lysdioder til belysning 2010

Lysdioder til belysning 2010- status for fremtidens lyskilde

Status for lysdioder

Lysdioder som belysning

Lysdioders egenskaber

Belysning og energibesparelser

Lysdioder til belysning 2010

2 Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

I Dam Auditoriet på Panum Instituttet i København er der udskiftet glødepære-downlights på 60 W med lysdiode downlights på 12 W. Foto: Thorn Lighting

Indhold

1 Indledning Opfundet i 1962 Hvad er en lysdiode?

Status for lysdioder Markedsudvikling Effektive hvide lysdioder Effektive armaturer med lysdioder Lysudsendelse Effektive farvede lysdioder Pris pr. lumen 11 myter om lysdioder Lysdioder som belysning Hvad kan lysdioder? Levetid Farvegengivelse Effektivitet Farvetemperatur Fordele og ulemper Udformninger OLED

Lysdioders egenskaber Lystekniske egenskaber Termisk design Sikkerhed Farvestabilitet - binnings

Belysning og elbesparelser Eksempler

Mere information om lysdioder

446

2

LYSDIODER til belysning 2010 er udarbejdet af Kenneth Munck, Astrid Espenhain og Katrin Barrie Larsen, DANSK CENTER FOR LYS november 2009 for ELSPAREFONDEN.ELSPAREFONDEN, Danneskiold-Samsøes Alle 55, 1434 København – tlf. 7026 9009 – www.elsparefonden.dk DANSK CENTER FOR LYS, Engholmvej 19, 3660 Stenløse – tlf. 4717 1800 – www.centerforlys.dkLAYOUT: HJ Grafi sk. Pjecen kan DOWNLOADES på Elsparefondens hjemmeside, www.elsparefonden.dk

3

4

56

899

1010111112

141516171818192121

2222242525

2626

3

34

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

Med EU’s udfasning af glødepæren og planerne for at udfase både de mest energiforbrugende halogenpærer og kviksølv-lamper er der sat ekstra fokus på lysdioderne som alternativ til de mest anvendte lyskilder. Udviklingen inden for lysdio-der er gået meget stærkt, og i de kommende år sættes ekstra skub på nye løsninger. Derfor ændrer specifi kationer, egen-skaber og anvendelsesmuligheder sig hele tiden. Denne rap-port gør status over, hvad lysdioderne kan i dag og hvordan de ventes at udvikle sig i de kommende år. Rapporten udkom første gang i 2006 og er opdateret i december 2007 og no-vember 2009. I løbet af de tre opdateringer er der sket en rivende udvikling med lysdioderne. Udviklingen er gået fra, at lysdioder var et udpræget nicheprodukt, til det nu er det mest optimale valg i en række situationer. Der er dog stadig langt til, at lysdioder skal anvendes overalt.Publikationen er tænkt som et opslagsværk og en grundlæg-gende indføring i, hvordan lysdioden eller LED (Light Emit-ting Diode) fungerer, hvilke fordele og ulemper lysdioderne har, og hvilke elbesparelser man kan forvente ved at anvende lysdioder til belysning.

Målet er at inspirere arkitekter, ingeniører, installatører, kon-struktører, designere, elselskaber, kommuner og belysnings-branchen og andre til at udnytte denne nye lyskilde, der uden enhver tvivl vil få en stor plads i alle former for belysning i løbet af de næste 3-10 år.Kapitel 1 fortæller kort om den historiske udvikling og nogle af de mange myter omkring lysdioderne. Kapitel 2 beskriver forskellige diodetyper, hvordan lysdioder virker og gennem-går de vigtigste lystekniske parametre.Kapitel 3 og 4 går i dybden med de tekniske egenskaber og indeholder oplysninger til dem, der skal i gang med at designebelysning med lysdioder. Kapitel 5 gennemgår en række an-vendelseseksempler og viser hvor store elbesparelser, der kan opnås ved at anvende lysdioder. Kapitel 6 samler kildehen-visninger og links til yderligere oplysninger.

Lanceret i 1962Lysdioden, som vi kender den i dag, blev lanceret første gang i 1962 af fi rmaet General Electric, men først i 1968 kunne HP og Monsanto sende de første røde lysdioder på markedet. Dengang var der ikke nogen, der havde forestil-let sig, at man engang kunne få lysdioderne til at give hvidt

1Formålet med denne statusrapport er at give et billede af lysdioder til belysning

INDLEDNING

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde4

Lysdioder i dag har meget forskellig udformning. Her er monteret 7 enheder på samme print. Foto: Prolys Scandinavia.

lys, eller at de kunne anvendes til andet end indikatorer på radioer, fj ernsyn og andre elektriske apparater.Først sidst i 80’erne begyndte de farvede lysdioder at blive så kraftige, at de kunne anvendes til eff ektbelysning. I 1993 kom gennembruddet for de blå lysdioder, der viste sig at blive en afgørende forudsætning for væksten inden for de hvide lysdioder til belysning, idet de blå lysdioder via et fosforiserende lag kan konvertere det blå lys til hvidt. En milepæl blev nået i 2006, idet 50 lm/W blev nået. I 2007 blev dioder med 100 lm/W lanceret i laboratoriet og i 2009 var det muligt at købe lysdioder med 132 lm/W.I dag har vi så efter en række år, hvor teknologien har modnet sig, fået lysdioder på markedet, der kan anvendes til egentlig belysning både som hvide i forskellige farvetemperaturer og som farvede. Vi har fået en epokegørende lille og robust lys-kilde med en meget lang levetid sammenlignet med de øvrige lyskilder, der er på markedet. Med lysdioder er det nu lettere at integrere lys i arkitektur, i veje, i møbler og i produkter på en helt ny måde. Lysdioderne er blevet så gode og eff ektive, at de står på tærsklen til at kunne udkonkurrere en række af de eksisterende lyskilder. De har for alvor vist deres potentiale og vil udvikle sig ganske hurtigt i årene fremover.

INDLEDNING


Lysdiodens udvikling fra 1962-2009

GE u

dvikle

r den fø

rste LE

D

HP og M

onsanto

marke

dsfø-

rer d

e først

e røde LE

D

LED i o

range, g

ul og g

røn

LED m

ed lysu

dsendelse

på 1-10

lum

en

LED m

ed 10 lm

/W

LED m

ed 20 lm

/W m

ed ny

lysdio

de tekn

ologi

Gennem

brud fo

r den b

lå LE

D

75 lm

/W fo

r røde LE

D

30 lm

/W fo

r hvid

e LED

74 lm

/W h

vide i

labora

toriu

m

1000

lm fr

a én h

vid LE

D i

labora

toriu

m

80 lm

/W fo

r hvid

i

labora

torie

t

38 lm

/W fo

r hvid

e LED

1962 1968 1976 <1985 1990 1993 1999 2003 2004 2005- - -

Lysdioderne er interessante som

lyskilder blandt andet fordi:

• De lyser fremad og er ikke rundstrålende

• De har lang levetid

• De giver øjeblikkeligt fuld styrke

• De er fuldt dæmpbare uden farveændring (hvis elektronikken kan dæmpe)

• Der er ingen infrarød (IR) eller ultraviolet (UV) stråling i lyset

• De har en væsentlig højere effektivitet end glødepærer og halogenpærer. Pt. er effektiviteten generelt på højde med spare- pærer og de mest effektive har nået lysstofrør.

• De er mekanisk robuste

• De er små

• De tåler kulde

• De kan give meget mættede farver

• De indeholder ikke kviksølv som lysstofrør

• De kan give store elbesparelser

50 lm

/W fo

r hvid

e LED

2006

135 l

m/W

for h

vide LE

D i

labora

torie

t

132 l

m/W

for h

vid LE

D med

Ra<80

2007 2009

5

INDLEDNING

Eff ektiviteten stiger stadig ganske voldsomt, og lysudbyttet er i de senere år fordoblet hvert tredje år. Senest er fordob-lingen sket på bare to år. Om denne vækst vil fortsætte i de kommende år er ikke sikkert, men det er sikkert, at lysdio-der er kommet for at blive.I takt med at kvaliteten og eff ektiviteten forbedres, vil lys-dioderne i løbet af de næste 2-8 år oversvømme boliger, kontorer og veje både i den private og off entlige sektor. Årsagen er, at lysdioderne har mange fordele, der er interes-sante i den traditionelle belysning, og at de på grund af stør-relsen og egenskaberne kan anvendes inden for helt nye om-råder. Energimæssigt byder lysdioderne også på interessanteperspektiver, idet eff ektiviteten fortsat vil vokse og nu har nået samme eff ektivitetsniveau som sparepærer og lysstofrør og dermed kan konkurrere energimæssigt med de mest ud-bredte lyskilder til indendørs brug.Udendørs på veje, parker og stier har levetid, størrelse og robusthed så stor økonomisk betydning, at der også her vil blive integreret mange lysdioder i løbet af de kommende år. Specielt udendørs har man ikke helt så store krav til farve-gengivelsen som indendørs, så her vil lysdioderne uden tvivl boltre sig i årene fremover.


Men allerede i dag er der stor interesse for at anvende lysdi-oder som erstatning for de traditionelle lyskilder, da lysdio-dernes levetid og robusthed giver meget store fordele i den udendørs belysning. En vigtig parameter er driftsomkost-ningerne og hvorledes man hurtigt og billigt får udskiftet lysdioderne, når de er integreret i et armaturhus.Lysdioderne er på mange måder fremtidens lyskilde og ven-tes om få år helt at kunne udkonkurrere sparepærer, halo-genpærer og glødepærer, både hvad eff ektivitet og kvalitet angår. Dog vil der, primært på grund af prisparameteren, stadig være områder, hvor det ikke er fornuftigt at anvende lysdioder, og hvor de traditionelle lyskilder er det bedste valg.

Hvad er en lysdiode?Lysdioder er små elektroniske halvlederchip, der i sig selv udsender lys, når der sendes strøm igennem dem. Der er ikke, som i andre lyskilder, kviksølv, glas eller gasser under tryk. De fås både i rød, grøn, blå og en række andre farver samt i hvide.

LED Chip

Krop

Katode

Køleplade

Anode

Plastik Linse

Tværsnit af lysdiode


Roskilde Museum har skiftet til lysdioder i sin udstilling. Foto: Lumodan.

7

INDLEDNING

2Anvendelsen af lysdioder er i dag allerede vidt ud-bredt og har fundet anvendelse mange steder

STATUS FOR LYSDIODER

Ser man på, hvor langt lysdioderne og brugen af dem er kom-met i dag, så anvendes lysdioderne allerede til mange for-skellige belysningsformål. Lysdioderne har således langsomt men sikkert banet sig vej ind på områder, der tidligere var forbeholdt traditionelle lyskilder som lysstofrør, glødepærer og halogenpærer.De tidligste anvendelser af lysdioder til belysningsformål var til skilte på butikker, tankstationer og virksomheder, der øn-skede deres navn eller logo oplyst, når det bliver mørkt. Så kom dioderne til markeringslys til at vise vej, til at adskille vejbaner, til trafi ksignaler og til informationstavler. Dioder-nes første indtog på belysningsområdet var til belysning i lystbåde, i køkkenskabe, integreret i trapper, hylder og man-ge andre steder, hvor kravet til lysmængden ikke er så stort.Men nu hvor lysdioderne er blevet mere eff ektive, kan de anvendes til egentlige belysningsformål i arbejdslamper, til gangbelysning, kontorbelysning, til scenebelysning, facade-belysning og som nedgravningsspots, der kan belyse vægge, beplantning eller andre ting i det off entlige rum. Vi har set lysdiodernes farvespil anvendt til terapeutiske formål f.eks.

på hospitaler, og vi har set lysdioder i kombination med tra-ditionelle lyskilder blandt andet sparepærer med natfunk-tion, hvor lysdioderne står for lyset om natten på et lavere niveau. Vi har også fået en række lyskilder med lysdioder forsynet med standardfatninger til erstatning af gløde- og halogenspots.

Bilindustrien og digitalkameraindustrien er de områder, der har skubbet kraftigst til udviklingen af billigere og mere kraftige lysdioder. De fl este moderne biler har i dag lysdio-der som stop-, bag- og baklygter. Lysdioder sidder som ka-binebelysning og naturligvis også i instrumentpanelet. Fly-industrien er begyndt at tage lysdiodernes lange levetid og vibrationsstærke udformning til sig, ligesom elevatorin-dustrien også i stigende grad udnytter, at lysdioderne tåler rystelser og har meget lange vedligeholdelsesintervaller. Selv Dronningens historiske og bevaringsværdige kjoler i mon-trerne på Rosenborg Slot er oplyst af lysdioder.


Fra udstillingen ”Dronningens kjoler”. Lysdioderne giver længere levetid og reduceret varmebelastning på de gamle kjolestoffer. Foto: Lumodan

Enhed 2009 2010 2012 2015

LED effektivitet (2800-3500 K, Ra >=85) lm/W 83 97 114 138

LED pris (2800-3500 K) $/1000 lm 46 25 11 4

LED effektivitet (4100-6500 K, Ra=70-80) lm/W 132 147 164 188

LED pris, 4100-6500 K $/1000 lm 25 13 6 2


MarkedsudviklingMarkedet for lysdioder er vokset kraftigt siden 1995, med mobiltelefonindustrien som største aftager. Salget af hvide lysdioder steg med 42 % fra 2005-2006 samtidig med at pri-serne faldt 20-30 % og fra 2007 til 2008 steg salget med 8 % til 5,1 mia. US $. Selv med et forventet fald i 2009 til 4,9 mia. US$ er der ifølge analysevirksomheden Strategies Unlimited ingen andre lyskilder, der kan fremvise så kraftige vækstrater. Sandia National Laboratories i USA, der støttes af det amerikanske energiministerium, venter at lysdioderne over de næste 20 år vil erobre mellem 16-47 % af det samlede belysningsmarked, afhængigt af hvor kraftigt der investeres i lysdiodeudviklingen.

Lm/W er et udtryk for lysudsendelsen pr. Watt. 100 lm/W har i de senere år været et strategisk mål for lysdiodeprodu-centerne og for belysningsbranchen, og det blev nået i 2009. Næste mål er ifølge det amerikanske energiministerium 188 lm/W på markedet og det ventes at kunne nås i 2015 for koldhvide lysdioder (se tabel). Samtidig ventes prisen at falde dramatisk fra 46$/1000 lm i 2009 til 4$/1000 lm i 2015.

I 2015 ventes dioderne at nå 188 lm/W med en Ra-værdi mellem 70-80 og prisen ventes samtidig at falde til en tien-dedel. Beregninger viser, at når 100 lm/W bliver almindeligt udbredt til belysning, vil de mulige elbesparelser alene i USA løbe op i, hvad der svarer til 29 store kraftværker. Det er så store elbesparelser, at lysdioderne burde stå meget højt på li-sten over klimavenlige teknologier der skal arbejdes på at få i anvendelse. Ser man alene på elbesparelsespotentialet for lys-dioder, fi ndes der ingen anden teknologi med et større poten-tiale, hverken inden for køle-, varme- eller maskinområdet, hvilket sætter teknologien i et meget interessant perspektiv.

Effektive hvide lysdioderDe mest eff ektive hvide lysdioder i handlen har nået en ef-

fektivitet på 132 lm/W, dog kun i meget kolde lysfarver. Ty-pisk ligger de fl este af de kraftige lysdioder omkring 60-80 lm/W og giver nu så meget lys fra sig at det er muligt at anvende dioder til meget lyskrævende opgaver som uden-dørsbelysning og lignende. Mange hvide lysdioder har stadig en forholdsvis lav farvegengivelse omkring 70-80 og en kold farvetemperatur. Men i dag fi ndes lysdioder med Ra-værdi over 95. Ra-værdien er en parameter fra 0-100, der viser hvor god en lyskilde er til at gengive en række referencefarver. 100 er den maksimale farvegengivelse og svarer til dagslyset, der indeholder alle regnbuens farver. En glødepære har Ra-værdi på 99, og de fl este lysstofrør har Ra-værdi 80-85.

Eff ektivitetsmæssigt er de kommercielt tilgængelige lysdioder op til 10 gange så eff ektive som glødepærer, 3-5 gange så ef-fektive som halogenpærer, og væsentligt mere eff ektive end sparepærer, der har en eff ektivitet på typisk 50-60 lm/W.I 2005 forudsagde de største lysdiodeproducenter, Osram, Philips Lumileds, Nichia og Cree samt de forskere, som ar-bejder intenst på dette område, at vi i løbet af 2006 ville se hvide lysdioder i handlen med 50 lm/W og at der i de efter-følgende 3-5 år ville komme hvide lysdioder med op imod 80 lm/W. Disse mål er for længst nået og det er således gået hurtigere end forventet.

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 9

Tabel over forventet udvikling i pris og effektivitet.Kilde: Det amerikanske energiministerium, DOE



Forskere fra blandt andet National Sandia Laboratorium i USA har beregnet en mulig teoretisk grænse på 200 lm/W, hvis der investeres intensivt i udviklingen. 200 lm/W er langt højere end nogen anden lyskilde på markedet og forventes at blive nået i 2025. Andre forskere taler om teoretiske grænser på over 300 lm/W, endda med en god farvegengivelse.

Effektive armaturer med lysdioderLigesom det er tilfældet for lyskilder, er forskellige armaturermere eller mindre eff ektive. Armaturets eff ektivitet angives ved en armaturvirkningsgrad, der er defi neret som forholdet mellem den mængde lys armaturet udsender i rummet, og den mængde lys selve lyskilden i armaturet udsender.En del af lyset fra lyskilden absorberes i armaturet, f.eks. i

refl ektor, linse og afskærmning. Flere traditionelle lyskilder (f.eks. glødepærer og lysstofrør) udsender lyset i alle retnin-ger, hvilket betyder, at lyset skal ledes ud af armaturet ved hjælp af en refl ektor eller optik.

Det giver anledning til tab og mindsker armaturvirknings-graden. Men da mange diodelyskilder sender al lyset fremad, vil behovet for refl ektorer blive mindre og derved reduceres tabet i armaturet, som vil føre til en højere virkningsgrad og dermed et lavere elforbrug. I en række nye armaturer med lysdioder ser man lysdioder placeret med forskellig vinkling i forhold til armaturets hovedretning, hvilket betyder, at lyset fra dioden kan rettes direkte derhen, hvor der er brug for det.

LysudsendelseEn af lysdiodernes klare fordele er deres små dimensioner. Til gengæld er den samlede lysudsendelse (lumenpakken) normalt ikke så stor. Den svinger fra 0,1 lumen til ca. 1000

Grafen viser udviklingen i lyskilders effektivitet. Ved kraftig investering i forskning og udvikling kan lysdioder nå over 200 lm/W. Kilde: US Energy Department

Lysstofrør

Farvede lysdioder OLED

HvideLED

(marked)

HvideLED

(Lab)

0

25

50

75

100

125

150

175

200

2030202020102000199019801970

Udvikling inden for lyskilderIm/w

Lysdiodearmaturet, F+P 550 designet af Foster + Partner. Foto: Louis Poulsen Lighting.



lumen for de kraftigste lysdioder, som ikke er større end en 2 krone.

Omkring 300 lumen er tilstrækkeligt til en række spotlam-per, arbejdsbelysning og eff ektbelysning. Skal man anvende lysdioder til belysning på kontorer og på veje, skal der samles mange lysdioder i armaturet for, at lysniveauet kan nå op på de krævede niveauer.Men forskerne arbejder også på at øge den samlede lysud-sendelse.De kraftigste enkeltchip lysdioder på markedet giver i dag omkring 300 lumen, hvilket stadig er en del fra et standard 36 W lysstofrør, der giver 3350 lumen. Det er også mindre end for 60 W glødepæren, der er ved at blive udfaset, og som giver 720 lumen.Sætter man mange lysdioder sammen, kan man nå lysniveau-er, som er tilstrækkelige til kontorer, butikker, veje og stier.

Effektive farvede lysdioderEn af årsagerne til lysdiodernes store fremgang har fra start været de mange farvemuligheder. De farvede lysdioder an-vendes i stor udstrækning til skilte, farveeff ekter i butikker, barer, hoteller samt til trafi klyssignaler.Lysdioder fi ndes i dag i mange forskellige farver, hvor hver enkelt diode kun udsender lys i én bestemt farve. Der fi ndes lysdioder i rød, grøn, gul, amber, orange, blå, cyan og vari-anter af disse farver.Ved at blande lyset fra de farvede lysdioder rød, grøn og blå opnås mulighed for at blande stort set alle tænkelige farver inkl. hvid (RGB-metoden).

Pris pr. lumen Prisen på en lyskilde sammenholdt med levetiden og lys-mængden er afgørende for, hvilke anvendelser der er rele-vante.

Prisen på lysdioder svinger meget fra få kroner pr. styk til fl ere hundrede kr. pr. styk, afhængig af farvekvalitet, eff ekti-vitet og lysmængde.For at kunne sammenligne lyskilder, sammenligner man ofte prisen pr. 1000 lumen.Et standard 36 W lysstofrør til 45 kr. giver 3350 lumen og koster således 13 kr. pr. 1000 lumen. Tilsvarende koster hvi-de lysdioder typisk 300-800 kr. pr. 1000 lumen.

Tommelfi ngerreglen er, at lysdioder er ca. 20-30 gange dyrere pr. 1000 lumen end tilsvarende traditionelle lyskilder.Prisen pr. styk eller pr. 1000 lumen er imidlertid ikke den eneste økonomiske parameter, der indgår i prisen for et sam-let belysningsanlæg. Levetiden og udskiftningsomkostnin-gerne indgår også, når det samlede regnskab skal gøres op, og her lever dioderne væsentligt længere end andre lyskilder

Offi ce Air med lysdioder fra Nimbus Group.

11



11 myter om lysdioder (LED)og skal typisk slet ikke udskiftes, før hele installationen med tiden skal ændres. Hvis omkostninger til lyskildeudskiftning i belysningsanlæggets levetid medregnes, vil regnskabet se mere positivt ud for lysdioder, da de har levetider, der er op til 50 gange længere end for glødepærer, 25 gange længere end for halogenpærer og 2-3 gange længere end for lysstofrør.

Derudover er priserne på lysdioder faldende. I de sidste 2-3 år er prisen pr. lysdiode faldet med ca. 20 % pr. år, og det vil uden tvivl fortsætte samtidig med, at dioderne bliver mere eff ektive og kan udsende mere lys.

Hvis man skal købe lysdioder i større antal, er priserne lavere, men skal man have dem inden for ensartede farvesorteringer (bins), bliver priserne højere, da de skal sorteres. Priserne er baseret på køb i små styktal på danske hjemmesider og derfor er priserne generelt højere end priserne opgivet i tabellen fra DOE på side 9.

1. Lysdioder afgiver ikke varme

2. Lysdioder bruger næsten ingen energi

3. Lysdioder lever i 100.000 timer

4. Lysdioder giver ikke tilstrækkeligt lys til belysnings-formål

5. Lysdioder har ikke tilstrækkelig farve-gengivelse til belysningsformål

6. Højeffektive lysdioder er dyre

7. Lysdioder er mere effektive end nogen anden lyskilde

8. Lysdioder giver blåligt lys

9. Lysdioder kan anvendes til alle belysningsformål

10. Det er kompliceret at anvende lysdioder

11. Øjnene tager skade af at kigge ind i lysdioderne

Myterne passer ikke

Lyskilder Lysmængde Stykpris kr. Pris pr. 1000 lm Effektivitet Levetid Effektforbrug Størrelse mm (lm) (ved 10 styk) kr. (ved 10 styk) lm/ Golden Dragon 45 lumen ved 24,10 534,- 45 lm/W 70000 timer 1W ex driver 11x6x1,8mmOsram 3500K, 350 mA (16,35) (365,-) ved 4oCOstar, Osram 510 lumen ved 257,00 504,- 33 lm/W 70000 timer 15W ex driver 22 x 20 mm 3500 K, 350 mA (175,22) (343,-) ved 4oCRebel, Philips 60 lumen ved 29,30 488,33 54 lm/W 50000 (100oC) 1,1W ex driver 4,61x3,17x2,1 mmLumileds 3500 K, 350 mA Lysstofrør T8 3350 lumen 43,50 13 85 lm/W 20000 39 W inkl. 1200x2636W 3000 K forkobling



Myterne passer ikke:

1. En af de mest forkerte antagelser er, at lysdioderne ikke afgiver varme. Faktisk er varmeafl edning en af de vigtigste parametre at have styr på, når man designer armaturer til lysdioder. Lysdiodernes levetid reduceres væsentligt, hvis de ikke kan komme af med varmen. Diodernes lys indeholder derimod ikke varmestråling, som glødepærer og halogenpærer.

2. Lysdioderne bruger naturligvis energi, og der fi ndes efterhånden en række eksempler på, at der kan opnås elbesparelser med lysdiodeløsninger, men det gælder langt fra altid.

3. Levetiden er en af lysdiodernes afgørende styrker. Lys-dioder kan godt leve i 100.000 timer, men der kommer ikke ret meget lys ud af dem. Der fi ndes standardmeto-der (L70 og L50) til at specifi cere levetiden for lysdioder. L50 er levetiden, når lysudsendelsen er reduceret til 50 %.

4. Lysdioder kan i mange tilfælde give tilstrækkeligt lys til egentlige belysningsformål. Diodernes styrke ligger i dag i områder, hvor afstanden mellem lyskilde og objekt er relativt lille, til spots og til steder med vibrationer og små pladsforhold eller hvor andre lyskilder ikke kan anvendes.

5. Farvegengivelsen (Ra-værdi) for lysdioder svinger meget fra 60 til omkring 95. Det betyder, at man kan få god lyskvalitet, som er i nærheden af gløde- og halogenpæ-rer. Til en række formål spiller farvegengivelsen dog ikke nogen afgørende rolle, men til almene belysningsformål skal den være over 80.

6. I en række tilfælde giver den lange levetid og de redu-cerede udskiftningsomkostninger en bedre økonomi end med traditionelle lyskilder. Ser man alene på stykprisen eller på kroner/lumen, er lysdioderne i dag væsent-ligt dyrere end traditionelle lyskilder, men prisen falder løbende.

7. Dioderne nærmer sig med hastige skridt de mest effekti-ve lyskilder. Der fi ndes dog mere energieffektive lyskilder som lysstofrør, højtryksnatrium- og metalhalogenlamper. Målt i lysmængde pr. tilført effekt (lm/W) er de bedste lysdioder mere effektive end glødepærer og halogen-pærer og på niveau med sparepærer. De allermest effektive er på niveau med lysstofrør.

8. Lysdioder fås i dag med mange forskellige farvetempe-raturer – både kolde, neutrale og varme. Typisk er de blålige og kolde, men de fås i varmhvide med samme varme farvetemperatur som glødepærer.

9. Lysdioder kan ikke anvendes til alle belysningsformål. Deres fysiske størrelse, de relativt små lysmængder og manglen på standardiserede sokler samt prisen gør, at lysdioder ikke er egnede til alle formål.

10. Der fi ndes lysdiodeløsninger med standardfatninger som enkelt kan erstatte glødepærer og halogenrefl ektor-pærer. Men skal man selv udvikle armaturer, er der en række nye områder, man skal tage hensyn til, blandt andet varme, driver, montering og indkapsling.

11. Selv om lysdioderne er meget skarpe og har en høj luminans, så får man ikke øjenskader ved at kigge ind i lysdioderne. Man bør dog ikke se ind i dem i længere tid.

13

3Over det meste af verden forventes det, at lysdioder til belysning vil vinde kraftigt ind på markedet

LYSDIODER SOM BELYSNING

Anvendelsesmulighederne for lysdioder til belysning er man-ge. Allerede i dag har lysdioderne vist, at de kan anvendes til belysningsformål, og selv om lysdioderne stadig er i en tidlig udviklingsfase, er der ingen tvivl om, at brugen af lysdio-derne til belysning vil vokse hurtigt. Over det meste af verden forventes det, at lysdioder til belysning vil vinde kraftigt ind på markedet i løbet af de næste 5-10 år. Alene i USA ventes lysdioderne i 2025 at dække over 40 % af det samlede mar-ked for belysning.Med de lovende resultater, der er fremvist i laboratorierne, er kursen for kraftigere lysdioder stukket ud.Både 100, 120 og 130 lm/W for de hvide lysdioder er de-monstreret i forskellige udviklingslaboratorier, og det er med til at understrege det store potentiale og de mange mulighe-der, der er i lysdiodebelysning. 50 lm/W har gennem fl ere år været en magisk grænse, men den er for længst nået. 100 lm/W er i dag muligt, og den næste magiske grænse er 150 lm/W. Et andet mål er at opnå en høj eff ektivitet ved farve-

temperaturer på 2700 K og med farvegengivelse over 80. Det er langt sværere, men det arbejdes der ihærdigt på. Når disse mål nås og dioderne bliver billigere, vil lysdioderne blive et naturligt valgt i rigtigt mange typer belysningsløsninger.

Første trin i lysdiodernes indtog har været de områder, hvor der ikke er behov for kraftige belysningsstyrker, eller hvor de farvede lysdioder har givet nye muligheder for farvet lys.

Andet trin har været områder, som ikke tidligere har kunnet belyses med traditionelle lyskilder, eller hvor monteringsfor-holdene er vanskelige eller utilgængelige. Det er eksempel-vis områder med mange rystelser som biler, elevatorer, fl y og bærbare elektronikprodukter. Det er områder, hvor størrelsen af lysdioderne gør, at der nu kan integreres lys i produkterne.

Brobelysning, markering af trapper, trin og kanter er også blandt de første anvendelseseksempler, hvor lysdioderne kan placeres integreret i gelændere og rækværk eller nedgravet i jorden. Dioderne gør det nemlig muligt at designe meget små og fl ade armaturer.


Axelborg - elevator med lysdioder.Foto: Lumodan

Axelborg foto - ikke med på CD?


Hertil kommer områder, hvor det er dyrt at udskifte lyskil-derne. Det er typisk højt placerede steder, steder hvor det kræver lift eller er besværligt og tidskrævende at komme til. Tredje udviklingstrin for lysdioderne er spot- og eff ektbe-lysning i boliger, hoteller, butikker, bygninger, trapper, gan-ge, museer og så videre.

Fjerde trin bliver anvendelse af lysdioder til kontorbelysning og udendørsbelysning, som vi kun lige har set de allerførste eksempler på. I kontorer kræves normalt et farvegengivelses-indeks over 80 og farvetemperaturer omkring 3000 K og det har en del lysdioder stadig svært ved at klare med høj eff ek-tivitet, så man skal vælge lysdioder med omhu. I takt med at lysdioderne bliver kraftigere og billigere, vil hele området for udendørsbelysning blive interessant, idet den lange levetid og tiden mellem serviceintervallerne gør lysdioderne særdeles interessante til udendørsbelysning.

Hertil kommer de mange arkitektoniske muligheder på fa-cader, pladser og stier, hvor lysdioderne kan indbygges og nedgraves og samtidig sikres mod hærværk og fugt.

Udviklingsvejen for anvendelser• Markering og skilte • Mobiltelefoner og biler • Eff ektbelysning med farver • Montrer og elevatorer • Gange og kølerum • Butiksbelysning • Arbejdslamper• Udendørsbelysning og vejbelysning • Boligbelysning • Almenbelysning i kontorer, gange og skoler

Hvad kan lysdioder?Lyskilder har alle en lang række spændende egenskaber og en række ulemper. Det vigtigste er at vurdere, hvad lyskilden


Belysning med lysdioder på Museum Zeughaus i Mannheim.Foto: Zumtobel


kan tilføre en løsning. Man bør ikke vælge lysdioder uden at have overvejet, hvilke krav man har til lyskilden og belysnin-gen ud fra en række lystekniske krav og kvalitetsegenskaber, som beskrives i det følgende.

Eff ektiviteten målt i lm/W er som beskrevet tidligere en af de vigtige parametre, der altid bør overvejes ved valg af lyskilder. En anden parameter er lysets farvekvalitet. Her er de bedste lysdioder næsten på niveau med halogen- og glødepærer, og de er i en række tilfælde mindst lige så gode som lysstofrør og sparepærer, hvad angår farvegengivelsen.

Diodeproducenterne har i dag store problemer med at pro-ducere lysdioderne ensartet med hensyn til farvetemperatur, lysintensitet og eff ektivitet. Det betyder, at der selv inden for den samme diodeproduktion er meget store produktionstole-rancer. Det skal man være opmærksom på, når man arbejder med lysdioder, så man ikke risikerer, at hvide lysdioder, der skal sidde på en række, ser forskellige ud. Selv små nuan-ceforskelle i den hvide lysfarve kan opfattes af øjet og kan ødelægge oplevelsen af belysningen på en hvid væg.

Produktionstolerancerne betyder, at producenterne må sor-


tere lysdioderne i forskellige farvekvaliteter (bins), som kan bestilles hos de mest seriøse lysdiodeproducenter, dog mod merpris. Denne sortering betyder, at man får mere ensartede lysdioder, hvor farveforskellen er inden for visse tolerancer.

LevetidDer er i dag stor forskel på lysdioders levetid og kvalitet fra producent til producent. Selv om der specifi ceres meget lange levetider, afhænger levetiden af mange ting. Man skal være opmærksom på de betingelser, der skal opretholdes, hvis de lange levetider skal opnås.Levetiden opgives i dag forskelligt fra de forskellige lysdio-deproducenter.

Men sammenslutningen ASSIST, som består af de største diodeproducenter, har udarbejdet retningslinjer, der anbe-faler, at der både specifi ceres L70, L50 og B50 og B10 le-vetidsværdier. L70 og L50 er betegnelser for levetider indtil henholdsvis 70 % og 50 % af lysmængden er tilbage. B10 og B50 er tiden indtil henholdsvis 10 % og 50 % af dioderne fejler. Formålet med alle fi re levetider er at give det fulde billede af levetidens sammenhæng med temperatur og strøm-belastning.

A: Spektralfordeling for et 1-pulver lysstofrør på 2700 K

Kilde: Elektriske Lyskilder, Lysteknisk Selskab

A B C

400 500 600 700 nm400 500 600 700 nm400 500 600 700 nm

B: Spektralfordeling for et 3-pulver lysstofrør på 4000 K

C: Spektralfordeling for en hvid lysdiode


Ved at se på alle disse forskellige levetider, får man et langt mere detaljeret billede af holdbarheden af produkterne. Det som er vigtigt at vide er, at der er en række parametre, som har indfl ydelse på levetiden og som hænger tæt sammen med omgivelsestemperaturen og hvor godt lysdioderne er kølet. Den primære parameter er således temperaturen. Har man designet køleforholdene for dårligt, så temperaturen når over det anbefalede maksimum, vil levetiden forkortes. Her siger tommelfi ngerreglen, at hvis man forøger chiptemperaturen (junktiontemperaturen) med 10 grader, vil levetiden halv-eres.

Men også strømstyrken har indfl ydelse på levetiden; jo større strøm man sender gennem dioderne, jo højere bliver tempe-raturen inde i dioden.Lysdioderne skal jo også drives af en driver, og den skal, hvis det skal give mening at anvende lysdioder, have samme le-vetid. Både Osram og Philips Lumileds har som standard 50.000 timers levetid for deres drivere, men der fi ndes som nævnt mange forskellige produkter og kvaliteter på marke-det. Det er ikke ualmindeligt med levetider på 10-15.000 timer for en driver til lysdioder, så her skal man være op-mærksom, hvis man ønsker lang levetid.

FarvegengivelseLyskilders evne til at gengive farver hænger sammen med det farvespektrum, som lyskilden selv udsender. Udsendes intet lys i en del af farvespektret, kan lyskilden ikke gengive de på-gældende farver. Giver lyskilden kun lidt lys i et farveområde, vil ikke alle nuancer kunne gengives. Hvis lyskilden giver me-get rødt og varmt lys som glødepæren, vil den fremhæve de røde farver. Glødepæren indeholder alle farver, men udsen-der mindre lys i det blålige område, derfor ses der normalt stor forskel på farver i glødepærelys og i dagslys (selv om de begge kan gengive alle farver).Evnen til at gengive farver anvendes kun for hvide lyskilder og angives med et farvegengivelsesindeks – en Ra-værdi mel-


Loftarmaturet Q64in fra Nimbus Group.

lem 0 og 100, hvor 100 er bedst. Værdien angiver, hvor god lyskilden er til at gengive 8 referencefarver.

Dagslys har den bedste farvegengivelse på 100, gløde- og ha-logenpærer har en farvegengivelse på 99 og sparepærer og almindelige lysstofrør har en farvegengivelse på lidt over 80. Lysstofrør produceres dog med Ra-værdier fra 50-98 og fås derfor i udgaver med speciel god farvegengivelse, der næsten er på højde med glødepærer.Til sammenligning har de bedste hvide lysdioder en Ra-værdi op til 95, hvilket er tæt på halogenglødepærer og de bedste lysstofrør.

Mange lysdioder ligger dog i området 65-75, hvilket ikke er tilstrækkeligt til indendørs arbejdsbelysning. Ifølge standar-den DS 700 kræves en Ra-værdi på 80 til arbejdsbelysning på kontorer. Lysstofrør kan normalt gengive de fl este farver, men har huller eller dybe ”dale” i farvespektret, som betyder at deres evne til at gengive farver i disse områder er dårlig.Lysdioder har normalt ingen ”huller” i farvespektret, men har spidser og dale afhængig af typen og den metode der benyttes til at skabe det hvide lys.


EffektivitetNår man vil sammenligne lyskilders eff ektivitet, anvendes primært to parametre; hvor meget lys lyskilden udsender (lu-menpakken) og den forbrugte energi (Watt). Eff ektiviteten angives i lumen/Watt (lm/W) og værdien udtrykker direkte, hvor eff ektivt lyskilden omformer energien til synligt lys. De mest eff ektive hvide lysdioder på markedet har en eff ektivitet på over 100 lm/W.

Lyskildens samlede lysudsendelse, der måles i lumen (lm), er også en væsentlig parameter at se på. De kraftigste lysdioder på markedet kan give op til 1000 lumen for en 10 W enhed med fl ere lysdioder indbygget. Til sammenligning giver en standard 60 W glødepære 720 lumen og et 36 W lysstofrør omkring 3350 lumen. Hverken lumen eller lm/W siger noget om, hvor i det synlige spektrum lyset udsendes.Et godt eksempel på en meget eff ektiv lyskilde er højtryksna-triumlampen, der primært anvendes til vejbelysning og har en eff ektivitet på ca. 120 lm/W. Den udsender primært lyset i den gule del af farvespektret (hvor øjet er mest følsomt) og har derfor et lavt farvegengivelsesindeks mellem 20-40.Når man taler eff ektivitet, skal man være opmærksom på, at en række lyskilder kræver en forkobling, som også bru-ger strøm. Elforbruget i forkoblingen skal således være med i det samlede elforbrug, når eff ektiviteten beregnes. Typisk er elforbruget i moderne forkoblinger og drivere 10-15 % af lyskildens eff ektforbrug.

Der er stor fokus på lysdiodernes eff ektivitet, men man skal være opmærksom på, at det ikke alene er lyskildens eff ekti-vitet, der bestemmer, hvor meget lys der rammer en given fl ade. Afstanden til lyskilden og tab i refl ektor, optik og af-skærmning har stor betydning for den samlede mængde lys, der rammer fl aden. Hvor kraftig belysningen er på en fl ade kaldes belysningsstyrken og angives i lux.Da lysdioderne er små, kan de normalt placeres tættere på den fl ade, der skal belyses. Og da de, i modsætning til de rund-

strålende glødepærer og lysstofrør, kun lyser i én retning, kan der være situationer, hvor lysdioderne er bedre egnet og mere eff ektive end de traditionelle lyskilder. Det gælder især, hvor der er tale om farvet lys, idet de farvede lysdioder fra starten er født til kun at give en bestemt farve. Farvet lys fra tradi-tionelle lyskilder skabes altid via fi ltrering gennem farvefi ltre, hvilket reducerer eff ektiviteten med op til 80 %.Trafi ksignaler er et godt eksempel, hvor de farvede lysdio-der giver en række fordele. Her giver lysdioderne direkte den røde, grønne eller gule farve i stedet for at fi ltrere det hvide lys fra en glødepære. Herved kan opnås ganske store elbe-sparelser. Og da lysdioderne lyser fremad, er det derfor ikke nødvendigt med en refl ektor (med tab) til at sende det bag-udrettede lys ud af trafi ksignalet.

FarvetemperaturEn lyskildes farvetemperatur er et mål for, om lyset fra en hvid lyskilde er koldt eller varmt. Akkurat som en solnedgang, der opleves varm og som en vinterdag med klar himmel, der ople-ves kold. Farvetemperaturen angives i Kelvin (K).


Arbejdslampen Ninety fra Luxo.


Jo højere farvetemperatur, jo koldere og jo mere blåligt bliver lyset. Angivelsen af farvetemperaturen er baseret på lyskil-dens spektrale udstråling og en beregning, der svarer til, at man sammenligner lyset fra lyskilden (kun hvidt lys) med et såkaldt sort legeme, der opvarmes. Når lyskilden har samme lysfarve eller farvetemperatur som det sorte legeme, måles temperaturen på legemet, og det angives som farvetempe-raturen. Man sammenligner ofte farvetemperaturen med et glødende stykke jern. Når det langsomt opvarmes, er det først rødglødende med lav temperatur. Efterhånden som det varmes op, bliver det først mere orange, så mere hvidt, for senere at blive hvidglødende og nærmest blålig hvidt, når temperaturen er meget høj.Lysdioder er ofte meget blålige og kølige i lysfarven og har derfor normalt en høj farvetemperatur på 5-6000 K. Men for at kunne matche glødepærer er der også udviklet varmhvide lysdioder med farvetemperaturer på 2700-3000 K.

Fordele og ulemperLysdioder er en fantastisk nyskabelse inden for lyskilder. De fylder mindre end et fi ngerbøl, hvilket betyder, at de kan ind-bygges steder, hvor det tidligere ikke var muligt. De lyser kun

i én retning med spredningsvinkler fra 5-140°. Traditionelle lyskilder sender lyset ud i alle retninger 360° og må derfor normalt have en refl ektor (med tab) eller en skærm til at rette lyset derhen, hvor det ønskes.Lysdioderne har meget lang levetid 25.000 - 50.000 timer, opgiver de fl este leverandører. Sandheden er, at de fl este lys-dioder godt kan holde i 100.000 timer, da de sjældent går i stykker (hvis de behandles efter forskrifterne). I mange tilfæl-de vil der dog ikke komme ret meget lys ud efter 100.000 ti-mer, da de materialer, lysdioderne er opbygget af, ældes med tiden. Levetiden afhænger i høj grad af, hvordan lysdiodernebehandles. For høj temperatur, fugt, statisk elektricitet, sol-lys og kraftige strømbelastninger kan hurtigt tage livet af en lysdiode, der på mange måder ligner en almindelig elektro-nikkomponent.

En af diodernes helt store fordele er, at der ingen mekaniske komponenter er i en lysdiode. Der er således hverken glas, gasser under tryk eller glødetråde, der kan brænde over eller ryste løs. Derfor tåler lysdioderne kraftige vibrationer.Lysdioderne fungerer også rigtig godt ved lave omgivelsestem-peraturer, fordi den lave temperatur bidrager til afkølingen


Blanding af rød-grøn-blå: Fosfor-konvertering: Kombi fosfor og farvet:

Fordele: Fordele: Fordele:Højere effektivitet Lys fra én kompakt enhed Bedre farvegengivelseGod farvegengivelse Meget små dimensioner Lavere farvetemperaturMange muligheder for farveskift

Ulemper: Ulemper: Ulemper:Svært at blande lyset 100 % Lavere effektivitet Forskellige typer dioder kan udvikle sig Randeffekter af farvet lys kan opstå Kompliceret produktionsproces forskelligt over tidSvært at styre farvestabiliteten over Begrænset antal farver Kan have uens levetid og uens lysfarvelevetiden

Lysdioder med hvidt lys kan opbygges på tre principielt forskellige måder. RGB blanding af farvet lys, Blå og UV-diode med fosforkonvertering og en kombination af disse to.


af dem. Faktisk udsender de mere lys, når lysdiodetempera-turen falder.Det er helt modsat med de øvrige lyskilder som lysstofrør og damplamper, der ofte har svært ved at tænde og bliver mindre eff ektive, når temperaturen falder.Lysdioder kræver en elektronisk forkobling eller en driver. Det betyder samtidig, at de uden problemer kan dæmpes, og reguleres uden at lysfarven ændres væsentligt. Man skal dog være opmærksom på, at de fl este lysdiode-pærer, der i dag


er på markedet, ikke er beregnet til at kunne dæmpes, med mindre det fremgår direkte af emballagen. Dæmpning kræver at lyskilden indeholder den nødvendige elektronik.

En anden fordel ved lysdioder er, at de hverken udsender ul-traviolet lys eller infrarødt lys (varmestråling). Varme fra ha-logen- og glødepærer er et stort og energikrævende problem i butikker, der ofte må køle kraftigt for at komme af med varmen. Desuden falmer stoff er og andre materialer, når de udsættes for varmestråling og ultraviolet stråling.Da lysdioderne forsynes med 1,5-24 volt og ikke trækker de store strømme, kan batteriforsyning eller solcelleforsyning også anvendes.Farveskift og farvet lys hører også til lysdiodernes indbyggede fortrin. Farveskift kan opnås ved at anvende lysdioder, der har indbygget tre farvede diodechip i henholdsvis rød, grøn og blå. Ved at blande de tre farver kan der opnås hvidt lys, og samtidig kan man blande sig frem til utallige farver ved at styre hver enkelt farve hver for sig.Til ulemperne hører, at de fl este lysdioder endnu ikke ud-sender ret meget lys sammenlignet med de traditionelle lys-kilder. Typisk udsender de kraftigste enkelt dioder omkring 50-100 lumen eller 1/7-del af lysmængden fra en glødepære og kun ca. 1/30 af lysmængden fra et lysstofrør.Men diodeproducenterne er begyndt at pakke fl ere dioder sammen, så man kan få enheder på størrelse med en to-kro-ne, der kan udsende 1000 lumen.Lysdioder leveres i dag i et utal af varianter og former, som er mere eller mindre færdige halv- og helfabrikata. Nogle fi ndes med sokkel til direkte udskiftning af eksisterende gløde- el-ler halogenpærer, mens andre fi ndes som bånd, stænger eller monteret på et printkort med diverse køleribber.Fælles for alle hvide lysdioder er, at de anvender en af to prin-cipielt forskellige måder til fremstilling af hvidt lys.Den ene metode er at benytte de tre grundfarver rød, grøn og blå (RGB-metoden) og blande disse til hvidt lys. Da de farvede lysdiodechip fås meget små, kan de tre farver placeres

Osram parathom 2W

Philips master LED E27_A55

Master LED GU53


sammen i et lille hus, der blander lyset, så det opfattes som hvidt, når det kommer ud af lysdioden.Den anden metode anvender en UV eller blå lysdiode, hvor lyset bliver konverteret til hvidt lys med fosforbelægning inde i lysdioden. Begge typer fi ndes på markedet i mange forskel-lige udformninger.Kombimetoden ses også, hvor de to teknologier blandes. Ved at benytte hvide fosforiserende lysdioder og en farvet diode, typisk rød eller gul, kan man opnå bedre farvegengivelse og lavere farvetemperatur.Kombimetoden anvendes både på chipniveau, hvor forskel-lige chip samles og lyset blandes inde i dioden og på arma-turniveau, hvor man blander hvide og farvede lysdioder ved siden af hinanden, så man direkte kan se de forskellige typer, når man ser op i armaturet.

UdformningerSom man kan se på hjemmesiden www.elsparefonden.dk un-der lysdioder er der inden for de sidste to år kommet utro-ligt mange lysdiodeprodukter på markedet. Listen omfatter 100 eksempler på forskellige armaturer og 50 eksempler på erstatningslyskilder med standardgevind eller sokkel. Der er således lysdioder til mange forskellige anvendelser. Typiske produkter er spots og arbejdslamper og erstatninger til gløde-pærer og halogenspots.


Den meget store mængde viser, at der er mange produkter på markedet. Listen viser også, at der er meget forskellige udformninger og data for både erstatningslyskilderne og de færdige armaturer. Listen indeholder eksempler og giver så-ledes ingen anbefaling. Det anbefales, at man ikke vælger hverken lyskilder eller armaturer, før man har set dem lyse i virkeligheden og har specifi ceret, hvilken type lys og armatur man har behov for.

OLEDEn anden og ny type lysdioder er OLED (Organic Light Emitting Diode). OLED er helt fl ade lyskilder som rummer muligheder for storfl ade og fl eksible lyskilder. Udviklingen af OLED er startet i Tyskland, men i dag arbejder fl ere store europæiske virksomheder og universiteter på et fælles forsk-nings og udviklingsprojekt, OLLA-projektet (Organic LED Lighting Applications). I projektet er udviklet OLED-belys-ningsløsninger med høj lyskvalitet, levetid og energiforbrug. Over 50 lm/w er opnået i projektet med en levetid på 10.000 timer. Prisen er endnu så høj, at kommercielle OLED-arma-turer endnu ligger 4-5 år ud i fremtiden, men så forventes OLED med 100 lm/w.

OLED enhed fra Philips Lighting

BLTC LED PAR20

4Lysdioder til belys-ning er et relativt nyt fænomen. Man skal derfor være op-mærksom på, hvilke lysdioder man køber

LYSDIODERS EGENSKABER

Lysdioder har i løbet af de sidste 5-6 år udviklet sig betyde-ligt, når der ses på dioder til belysning. Der udvikles utroligt meget i forskellige teknologier og der kommer hver dag nye armaturløsninger på markedet.

Det er således stadig en lyskilde under udvikling. Det betyder, at der ikke er de samme standarder og erfaringer som med de traditionelle lyskilder. Der sker dog en række fremskridt både for hvordan de etablerede fabrikanter opgiver lysdata og på området for standarder. Men mange nye lysdiodeleverandø-rer kommer til. Derfor skal man være opmærksom på, hvad man køber og hvilken leverandør man vælger.

Skal lysdioderne anvendes til seriøse formål, må man kræve en fornuftig dokumentation af specifi kationerne og leve-ti-den, inden man investerer store beløb i lysdioder.Der er eksempler på, at lysdioderne kan undergå endog me-get store ændringer i både lysstyrke og farve allerede i de før-ste år af levetiden, men de største producenter, der har været

på markedet i mange år, garanterer lange levetider og ydelser, når lysdiodernes driftsparametre overholdes.Skal lysdioder anvendes til belysning, kræves væsentlig mere lys, end når lysdioderne anvendes som indikatorlampe eller markeringslys. Med dagens lysdioder stiller det store krav til armaturernes eff ektivitet, placering og udformning.De første armaturer, der kom frem med lysdioder, var blot tra-ditionelt udformede armaturer med lysdioder.. Efterhånden som designere og producenter er blevet mere fortrolige med lysdiodernes muligheder, ses nu løsninger, hvor lysdiodernes specielle fysiske og lysmæssige egenskaber udnyttes fuldt ud. Spørger man lysdiodespecialister, siger de, at lysdioder skal eller bør anvendes der, hvor de tilfører noget nyt til produk-tet og ikke bare erstatter en tilsvarende anden lyskilde.I modsætning til traditionelle lyskilder, der normalt af øko-nomiske grunde placeres med større afstand for at dække et stort område, betyder lysdiodernes mindre lysudsendelse, at de må sidde tættere, hvilket normalt er med til at give en jævnere belysning på fl aden, der skal belyses.

Lystekniske egenskaberLysdiodernes lystekniske egenskaber spiller en større og stør-re rolle i takt med, at lysdioderne bevæger sig længere og længere ind på belysningsområdet. Til billygter, markerings-lys og lommelygter spiller farvegengivelse og farvetemperatur ikke så stor rolle.Det gør derimod eff ektiviteten. Højere eff ektivitet giver fl ere og fl ere anvendelsesmuligheder inden for belysning. Til al-mene belysningsformål er farvegengivelsesindekset og farve-temperaturen vigtig.I Danmark har vi tradition for at foretrække varmt lys med farvetemperaturer omkring 2700 K i boliger og på mindre kontorer. Lidt koldere farvetemperaturer anvendes normalt i storrumskontorer og i industrien. I Sydeuropa anvendes nor-malt endnu koldere lysfarver, end der foretrækkes i Danmark og Norden.



På grund af lysdiodernes meget lille udstrækning er linse-sy-stemer meget velegnet til at sprede eller styre lyset. Plastlinser kan i dag fremstilles eff ektivt og relativt billigt, og mange lysdiodeproducenter har lysdioder med linseløsninger i deres program. Derudover fi ndes en række linseproducenter, som kan udvikle specifi kke linser eller som fører linser, der passer til de mest udbredte lysdioder.

Lysfordelingen, altså hvordan lyset udsendes fra lyskilden, er afgørende for, hvordan en lampe eller et armatur fungerer. Armaturerne designes til konkrete lyskilder, og for at kunne styre lyset derhen hvor der er behov for det, udvikles refl ek-torer og linsesystemer.

Derfor fi ndes en række forskellige lysdiodeudformninger, der giver forskellige lysfordelinger, som er tilpasset specielle an-vendelser.

Et andet forhold i relation til design af armaturer og lamper med lysdioder er den meget punktformige lyskilde. Det giver helt nye designmuligheder og bedre muligheder for at styre lyset derhen, hvor der er behov for det. Jo mere punktformet en lyskilde er, jo lettere er det at konstruere en eff ektiv og præcis refl ektor eller linse.

På grund af lysdiodernes meget lille størrelse er lysintensite-ten eller luminansen (candela/m2) samtidig meget høj. Det


Kontorbelysningsarmaturet Orbiter 2 fra Siteco.

betyder, at lysdioder nemt blænder, hvis man kigger ind i lys-kilden eller i refl ekterende fl ader. Men da øjet fanges af høje luminanser og spil i overfl ader, giver lysdioderne naturligt en ny opmærksomhedsværdi. Lyset spiller nemmere med i blan-ke overfl ader, hvilket guldsmedeforretninger og kølemontre-producenter allerede har fundet ud af. Det er således altid en balance mellem at blænde og udnytte den høje luminans.


Termisk design er altafgørendeEn ny disciplin for designere, konstruktører og armaturpro-ducenter, der vælger at arbejde med lysdioderne, er det ter-miske design - altså varmeforholdene i armaturet. Selv om en af myterne omkring lysdioder siger, at lysdioderne ikke bliver varme, så kan det ikke være mere forkert. En af de allervig-tigste parametre at have styr på er temperaturen i lysdioden.Bliver den for høj og over den specifi cerede grænse, som producenten angiver, så nedsættes levetiden dramatisk. I takt med at lysdioderne bliver mere og mere kraftige stiger varmeproblemet. Meget varme på et lille område skal ledes væk gennem armaturet via køleribber, metalplader eller ved hjælp af ventilation. Der er en direkte sammenhæng mellem temperaturen inde i lysdioden og levetiden og som med al anden elektronik, gælder reglen, at hvis temperaturen øges med 10 grader ud over det specifi cerede område, så halveres levetiden.

Slutbrugeren skal ikke umiddelbart bekymre sig om tempe-raturen, men det betyder alligevel noget for levetiden, om et armatur sidder lukket inde i et varmt rum, eller om det sidder i et koldt velventileret lokale.

En række lysdiodeproducenter opgiver referencepunkter på de printplader, som lysdioderne monteres på, hvor tempe-raturen kan måles og kontrolleres. Og ved hjælp af normale termiske beregninger kan man beregne, hvor stor kølefl ade et givent armaturdesign skal have for at bortlede varmen.Monteringsretning, fastgørelse og materialevalg hænger tæt sammen med, hvor godt eller skidt et termisk design, man får opbygget. Gode varmeledere er metaller og dårlige er plast, men ventilation og placering af fastgørelsespunkter er vigtige elementer at overveje undervejs i konstruktionsprocessen.

En hurtig metode til at vurdere kvaliteten af et lysdiode ar-matur er således at se på, hvor meget der er gjort ud af at designe køleribber og varmeafl edning.


Som det ses her er farvetemperaturen meget forskellig på dioderne. Foto Cree.

Køleribbernes udformning er afgørende for levetiden. Foto: Lumodan.


SikkerhedLysdioder hører i dag sikkerhedsmæssigt ind under stan-darden CIE S 009/IEC 62471, “Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems”. Standarden specifi cerer hvor-ledes man skal måle og angive lyskilders og armaturers sik-kerhed. Specielt øjenskader har været i fokus, men langt de fl este lysdiodeprodukter til anvendelse inden for belysning giver ingen risiko for øjenskader. Ved anvendelse af lysdioder i udstyr med optik og linser kan der være risiko for øjenska-der, så man bør derfor ikke se direkte ind i lysdioderne på kort afstand.

Farvestabilitet – binsSom det også kan være tilfældet med lysstofrør, kan der være forskel i udseende af lysdioder, der opsættes lige ved siden af hinanden. Anvendes lysdioder som spots på en hvid væg, skal man sikre sig, at de har præcist den samme hvide farve. Produktionstolerancerne er i dag så store, at de seriøse produ-center sorterer de hvide lysdioder i såkaldte bins eller grup-per, der har samme hvide farvenuance. Øjet har en meget høj følsomhed over for små variationer i den hvide farve, og er desuden følsom over for variationer i lysintensiteten el-ler lysmængden, som også kan variere kraftigt fra lysdiode til lysdiode. Derfor kan man vælge lysdioderne i specifi kke sorteringer, så man på et senere tidspunkt kan få tilsvarende lysdioder ved udskiftning eller reparation.


Randers bio har udnyttet farveskiftende lysdioder til at skabe forskellige stemninger. Foto: Light Makers.

Downlight til indbygning i loftet med lysdioder fra Riegens.

BELYSNING OG ELBESPARELSER MED LYSDIODER

Efter en årrække, hvor lysdiodeteknologien har modnet sig, fi ndes der efterhånden fl ere eksempler på anvendelse af lys-dioder til egentlig belysning, både med hvide lysdioder i for-skellige farvetemperaturer og med farvede. Vi har stadig kun set begyndelsen af elbesparelserne med lysdioder.

Besparelserne kan være store og i løbet af de kommende år vil brug af lysdioder til belysning blive mere almindeligt både ude og inde, og i private og off entlige virksomheder. Der er dog også eksempler på, at lysdioderne ingen energibesparelse giver og er valgt til anvendelser, hvor traditionelle lyskilder er et bedre, billigere og mere energirigtigt alternativ.

I det følgende beskrives en række konkrete eksempler fra både Danmark og udlandet, hvor lysdioderne anvendes, og giver anledning til store elbesparelser.

Downlights bliver det næsteEt af de områder som står lige foran sit gennembrud er downlights til kontorer, gangmiljøer og opholdsrum. Her er udviklet lysdiode-løsninger fra en række armaturleverandører som giver en lysmængde på ca. 1880 lumen med 34W lysdio-delyskilde på 4000K. Det svarer til 55 lumen/w inkl. eff ekt-tab i driver. Samme armatur med 2 styk 26 W kompaktrør giver 1800 lumen svarende til 33 lumen/W inkl. forkobling.På side 2 ses en downlight-løsning fra Panum Institutet.

Udendørs godt på vejOgså til udendørs anvendelse er der kommet interessante løsninger, som både er designet og udviklet i Danmark. Th orn Lighting og Philips har lanceret park- og stiarmatu-rer i år med lysdioder. Park LED som Philips kalder sit nye armatur er opstillet i Albertslund Kommune og er udviklet til erstatning for den traditionelle Albertslund-lygte. Park LED giver knap 1800 lumen med et eff ektforbrug på 22 W ved en farvetemperatur på 4500 K og en Ra-værdi på 75. Adelie som Th orn kalder sit armatur giver 1226 lumen med indi-rekte belysning og 5300 K. Armaturet bruger 32 W og er opstillet i både Sønderborg og Cannes. Begge armaturer er på vej i versioner med lysdioder, som giver over 100 lumen/W og som kan give en betydelig energibesparelse sammenlignet med kompaktlysstofrør og tilsvarende lyskilder.


5Der kan være store elbesparelser ved at skifte til lysdioder

Foto: Cree

ELBESPARELSER MED LYSDIODER


Ny belysning med bl.a. lysdioder iområdet omkring Højbo Plads i hjertetaf København.Foto: Philips Lys

BELYSNING OG ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER


Park Led armaturet fra Philips giver 1800 lumen med et effektforbrug på 32 W.

Boligvej i SønderborgPå Wandallvænge i Sønderborg er boligvejsbelysningen udskif-tet med lysdioder. 26 gamle armaturer med 2x36 W kompakt-lysstofrør er udskiftet med miniIriduim LED fra Philips, der i gennemsnit over levetiden bruger 26 W inkl. forkobling. Der er foretaget en 1-1 udskiftning på det 6,5 meter brede vej- og fortovsprofi l selv om masteafstanden kunne have været forøget. Dermed er regelmæssigheden forøget til 40 % mod de krævede 15 % for en E2-klasse boligvej i henhold til Vejbelysningsreg-lerne. Masteafstanden er 24 meter og mastehøjden er 4,3 me-ter. Fra før til nu er der tale om en elbesparelse på 68 %.

Stemningslys i Randers BiografNordisk Film har renoveret en række biografsale med lys-dioder i København og bygget helt ny biograf Randers med avanceret LED belysning. Et af problemerne i biograferne er de 5-8 meter til loftet, som altid har gjort det dyrt og besvær-

Adelie fra Thorn er udviklet i Danmark. Køleribberne sikrer afkøling af højeffektdioderne. Foto: Thorn Lighting.


ligt at udskifte og vedligeholde lyskilder og armaturer. I de mindre biografsale er de traditionelle glødepære-down-lights udskiftet med lysdiode-armaturerne Panos PureWhite fra Zumtobel. I Randers er desuden valgt lysdiode-down-lights, som kan styres mellem 2700 og 6500 K i de små sale, og i den store sal er valgt armaturer med RGB-muligheder, så man kan skabe dynamiske farvesenarier til forskellige fi lmoplevelser. Panos PureWhite giver 2000 lumen med en farvetemperatur på 3000 K og med et eff ektforbrug på 45 W. Hvor der i en biografsal tidligere anvendtes 32 styk 150 W halogenspots kan nu anvendes 32 styk LED.

Energiregnestykket viser elbesparelse på 70 % og en årlig driftsbesparelse på elregningen på 12.000 kr. ved en brugstid på 1800 timer om året. Hertil kommer en årlig driftsbespa-relse på udskiftning af lyskilder og arbejdsløn på 3300 kr. I alt en årlig besparelse på 15.396 kr. pr. sal. Levetiden er


På natbilledet kan man se at udskiftningen er i gang og at

der kommer meget mere lys på sti og vej end med den gamle

armaturløsning. Foto: Philips Lys.

På dagbilledet kan man se udskiftningen gennemført på fl ere af vejene.Foto: Philips Lys.


af leverandøren Light Makers opgivet til 50.000 timer for løsningen med hvide LED og 35.000 timer for de RGB-ba-serede diodearmaturer som kan skifte farve.

Torontoblink Det er oplagt at anvende lysdioder til de typer belysning, hvor man udnytter diodernes fremadrettede lysudsendelse og deres medfødte evne til at give farvet lys. Derfor har lysdioder til erstatning af de traditionelle lyskilder i trafi klys i fl ere år været en realitet. Alene på elforbruget er der store besparelser at hente. De fl este fodgængerfelter med blink, de såkaldte Torontoblink, var tidligere forsynet med en 4x100 W gløde-

pære. Siden 2006 har Dong Energy udskiftet glødepærerne i mere end hundrede Torontoblink i Nordsjælland og Køben-havn med 4x13 W diodeblink fra Dansk Trafi k Teknik.

Derved er opnået en årlig elbesparelse på 128.000 kWh sva-rende til 87 %. Dertil kommer besparelser på vedligehol-delse. Levetiden på de gule diodeblink er typisk 40-50.000 driftstimer, hvilket betyder at de kun skal skiftes hvert 10. år. De tidligere anvendte glødepærer skulle skiftes ca. 4 gange årligt. Samlet set giver el- og driftsbesparelserne en tilbagebe-talingstid på 6 år med den aktuelle elpris.

Lysdioder i fryserum Da lysdioderne som tidligere nævnt fungerer optimalt ved lave temperaturer og desuden tænder med det samme, er de en oplagt lyskilde til belysning af fryserum og andre kølige rum. Den første og største installation i Danmark, hvor den-ne belysningsform fra Lumodan har været anvendt, er hos ingrediensfi rmaet Chr. Hansen i Avedøre. Her er installeret diodebelysning i et 1.000 kvadratmeter stort kølerum, der køles ned til -55oC. Tidligere var der installeret glødepærer med en samlet installeret eff ekt på 20 kW. Glødepærerne var den eneste belysning, der kunne fungere ved de meget lave temperaturer. Med diodebelysningen er den samlede instal-lerede eff ekt 5,5 kW, hvilket giver en elbesparelse på 72 %. Derudover spares der store mængder energi til køling, da dioderne ikke afgiver den samme mængde varme som glø-depærerne. De anvendte lysdioder har en farvetemperatur på 6500 K og giver belysningstyrker på 130–150 lux, hvor der før var 50–70 lux.

Novo Nordisk har i november 2007 fået installeret diodebe-lysning i et nyt 300 kvadratmeter stort fryserum i Bagsværd. Her har fi rmaet LedTech leveret 17 loftarmaturer, hver med 1150 lysdioder og et eff ektoptag på 60 W pr. armatur. Far-vetemperaturen er 4500 K, hvilket er opnået ved at blande lysdioder med henholdsvis 6000 og 3000 Kelvin i forholdet


Udskiftning af glødepærer til lysdioder i såkaldte Torontoanlæg har vist sig at give lysmæssige forbedringer og meget store besparelser Foto: Dansk Center for Lys

I Randers Bio er der valgt lysdiode-armaturer med RGB-teknologi som giver mulighed for farveskift. Foto: Light Makers.



Kølerum med lysdiodebelysning hos Chr. HansenFoto: Chr. Hansen / Lumodan


75 % til 25 %. Diodernes levetid er 50.000 og deres Ra-værdi 85. Også hos Novo Nordisk er der opnået store elbe-sparelser. I kølerum med lysstofrør lader man ofte lysrørene stå tændt, fordi gentændingstiden ved lave temperaturer er for lang. Med diodelyset tænder lyset med det samme og man kan tænde og slukke efter behov. Hvis man tager dette for-hold med i beregningerne og forudsætter at den nye diodebe-lysning kun er tændt i 2 timer pr. døgn, vil man, ifølge Led-Tech, kunne opnå tilbagebetalingstider på under 1 år. Novo Nordisk er i gang med at installere diodelys i yderligere 1200 kvadratmeter bestående af kølerum og gangarealer.

Lysdioder i kølemontrer Kølemontrer i supermarkeder, kiosker og på tankstationer er et område som passer perfekt til lysdioder. Der er små plads-forhold, der er koldt og montrerne udvikles for at tiltrække maksimal opmærksomhed. Shell har på tankstationen på Frederiksborgvej i København udskiftet belysningen i sine køleskabe til sodavand med lysdioder og fået en energibe-sparelse på 71 % samt en yderligere besparelse på grund af mindre varmebelastning fra lyskilden inde i kølemontren. Før havde Shell 11 styk 58W lysstofrør til at belyse rækken af kølemontrer med et samlet energiforbrug på 732 W inkl. tab i forkoblingen. Lysstofrørene er udskiftet med 8 stk. 15W LED Freezer og 3 styk 25 W LED elementer fra Philips, med et samlet elforbrug på 210W.

Lysdiode-arbejdslamperEt område hvor LED passer fortrinligt er til arbejdslamper. Her er små afstande til det, der skal belyses. Der er ofte høje krav til en præcis og asymmetrisk lysfordeling. Armaturet skal være lille og må ikke være i vejen, og så må det gerne se veldesignet og smart ud på skrivebordet. Her passer lysdio-dernes små dimensioner og mulighed for at styre lyset fi nt. Der fi ndes i dag en række Lysdiode-arbejdslamper på marke-det, som byder på betydelige energibesparelser. Mange tilsva-rende arbejdslamper som skal være små har monteret 35 W halogenpærer. Der fi ndes løsninger som Luxos Ninety som


med lysdioder kan nøjes med 7,8 W, som kan dæmpes efter behov med en farvetemperatur på 3000 K og en Ra-værdi på 90, som er tæt på en tilsvarende halogenløsning. Ninety har et standbyforbrug på 0,6W.

Lysdioder og solcellerI takt med at både lysdioder og solceller bliver mere eff ektive, øges mulighederne for at skabe lysdiodeløsninger som alene er forsynet af solceller. En række løsninger er kommet på markedet i de senere år. Senest har arkitekt Bjarne Schläger i samarbejde med Philips og Roskilde Kommune eksperimen-teret med udendørs lygter med lysdioder og solceller. Der er udviklet en solcellemast Touché af Alfred Priess som har inte-greret solceller på selve masten og som med batteriforsyning og intelligent lysstyring og dæmpning kan forsyne lygten hele året også i de mørkeste vintermåneder.

Lysdioder elsker kulde og giver elbesparelse på 71% i denne kølemontre hos Shell. Foto Philips Lys.

MERE INFORMATION OM LYSDIODER

CIEwww.cie.co.at

Creewww.cree.com

Dansk Center for Lyswww.centerforlys.dk

DOE Det amerikanske energiministeriumhttp://www.ssl.energy.gov

Elsparefondenwww.elsparefonden.dk

LEDMagazinewww.ledsmagazine.com

Lighting Research Centerwww.lrc.rpi.edu

Nichiawww.nichia.com

Osramwww.osram-os.comwww.led.dk

Philips Lumiledswww.philipslumileds.com

Seoul Semiconductorwww.zled.com

Strageties Unlimitedhttp://su.pennnet.com/

ZVEIwww.zvei.org


6

Lysdioder og solceller giver mulighed for kabelfri belysning. Illustration: Philips Lys

Denne publikation er en statusrapport og er tænkt som et opslagsværk og en grundlæggende indføring i, hvordan lysdioder eller LED fungerer. Lysdioder har en række helt nye egenskaber og har på sigt et meget stortelsparepotentiale.

Rapporten gør status over de lystekniske egenskaber og anvendelses-muligheder netop nu og tegner nogle af de mange fremtidige muligheder for lysdioder til belysning.

Målet er at inspirere arkitekter, ingeniører, installatører, konstruktører, desig-nere, elselskaber, kommuner, belysningsbranchen og andre til at udnytte denne nye lyskilde på en energieffektiv måde.

Effektiviteten og lyskvaliteten af lysdioder gør dem velegnede inden for en række nye områder blandt andet udendørs. Foto: Thorn Lighting.

lysdioder til belysning 2010

Documents