Porównanie właściwości aplikacyjnych oświetlenia żarowego i diodowego LED, ELEKTROENERGETYKA, Wyższe ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
tana także w miejscach gdzie istniejca dotychczas infra-
struktura komunikacyjna została zniszczona przez wystpie-
nie klski żywiołowej. Rozmieszczenie zasilanych bateryjnie
sensorw umożliwiłoby budow tymczasowej sieci, pozwa-
lajcej na komunikowanie si pomidzy członkami zespołu,
przeprowadzajcego akcj ratunkow.
dowolne urzdzenie ssiadujce. Rozwizania sprztowe
i programowe sprawiaj także, że urzdzenia sprawnie za-
rzdzaj poborem mocy, co umożliwia nawet kilkutygodniow
prac systemu bez wymiany, bdź doładowania akumulato-
rw zasilajcych. Małe wymiary wzłw (29 x 3310 mm) oraz
modułowa budowa pozwalaj na ich zastosowanie w dowol-
nym systemie, lub dodanie układw realizujcych dodatkowe
funkcj.
Podsumowanie
W publikacji przedstawiony został unikatowy system automa-
tycznego pozycjonowania obiektw. Zainplementowano w nim
dwie metody pozycjonowania: lokalizacja przy użyciu RSSI
(dokładnoś określenia pozycji 3 metry) oraz lokalizacja za
pomoc ultradźwikw (uzyskana dokładnoś zostaje znacz-
nie zwikszona i stanowi rzd kilkunastu centymetrw).
Urzdzenia, działajc niezależnie od siebie i jednocześnie si
uzupełniajc, tworz w pełni skalowaln sie ad-hoc. Uszko-
dzenie dowolnego wzła nie powoduje problemw w pracy
systemu, gdyż dziki zaimplementowanym algorytmom, jak
i symetrycznej budowie każdego z nich jego funkcje przejmuje
Literatura
[1 PalCom External Report no 35: Deliverable 26 (2.7.1).
[2 Grewel M. S., Weill R. L., Andrews A. P.: Global Positioning Sys-
tems, Integral Nawigation, and Integration. John Willey & Sons,
2001.
[3 Basagni S., Conti M., Giordano S, Stojmenovic I.: Mobile Ad Hoc
Networking. IEEE Press, 2004.
[4 Santi P.:Topology Control in Wireless Ad Hoc and Sensor Ne-
tworks . Joh.n Willey & Sons, 2005.
[5 Ilyas M.: The Handbook Of Ad Hoc Wireless Networks. CRC
Press, 2003.
Porównanie właciwoci aplikacyjnych owietlenia
arowego i diodowego LED
mgr in. WOJCIECH GRZESIAK, mgr TOMASZ MAJ, mgr in. JERZY POCZĄTEK
Instytut Technologii Elektronowej, Oddział w Krakowie
Oświetlenie realizowane za pomoc diod elektroluminescen-
cyjnych polega na użyciu od pojedynczej lub do całych grup
diod w zależności od wymaganych natżenia światła, kształtu
snopu światła oraz barwy i spektrum. Na tak sytuacj silnie
rzutuje okolicznoś, że według aktualnego stanu techniki moc
pojedynczej diody LED z reguły nie przekracza 10 W, a wciż
najpopularniejszymi i stosunkowo najtaszymi s wykonania
o mocy ułamkw W, chociaż prowadzone s intensywne
prace nad zwikszeniem mocy jednostkowej diod. Std naj-
czściej praktykowane składanie diod w grupy umożliwia
zwikszanie, skupianie, rozpraszanie i formowanie żdanego
strumienia świetlnego. Pewn komplikacj stanowi tu oko-
licznoś, że światło diod LED nie może by formowane za po-
moc reflektorw czy odbłyśnikw, a jedynie za pomoc
soczewek, zwykle tworzcych całoś z korpusem diody. So-
czewki te s w stanie ogniskowa strumie generowany przez
diod w zakresie od kilku do ponad stu stopni ktowych. Po-
wyższe cechy w znacznym stopniu rzutuj na kształt, kon-
strukcj i rozmiary oświetleniowej lampy LED.
Głwne zalety oświetlenia diodowego to: wysoka spraw-
noś przetwarzania energii elektrycznej na świetln, bardzo
długa żywotnoś i duża niezawodnoś w porwnaniu z lam-
pami wolframowymi. Duża jest łatwoś regulacji jasności, co
z kolei ułatwia modelowanie i kompozycj barwy oświetlenia,
poczwszy od złożonej białej po czyste oddzielne trzy
składowe, jeżeli dysponuje si diodami o trzech kolorach, tzn.
R, G lub B. Diody LED charakteryzuj si poza tym bardzo
mał bezwładności świetln, ok. miliona razy mniejsz od
bezwładności lamp wolframowych. Cecha ta umożliwia two-
rzenie całych połaci ekranw świetlnych dla celw telewizyj-
nych, reklamowych lub informacyjnych. Diody LED s odporne
na wstrzsy i wibracje, znikoma jest emisja podczerwieni i ul-
trafioletu, std znikome s szanse na zapocztkowanie ognia.
Wśrd wad najwiksz jest koniecznoś zasilania
wyłcznie stałoprdowego, a nie napiciowego. W zwizku
z charakterystyk I-U diod zbliżon do charakterystyki diod
Zenera, wchodzi w rachub wyłcznie szeregowe ich
połczenie, przy czym źrdło prdu winno - o ile to możliwe
dysponowa stabilizowan wartości prdu. Dla porwnania
- wszystkie żarwki wolframowe bywaj z reguły zasilane
mniej lub bardziej stabilizowanym napiciem i s zasadniczo
łczone rwnolegle.
Nadal wysokie s ceny rynkowe lamp LED w przeliczeniu
na 1 W pobieranej mocy w porwnaniu z żarwkami wolfra-
mowymi. Można si spodziewa, że do 2030 r. ceny te zrw-
nałyby si, gdyby nie doszło do oczekiwanego wcześniejszego
nakazu likwidacji źrdeł żarowych ze wzgldu na nieuniknione
światowe oszczdności energetyczne. Wprowadzenie takiego
nakazu jest wysoce prawdopodobne w świetle już teraz for-
mułowanych wytycznych ze strony UE. Ponadto z uwagi na
generaln przewag pozytywnych cech lamp LED już obec-
nie można mie pewnoś co do szerokiego przyszłościowego
ich rozpowszechnienia.
Zestawienie porównawcze ródeł wiatła
arowych i elektroluminescencyjnych
Jak zaznaczono wcześniej, celem niniejszej pracy jest doko-
nanie porwna wad i zalet omawianych głwnych źrdeł
światła, zarwno w wykonaniach aktualnych jak i przyszłoś-
ciowych. W
tab.
przedstawiono pewne interesujce dane po-
rwnawcze, charakterystyczne dla obu grup źrdeł i nie tylko.
230
ELEKTRONIKA 11/2008
Dane aktualne i prognozy rozwoju źrdeł światła (za zezwoleniem OIDA)
Technologie/lata
SSL-LED
2002
SSL-LED
2007
SSL-LED
2012
SSL-LED
2020
Systemy
żarowe
Systemy
fluorescencyjne
Parametry
Wydajnoś świetlna (lm/W)
25
75 150 200 16
85
Trwałoś (tys. godz)
20 > 20 > 100 > 100 1
10
Strumie świetlny (lm/lamp)
25
200 1000 1500 1200
3400
Moc pobierana (W/lamp)
1
2.7 6.7 7.5 75
40
Koszt 1 lm ($/klm)
200
20 < 5 < 2 0,4
1,5
Koszt 1 lampy ($/lamp)
5
4
< 5 < 3 0,5
5
Indeks odtwarzania barwy (CRI) 75
80 > 80 > 80 95
75
Obszary zastpowania dotychcza-
sowych źrdeł światła
źrdła mało-
strumieniowe
źrdła
żarowe
źrdła fluo-
rescencyjne
wszelkie -
-
Oświetlenie typu żarowego jest znane i szeroko stoso-
wane od wielu dziesicioleci i zwizane z nim problemy tech-
niczne i technologiczne zostały już całkowicie opanowane.
Żarwki s powszechnie używane, a ich rynkowe ceny s nie-
zwykle niskie. Doprowadzenie do takiego stanu rzeczy i po-
ziomu wiedzy wymagało wieloletnich wysiłkw i doświadcze,
tym bardziej, że oświetleniowe własności źrdła s ściśle po-
wizane z czułości ludzkiego oka. Na
rys. 1.
przedstawiono
wzgldn spektraln przecitn czułoś oka ludzkiego za po-
moc dwch charakterystyk, jednej dla światła dziennego (Vl)
i drugiej dla warunkw nocnych (V
λ
)[1.
we wsplnej obudowie wraz z typowym cokołem żarwko-
wym, rwnież przeznaczone do zasilania z sieci 110230 V
prdu przemiennego. Lampy te były oznaczone i reklamo-
wane jako cechujce si zbliżon jasności, pierwsza o mocy
znamionowej 10 W, stanowica odpowiednik żarwki wolfra-
mowej o mocy 60 W, druga o poborze mocy 8 W, stanowica
odpowiednik żarwki 40 W. Interesujc cech obu lamp LED
była uniwersalnoś napicia zasilania w przedziale
120230 V napicia sieci. Przeprowadzone pomiary inten-
sywności świecenia w tak szerokim zakresie wykazały jej
praktyczn niezmiennoś, co korzystnie świadczy o jakości
miniaturowego stabilizatora prdu lamp LED, umieszczonego
wewntrz nasady cokołu każdej z lamp. Obie lampy były pro-
duktami firmy Brilliance Technologies Co. Ltd (
rys. 2
).
Charakterystyki rozkładu natżenia światła przedstawione
na
rys. 3
i
4
, zmierzone na płaskiej powierzchni z odległości
0,85 m wykazuj w przybliżeniu takie samo natżenie w ob-
szarze centralnym, wielkości nie przekraczajcym rozmia-
rw ksiżki. Komentarze wydaj si tu zbdne, bo kt
przestrzenny emisji światła żarwki, bliski 360, jest niepo-
rwnywalnie wikszy, niż w przypadku lamp LED. Jedynie
specjalna konstrukcja lampy LED o rozmieszczeniu wielu diod
na podłożu montażowym o kształcie małej kuli mogłaby w tym
wzgldzie dorwna żarwce. Podobnie i charakterystyki kie-
runkowe lamp wolframowej (
rys. 5
) oraz LED 10 W (
rys. 6
.)
s całkowicie rżne, chociaż każda z nich może znaleź
osobne zastosowania w razie konkretnej potrzeby. Warto
Rys.1. Względna czułoć spektralna oka ludzkiego
Fig.1. The relative spectral sensitivity of a human eye
Ograniczenie żywotności lamp żarowych wynika głwnie
z wyparowywania wolframu w wysokiej temperaturze eks-
ploatacji. Wynosz one w przypadku prżni 2500K, a nawet
2700K przy zastosowaniu atmosfery gazw obojtnych. To
wyparowywanie zatem jest powodem dwukrotnego skrcenia
żywotności włkna wolframowego oraz trzykrotnego jej
wydłużenia w przypadku odnośnej zmiany napicia zasi-
lajcego w granicach 10%.
Częć dowiadczalna
Do bada dla przykładowych celw porwnawczych użyto
trzech źrdeł światła. Jednym była popularna rynkowa wersja
wolframowej żarwki 230 V 60 W, a drugim i trzecim lampy
złożone z 9. oraz 3. zgrupowanych diod LED, zmontowanych
Rys. 2. Lampy LED o uniwersalnym zasilaniu sieciowym [2,3]
Fig. 2. Universally AC mains powered LED lamps
ELEKTRONIKA 11/2008
231
Rys. 3. Rozkład natęenia wiatła arówki wolframowej 60W
Fig. 3. Light intensity distribution of a 60W tungsten bulb
Rys. 6. Charakterystyka kierunkowa lampy LED 10 W
Fig. 6. A 10 W LED lamps directional characteristics
Rys. 4. Rozkład natęenia wiatła lampy LED 10 W
Fig. 4. Light intensity distribution of a 10 W LED lamp
Rys. 7. Charakterystyka kierunkowa lampy LED-owej 8 W
Fig. 7. An 8 W LED lamps directional characteristics
Rys. 5. Charakterystyka kierunkowa arówki wolframowej 60 W
Fig. 5. A 60 W tungsten bulbs directional characteristics
Rys. 8. Rozkład natęenia wiatła lampy LED-owej 8 W
Fig. 8. Light intensity distribution of an 8 W LED lamp
232
ELEKTRONIKA 11/2008
Rys. 9. Poglądowy wykaz intensywnoci owietlenia w zalenoci
od odległoci dla lampy LED 40 W/8 W
Fig. 9. Demonstrative list of light intensities as a function of the dis-
tance from the LED lamp
zwrci uwag, że trjdiodowa 8 W wersja lampy LED
o kształcie najbardziej zbliżonym do żarwki tradycyjnej wy-
kazuje już daleko posunite podobiestwo charakterystyki
kierunkowej (
rys. 7.
) do tradycyjnej (
rys. 5
.)
,
przy rozkładzie
intensywności oświetlenia uwidocznionym na
rys. 8
. Na
rys. 9.
przedstawiono pogldowy wykaz intensywności w funkcji od-
ległości od lampy dla wyboru rżnych barw.
Rys. 11. Wykresy widma lamp arowej 60 W i LED 60 W/10 W
Fig. 11. Spectrum characteristics of a 60 W tungsten lamp and a 60
W/10 W LED lamp
Przebiegi widm emitowanych przez lampy wolframow
i LED-owe zarejestrowano z pomoc spektrometru typu SPM-
12-1. Wprawdzie typowe widma światła żarowego i ciepłego
białych lamp LED rżni si wyraźnie, to badane uśrednione
wyniki subiektywnych ocen z pomoc oka ludzkiego s bar-
dzo podobne, jak to zreszt potwierdza producent lamp LED.
Wnioski
Rys. 10. Wykres widma typu ciepła biel” lampy LED 40 W/8 W
Fig. 10. LED 40 W/8 W lamps spectrum characteristics of the “hot
white” type
Przedstawione trzy lampy, tradycyjna i dwie diodowe LED
rżni si pod wieloma wzgldami. Obszary oświetlone z za-
pewnieniem takiej samej intensywności s kilkakrotnie wik-
sze w przypadku żarwek wolframowych, kilkakrotnie wikszy
jest jednak pobr energii zasilania. Z kolei porwnywane
lampy LED s - jak na razie - ok. 100 razy droższe niż
żarwki, charakteryzuj si ok. 40 razy dłuższ żywotności
i niezawodności, stosunkowo małym ktem stożka światła,
znacznie lepszymi własnościami w zakresie ochrony przeciw
pożarowej oraz ok. milion razy mniejsz bezwładności
świetln. Wszystkie te czynniki winny by już obecnie wszech-
stronnie rozważane przy projektowaniu oświetlenia. Pomimo
istniejcych w dobie dzisiejszej jeszcze pewnych niedostat-
kw lamp LED jest niemal pewne, że w kocu to LED stan
si źrdłami światła dnia jutrzejszego, chociażby z powodw
ekologicznych i nieuniknionych światowych ogranicze ener-
getycznych.
Widoczne wyraźne granice ktowe wizki światła ograni-
czaj zastosowania lampy do oświetlania powierzchni lub
przedmiotw o określonych rozmiarach, co ma swoje zalety
i wady. Przebieg widma (
rys. 10
i
11
.) cho znacznie mniej
rwnomierny, niż w lampach żarowych nie budzi zastrzeże
poza przypadkami szczeglnych wymaga w tym wzgldzie.
Dużymi zaletami badanych typw lamp LED-owych jest gwa-
rantowana żywotnoś 50 tys. godzin, niezawodnoś bez-
cenna w niektrych przypadkach oraz niska temperatura
obudowy, nie przekraczajca 60C.
Literatura
[1 Light Emitting Diodes (LEDs) for General Illumination An Oida
Technology Roadmap Update 2002, website
dia.gov/lightingdocs/OIDASSLLEDRoadmapFull.pdf
[2 Witryna internetowa:
[3 Witryna internetowa:
ELEKTRONIKA 11/2008
233
[ Pobierz całość w formacie PDF ]