reducerea consumului de energie electrica pentru iluminat prin folosirea corpurilor de iluminat cu...

UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA“ DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE “HERMANN OBERTH”

REDUCEREA CONSUMULUI DE ENERGIE

ELECTRICA PENTRU ILUMINAT PRIN FOLOSIREA

CORPURILOR DE ILUMINAT CU LED-URI

Coordonator: Student : Marica Florin

Prof. univ. dr. ing. Falota Horea Anul : II DAIE

Grupa :2

2012

CORPURI DE ILUMINAT CU LED-URI

MARICA FLORIN Pagina. 2

CUPRINS

1. Cuvinte cheie........................................................................................................ 3

2. Introducere. .......................................................................................................... 3

3. Baze teoretice. ...................................................................................................... 3

3.1 Modul de functionare al LED-ului. ...................................................................... 4

3.2 Definirea unor indicatori folositi in evaluarea si alegera becurilor cu LED-uri... 5

4. Desene aplicative.................................................................................................. 6

5. Solutii de eficientizare.......................................................................................... 7

5.1. Compararea caracteristicilor pentru becuri CFL, cu incandescenta si cu LED-

uri. .......................................................................................................................................... 8

5.2. Compararea costurilor pentru becuri CFL, cu incandescenta si cu LED-uri. ..... 9

6. Deomenii de aplicare.......................................................................................... 10

7. Concluzii. ........................................................................................................... 11

8. Bibliografie......................................................................................................... 11



1. Cuvinte cheie.

Reducerea consumului de energie; scaderea consumului de energie electrica;

randament ridicat; iluminat artificial eficient; consum de energie pentru iluminat; iluminat

stradal; iluminat interior; iluminat cu LED-uri; matrice de LED-uri, corpuri de iluminat cu

LED-uri, „becuri cu LED-uri”, reducerea emisiilor de dioxid de carbon (CO2), durata de

viata a unui corp de iluminat.

2. Introducere.

Iluminatul are un impact global asupra unei activitati echilibrate si durabile,

actionand puternic asupra emisiilor poluante, consumand mai mult de 40% din energia

electrica utilizata in cladiri din tertiar. Consumul de energie pentru iluminat, in plan

European, este evaluat la 90TWh (1 TWh echivalent a 86 mii tep) pentru consumatorii

casnici si 150TWh cei din non-rezidential (40% din consumul final de energie in tertiar si

industrial). Realizari practice au dovedit ca 30-50% din consumul de energie electrica

pentru iluminat poate fi economisit prin utilizarea echipamentelor eficiente,ceea ce reduce

emisiile de CO2 cu 24 mil. t/anual. Cele mai bune corpuri de iluminat interior (/exterior),

din punct de vedere al eficientei energetice, se dovedesc a fi cele care folosesc LED-urile.

La nivel global se fac estimari ca in 2020, 50% din iluminare se va face cu LED-uri, iar

pana in 2025 vor reduce la jumatate consumul de energie pentru iluminare. [1]

Lumina şi punerea sa în „operă”, trebuie să ne ajute să vedem bine, cu minimum

de oboseală. Iluminarea trebuie să se adapteze nu numai la funcţie, dar trebuie şi s-o

întregească. [2]

In continuare o sa fac o prezentare cat mai pe scurt a bazelor teoretice, desenelor

de constructie si a solutiilor de eficientizare.

3. Baze teoretice.

Dioda electoluminescenta - LED-ul (light-emitting diode) este un convertor de

energie cu ajutorul caruia energia electrica este transformata in energie luminoasa. Initial

folosit ca si indicator, in prezent LED-ul este folosit in “becurile cu LED” care devin din

ce in ce mai populare, datorita eficientei remarcabile: pana la 80% din energia electrica



este convertita in lumina, in opozitie cu becurile cu incandescenta la care numai 10% din

energia electrica este convertita in lumina.

3.1 Modul de functionare al LED-ului.

Cand un semiconductor de tip n este pus în contact cu unul de tip p, se formează o

jonctiune p-n. La frontiera joncţiunii, electronii difuzează din partea n în partea p şi se

recombină cu golurile de aici şi, în acelaşi timp, golurile din partea p difuzează în partea n

şi se recombină cu electronii de aici. În consecinţă se formează o regiune sărăcită de

purtători, în care nu există nici electroni liberi, nici goluri libere. Ionii pozitivi din partea

n şi cei negativi din partea p a acestei regiuni, răman necompensaţi ceea ce determină

apariţia unui cîmp electric intern numit potenţial de contact şi descris cantitativ prin

tensiunea de sărăcire VD, figura 1.[3]

Fig.1 Tensiunea de saracire in jonctiune pn. Fig.2 Tensiune directa de polarizare.

Lucrul cel mai important de reţinut este că: recombinarea electron-gol eliberează

o cuantă de energie - un foton. Prin urmare, pentru a face un semiconductor să radieze

este necesar să susţinem recombinarea electron-gol. Dar tensiunea de sărăcire împiedică

electronii şi golurile de a intra în regiunea sărăcită. Prin urmare trebuie furnizată energie

din exterior pentru a învinge această barieră a tensiunii de sărăcire. Această tensiunea

exterioară, numită tensiune directă de polarizare, V, este arătată în figura 2; ea trebuie să

fie mai mare decît VD. Pentru a obţine o emisie permanentă de lumină, trebuie să aibă loc

următorul proces dinamic: electronii mobili din partea n, atraşi de terminalul pozitiv al

tensiunii V, intră în regiunea săracită. Simultan, golurile mobile din regiunea p, atrase de

terminalul negativ al tensiunii V, intră in aceeaşi regiune sărăcită. Recombinarea electron-

gol din interiorul regiunii sărăcite produce lumina. Sarcinile electrice se refac din sursa de

alimentare.[3]



Componenţa interna a unui LED este prezentata in figura 3.

Fig. 3 Componenta interna a uni LED [4]

3.2 Definirea unor indicatori folositi in evaluarea si alegera becurilor cu LED-uri

In continuare o sa definesc cativa indicatori ce sunt intalniti cand se alege un bec

cu LED-uri.

1. Indicele de redare al culorilor (IRC sau Ra). Reprezintă capacitatea unei surse

de lumină de a restitui diferitele culori ale obiectelor pe care le iluminează. El variază

între 0 şi un maxim care este de 100 ce corespunde luminii albe de zi şi care conţine toate

radiaţiile spectrului vizibil capabile de a restitui toate nuantele culorilor.

2. Temperatura culorii – este culoarea aparenta emisă de o sursă de lumină. Ea se

exprimă Kelvin (0 K = -273° C) făcând

referinţă la un corp negru al lui Planck, care a

imaginat o sursă termică ce absoarbe toate

radiaţiile şi apare negru din exterior. După

curba lui Planck, cu cât temperatura corpului

negru se mareşte cu atât culoarea se transformă:

devine roşie la temperaturi scazute, alba la

temperatura de 5400 K după care se transformă

din ce in ce spre albastru pentru temperaturi

apropiate de 10000 K.

Sursele de lumină calde (becurile cu

incandescenţă sau halogen) tind spre galben-

roşu si au o temperatură scazută de 3000 K. Fig. 4 Temperatura culorii.[5]



Sursele de lumină rece (lumina fluorescentă) tind spre albastru şi au o temperatură

a culorii ridicată de 6000 K la 10.000 K, figura 4.

3. Intensitatea sursei de lumina - este un al treilea element important căci o sursă

de lumină de intensitate insuficientă mareşte riscul apariţiei de erori ce nu corespund

vederii cromatice a pacientului. Ea se exprima in lux. Conform comisiei internaţionale

pentru iluminare pentru lucru de precizie intensitatea luminoasă trebuie sa fie de

minimum 800 lux.[5]

4. Puterea consumata.

4. Desene aplicative.

Partile componente ale unui bec cu LED-uri sunt prezentate in figura 5

Fig. 5 Partile componente ale unui bec cu LED-uri[6]



- Lentila este folosita pentru a imprastia lumina (letila divergenta), deoarece

LED-ul produce un fascicul luminos convergent.

- Modulul cu LED-uri – la becurile de mare putere este nevoie de mai multe

LED-uri inseriate sau puse in paralel, pentru a obtine intensitatea luminoasa

dorita.

- Modulul de racire este folosit pentru a prelua si disipa caldura emisa de LED-

uri.

- Placa cu circuite de comanda - Deoarece LED-urile functioneaza in curent

continuu (cc), este necesar un convertor curent alternativ- curent continuu,

pentru a putea folosi becurile cu LED-uri in aceleas dulii unde au fost montate

becurile cu incandescenta. In figura 6 se prezinta un circuit simplu, folosit in

alimentarea LED-urilor din becuri.

Fig. 6. Schema de alimentare pentru 46 LED-uri.[7]

5. Solutii de eficientizare

Pentru a eficientiza consumul de energie electrica folosita la iluminatul interior

sau exterior este necesara folosirea celor mai eficiente corpuri de iluminat. In momentul

de fata si in viitorul apropiat becurile cu LED- uri sunt cele mai eficiente.

La nivel global se fac estimari ca in 2020, 50% din iluminare se va face cu LED-

uri, iar pana in 2025 vor reduce la jumatate consumul de energie pentru iluminare. [1]

In momentul de fata se gasesc multe tipuri de becuri cu LED, pe piata. Atunci

cand alegem un bec cu LED-uri ar trebui sa avem in minte urmatoarele:



- Puterea estimata dorita – un bec cu LED-uri de 3W este echivalentul unui bec

cu incandescenta de 45W.

- Lumina alba rece sau calda – pentru zonele comerciale se folosesc cele cu

lumina rece iar pentru camerele de locuit (dormit se folosesc cele cu lumina

calda ).

- Intensitate luminoasa fixa sau variabila, becurile cu LED-uri cu intensitate

luminoasa variabila sunt cu 40% mai scumpe decat cele cu intensitate fixa.[6]

5.1. Compararea caracteristicilor pentru becuri CFL, cu incandescenta si cu LED-

uri.

In tabelul 1 se prezinta prin comparatie caracteristicile pentru becuri CFL, cu

incandescenta si cu LED-uri.

LEDs CFLs Incandescents

Frecventa destins/aprins Fara efect Scurtarea vietii Unele efecte

Iluminare instantanee Da Cu intarziere Da

Durabilitate Durabile Fragile Fragile

Caldura emisa scazuta (3btu/h) medie(30 btu/h) ridicata (85 btu/h)

Sensibilitate latemperatura Nu Da Uneori

Sensibilitatea laumiditate Nu Da Uneori

Materiale periculoase Nu 5 mg mercur/bec Nu

Frecventa de inlocuire(pentru 50000 de ore) 1 5 40+

Tabelul 1 Caracteristici pentru diferite tipuri de becuri.[6]



5.2. Compararea costurilor pentru becuri CFL, cu incandescenta si cu LED-uri.

In tabelul de mai jos se face o comparatie a costurilor pentru becuri CFL, cu

incandescenta si cu LED-uri.

CFL- Compact fluorescent lamp – becuri fluorescente compacte

LED CFL Incandescent

Durata de viata a becului 50,000 ore 10,000 ore 1,200 oreWat pe bec (echivalent. 60 wat) 6 14 60Costul unui bec Ron 100 Ron 20 Ron 5KWh electricitate folosita in50.000 de ore 300 700 3000

Costul energiei (@ 55 bani /KWh) Ron 165 Ron 385 Ron 1650Nr de becuri utilizate pentru 50000de ore 1 5 42

Costul becurilor pentru 50000deore Ron 100 Ron 100 Ron 210

Cost total pentru 50000 de ore Ron 265 Ron 485 Ron 1860

Tabelul 2 . Compararea costurilor pentru diferite becuri

De departe se observa ca cea mai buna solutie este de a alege un bec cu LED-uri,

avand o durata de viata de peste 25 de ani la o folosire de 5 ore pe zi. Preturile sunt

exprimate in lei noi (RON).

Pentru o alee sau o cladire cu 25 de becuri se pot economisi 39875 de Ron pentru

50000 de ore de functionare in cazul in care se folosesc becuri cu LED-uri, tabelul 3.

Costul total pentru 25 de becuri Ron 6625 Ron 12125 Ron 46500Economisirea datorita treceri de labecuri cu incandescenta Ron 39875 Ron 34375 Ron 0

Tabelul 3. Calculul costurilor pentru 25 de becuri.



6. Domenii de aplicare

Tipuri de becuri cu LED-uri, figura 7:

- Cu lumina difiza. In acest caz becul este acoperit cu o lupa pentru a

imprastia lumina si a o face uniforma. Este folosit frecvent pentru a

produce lumina in camera, in magazin, alei, etc.

- Cu intensitatea luminii reglabila. Consumul de putere este de 10W si

produce o lumina echivalenta cu a unui bec cu incandescenta de 40W.

Intensitatea luminoasa poate fi reglata de la 10% la 100%.

- Lumina petru alei. Becul este proiectat special penru aceasta, avand o

rata foarte mica de inlocuire si nu contribuie la incalzirea zonei.

- Becul este proiectat pentru a rezista la apa, fiind folosit in pavajul de

pe aleiile exterioare

- Bec pentru candelabru. Aceste becuri cu LED-uri furnizeaza o

intensitate luminoasa a becurilor cu incandescenta de 35W, consumand

o putere de 3W

- Tuburi cu LED-uri. Proiectate pentru a inlocui tuburile florescente,

disponibile cu o putere intre 8 si 16W inlocuiesc tubureile florescente cu

o putere intre 25 si 40W.[6]

Fig. 7 Tipuri de becuri

cu LED-uri.

Din descrierea becurilor cu LED- de mai sus reiese ca acestea pot fi folosite in

orice aplicatie, unde este nevoie de lumina artificiala si unde se doreste reducerea

consumului de energie prin inlocuirea becurilor cu incandescenta.



Becurile cu LED-uri nu necesita modificarea vechii instalatii sau alte imbunatatiri

ale acesteia. Este nevoie doar sa se inlocuiasca vechile becuri CFL sau cu incandescenta

cu becurile noi cu LED-uri.

Becurile cu LED-uri au un efect estetic mult mai frumos decat becurile cu

incandescenta in momentul in care sunt folosite in galerii comerciale, muzee, expozitii.

Studii de caz sunt relevate in studiile PNUD privind buna practica: [1]

1 Bran- iluminatul stradal. Beneficii estimate • Economii de energie 110 MWh/an •

Reducerea emisiilorde CO2 50 tone/an

2 Campulung Moldovenesc- iluminatul public . Beneficii estimate • Economii de

energie 326 MWh/an• Reducerea emisiilor de CO2 158 tone/an

3 Salonta- nou sistem de iluminat public si reducere facturilor pentru consumul de

electricitate.

Beneficii estimate • Economii de energie 405 MWh/an• Reducerea emisiilor de

CO2 196 tone/an

7. Concluzii.

In urma celor expuse mai sus si in urma vizualizarii datelor din tabelele 1, 2 si 3 se

observa ca cea mai eficienta solutie pentru reducerea consturilor la energia electrica

pentru iluminat si a CO2 este sa se utilizeze becuri cu LED-uri. Utilizarea a 25 de becuri

cu LED-uri in loc de 25 de becuri cu incandescenta, duce la o reducere a cheltuielilor cu

39875 de lei noi (Ron), adica 398.750.000 lei vechi, in timp de 50000 de ore de

functionare.

8. Bibliografie

Referințe Internet

[1] http://http://www.eu-greenlight.org/

[2] http://www.acrro.ro/pdf/articole/temperatura%20de%20culoare.pdf

[3] http://rf-opto.etc.tuiasi.ro/docs/opto/LED.pdf

[4] http://electronictorch.com/

[5] http://www.dyschroma.com/page56.html

[6] http://eartheasy.com/live_led_bulbs_comparison.html#d

[7] http://www.extremecircuits.net/2010/05/ultra-bright-led-lamp.html [4] Berden

reducerea consumului de energie electrica pentru iluminat prin folosirea corpurilor de iluminat cu...

Documents