetemperaturen mellem varm hvid og kold hvid (2700 K 6500 K). Dette er optimalt i prøverum, når man vil Når det drejer sig om at simulere naturligt lysindfald i kunstige vinduer og på vægge, er LED-løsninger bedst. vise beklædning i forskelligt lys. Løsningerne har eksisteret tidligere, men da med forskelligfarvede lysrør. Nu kan man bekvemt installere den lille LED-løsning bag ved spejlet. LED-lyskildens lille størrelse er meget anvendelig til integreret belysning i hylder og displays. Det samme gælder også belyste produkter på små steder. Det justerbare hvide LED-lys er også en fordel ude i butikken. Blandt andet gives der mulighed for at påvirke farvetemperaturen i forhold til årstiden. Varmt hvidt lys skaber en varm atmosfære om vinteren, og et køligt hvidt lys skaber et mere køligt indtryk om sommeren. Når det drejer sig om at simulere naturligt lysindfald i kunstige vinduer og på vægge, er LED-løsninger bedst. De variationer, som kan skabes med LED, opleves som mere naturlige end det lys, der genereres af andre typer af lyskilder. Nogle gange kan et lyskoncept have brug for noget ekstra, og så er muligheden for farvet effektbelysning en god løsning. Med RGB LED er det muligt at skabe et dynamisk og virkningsfuldt belysningskoncept med følelse. Det er et faktum, at forskellige farver vækker forskellige følelser; grønt signalerer veltilpashed og beroliger, gult giver energi, blåt virker køligt, og rødt signalerer passion. LED åbner for en ny måde, hvorpå man kan skabe stemninger og indtryk til forskellige omstændigheder. Med et styresystem bliver det muligt at justere og dæmpe belysningen og skifte belysningens farve. I kombination med linser og reflektorer gør retningsvirkningen og den optiske effekt ved LED denne teknik til et rigtig godt alternativ til spotlights ofte et bedre alternativ end en traditionel løsning. Det ønskede lys i et anlæg kan helt enkelt opnås med en lavere effekt. Lysdioder med koldt hvidt lys er endnu mere effektive og kan anvendes, når dette lys vurderes at være egnet til anvendelsesområdet. Belysning i kølediske er et godt eksempel herpå. Outdoor Generelt kan man sige, at LED-teknikken er det optimale alternativ til udendørsbelysning. Armaturer i udendørsmiljøer udsættes for vejr og vind, varme og kulde, vibrationer og menneskelig påvirkning. Udendørsbelysning er også af den art, at det som oftest er nødvendigt med De køligere udendørstemperaturer påvirker lysdioderne positivt. Lysstrømmen bliver højere, og brugstiden forlænges. særlige anordninger for at servicere og udskifte ødelagte komponenter. Det siger sig selv, at den vedligeholdelsesfri LED-teknik både er et praktisk og økonomisk fordelagtigt alternativ. Den lange levetid gør, at lyskilden i det hele taget ikke behøver at blive udskiftet. En anden fordel ved LED i udendørsmiljøer er, at kolde temperaturer påvirker lysdioderne positivt. Lysstrømmen bliver højere, og brugstiden forlænges. Kombineret med et armaturhus i aluminium bliver resultatet meget hårdføre, driftsikre og vedligeholdelsesfrie armaturer, som har et minimalt strømforbrug i forhold til det lys, de genererer. 7

8 Et LED-armatur kan have meget lang levetid, forudsat at det har en velgennemtænkt konstruktion og består af komponenter af høj kvalitet. LED. Det økonomiske alternativ I takt med stigende elpriser bliver et lavt energiforbrug vigtigere og vigtigere. Når det gælder både energieffektivitet og levetid er LED bedre end alle andre alternativer på markedet. Men hvor meget kan man egentlig forlange? At sammenligne LED med traditionelle løsninger kan let blive en sammenligning mellem æbler og pærer. Hvad der måles i et laboratorium hos en LED-producent kan heller ikke overføres direkte til, hvad et LED-modul yder, når det sættes i et armatur. For at få en god forståelse for kapaciteten skal LED sættes ind i sin belysningstekniske sammenhæng. Virkningsgrad bliver til lysstrøm Energieffektiviteten i armaturer med traditionelle lyskilder angives som virkningsgrad i procent (LOR). Virkningsgraden måles ved, at lysstrømmen fra en frit brændende referencelyskilde sammenlignes med den målte lysstrøm fra armaturet. Der kan ikke gøres rede for et LED-armaturs energieffektivitet ved hjælp af en virkningsgrad. Det skyldes, at LED-moduler ikke er standardiserede med hensyn til nominel lysstrøm på samme måde som lysrør. Det er fordi, at hele armaturet inklusive LED og forkobling regnes som en reference, og virkningsgraden så altid bliver 100 procent. I stedet angiver armaturproducenten effektiviteten i et LED-armatur som den totale målte lysstrøm (lm) i forhold til den opmålte effekt inklusive forkobling (lm/w) i stabil driftstilstand. Forskellige lysfarver uden meromkostninger En af fordelene ved LED er, at teknikken kan fremstille forskellige lysfarver uden brug af et filter, hvilket er noget der sparer meget energi. Hvis man vil farvesætte lyset fra eksempelvis et traditionelt spotlight, kræver det et farvefilter, som mindsker lysstrømmen med op til 90 procent. Lysfarven fra LED bestemmes i stedet af, hvilke materialer lysdioden er fremstillet af. 8

9 Passer til mange armaturtyper Lysudbyttet fra en hvid lysdiode kan sammenlignes med lysudbyttet fra et T5-lysrør. Udviklingen inden for LEDområdet går dog meget hurtig, og et forbedret lysudbytte muliggør flere og flere armaturløsninger og applikationer. Men igen er det vigtig at adskille de data, som fremlægges for løse lysdioder, og dem, der fremlægges for komplette armaturløsninger. De oplysninger, som producenter af lysdioder eller LED-moduler præsenterer, vedrører næsten altid det maksimale lysudbytte med en kold lysdiode. Man tager altså ikke hensyn til tab som følge af øget temperatur, forkoblingens eget forbrug eller tab i reflektorer eller linser. Lysudbyttet i et LED-armatur, som er dårligt konstrueret, eller som drives af en dårligere forkobling, kan være mere end halveret sammenlignet med lysdiodens nominelle værdi. Lysudbyttet er derfor kun relevant, hvis det vedrører hele systemet. Med nutidens teknik kan et LED-armatur, som er udviklet til formålet, erstatte en række forskellige armaturtyper med traditionelle lyskilder fra downlights med lavvolts- og halogenlyskilder til almen belysning med T5-lysrør. Resultatet er uændret eller forbedret energieffektivitet men målet bør også være at opretholde kontrollen over lyskomfort og styring. Dette er vigtigt, ikke mindst i forbindelse med arbejdslokaler, som er ekstra følsomme over for blænding, f.eks. kontorer. sjældent i stykker, selv om der som ved al anden elektronik er et normalt bortfald. Det, som i stedet sker, er, at lysstrømmen mindskes ved drift. Den forventede levetid defineres derfor ud fra lysstrømmen og fastsættes som 70 procent af armaturets nyværdi. Levetiden angives som L 70 efterfulgt af timer. Standardlevetiden for de allerfleste LED-armaturer er L timer, men der forekommer afvigelser både opad og nedad. Den forventede levetid afgøres af en række forskellige faktorer: Valg af LED (fabrikat og type). Hvor hårdt den valgte LED drives (dvs. hvor høj strøm den drives med). Armaturkonstruktion (med hensyn til lysdiodens eller LED-modulets temperatur). Valg af forkobling (driver). Miljøet på det sted, hvor produktet installeres. Øvrige materialevalg i konstruktionen. lm/w Mindst timer Et LED-armatur kan have meget lang levetid, forudsat at det har en velgennemtænkt konstruktion og består af komponenter af høj kvalitet. En lysdiode går meget /1000 lm 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Skematisk diagram over tab. Billedet viser forløbet fra den enkelte diode via varmetab i modulerne (hvor dioderne varmer hinanden), i armaturet, lystab gennem linser, reflektorer og forkoblinger frem til det lys, der faktisk kommer ud af armaturet. Afhængig af konstruktionen kan hvert tab være større eller mindre Ny teknik og effektivisering gør, at omkostningerne til LED-komponenter stadig falder, men forventes at stabilisere sig. Diagrammet viser, hvad der er sket hidtil og den forventede omkostningsudvikling for et LED-modul. 9

10 Når levetiden L 70 er opnået, fortsætter lysdioden med at producere lys i lang tid, men lysstrømmen mindskes yderligere. Derfor bør LED-modulet eller hele armaturet skiftes ud. Ny teknik kan medføre, at det bliver rentabelt at opgradere hele installationen. At man efter års driftstid vælger at beholde gamle armaturer til trods for, at der findes en nyere og mere effektiv teknik, er ikke sandsynligt. Vedligeholdelsesfri LED-armaturer er stort set vedligeholdelsesfrie i hele deres levetid, og i mange tilfælde kan LED-enheden heller ikke udskiftes, når den er opbrugt. At slippe for at skifte lyskilder kan i mange organisationer spare mange penge og megen tid, eftersom man ikke behøver at stille personale og lifte til rådighed. Men selvfølgelig skal man, selv når det gælder LED-armaturer, tage hensyn til tilsmudsning indendørs såvel som udendørs. En af fordelene ved LED er, at der med denne teknik kan fremstilles farvet lys uden brug af et filter, hvilket er noget der sparer meget energi Sådan beregnes den forventede levetid: Efter timer bibeholdes ca. 70 % af lysstrømmen (L h). 10

11 Effekten på miljøet i form af lavere elforbrug er stort ikke mindst i de tilfælde, hvor elektriciteten kommer fra energikilder, som ikke er miljøoptimerede. LED. Det miljøsmarte alternativ Også ud fra et miljømæssigt perspektiv er LED-teknikken en revolution. Energieffektiviteten og den lange levetid er de to faktorer, som har størst gennemslag. Et LED-modul er en elektronisk komponent bestående af kredsløbskort og halvledere. Forudsætningerne og rutinerne for genanvendelse er dermed de samme som for anden elektronik. En fordel i forhold til traditionelle lyskilder som f.eks. lysrør er, at LED-modulerne ikke indeholder noget kviksølv, hvilket forenkler håndteringen og mindsker risikoen for udslip. Suveræn effektivitet Som altid, når det gælder belysning, er den største miljøpåvirkning relateret til energieffektiviteten. LED-teknikken er meget energieffektiv og giver store mængder lys i forhold til den elektricitet, som forbruges. Effekten på miljøet i form af lavere elforbrug er stort ikke mindst i de tilfælde, hvor elektriciteten kommer fra energikilder, der ikke er miljøoptimerede, som f.eks. kulkraft. I takt med den tekniske udvikling fortsætter også lysudbyttet ved LED med at stige dramatisk. Der findes eksempler på produkter, som i et laboratoriemiljø giver mere end 200 lumen pr. watt. Disse lysdioder er dog endnu ikke klar til kommerciel lancering. Mindre slid og kassering Et LED-modul har en levetid, som langt overstiger den traditionelle lyskildes. Dette medfører et mindre materialeforbrug, mindre "slid og kassering" og mindre belastning på genbrugssystemet. Et LED-armaturs miljøpåvirkning i form af energieffektivitet og levetid afhænger dog altid af, hvordan armaturet er konstrueret, og i hvilken sammenhæng det skal fungere. Derfor er det vigtigt at beregne forudsætningerne i det enkelte projekt og ikke blindt stole på laboratorietests lm/w Dette diagram viser, hvordan effektiviteten ved LED forventes at stige indtil år Den gennemsnitlige årlige effektivitetsstigning er omkring 10 %. 11

12 Den, der sætter et LED-lysrør ind i en eksisterende installation, overtager produktansvaret for hele armaturet. Retrofit. Er det nok bare at udskifte lyskilden? Energieffektiv, driftsikker og med lang levetid. LED-teknikken er på mange måder overlegen i forhold til de traditionelle lyskilder. Men for at den virkelig skal komme til sin ret, kræves der armaturer, som er udviklet specielt til LED. Ud fra et kortsigtet økonomisk perspektiv kan det forekomme rentabelt at beholde de eksisterende armaturer og bare udskifte lyskilden med LED. På markedet findes der mange typer af de såkaldte retrofit-lyskilder, som er beregnet til at blive brugt på denne måde. Disse LED-løsninger er blandt andet tænkt som en erstatning for koldt halogenlys (HRGI) med op til 50 W og andre former for halogenpærer. En del af dem kan også lysreguleres. Denne type af lyskilde kan fungere godt i de sammenhænge, hvor kravene til lysstrøm, lyskvalitet og effektivitet er noget lavere, f.eks. i hjemmet. Manglende produktstandard I offentlige miljøer, hvor hovedparten af de eksisterende armaturer er udformet til forskellige typer af lysrør, får fremgangsmåden helt andre følger. På markedet findes der også LED-lysrør, som skal erstatte T8-lysrør (26 mm) drevet af konventionelle forkoblinger. Et armatur, som oprindeligt er konstrueret til lysrør, fungerer i almindelighed ikke særligt godt med LED-lysrør. Nogle af LED-lysrørene har også vist sig at have en konstruktion, som gør dem direkte farlige. Det svenske Elsäkerhetsverket har blandt andet gjort opmærksom på dette og tvunget leverandører til at trække deres produkter tilbage fra markedet. For nærværende findes der ingen produktstandard for denne type af LED-lysrør, og de omfattes heller ikke af standarden for lysarmaturer. Dette medfører ikke bare tekniske, men også teoretiske problemer, eftersom den oprindelige belysningsplanlægning påvirkes. Det er værd at tænke på, at den, der sætter LED-lysrør ind i en eksisterende installation, overtager produktansvaret for hele armaturet. 12

13 Lyskvalitet Kvaliteten af LED-lyset bestemmes af mange faktorer. Farvetemperatur, farvegengivelse og farvekvalitet påvirker både, hvordan lyset arbejder og hvordan det opleves. Der er mange positive effekter i forbindelse med et gennemtænkt armatur. Eftersom LED teknisk adskiller sig fra traditionelle lyskilder, er egenskaberne ikke direkte sammenlignelige, men kravene til, hvordan lyset fra et godt armatur skal opføre sig, er selvfølgelig de samme. Farvetemperatur En lyskildes farvetemperatur angives i kelvin (K). Kelvin er oprindeligt et mål for farven på et opvarmet (og dermed glødende) sort legeme. I forbindelse med el-pærer med glødetråd er målet let at anvende, da farvetemperaturen (CCT) i kelvin bliver den samme som den faktiske temperatur i glødetråden. I forbindelse med lyskilder uden glødetråd f.eks. lysstofrør, udladningspærer og LED angives en korreleret farvetemperatur i kelvin. De instrumenter og målinger, som findes, er dog udviklet til traditionelle lyskilder og ikke specifikt til LED. Den Internationale Belysningskommission (CIE) har derfor indledt et arbejde med at udvikle nye måder at måle på. Selvom forskellige produ- Y 520 Både når det gælder farvetemperatur og farvekvalitet er det vigtigt ikke at stirre sig blind på nyværdien. Undersøg også, hvordan kvaliteten forandres i løbet af produktets forventede levetid. center angiver nøjagtigt samme farvetemperatur, kan den adskille sig fra producent til producent. Farvetemperaturen i LED kan også ændre sig over tid, hvilket indebærer, at værdien efter nogle tusinde brændetimer ikke er det samme som for et nyt produkt. Når lysdioderne produceres, bliver variationen stor, både hvad angår farvetemperatur og lysstrøm. Derfor er det nødvendigt at udvælge et begrænset sortiment, hvilket på fagsprog kaldes binning (sortering). Producenten opdeler resultatet af produktionen i forskellige grupper afhængigt af ydelsen. Jo snævrere valg, men foretager, dvs. at man udelukkende accepterer lysdioder fra en enkelt sorteringsgruppe, jo mere ensartet bliver produktkvaliteten. Konsekvensen er, tilgængeligheden mindskes og prisen øges, og derfor forsøger man normalt at vælge og acceptere dioder fra et antal nærliggende sorteringsgrupper. Variationer i hvidt lys Hvidt LED-lys skabes som regel ved, at en blå lysdiode forsynes med et lag lyspulver bestående af fosfor. Dette kan enten være placeret direkte på dioden eller på en ydre plade. Belægningen omdanner en del af strålingen til hvidt lys med forskellige farvetemperatur en proces, som minder om den i et almindeligt lysrør. Lyskvaliteten bestemmes af specifikationen for den blå lysdiode, samt hvor nøjagtigt fosforet er tilpasset til den valgte diode. Hvide dioder findes i et stort antal farvetemperaturer, fra varm hvid til meget kold ( K). Eftersom en blå lysdiode er grundlaget for det hvide lys, er effektiviteten højere ved koldere farvetemperatur. En varmere farvetemperatur kræver nemlig, at fosforet omdanner en større andel af det oprindelige blå lys X Illustrationen viser, hvordan man beregner korreleret farvetemperatur. Den indtegnede kurve viser farvetemperaturen i faktiske Kelvingrader. For at finde den korrelerede farvetemperatur måles lyskildens kromacitet. Denne værdi ligger på en af de isotermiske linjer, og der hvor linjen krydser kurven, sættes den korrelerede farvetemperatur. Princippet bag at skabe et hvidt lys fra en blå diode, eller i tilfældet til højre, fra en klynge af dioder. På en enkelt diode dækker fosforet dioden, og i et modul er fosforet placeret på en plade, som dækker alle dioder i modulet. 13

14 Farvegengivelse Farvegengivelsen for LED er ikke helt den samme som for en traditionel lyskilde. Den angives dog i Ra/CRI, ligesom for de øvrige lyskilder. Ra-skalaen går fra og er et mål for lyskildens evne til at gengive farver. Farvegengivelsen (Ra) kan afhængig af valg af lysdiode normalt variere fra 60 til 95. En høj Ra medfører oftest et noget lavere lysudbytte. Farvegengivelsen bedømmes iht. CIE's metode og måles normalt ud fra otte farver iht. CRI (Color Rendering Index), og dette indeks går fra 1 8 (se illustrationen). Farvegengivelsesindekset (CRI Color Rendering Index) angives som en middelværdi (Ra), og en lyskilde kan altså være god til at gengive syv af disse, men dårligere til at gengive den ottende. Som supplerende skala findes Ra 1 14, der indeholder yderligere seks farver. Som vist på illustrationen kan den aktuelle lysdiode ikke gengive den klare røde farve, nummer 9, på en optimal måde, hvilket får den følge, at middelværdien for Ra 1 14 er lavere end den er for Ra 1 8. Uanset middelværdi kan man alligevel aflæse, at gengivelsen af den røde farve ikke er den bedste, hvilket er almindeligt, når det drejer sig om lige netop LED. Farvegengivelsen kan altså variere mellem forskellige dioder fra forskellige producenter, men er knyttet til lysdiodens spektralfordeling. En undersøgelse af spektralfordelingen kan give flere oplysninger om lysdiodens evne til at gengive farver. Det også er værd at bemærke, at farvegengivelsen kan variere mellem en ny LED og én, som har brændt nogle tusinde timer. LED 4000 K (Fortimo) Wavelength (nm) T K Wavelength (nm) Tungsten Wavelength (nm) CDM Wavelength (nm) CRI(1 8) CRI(1 14) 14

15 Kromacitet Et LED-produkts kromacitet (farvekvalitet), dvs. hvor stor afvigelsen er i lysfarven, angives med MacAdam-ellipser SDCM (Standard Deviation of Color Matching) iht. standarden CIE MacAdam-systemet kommer oprindeligt fra USA og indebærer, at farvekvaliteten gradueres på en skala fra Mellem 0 og 4 er det svært at se farveforskelle, men længere oppe på skalaen kan man opleve tydelige og direkte forstyrrende forskelle i visse applikationer. Problemerne er størst, når man lyssætter hvide flader eller placerer LED-lister meget tæt på en hvid væg. I andre applikationer er problemerne små, men en god regel er at undgå MacAdam 7 SDCM eller derunder i indendørs applikationer. I et udendørsmiljø kan MacAdam 7 SDCM dog være fuldt tilstrækkelig, mens kravene indendørs normalt ligger på MacAdam 3 5 SDCM. En tydelig tendens er, at kvaliteten forbedres lidt efter lidt. Til sammenligning ligger et T5-lysrør fra de store producenter inden for MacAdam 4. Også når det gælder farvekvaliteten er det vigtigt ikke at stirre sig blind på nyværdien, men også undersøger, hvordan kvaliteten ændrer sig i løbet af produktets forventede levetid. Nogle lysdioder kan holde en meget høj farvekvalitet i de første tusind timer, men forringes derefter hurtigt. Også armaturkonstruktionen kan have en negativ påvirkning på, om kølingen af lysdioden er for dårlig, eller om lysdioden drives for hårdt. 15

16 Metoder til dokumentation CELMA, som er den europæiske organisation for armaturproducenter, anser det for at være vigtigt, at armaturleverandører trods manglen på fuldt dækkende standarder dokumenterer deres LED-armaturer på en ensartet måde. Som følge heraf deltager CELMA aktivt i standardiseringsarbejdet og har i afventning af færdige standarder foreslået et antal parametre og målemetoder til dokumentation af LED-armaturer. Disse parametre vil med al sandsynlighed kunne findes i de kommende standarder IEC og CEN. Fordelene ved en ensartet dokumentation er, at det bliver muligt at sammenligne LED-armaturer fra forskellige producenter på en rigtig og retvisende måde. Markedets aktører ved da også, hvilke oplysninger de skal kræve fra leverandører, der ikke er medlemmer af CELMA, for at kunne foretage rigtige sammenligninger. Målingerne foretages på et komplet armatur med en dertil beregnet forkobling. Målingen sker ved en omgivelsestemperatur (T a ) på 25 C, hvor værdierne har stabiliseret sig Stor variation i farvekvaliteten giver en større ellipse og en højere MacAdamværdi. Ellipsens størrelse udregnes ved hjælp af en formel. Med LED af dårlig kvalitet kan der opleves direkte forstyrrende forskelle. Problemerne er størst, når man lyssætter hvide flader. 16

17 Konstruktionen af et LED-armatur, som er beregnet til arbejdsmiljøer, kræver nøje afvejning mellem komfort og økonomi. Visuel oplevelse Den store udfordring, når det gælder LED-belysning, er at holde blændingen inden for rimelige niveauer. Det er ikke ualmindeligt, at dioder og LED-moduler har en luminans (lysintensitet) på over cd/m². Dette skal sammenlignes med et standard T5-lysrør, som har en luminans på cd/m². Konstruktionen af et LED-armatur, som er beregnet til arbejdsmiljøer, kræver altså en meget nøje afvejning mellem komfort og økonomi. Ud fra et økonomisk synspunkt er et nøgent LED-modul med kølelegeme og ekstern driver givetvis det bedste, hvis man udelukkende ser på forholdet mellem lumen og watt. Teoretisk set skulle man kunne bygge en variant af et kontorarmatur med LED'er placeret på en række på en aluminiumflade. Strømmen ville så kunne nå op på 120 lumen/watt, samtidig med at alle standarder skulle kunne opfyldes. Til gengæld ville det være direkte ubehageligt at opholde sig i lokalet. Jo højere effektivitet, desto mere blænder armaturet. Og dette er noget, som man skal have i tankerne ved valg af armatur selvom det pågældende armatur opfylder de gældende standarder. LED-armaturer med høje lysstrømme, som er beregnet til anvendelse i normale arbejdsmiljøer, kræver således en armaturkonstruktion, der ikke udelukkende lægger fokus på høj effektivitet, men også tager hensyn til luminanserne. Lyset fra en lysdiode eller et LED-modul skal næsten altid kontrolleres eller styres med reflektorer, linser eller en eller anden form for diffuserende materiale. Hvilke reflektormaterialer eller linser, der anvendes, er afgørende for armaturets effektivitet. Når det gælder linser, er det også almindeligt, at de er direkte knyttet til de respektive fabrikater og typen af lysdiode. 17

18 Forkobling og driftstemperatur Forkoblingen er hjertet, som driver en LED. Denne kan drives på flere forskellige måder, og derfor er det vigtigt, at man anvender den rigtige forkobling til armaturtypen. En forkert valgt eller forkert tilsluttet forkobling kan beskadige eller i værste fald ødelægge de tilsluttede LEDarmaturer. Drift af lysdioder eller LED-moduler kræver særligt tilpassede forkoblinger, såkaldte drivere. En forkobling omdanner 230 V netspænding til egnede værdier til drift af komponenten. Det er vigtigt, at forkoblingen er beregnet og godkendt til drift af lysdioder. De fleste tilpassede forkoblinger er desuden udført som SELV (Safety Extra Low Voltage), hvilket betyder, at selve dioden eller armaturdelene ikke behøver at blive beskyttet mod berøring. Ulempen ved SELV-systemet er, at effektiviteten bliver noget lavere sammenlignet med en løsning uden SELV, og grunden er, at der opstår tab i isolationskredsløbet. Armaturer uden SELV er konstrueret således, at det ikke er nemt at komme ind til LED-moduler eller tilhørende ledninger. Det kræver et værktøj at komme ind til komponenterne. Strøm eller spænding LED drives hovedsageligt på to måder med konstant strøm eller konstant spænding. Konstantstrømsdrift indebærer, at tilsluttede dioder drives med en konstant strøm, hvilket typisk er 350, 500, 700 eller 1050 ma. Ved konstantstrømsdrift er de tilsluttede LED'er serieforbundne til forkoblingen, og spændingen i kredsen afhænger af antallet af serieforbundne dioder. Hver diode har en gennemgangsspænding, og ved seriekobling adderes denne gennemgangsspænding med det tilsvarende antal dioder. En downlight med 3 dioder, som er beregnet til at blive drevet af en forkobling med konstant strøm, får en sekundærspænding på omkring 9 V DC (3 3 V). Hvis flere armaturer serieforbindes med en fælles forkobling, skal spændingen ganges med antallet af armaturer. Ved konstantstrømsdrift er de tilsluttede LED'er serieforbundne til forkoblingen. Ved konstant spænding er de tilsluttede LED'er parallelforbundet til forkoblingen. 18

19 SELV-begrænsningerne betyder, at man ikke kan serieforbinde et hvilket som helst antal dioder, eftersom sekundærspændingen i så fald bliver for høj. Desuden er det ikke sandsynligt, at forkoblingen er i stand til at udsende en så høj spænding eller effekt. SELV-begrænsning i EN (armaturstandard): For IP 20-armaturer gælder maks. 60 V DC, og for armaturer med en højere kapslingsklasse end IP 20 gælder 30 V DC. Dette er under forudsætning af, at dioderne kan berøres. Hvis de er beskyttede, er den tilladte spænding 120 V DC. Der skal dog altid tages hensyn til armaturets certificering samt hvilke forkoblinger, der anbefales. Konstant spænding anvendes oftest til LED-produkter med et stort antal dioder, eksempelvis LED-lister eller LED-produkter med funktionen lysende linje. De tilsluttede LED'er er så forbundet parallelt til forkoblingen. Den konstante spænding er normalt 8, 10, 12, 24 eller 120 V DC. Flere LED-produkter kan parallelforbindes til en fælles forkobling, forudsat at den kan klare den tilsluttede belastning. Noget, der skal overvejes, er spændingsfaldet i ledninger, som beregnes på samme måde som traditionelle lavspændingsinstallationer. Brug den rigtige forkobling Uanset driftstypen er det vigtigt, at forkoblingen er tilpasset til den type af LED-armatur, der skal drives. Også polariteten er vigtig, eftersom det er jævnspænding (DC), der gælder. En forkert valgt eller forkert tilsluttet forkobling kan beskadige eller ødelægge de tilsluttede LED-armaturer. Det er vigtigt, at forkoblingen er beregnet og godkendt til drift af lysdioder. Selv om visse lysdioder kan drives 19

20 af konventionelle transformatorer, så kan disse mangle forskellige former for beskyttelse, såsom kortslutningsbeskyttelse, hvilket kan medføre personskader. Driftstemperatur Traditionelle lyskilder udstråler altid varme. LED afgiver ingen varme i selve lyset, men varmen er alligevel et problem. Sammenlignet med traditionelle lyskilder, som afkøles af den omgivende luft, skal en lysdiode afkøles gennem materialet bagved. Varmen er altså det, der har størst negativ indvirkning på LED, når det gælder levetid, lysudbytte og effektivitet. Ved udviklingen af LED-armaturer sørger Fagerhult derfor altid for, at temperaturen for de komponenter, der indgår, holdes inden for fabrikantens specifikation og svarer til de krav, vi stiller i vores egen politik. Fagerhults LED-politik Fagerhult anvender kun dioder eller LED-moduler fra de anerkendte producenter, og vi stræber efter, at de drives optimalt med hensyn til levetid og effektivitet. Den største negative indvirkning er en for høj temperatur. Ved udviklingen af LED-armaturer sikres det derfor, at temperaturen for de komponenter, der indgår, både holdes inden for fabrikantens specifikation og opfylder de krav, vi stiller i vores egen politik. Denne politik er den samme, som vi allerede i mange år har anvendt til anden elektronik, såsom HF-forkoblinger og nødlysaggregater. Rent konkret indebærer det, at vi tillægger en sikkerhedsmargin, når vi måler LED-modulets tc-temperatur eller beregner lysdiodens temperatur (t j ). På denne måde sikres det, at den angivne forventede levetid modsvares af marginalen. Denne margin kan normalt skabes uden at øge omkostningerne ved produktet, da der tages hensyn til dette meget tidligt i udviklingsprocessen. For at optimere konstruktionen anvendes en software til temperatursimuleringer, og beregningen kontrolleres ved at bruge et varmekamera på armaturprototyper. Ved kontrollen eller prøvningen installeres armaturet altid på den måde, som det er tænkt, at det skal anvendes af slutkunden. 20

21 Styring LED-belysning af høj kvalitet kan med fordel reguleres gennem forskellige lysstyringssystemer. Ud over at have kontrol over intensitet, tid, dagslysindfald og bevægelse, er der også helt nye muligheder for at styre lysets farve. Lysstyring af LED foregår professionelt ved hjælp af forkoblinger med såkaldt pulsbreddemodulering (ofte forkortet PWM). Den tilsluttede belastning drives således med en teknik, der består af en firkantsbølge med varierende frekvens. Belastningen slås så til og fra med en høj frekvens, hvilket opleves, som om lysniveauet ændres. Forkoblinger med PWM fås med forskellige typer af kontrolgrænseflader, såsom DALI, DSI, DMX 512 og switchdim. PWM-enheder fås også som løse enheder, der kan kobles mellem forkoblinger med konstant spænding og belastning. Ofte sættes der lighedstegn mellem DMX, RGB og LED, og enkelt beskrevet er DMX en styreenhed, som styrer alle belastninger. DMX 512 er en standardprotokol, som fra begyndelsen er udviklet til via lyspult at styre belysning og lysdæmper i teatermiljøer. Overførselshastigheden er stor og stiller dermed krav til både installation og valg af kabler og tilslutninger. Udviklingen af lyskilder og behovet for farvet lys i forskellige applikationer har dog gjort, at DMXstyringen også anvendes i mange andre miljøer. DMX udvikles DMX findes også som en nyligt opdateret version, RDM, hvor man kan adressere belastninger via DMX-kablerne. Dette kræver, at der både er valgt de rigtige belastninger og den rette software. Den mest almindelige måde at adressere DMX er ved indstilling af en DIP-switch på hver enhed. (RDM fås i dag blandt andet i Fagerhults Pleiad LED Wallwasher med Lexel). DMX sammenlignet med DALI Ved en sammenligning mellem DMX og DALI er forskellene større end lighederne. DALI er udviklet med fokus på energieffektiv lysrørsbelysning i offentlige miljøer, hvor mennesker opholder sig og arbejder. Gennemslagskraften ved DALI har været stor i forhold til dens begrænsning, men enkelheden har været afgørende. Flere styreenheder kan kontrollere alle eller dele af belastningerne. Inden for en ikke alt for fjern fremtid vil DALI Color Control Command blive tilføjet og supplere den nuværende DALI-standard. Farveskift med RGB/DMX Farveskift med LED i farverne rød, grøn og blå kaldes generelt for RGB-styring. Ved at blande og kombinere de tre farver i forskellige styrker er det muligt at skabe ca forskellige farver. Hvis man vil skabe sin egen farve, kræver det en eller anden form for styreenhed eller grænseflade til et softwareprogram, der kommunikerer via DALI eller DMX 512. Styreenheden kan være en lyspult hvilket hører til sjældenhederne i mange applikationer en router eller en eller anden form for kontrolpanel. Sammenligning af DALI/DMX Styreprotokol DALI DMX Hastighed Langsom Hurtig Antal adresser Flere enheder på samme adresse Nej ¹) Ja Automatisk adressering Ja Nej ²) Centraliseret styring Nej Ja Decentraliseret styring Ja Nej Kabellængde 300 m 300 m Kabelkrav Nej Ja, Cat5 Slutmodstand Nej Ja 1) Omformer til 1 10 V er almindeligt. 2) RDM-armaturer kan adresseres via software. 21

22 Højere effektivitet, lavere priser og bedre anvendelse af teknikken vil bidrage til en fast øget efterspørgsel efter LED. 22

23 LED. Et blik på fremtiden Udviklingen inden for LED er svimlende. På bare nogle få år er effektiviteten fordoblet, samtidig med at omkostningerne er faldet kraftigt. Hvad bliver det næste? Udviklingen vil sandsynligvis fortsætte, selvom den udjævnes en smule. Det er ikke urimeligt at forvente, at LEDsystemer, som i dag ligger på 100 lm/w, i løbet af 1 2 år vil være oppe på omkring 150 lm/w. Efterhånden som volumenerne øges, vil omkostningerne falde, men hvor meget er mere usikkert. Det står dog klart, at højere effektivitet, lavere priser og bedre anvendelse af teknikken vil bidrage til en fast øget efterspørgsel efter LED-armaturer til offentlige miljøer. Det er ikke forkert at antage, at LEDbelysningen inden for omkring ti år vil dominere salget. Som et led i videreudviklingen driver Fagerhult et forskningsarbejde, som sigter mod at finde ud af, hvordan mennesker opfatter LED-belysning. Indikationer på, at LEDlys opfattes som værende lysere end lyset fra traditionelle lyskilder ved samme effekter, gør, at der måske er mulighed for yderligere energibesparelser. Man arbejder også på at udvikle endnu flere applikationer til almen- og arbejdsbelysning, som kan erstatte armaturer med T5-lysrør. Inden for belysningsindustrien pågår der også et fælles standardiseringsarbejde, som kaldes Zhaga. Arbejdet sigter mod at udvikle fælles produktstandarder, både hvad angår fysiske mål og tilslutninger til elektriske, fotometriske og termiske produktstandarder. Arbejdet angår først og fremmest LED-moduler og forkoblinger med det formål at forenkle udskiftningen heraf. De første standardiserede moduler forventes at kunne fås i løbet af

24 produced by fagerhults belysning ab Fagerhult udvikler, producerer og markedsfører professionelle belysningssystemer til offentlige miljøer som f.eks. kontorer, skoler, industrier og sygehuse. Fagerhult har fortsat fokus på design, funktion, fleksibilitet og energibesparende løsninger. Fagerhult er en del af Fagerhultgruppen, en af Europas ledende belysningskoncerner med aktiviteter i flere end 15 lande. AB Fagerhult er noteret på Nasdaq OMX Den Nordiske Børs i Stockholm. fagerhult as Sluseholmen 8 A, København SV Tlf Fax post@fagerhult.dk DK