_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________...

149
Комплексный подход к разработке эффективного светодиодного светильника наружного освещения Интерсвет-2010 LED форум Москва, 11.11.2010

Upload: sashast

Post on 16-Nov-2014

317 views

Category:

Documents


5 download

DESCRIPTION

 

TRANSCRIPT

Page 1: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Комплексный подход к разработке эффективного

светодиодного светильника наружного освещения

Интерсвет-2010

LED форум

Москва, 11.11.2010

Page 2: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

План семинара

10:15

Общие вопросы проектирования светодиодных систем наружного освещения.

Задачи, которые предстоит решать проектировщикам при расчете светотехнических

систем.

10:20 Обзор светодиодов Cree. Выбор светодиодов для систем наружного освещения с

учетом тенденций развития полупроводниковой техники

11:20 Вторичная оптика систем наружного освещения

11:50 Светотехнические требования к светильникам наружного освещения. Выбор формы

КСС на примере светильника для дорог категории Б

12:15 Перерыв

12:30 Реализация заданного светораспределения светильника наружного освещения

12:55 Схемотехническое решение. Термоменеджмент. Макетирование

13:10 Оценка результатов фотометрирования. Верификация модели

13:30 Заключительное слово. Выводы

Page 3: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Кто такие Rainbow Electronics?

Page 4: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Кто такие Rainbow Electronics?

4

• с 1992 года поставляем электронные компоненты российским, украинским и белорусским потребителям

• большой опыт, твердое положение на рынке электронных компонентов и авторитет у ведущих мировых производителей

• стабильные поставки, умеренные цены, необходимые информационные материалы и консультации

• инжиниринговый центр компетенций в области расчетов и проектирования сложных изделий светотехники

• набор готовых и спроектированных «под клиента» полузаконченных изделий для применения в полупроводниковом освещении

Page 5: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Кто такие Cree?

Page 6: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Глобальная компания

6

• Основана в 1987 • Публичная с 1993 (Nasdaq: CREE) • Штаб-квартира в Дурхаме, NC • Портфель патентов

• 601 патент США и 1094 иностранных патентов

• 11 основных офисов • 4500 сотрудников • Прибыль 2010 фин.года: 867,3 млн. USD • Расходы на R&D: 81,4 млн. USD

Page 7: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

$-$100 $200 $300 $400 $500 $600 $700 $800 $900

Power & RF LED

Продукты Cree

7

Components

+53% Y/Y Прибыль (млн)

Page 8: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Лидерство Cree в LED-технологиях

8

Наиболее яркие InGaN кристаллы

Класс общего освещения

ScreenMaster

Широкая линейка корпусов

Световой выход Эффективность

Качество света Надежность

Соответствие КСС

Высокая интенсивность

Page 9: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Кто такие Ledil?

Page 10: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Лидерство Ledil во вторичной оптике

10

• Основан в 2002 • Оборот 2010 фин.года около 7 млн.€ • Офисы продаж на всех континентах -Европа(35%) -США (20%) -Азия (40%) -около 5% в Австралии, Южной Африке и Южной Америке • 700 типов серийно производимых линз для 14 производителей мощных светодиодов • стандартные линзы • стандартные рефлекторы (метализированная пластмасса) • специально изготовленные решения

Page 11: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Из чего состоит время жизни системы в целом

LED Lamps: практически никогда не вы-ходят из строя; деградируют крайне медленно в хорошо сконструированной системе Оптические компоненты: могут(иногда) желтеть с течением времени и терять в прозрачности; выбор при проектировании системы

Источник питания (ПРА): есть проблемы со сроком службы, необходим проверенный производитель

Теплоотвод: основа всей системы. При плохом расчете все остальные компоненты будут компромиссными

11

Page 12: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Задача семинара

12

Методология сквозного проектирования светильника

Отправные ключевые точки: • Установка светодиодов в корпуса традиционных светильников

не работает • В своих расчетах за базовую точку мы принимаем задачу, и

строим светильник вокруг нее • Основная цель – показать методологию (подход) к

проектированию светодиодного светильника под определенную задачу

Page 13: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10:15

Общие вопросы проектирования светодиодных систем наружного освещения.

Задачи, которые предстоит решать проектировщикам при расчете светотехнических

систем.

10:20 Обзор светодиодов Cree. Выбор светодиодов для систем наружного освещения с

учетом тенденций развития полупроводниковой техники

11:20 Вторичная оптика систем наружного освещения

11:50 Светотехнические требования к светильникам наружного освещения. Выбор формы

КСС на примере светильника для дорог категории Б

12:15 Перерыв

12:30 Реализация заданного светораспределения светильника наружного освещения

12:55 Схемотехническое решение. Термоменеджмент. Макетирование

13:10 Оценка результатов фотометрирования. Верификация модели

13:30 Заключительное слово. Выводы

План семинара

Page 14: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

LED Streetlighting Cree - Rainbow

Moscow Interlight

Mitch Sayers FAE Central Europe

Page 15: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Agenda

• Roadmap

• Chip technology

• Portfolio and applications

• Optical properties

• Spectrum and color

• Thermal management

• Benchmarking

– Philips

– Osram

• Streetlighting Applications (US)

• Conclusion

Page 16: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

DOE Roadmap, Version 2010

US Department of Energy 2010 Multi-Year Plan for SSL

Page 17: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• LEDs consist of several layers of semiconductor material

• Light is generated in the PN junction when a voltage is applied

• LED light is monochromatic; the color depends on the materials used

• There are two material systems (AlInGaP and InGaN) used to produce LEDs in all colors from blue to red

• No moving parts, nothing to break

• Primary degradation mode is discoloration of lens or encapsulant

LED: Theory of Operation

Page 18: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Grow Epitaxy layer on SiC substrate

Active Layer Deposition

Active Layer is Deposited

Indium (In), Gallium (Ga), and Nitrogen (N) are deposited on the SiC wafer and form the Active Layer of the future LED.

Page 19: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

LED Chip

Package

Phosphor

LED Chip

Package

Phosphor

Conversion to White Light

The LED chip is then mounted in a package and a yellow phosphor is applied to the top surface of the chip. The blue light generated by the LED chip is converted by the yellow phosphor to white light. The package is topped with a lens help direct and shape the light for the intended application.

Page 20: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Blue (or UV) + Phosphor = White

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 20

• The human eye is extraordinarily sensitive, so small process variations in chip wavelength; phosphor thickness, concentration, composition; and/or deposition conditions make a big perceived difference in white light CCT & quality

Blue LED

White Light

Yellow Phosphor

Page 21: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Binning – Two Types

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 21

• Chromaticity binning

– Some defined “box” in the white area on or near the Black Body Locus

– Bin sizes (x, y coordinates) varies by supplier

• Brightness or LF binning

– Minimum luminous flux (most suppliers)

– Bin sizes/flux range varies by supplier

Page 22: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Visible Light Spectrum of Various Sources

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 22

LED

The Sun Incandescent

Page 23: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Correlated Color Temperature (CCT)

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 23

• Not all “white” light lies directly on the BBL

• CCT refers to the Plankian black-body radiator color temperature (CT) that is closest to the color of the white light source

Examples of CCTs Relationship between CCT & CT

Page 24: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

“Blue Light” from White LEDs

Cool White LED 6000K

Lamp Type % Energy <500nm

Metal Halide 34%

Cool White LED 31%

Mercury Vapor 27%

T8 Fluorescent 22%

Outdoor White LED 20%

Outdoor White LED 4000K Metal Halide 4000K

• Less “blue light” than:

− Metal Halide

− Mercury vapor

− T8 Fluorescent

Page 25: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

LED Components – Application Optimized

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 25

Lighting

Video Screens & Signs Color (Transportation, Architectural, Gaming)

Page 26: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Output & Control Quality of Light Reliability

Flu

x &

Eff

ica

cy

Op

tica

l C

on

tro

l

Co

lor

Qu

ali

ty

(

CR

I)

Co

lor

C

on

sis

ten

cy

Co

lor

S

tab

ilit

y

Lu

me

n

M

ain

ten

an

ce

XLamp MP-L

XLamp MC-E

XLamp XP-G

XLamp XP-E

XLamp XR-E

XLamp MX-6

SMD White (CLV1A, CLP6B, CLN6A)

P2 White (C503D, C513A, C535A)

Cree LEDs for Lighting Applications

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 26

Va

lue

Key

Page 27: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cree Lighting LED Families & Applications

Product Family Standard White Outdoor White EasyWhite™

XLamp MP-L

• LED PAR/R bulbs • Accent / track • Indoor recessed

XLamp MC-E

• Portable • Medical • Outdoor

• LED MR16 bulbs • Accent / track

XLamp XP (XP-G, XP-E, XP-C)

• Indoor

omnidirectional • Retail display • Transportation

• Outdoor • High bay • Portable

XLamp XR (XR-E, XR-C)

• Outdoor • Transportation • Portable

XLamp MX-6

• Indoor commercial • Indoor

omnidirectional • Undercabinet / task

SMD (CLV1A, CLP6B, CLN6A)

• Indoor linear • Outdoor landscape

P2 (C503D, C513A, C535A)

• Portable • Outdoor landscape

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 27

Page 28: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

INDOOR OUTDOOR PORTABLE

Om

nid

ire

cti

on

al

/ A

bu

lb

Acce

nt

/ T

rack

/

P

AR

, M

R b

ulb

Ce

ilin

g-m

ou

nte

d

/

Re

ce

sse

d

Lin

ea

r / R

eta

il /

Co

mm

erc

ial

Ind

ustr

ial

/

H

igh

-ba

y

Ro

ad

wa

y /

Pa

rkin

g

La

nd

sca

pe

Co

nsu

me

r

Hig

h-e

nd

/

H

igh

-ou

tpu

t

XLamp MP-L P P P

XLamp MC-E P P P P P

XLamp XP-G P P P P P P

XLamp XP-E P P P P P

XLamp XR-E P P P

XLamp MX-6 P P P

SMD White (CLV1A, CLP6B, CLN6A) P P

P2 White (C503D, C513A, C535A) P P

Cree LEDs for Lighting Applications Matrix

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 28

Va

lue

Key

Page 29: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

What is Important to Streetlighting

Page 30: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Streetlighting vs. Other Applications

Efficacy Flux Thermal

Resistance Lumen

Maintenance Luminance and

Contrast Color

Rendering Color Point

Streetlight 1 - : 100 Start, maximum 140lm/W.

4 - Regulated at system level

3 - As low as possible

2 - Flux and color – 15yrs Service Life, better 30

5 - Glare and homogeneity

7 - Better than HPS, 60 min in practice

6 - Consistent.

Bulb Replacement 2 - Min. Requirements

1 - Must repalce 100W bulb

3 - Expectation of surface Temperature

6 - Only better than CFLs

7 - Unneeded and not desired

4 - Needs to be comparable with CFL, indoor lighting

5 - Categorized

High Bay/ Industrial

1 - 100lm/W good start, Max 120lm/W

2 - Kilolumens per light point

7 - Unimportant 3 - Long life cycles, difficult to meet

5 - Asymetrical distribution best

4 - Product recognition

6 - Relatively Unimportant

Flashlight 1 - Battery operation

3 - Advertizing is in lumens

4 - LED often drive over If-max

7 - Usage cycle usually not > 5k Hrs.

2 - Lux or Cd values important ergo Luminance, but not contrast

5 - Vision often in Mesopic regime, CRI unimportant

6 - Single LEDs per lamp generally, differences no noticable

Page 31: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Focusing on what is important

Seite 31 Mitch Sayers

Efficacy Flux Thermal

Resistance Lumen

Maintenance Luminance and

Contrast CRI Color Point

1 - : 100 Start, maximum 140lm/W.

1 – Must replace 100W bulb

3 – Surface Temperature expectation

2 – LM and Color over 15 yrs, better 30

2 – Intensity and therefore luminance important, but not contrast

4 – Needs to be comparable to bulb, living areas

5 – Standardized

1 - 100lm/W good start, Max 120lm/W

2 – Need a lot of light per lamp

3 – As low as possible

3 – Long duty cycles, difficult to reach

5 - Asymmetrical distributions ideal

4 - Produkt-recognition

6 – Usually one LED per lamp– differences and changes not easily seen

1 – Battery operation

3 – Advertizing and labeling shown in lumens

4 – LEDs often driven over max specified current

6 – Just needs to be better than CFLs

5 – Glare and homogeneity

5 – Vision in Mesopic range, CRI not important

6 - Consistent.

2 – Minimum requirements

4 – Regulated/ Certified on System level

7 – Not important

7 – Usable life not over 5k Hrs

7 – Not desired or required

7 – Better than LPS/HPS, 60 min in practice

6 - Relatively unimportant

Page 32: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Copyright © 2008, Cree, Inc. pg. 32

LED Secondary Optics

Colliminating: Focus the wide beam to narrower beam

Reflector

Lens

Spatial Radiation Pattern for LED only

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-100 -50 0 50 100

Angle (º)

Rel

ativ

e In

tens

ity

Spatial Radiation Pattern for LED with Secondary Optics

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-100 -50 0 50 100

Angle (º)

Rel

ativ

e In

tens

ity

LED with secondary optics

TIR Optic Reflector + Lens

Page 33: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Copyright © 2009, Cree, Inc. pg. 33

ETENDUE, LIGHT CONSERVATION

Light as with all forms of energy must be conserved in a system. This principle is called Etendue. The simple approximated form of Etendue is:

Etendue = area * solid angle

Page 34: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

XLamp XP Standard White

• Industry’s highest performance lighting-class LEDs

– XP-G: Up to 148 lm @ 141 LPW; up to 493 lm @ 92 LPW

– XP-E: Up to 130 lm @ 116 LPW; up to 291 lm @ 84 LPW

• Design flexibility with one footprint

– Reduce system cost by using fewer LEDs & fewer optics

– Easily create different price / performance levels

• Superior optical control – put light where it is needed

– Small optical source size works well with reflector & TIR solutions

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 34

XP-C XP-E XP-G

Page 35: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Full Beam Angle

8.6°

15 mm TIR lens with Cree XPC

15mm Collimator

10 Mnit

Page 36: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Full Beam Angle

11.7°

15 mm TIR lens with Cree XPE

15mm Collimator

7 Mnit

Page 37: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Full Beam Angle

15.6°

15mm Collimator

15 mm TIR lens with Cree XPG

4 Mnit

Page 38: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reference: Distributed Phosphor in MX6

• While the illuminating area of the MX6 is several times larger than the XP E, for example, there is also a large gradient within the area

• Therefore the beam angle will be much larger, but will not be proportional to the entire emitting area

• As with the previous case, care must be taken to blend the intensity from the different chips together in the beam

0.25 Mnit

1.6 Mnit

Page 39: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Etendue Example

System Beam Angle vs. LED Source Size

Page 40: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Efficacy

Seite 40

Efficacy Flux Thermal

Resistance Lumen

Maintenance Luminance and

Contrast Color Point CRI

System Parameters Target Lumens 10,000 Optical Efficiency 90% Electrical Efficiency 85%

• Lower Vf

• Higher current density capability

• Lower package thermal resistance

Mitch Sayers

75C

80%

Page 41: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Higher current density capability

• Larger Chip

Flux and Thermal Resistance

Seite 41

System Parameters Target Lumens 10,000 Optical Efficiency 90% Electrical Efficiency 85%

Mitch Sayers

Efficacy Flux Thermal

Resistance Lumen

Maintenance Luminance and

Contrast Color Point CRI

Page 42: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Normalized costs drop

• Current density capability can further reduce cost

Costs

Seite 42

System Parameters Target Lumens 10,000 Optical Efficiency 90% Electrical Efficiency 85%

€ Mitch Sayers

Efficacy Flux Thermal

Resistance Lumen

Maintenance Luminance and

Contrast Color Point CRI

Page 43: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cost with Efficacy

Seite 43

• Cost advantage with advantage in efficacy!

• Add onto this advantage the reduction in optics and board area

Mitch Sayers

Page 44: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

XLamp® XM-L LED

• Revolutionary flux & efficacy: – Up to 160 lm, 160 LPW @ 350 mA

– Up to 750 lm, 110 LPW @ 2A

– Typical Targets : 145 lm @350mA ; 675 lm @2A

• Proven design similar to XP: – Lighting-Class, small optical source size

– ~2ºC/W RTH, isolated thermal pad

– Vf= ~2.9 @ 350mA

• Timeline: – October 2010: Engineering samples,

Preliminary Datasheet, Optical Model

– Late 4Q 2010: Commercial availability

XLamp XM-L

XLamp XP-E

XM-L

XP-G

XP-E

XM-L

XP-G

XP-E

Page 45: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Lumen Maintenance

E. M. Sayers Seite 45

• 85C Air/ Board Temperature

• Stability even at high temperature and current

• Feb 2011 TM-21 will provide better guidance on extrapolation of lumen maintenance

XP-E CW

XP-G CW

Efficacy Flux Thermal

Resistance Lumen

Maintenance Luminance and

Contrast Color Point CRI

Page 46: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

LED Lumen Maintenance Critical Parameters

1. TAIR Ambient Air Temperature

2. TJ Junction Temperature

3. TSP / TC / TS Solder-Point Temperature / Case Temperature

4. IF Forward Current / Drive Current

Page 47: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

TJ & TSP Linked by Thermal Resistance

1. TAIR Ambient Air Temperature

2. TJ Junction Temperature

3. TSP / TC / TS Solder-Point Temperature / Case Temperature

4. IF Forward Current / Drive Current

TJ = TSP + ( [Rth j-sp] x [VF] x [IF] )

Thermal Resistance

Forward Voltage

Page 48: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cree’s Test Configuration Per IES LM-80-2008

Temperature of solder pad of lamps is independently actively controlled by fluid flowing through heat sink.

Temperature of ambient around lamps is actively controlled by air flowing through chamber

Lamps are mounted to MCPCB’s.

• During test, the temperature of the solder pad of the lamps and the air around the lamps is the same

• Per LM-80,

− For 55ºC testing, the TSP of the lamps and air are both at 55ºC

− For 85ºC testing, the TSP of the lamps and air are both at 85ºC

Page 49: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(LED) Ambient Temperature, Defined (XR, MC) • “Ambient temperature” here is the temperature of the air

surrounding the LED lens and reflector

• It is not the temperature outside of the fixture, luminaire or housing

• Photons will affect thermocouple readings, so measurements should be taken outside of the light emission region

• This can be measured at a distance beyond the LED thermal boundary layer, typically a 12mm dia hemisphere around the LED, with no obstructions.

• If there are obstructions inside this area, a maximum, unobstructed distance should be used.

Ambient Temperature

R6

Light emission Thermal boundary

Recommended measurement region Compromise measurement region

Lens or obstruction

Page 50: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

XP-G, 700mA, Ta,fixture = 50°C

80

85

70

75

65

60 1. Stabilize the temperature of the system 2. Measure the temperature at all points 3. Turn the system off 4. Measure the temperature at all points within 100ms 5. Follow these measurements over time to observe the time constant to

verify the time constants needed for measurements • Suggest one test with 100ms frequency of measurements, 10 seconds

6. Suggest another test with 1 second frequency 7. Verify correlation of the outer points to the central point to the outer

points. 8. Instrument several LEDs in the system with thermocouples at the best

outer point

LED Ambient Temperature, XP-G

Page 51: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Measuring Solderpoint

Thermocouple Attach to Solderpoint Process: • Ensure thermocouple tip is in good mechanical contact with exposed metal at the junction

of the component and PCB

• Attach thermocouple using either highly conductive epoxy (ex: Arctic Silver Adhesive) or solder directly to exposed metal

• Tip: Use tape to hold thermocouple in place and relieve stress on thermocouple

• Tip: Bend thermocouple to press against solderpoint/component

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 51

Solderpoint Thermal Epoxy Tape

Page 52: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Copyright © 2008, Cree, Inc. pg. 52

2) Measure Solder Point Temperature

• Almost impossible to measure the solder point directly

• Temperature probe measurement from PCB directly below the LED or next to the LED is usually good enough

Page 53: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Copyright © 2008, Cree, Inc. pg. 53

3) Measure Voltage & Current

• Measure voltage across & current through LED

Page 54: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

There is nothing like a good start

• Simulation is sometimes the best way to get a design started

• Then build-and-test to verify and improve

• Building and testing takes time, where a simulation can be run in hours

• In streetlighting, it is impractical to do iterations in hardware

Page 55: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Streetlighting References

Page 56: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

LEDs must come

• In Germany, ca. 8% - 10% of all energy demand is due to street lighting.

• The proportion of Mercury based lamps in germany is over 33% of the total 10 Million Streetlamps.

• The EU is reacting, Mercury lamps lose EU-certification in 2015 and must be replaced.

Copyright © 2008, Cree, Inc. pg. 56

From April Yearly 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Sodium Vapor Lamps Permitted Discontinuation Sodium Vapor Lamp Replacements Permitted Discontinuation Mercury Vapor Lamps Permitted Discontinuation

Metal Halogen Vapor Lamps Permitted Discontinuation

Permitted Discontinuation Permissions are tentative, depending on light efficacies Discontinuations are the end of sales, not the end of distribution or use.

Source Discontinuations per EuP 2005/32/EC

Page 57: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

The Los Angeles Story: Street Lighting

Courtesy of Los Angeles Bureau of Street Lighting Los Angeles LED Conversion Program - La Mirada - Seaward to Wilcox

• Almost 30,000 lamps installed. Plan was to install 20K the first year, 30K in years 2-5 (140K total) – all roadway lights

• Learning curve faster than expected

• Prices (both labor and fixture cost) less than budgeted, and enabled 23K within the time and budget of the first year.

• Energy savings was projected to be 40%, actual was 56%.

• They have had ZERO maintenance events

• Feedback from neighborhoods and especially police has been extremely positive.

• LA is 100% committed to LED for outdoor lighting.

Page 58: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Los Angeles: Before and After

Courtesy of Los Angeles Bureau of Street Lighting

http://bsl.lacity.org/LED_6th_st_bridge.htm

Page 59: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Los Angeles Street Lighting Calculations

BUREAU OF STREET LIGHTING LED Street Lighting Efficiency

and Carbon Emissions Reduction Program

Page 60: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Results from LA LED Streetlight Program

• Pacific Gas and Electric charges consumers 12¢ / kWh - up to the baseline – to 40¢ / kWh - >200% baseline

• Rate used here, if simply calculated is $0.088/kWh

Page 61: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cree Standard Neutral White & Outdoor White (4000K)

• CRI: 75-80

• Intrinsic LPW loss: 6500K 4000K

• Optimized for fluorescent applications:

− Freezer case lighting

− Office lighting

Re

lati

ve

Eff

ica

cy (

LP

W)

Stokes Shift Efficacy Losses

6500K

5000K

4000K

6-10%

6-10%

Re

lati

ve

Eff

ica

cy (

LP

W)

No efficacy penalty!

6500K

5000K

4000K • CRI: 70-75

• Eliminates LPW loss: 6500K 4000K

• Optimized for HID applications:

− Roadway lighting

− Parking area lighting

− High-bay lighting

Page 62: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

XLamp XP-E XLamp XP-G XLamp XM-L

ANSI Cool White ANSI Outdoor White

ANSI Cool White ANSI Outdoor White

ANSI Cool White

Good efficacy

Uniform light output with no optics

High efficacy

Excellent lifetime

ANSI sub-bins

Enables better delivered LPW as linear fluorescent

ANSI sub-bins

Outdoor: Roadway / Parking / Bollard

Copyright © 2010, Cree, Inc. pg. 62

Courtesy of BetaLED Courtesy of Indal Industria

Courtesy of CRS Electronics

Page 63: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Courtesy of LGIT

There are already many examples

Copyright © 2008, Cree, Inc. pg. 63

Courtesy of Leotek

Courtesy IC GmbH

Courtesy of TTIC

Courtesy of LEDWorx

Courtesy of Betaled

Courtesy of Mexxotech

Page 64: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Tianjin Polytechnic University

• 2,000 roadway luminaires installed for energy savings…

… shouldn’t they all look the same?

Page 65: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Summary

• Cree offers what it takes to push new LED applications

– Highest Efficacy

– Ease of Use (Easy white, modules, etc)

– Optimized Applications with the right LEDs (MLE, Outdoor/Hi CRI, MPL, XM)

• The trend continues in ALL of these directions

• Cree wants to reach all general lighting markets and will do what it takes to get there!

Page 66: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

LEDIL – Best Performing Lighting

Applications with High Quality

Optics

Ledil Oy, Tehdaskatu 13, 24100 SALO, Finland

www.ledil.com

Page 67: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

67

Who is LEDIL ?

LEDIL Oy, based in Salo, Finland, is the world-leading Optoelectronics-only supplier, manufacturer, and expert in Researching and developing optical components for HP LEDs. Ledil Oy was established year 2002. Turnover for FY2010 will be around 7 000 000€ Ledil has sales in all continents: - Europe (35%) - USA (20%) - Asia (40%) and the remaining 5% from Australia, South America and South Africa

Page 68: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

68

Who is LEDIL ?

LEDIL offers over 700 Standard optics for 14 different High Power LED manufacturers: Cree, Nichia, Osram, Luxeon, Seoul, Samsung, Luminus, Bridgelux, Citizen, LedEngin, Intematix, Everlight, Sharp with strong focus on Demand Creation activities. LEDIL offers solutions which include: • standard lenses • standard reflectors (metallized plastic) • Customized solutions Standard products make 60% of our turnover, custom products the other 40%. We are eager to make custom solutions quickly and easily for customers. Typical lead time is 2-4 months from order to full production.

Page 69: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Engineering Strengths

Strong expertize in optical engineering for HP LEDs since 1997 More than 1000 optical designs developed for LEDs Own advanced light lab with full measurement capabilities Long Experience in developing custom solutions together with customers’ development teams worldwide CATIA V5 as mechanical design platform Optical design platform designed by ourselves based on several program blocks We provide supportive illumination engineering (support, simulations, photometric and mechanical files)

Page 70: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Who is LEDIL? Product Examples

70

Page 71: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Why to use optics?

Proper optics are often just as important part of a good quality product, than other key components like the LEDs and drivers. Using suitable high quality optics, you achieve better beam control:

• More efficient lighting. Less LEDs, energy and money needed. • Reduction of glare caused by ”point source” and wide angle • Possibilities to make more uniform light with different ambience

and cutoffs. • Needed for illumination standards in many applications such as

Street lights, aviation lights and medical lights. • Freedom for design. (side emitting lenses, asymmetrical lenses, compact

size) • Finished look and LED protection

Page 72: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

What to know about LED optics? • LEDs come in various different packages and work

differently in near-field, resulting different light output with the same optic.

• With LEDIL source optimized opitcs you can achieve the best results in: Efficiency, light control, uniformity, compact size and easy and accurate instalation.

• The bigger the optic compared to the source, the more accuracy and control can be achieved.

• The optimal form factor of the optic is determined by the LED source and lens output requirement.

• In some cases lenses are better performing, more cost efficient and suitable than reflectors and vice versa.

Page 73: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Lens vs. Reflector Control with surfaces

Typical Lens

Efficiency: 94% Peak: 70x Interfaces: 0-1

Efficiency: 92% Peak: 100x Interfaces: 2-3

+ More possibilities to control light + Cheap and compact for small sources + Sealable solutions possible with only one piece

Typical Reflector

+ Cheaper and lighter for big LED arrays + Good efficiency with different sources, even if poor optical design

Page 74: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

After Weathering (UV stress test)

Plexiglas PMMA long term behaviour

Quality of Lens materials PMMA (Plexiglass™ 8N) Our most common lens material Light transmittance: High 92% UV resistance: High 30 year guarantee for outdoor use by the material supplier Temperature resistance: 105°C If lens is exposed to pressure or impact, less than 100°C is recommended. Impact resistance: Good Less resistant to heat and impact than PC.

Page 75: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Polycarbonate Used in lens holders, reflectors and some lenses

Quality of materials used by ledil

Light transmittance: Good 88% UV resistance: Fair, but not recommended for long term outdoor use as optical component Temperature resistance: Good Operation temperature limits -40°C - 130°C Our polycarbonate reflectors with protective lacquer are recommended to be exposed under 105°C If high pressure or impact is applied to a lens, the recommended temperature range is less.

Adhesive tape Automotive grade polyurethane (PU) double side adhesive tape. 0.4mm thick Service temperature: -40°C - 120°C The expected lifetime of the adhesive tape is over 20 years. Suitable for outdoor and indoor use. Good weather and UV resistance. Not recommended to be used as main adhesive in applications exposed to heavy vibration. Customer is kindly required to test the tape in their application.

Page 76: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

What is required from a good streetlight optic.

• High total efficiency and good ”usable efficiency”, meaning that the light is directed where it is really needed.

• Good illuminance and luminance uniformity. Depending on the road type and requirement, uniformity is measured from illuminance (lux, fc) or/and luminance (cd/m2). Illuminance is the measurement on the surface from the luminaire, whereas luminance is measuring how the human driver sees the road behind the wheel.

• Glare is caused by the direct light from very wide angles. (75degrees and higher) Too much glare will reduce visibility and discomfort.

• Some surround light is required, it also adds flexibility for streetlight setups.

• Light has to fulfill different requirements in the most common street light configuration setups. The requirements are similar allover the world, but the differences have some impact on the most common street lighting setups.

Page 77: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

What is required from a good streetlight optic.

• In the US market, IESNA type classifications are used to categorize light beams to help the lighting planners to choose luminaires for installations.

• The classifications do not tell how efficiently and uniformly the luminaire illuminates the road in any case, so even very poor quality streetlights that do not fulfill any requirements easily can be categorized as IESNA type light distribution. However, making the lamp to fall into the desired IESNA type category should be beneficial in the US market.

Page 78: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Street lighting with

Ledil optics

• Ledil has developed a great understanding about Street lighting optical needs together with customers. • Ledil has a number of STRADA street lighting standard lenses and some customer exclusive designs. • Strada lenses are optimized for many different LED packages. • Symmetrical and asymmetrical • Ledil has also designed a patent pending reflector system for some of the new high power LED arrays. • Ledil will release a streetlight array lens in early 2011. These simple modules are planned to be used without additional protective glass.

Page 79: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Best Performing Streetlight Optics Today • Strada-T has designed for the demand of fulfilling the toughest Street light requirements all over the world. • Excellent luminance and illuminance uniformity. • Well controlled beam, very little stray light. • Typically 70% - 80% of the light is on the street side, only 20% - 30% for optimal surround light. Total efficiency well over 90%. • Very little glare. Fixture shade is not always needed. • Beam designed for most typical street installations with added flexibility. Good results when road width is approximately the pole height.

• Protective cover losses from 5% (spherical PMMA) to ~18% (flat PC without anti-reflective coating)

New asymmetric

Strada-T series

Page 80: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Cree Xp-G (10000lm lamp) Example 1 Goal: Good luminance uniformities required for European high and medium speed roads such as ME3a classified roads. Good efficiency.

Pole height: 8m Pole distance: 32m ratio 4:1 Overhang: -0.5m Boom angle: 0° Boom length: 0m Street width: 8m Street coating: R2 Simple mix of lenses: - 60% Strada-T-DN, 40% Strada-T-DW - No special lens arrangement on the PCB. - IESNA type III short light distribution.

New asymmetric

Strada-T series

lx 30 26 23 19 15 11 8 4

Page 81: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Cree Xp-G (33000lm lamp) Example 1 Goal: Good luminance uniformities required for European motorways such as ME1 classified roads. Good efficiency.

Pole height: 12m Pole distance: 35m ratio 3:1 Overhang: -1.25m Boom angle: 0° Boom length: 2m Road width: 11.25m (evaluation road) Road coating: R3 Simple mix of lenses: - 90% Strada-T-DN, 10% Strada-T-DW - No special lens arrangement on the PCB. - IESNA type II short distribution

New asymmetric

Strada-T series

lx 60 53 45 38 30 23 15 8

Page 82: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

October 2010 © Ledil Oy

Please ask your distributor or our team for more detailed information!

[email protected]

[email protected] www.ledil.com

Also check out our website as we are

releasing new optics weekly!

Thank you for your interest!

Contact details

Page 83: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Конец 1-й части семинара

83

Вопросы???

Page 84: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Светотехнические требования к светильникам наружного освещения. Принципиальный подход к выбору характера светораспределения на примере светильника для дорог высших категорий

Докладчик: канд. техн. наук, доцент каф. Светотехники

МЭИ (ТУ) В. М. Карачёв

Интерсвет-2010

LED форум

Москва, 11.11.2010

Page 85: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10:15 Общие вопросы проектирования светодиодных систем наружного освещения.

Задачи, которые предстоит решать проектировщикам при расчете светотехнических систем.

10:20 Обзор светодиодов Cree. Принципиальный подход к выбору светодиодов для систем

наружного освещения с учетом тенденций развития полупроводниковой техники

11:20 Вторичная оптика систем наружного освещения

11:50 Перерыв

12:05

Светотехнические требования к светильникам наружного

освещения. Принципиальный подход к выбору характера

светораспределения на примере светильника для дорог

высших категорий

12:30 Реализация заданного светораспределения светильника наружного освещения. Результаты

фотометрирования. Верификация модели

13:10 Схемотехническое решение. Расчет теплового режима. Макетирование

13:40 Заключительное слово. Выводы

ПЛАН СЕМИНАРА

Page 86: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Существующее положение в области разработки световых приборов на базе светодиодов не годится для освещения

улиц и дорог

86

Page 87: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Классификационные кривые сил света светильников

87

Классификация КСС светильников по «ГОСТ 17677-82 Светильники. Общие технические условия».

ГОСТ 8045-82. Светильники для наружного освещения. Общие технические условия.

Page 88: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Существующая нормативная база

88

Page 89: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Параметры улиц категории Б

Категория улицы Кол-во а/м в час Lср,

кд/м2 Е, лк U0,

Ul P

А От 500 >1000 0,8 15

0,4

0,6

150

Б

Магистраль-ные улицы районного значения

Св. 2000

Св. 1000 до 2000

От 500 > 1000

Менее 500

1,0

0,8

0,6

0,4

15

15

10

10

При

мер

ные

проф

или

89

Page 90: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Качественные показатели УНО

Регламентируемое значение показателя

ослеплѐнности, P= 150

1.Общая неравномерность:

U0 =Lмин/Lср

2. Неравномерность по полосе

U1= Lмин/Lмакс

Регламентируемое значение оценки

U0 = 0,35

Оценка слепящего действия установок наружного освещения

пор

порs

LL

S

Оценка неравномерности распределения яркости

Снижение функции зрения на 15 %

90

P=(S-1)1000

Page 91: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Показатель ослеплѐнности и используемые ИС

Зависимость Lпор и Lпорs от Lф.

нз

M

ii

L LKCCP

1570

)]55.11.282,088,0(])[(3300

[ 9085807522IIII

bhHСС

mi

Liэ

91

Page 92: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Светотехнические свойства дорожных покрытий

92

Page 93: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

К расчѐту параметров УНО

,cos)/,(),(

2

3

..

зсв

свАijkпд kH

HbrIL

93

Page 94: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Формирование образцовой КСС светового прибора

Образцовое светораспределение – это такое светораспределение, при котором в условиях заданного пространственного взаимного

расположения и совокупном действии ряда приборов обеспечиваются наилучшие параметры осветительной установки

Зона КСС, ответственная за распределение яркости по

дорожной поверхности

0

75

94

Page 95: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Формирование образцовой КСС светового прибора

Образцовое светораспределение – это такое светораспределение, при котором в условиях заданного пространственного взаимного

расположения и совокупном действии ряда приборов обеспечиваются наилучшие параметры осветительной установки

Зона КСС, ответственная за слепящее действие

осветительной установки

90

75

95

Page 96: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Зоны КСС, ответственные за качественные

показатели УНО

96

0

75

90

Page 97: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Определение образцовых кривых силы света световых приборов наружного освещения улиц

Lij =L - Lij ; )(cos)(

2

3

fH

rdIdL

св

kk

ik

ik

97

a)

б)

– образцовая КСС, формирующая

равномерное распределение

горизонтальной освещѐнности на

проезжей части дороги;

образцовая КСС, формирующая

равномерное распределение

яркости на проезжей части дороги

Page 98: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Образцовое светораспределение светильников для освещения улиц

городов

98

Page 99: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выбор образцов дорожного покрытия

Изъятие образца дорожного покрытия на участке реальной дороги. Образец имеет размеры 0.4 x 0.2 м и усиленный слой по толщине для обеспечения механической прочности. На образце делаются пометки: номер и стрелка, указывающая направление движения.

99

Page 100: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Классификационная система (сухих дорожных покрытий)

Класс 1: S1 ≤ 0.28 Класс 2: 0.28 < S1 ≤ 0.60

100

Поверхности:

PA , сухое состояние

AB , сухое состояние

ABS , сухое состояние

STA, сухое состояние

Класс 3: 0.60 < S1 ≤ 1.30 Класс 4: 1.30 < S1 ≤ 2.0 (Класс 5: 2.0 < S1 ≤ 2. 5)

Page 101: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Реализация светильника с заданным светораспределением на базе СИД.

Оценка эффективности модуля

Интерсвет-2010

LED форум

Москва, 11.11.2010

101

Page 102: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

План семинара

102

10:15 Общие вопросы проектирования светодиодных систем наружного освещения. Задачи, которые предстоит решать проектировщикам при расчете светотехнических систем.

10:20 Обзор светодиодов Cree. Принципиальный подход к выбору светодиодов для систем наружного освещения с учетом тенденций развития полупроводниковой техники

11:20 Вторичная оптика систем наружного освещения

11:50 Перерыв

12:05 Светотехнические требования к светильникам наружного освещения. Принципиальный подход к выбору характера светораспределения на примере светильника для дорог высших категорий

12:30

Реализация заданного светораспределения светильника наружного освещения. Результаты фотометрирования. Верификация модели

13:10 Схемотехническое решение. Расчет теплового режима. Макетирование

13:40 Заключительное слово. Выводы

Page 103: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Частное – залог эффективности

103

Все варианты улиц

Частное решение: 1. Категория улицы 2. Параметры дороги 3. Параметры ОУ 4. Нормы

Цель: рассмотреть особенности разработки СП на примере модели светильника для улиц категории Б

Page 104: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Категория улицы

Интенсивность движения а/м в час

Lср, кд/м2 U0 Ul P

А От 500 >1000 0,8 0,4 0,6

150 Б

> 2000 1,0

От 1000 > 2000 0,8 От 500 > 1000 0,6

0,3 0,4 500< 0,4

Границы области применения

104

H 4 полосы H=10..12 м

d/H=2.5…4

СН

ИП

23

-05

-95

Page 105: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

О выборе геометрии

Сложная геометрия

Плоская геометрия ?

105

XP-С XP-E XP-G XM-L

Page 106: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

О выборе СИД

106

139 лм, 132 лм/Вт @350 мА, Tj=25˚С

123 лм, 123 лм/Вт @350 мА, Tsp=70˚С

Min. Flux Bin

10,000K – 5,000K

5,000K – 4,200K

01, 02, 03, … E3, F4, E4

R5 (H) 139

R4 (G) 130 130

R3 (F) 122 122

R2 (E) 114 114

Серия XP-G

Тцв=5700-6300К,

5000К 5700К

6500К

8000К

Page 107: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

О светораспределении

• Светодиод

• Линза и/или

отражатель

107

Page 108: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Метод «комбинирования»

108

K1 + К2

КСС (С90-270)

образцовая

Оптика «дальней

зоны»

Оптика «ближней

зоны»

Page 109: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Выбор оптики

109

Strada A Strada B

Strada T-DN Strada T-DW

Группа 1

Группа 2

Page 110: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Оптика Макет Вар.1 Вар.2

Strada-T-DN 75% -5% +5%

Strada-T-DW 25% +5% -5%

Lср, кд/м2 0,8

U0 0,76

UL 0,72

Разные отношения

110

Page 111: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Влияние защитного экрана

Форма 1 Форма2

Форма3 Форма4

Материал экрана - поликарбонат

111

I

II

III

Page 112: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Реальная световая картина

112

Без защитного экрана С защитным экраном

Page 113: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Эффективность светильника

Тепло

Свет

Приемная поверхность

Приемник излучения

Окружающее пространство

Световая эффективность

Эффективность использования световой энергии

113

Page 114: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Эффективность светильника

114

~ 123 лм/Вт ~96 лм/Вт ~80..90 лм/Вт

Page 115: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Параметр Н d/H B Итого

Кол-во вариантов 3 5 3 45

Светотехнические расчеты

115

RoadLum- инструмент для оценки зоны применимости светильника

45 расчетов 1 расчет

Page 116: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Результаты расчета

116

Lср, кд/м2 U0 Ul E, лк Ue P

0.8 0.76 0.72 14.4 0.36 Менее 150

Пример расчета: Двусторонняя установка опор Мелкозернистный асфальт B=13м H=10м d/H=3.0

Page 117: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Двусторонняя установка 1 светильник на опоре , ширина ПЧ до 10 м F, лм 5850 8000 10550

H 8 10 12 d/H 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Lср,

кд/м2 1,33 1,12 0,96 0,84 0,75 0,67 0,61 1,28 1,07 0,93 0,81 0,72 0,65 0,59 1,26 1,06 0,91 0,80 0,71 0,64 0,58

U0 0,84 0,80 0,80 0,83 0,81 0,70 0,60 0,86 0,82 0,82 0,86 0,79 0,67 0,58 0,87 0,84 0,85 0,89 0,79 0,67 0,57

UL 0,82 0,72 0,76 0,77 0,62 0,49 0,39 0,79 0,74 0,78 0,81 0,63 0,49 0,39 0,78 0,74 0,79 0,83 0,65 0,51 0,40

Eср 25,8 20,7 17,3 14,9 13,0 11,6 10,4 24,0 19,3 16,1 13,9 12,1 10,8 9,7 22,9 18,4 15,4 13,2 11,5 10,3 9,2

Емакс Емин

1,5 1,6 2,1 2,9 4,2 6,0 8,6 1,3 1,5 2,0 2,8 4,1 6,0 8,8 1,2 1,4 1,9 2,7 4,0 5,9 8,6

Двусторонняя установка 1 светильник на опоре , ширина ПЧ до 15 м F, лм 5850 8000 10550

H 8 10 12 12 12 12 12 12 12 d/H 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Lср,

кд/м2 1,15 0,97 0,83 0,72 0,64 0,64 0,52 1,11 0,93 0,80 0,70 0,62 0,56 0,51 1,14 0,95 0,82 0,72 0,64 0,57 0,52

U0 0,78 0,74 0,70 0,75 0,79 0,79 0,56 0,80 0,76 0,76 0,78 0,81 0,70 0,60 0,81 0,77 0,77 0,80 0,79 0,68 0,59

UL 0,62 0,62 0,55 0,54 0,53 0,53 0,32 0,78 0,70 0,72 0,74 0,65 0,52 0,41 0,79 0,71 0,75 0,77 0,64 0,51 0,40

Eср 21,7 17,4 14,6 12,5 11,0 11,0 8,8 21,5 17,3 14,4 12,4 10,9 9,7 8,7 21,6 17,4 14,5 12,4 10,9 9,7 8,7

Емакс Емин

1,6 1,6 2,1 2,8 3,8 3,8 7,3 1,5 1,6 2,1 2,9 4,0 5,7 8,0 1,4 1,6 2,1 2,8 4,0 5,8 8,4

Оценка светильника

117

0,8

кд

/м2

1,0

кд

/м2

0,6

кд

/м2

0,8

кд

/м2

1,0

кд

/м2

0,6

кд

/м2

Page 118: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

d/H

Lср,кд/м2

U0

Ul

Область применения светильника

118

0,6

кд

/м2

1,0

кд

/м2

Н=10 м

0,4

кд/м

2

0,8

кд

/м2

0,8 кд/м2, категория Б, ширина ПЧ – до 15 м

Page 119: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

d/H

Lср,кд/м2

U0

Ul

1,0

кд

/м2

Н=10 м

Область применения светильника

119

0,6

кд

/м2

0,8 кд/м2, категория Б, ширина ПЧ – до 10 м

0,8

кд

/м2

Page 120: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Освещение 1км дороги

120

H 4 полосы

H=10 м L= 1 км

0,8 кд/м2 Кол-во, шт/км Мощность,

кВт/км

Светильник с ДРЛ 250 Вт

22 5,9

Наш макет 95 Вт

33 3,2

Доработанный макет 131 Вт

23 3,0

в 2,0 раза меньше!

Page 121: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Данные для макета

Норма по яркости 0,8 кд/м2

Световой поток светильника 8000 лм

Рабочий ток (DC) 350 мА

XP-G 139 лм, Тцв=5700-6300 К 80 шт

Strada T-DW 20 шт

Strada T-DN 60 шт

121

Page 122: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Проведение измерений

122

Strada T-DW – оптика дальней зоны

Page 123: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

КСС модели

123

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 20 40 60 80 100

New_form0.ies измерения без стекла Ряд3

Без защитного экрана

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 20 40 60 80 100

New_form1.ies измерения со стеклом

С защитным экраном

С0-180

Измеренная Расчетная Расчетная Измеренная По данным ies файла

Page 124: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

КСС модели

124

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 20 40 60 80 100

New_form1.ies измерения со стеклом

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 20 40 60 80 100

New_form0.ies измерения без стекла ies

Без защитного экрана С защитным экраном

С90-270

Измеренная Расчетная Расчетная Измеренная По данным ies файла

Page 125: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Постановка технической задачи. Схемотехническое решение. Тепловое моделирование.

Макетирование и испытания.

Интерсвет-2010

LED форум

Москва, 11.11.2010

Page 126: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Постановка технической задачи

126

Электрические требования

Конструктивные требования

Требования по тепловым режимам работы

Page 127: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Постановка технической задачи

127

Основные параметры выбранные при проектировании

160~265В

> 0,93

> 85%

< 150 C

< 95 C

< 100 C

< 105 C

Page 128: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: cхемотехническое решение

128

220В

БП

УУ1

Фильтр ЭМИ

Модуль СИД1

УУ8

Модуль СИД8

……….

Page 129: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: cхемотехническое решение

129

до 20 СИД

Тепловое регулирование

Миниатюрность решения

Высокий КПД

Page 130: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: cхемотехническое решение

130

КМ > 0,95

~ 90-265В

47-63Гц

сертификаты

< 58В

КПД ~ 93%

> 3,5кВ

-40С / +70С

Page 131: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: cхемотехническое решение

131

0,35Вт

<1мВт

Page 132: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: тепловое моделирование

132

Самый горячий!!!

Tsp = 60C / Tj = 65,6C

Самый холодный!!!

Tsp = 57 C / Tj = 61,2 C

Самая горячая точка!!!

Tпов = 55,5 C

• Tокр = 25C

• Естественная конвекция

• Ребра охлаждения вверх

• Параллельно дороге

Page 133: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: тепловое моделирование

133

50С

30С

Page 134: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Расчеты: конструирование

134

Page 135: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Макетирование и испытания

135

Модули СИД (Tsp=61,2):

1) Ток 350-360мА

2) Напряжение: 2,86 – 2,93 В

3) Pсид=82,07 Вт

Светильник (Uпит=220В):

1) Коэф. мощности = 0,967

2) Pакт = 92,4Вт

3) КПД =(Pсид/Pакт)= 89%

4) Вх.напр = 100-257В

5) ВЕС=7,3 кг

Page 136: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Макетирование и испытания

136

61,2 С

51,5 С

59,5 С

Page 137: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10:15

Общие вопросы проектирования светодиодных систем наружного освещения.

Задачи, которые предстоит решать проектировщикам при расчете светотехнических

систем.

10:20 Обзор светодиодов Cree. Выбор светодиодов для систем наружного освещения с

учетом тенденций развития полупроводниковой техники

11:20 Вторичная оптика систем наружного освещения

11:50 Светотехнические требования к светильникам наружного освещения. Выбор формы

КСС на примере светильника для дорог категории Б

12:15 Перерыв

12:30 Реализация заданного светораспределения светильника наружного освещения

12:55 Схемотехническое решение. Термоменеджмент. Макетирование

13:10 Оценка результатов фотометрирования. Верификация модели

13:30 Заключительное слово. Выводы

План семинара

Page 138: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Зачем устанавливать светодиодный светильник?

138

Увеличение равномерности освещения на дороге Уменьшение разброса уровней освещенности

Поддержание минимума световых уровней

Исключительно продолжительный срок службы – 50000 часов + Существенно более низкая стоимость обслуживания

Мгновенный ре-старт после устранения аварии в энергоснабжении

Значительное сбережение энергии Часто достигаемый уровень в 50% экономии по сравнению с текущими газоразрядными

светильниками

Возможность применять источники белого света с различными цветовыми температурами

Исследования показывают увеличение остроты зрения

Page 139: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Зачем устанавливать светодиодный светильник?

139

Высокая стоимость электроэнергии. Оптовые цены на электроэнергию могут вырасти вдвое к 2015 году и почти в 3 раза к 2020 году, достигнув 5-6 центов (1,7 руб. ) за кВтч*

Page 140: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Зачем устанавливать светодиодный светильник?

140

«Замещающая» стратегия ввода новых энергогенерирующих мощностей. Официальный тариф на подключение между третьим транспортным кольцом и московской кольцевой автомобильной дорогой составляет 103 093,06 руб./кВА

Дефицит финансирования по договорам на поставку мощности (ДПМ)достигает 80%

Page 141: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Зачем устанавливать светодиодный светильник?

141

Существует объективная потребность уменьшать нагрузку на экологию

На уличное освещение расходуется 24-38% от общего потребления электроэнергии, т.е. потенциал сбережения – высокий

30% света от разрядных ламп теряется, и LED способны уменьшить эти потери

Замена всех 30 млн. уличных светильников* в России позволит закрыть 2 электростанции на угле, сэкономить 1.4 млрд. USD и уменьшить CO2 на 1.3 млн. метрических тонн.

*емкость рынка 2008 года=223.6 млн. Евро

Page 142: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Почему НЕ устанавливать светодиодный светильник?

142

Высокие первоначальные вложения

Длительный срок окупаемости инвестиций

Страх перед новой технологией

Противоречивые результаты по первым установленным уличным светильникам, сопротивление светотехников к переменам

Боязнь генерирующих компаний упустить прибыль. Меньше потребляемой энергии означает уменьшение прибыли. Заинтересованные стороны, города, системы энергоснабжения, частные финансовые вложения.

Page 143: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Преимущества светодиодного уличного освещения

143

LED-светильники имеют существенно более низкое энергопотребление по сравнению с газоразрядными

В результате пропорциональное уменьшение выбросов CO2 Лучшее качество света, в частности в скотопическом (ночном) диапазоне,

и наряду с лучшим светом мы уменьшаем преступность Для хорошо спроектированного LED-светильника получаем улучшенное

светораспределение Ожидаемый срок эксплуатации светодиодного светильника 12-15 лет Уменьшение стоимости обслуживания Не загрязняет город в ночное время, нет утечек света благодаря

улучшенному прямому свету Нет катастрофических отказов, управляемость в течении всего срока

эксплуатации Немедленный старт, нет необходимости в прогреве Нет вредных веществ, таких как ртуть

Page 144: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Методология проектирования Rainbow уличного LED-светильника

144

Последовательно, шаг-за-шагом реализует законченный дизайн светильника, прорабатывая все промежуточные этапы конструирования

Подстраивается ко всем существующим геометриям корпусов клиента, например, плоскостным («лопата») или фигурным («голова кобры»)

Наша 90%-эффективность как результат контроля за отводом тепла и светового потока от LED

Специально разработанный комплект плат для удовлетворения нормативам освещения дороги

Используем лучшие в своем классе светодиоды, со всеми вытекающими преимуществами

При сравнении с натриевыми лампами высокого давления энергоэффективность превышает 90%

Бюджетная модульная структура

Может производиться в России

Page 145: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Твердотельное освещение: ключевые факторы дизайна

145

Page 146: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Выводы

146

• Подход к построению уличного LED-светильника отличается от газоразрядного по требованиям и ожидаемым результатам

• Не все LED-системы эквивалентны, и не существует единого унифицированного дизайна для всех задач даже в пределах одного приложения (нпр., уличного освещения)

• Для обеспечения продолжительного срока эксплуатации необходима оценка приложения, строгий расчет модели, выверенный дизайн всей системы и его оценка

• Светодиоды и вторичная оптика продолжают совершенствоваться и в ближайшее время ожидается 16% рост эффективности (серия XM-L) и совершенствования КСС (Strada-T)

Page 147: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Время выполнения проекта

147

Строительство пирамиды Хеопса:

• строительство дороги для перевозки каменных блоков - 10 лет • 2500 тыс. каменных блоков по 2,5 т каждый • 100 тыс. рабочих

Page 148: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Время выполнения проекта

148

Разработка модели светильника:

• Начало – август 2010, общая продолжительность – 3 мес. • Более 2000 расчетов и итераций, разработка спец. инструментария • 5 сотрудников

Page 149: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ё

light.rtcs.ru

Контакты

Вопросы???

Rainbow Electronics www.light.rtcs.ru Москва, ул. Авиамоторная 10, корп.2 (495)665-1001

Благодарим за внимание!

149