Măsura va fi aplicabilă în baza unei ordonanţe adoptate de Guvern miercuri, care completează Legea 220/2008 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei din surse regenerabile de energie.

Astfel, legislaţia susţine şi sprijină proiectele care promovează energiile regenrabile, ce permit investitorilor recuperarea investiţiilor.

În urma aprobării acestei legislaţii, un investitor obţine bani atât din vânzarea energiei, cât şi din certificatele verzi pe care le tranzacţionează pe piaţă, furnizorii de electricitate fiind obligaţi să le cumpere în cote anuale.

Această schemă de sprijin a fost deja aprobată de Comisia Europeană.

60 Wbulbs and 75 watts clasic bulbs, which are polluting, are already history. EU decision, as the first day of September, organic bulbs to disappear from the market, Europeans displeases.

Nordicii, Finns and Swedes in particular, that part of the nights longer, are unhappy with the ban of 40-watt bulbs. They admit that savers are energy efficient, but tell them that give a macabre light and, moreover, may contain mercury, chemical element dangerous to human health.
Instead, LED bulbs do not have any of these disadvantages, they consuming and very little, but an almost physiological light near the body uman.In addition, 100% clean.

Increase prices for energy-saving bulbs

In Germany, the entry into force of the ban has increased prices by between 20% energy-saving bulbs and 25%. Manufacturers Osram and Philips present the German market, said that because of increased price ban energy-saving bulbs, but due to rising raw material prices, the daily “Die Welt”.

Phenol and mercury

German researchers published a study in the spring that caused a real hysteria among the population. They argue that low-lights who must be kept lit enrgie long time and not be kept near the head of a person that emit toxic substances such as phenol and other carcinogens. It is known that if a bulb is broken ecological spread a dangerous amount of mercury.

Lower prices for LED bulbs
As  led light bulbs production technology evolved, they began to be increasingly affordable to the general consumer public.
For a catalog of bulbs LED bulbs LED access the Led Bulb catalogue.

Becurile de 60 şi de 75 de waţi, poluante, sunt deja istorie. Decizia UE, ca din prima zi a lunii septembrie, becurile neecologice să dispară de pe piaţă, nemulţumeşte europenii.

Nordicii, mai ales finlandezii şi suedezii, care au parte de nopţi mai lungi, sunt nemulţumiţi de interzicerea becurilor de peste 40 de waţi. Ei admit că becurile economice au consum redus de energie, dar spun despre ele că dau o lumină macabră şi, în plus, pot conţine mercur, element chimic periculos pentru sănătatea omului.
In schimb, becurile cu leduri nu prezinta niciunul din aceste dezavantaje, ele consumand si extrem de putin, dar oferind si o lumina aproape fiziologica, aproape de organismul uman.In plus, sunt 100% nepoluante.

Cresc preţurile la becurile economice

În Germania, intrarea în vigoare a interdicţiei a crescut preţurile becurilor economice cu între 20% şi 25%. Producătorii Osram şi Philips, prezenţi pe piaţa germană, au declarat că nu din cauza interdicţiei au crescut preţul becurilor economice, ci din cauza creşterii preţurilor la materiile prime, relatează cotidianul „Die Welt”.

Fenol şi mercur

Cercetătorii germani au publicat un studiu în primăvară care a provocat o adevărată isterie în rândul populaţiei. Ei susţin că becurile cui consum redus de enrgie nu trebuie lăsate aprinse vreme îndelungată şi nici nu trebuie ţinute lângă capul unei persoane pentru că emană substanţe toxice, precum fenolul şi alte substanţe cancerigene. Este cunoscut faptul că dacă un bec ecologic este spart împrăştie o cantitate periculoasă de mercur.

Scad preturile la becuri cu led
Odata cu inaintarea in productie a tehnologiei becurilor cu led, acestea incep sa fie din ce in ce mai accesibile ca pret publicului de larg consum.
Pentru un catalog cu becuri cu led, accesati Catalog becuri cu led

1. Istoria iluminatului public……………………………………………………………………………………………………… 3

2. Mărimi radiometrice şi fotometrice………………………………………………………………………………………… 4

2.1. Radiometria…………………………………………………………………………………………………………………. 5

2.1.1. Energia radiantă…………………………………………………………………………………………………….. 5

2.1.2. Fluxul radiant (Puterea radiantă)………………………………………………………………………………. 5

2.1.3. Densitatea de flux radiant (Iradianţa şi Excitanţa radiantă)……………………………………………. 6

2.1.4. Radianţa ………………………………………………………………………………………………………………. 7

2.1.5. Intensitatea radiantă ……………………………………………………………………………………………… 9

2.2. Fotometria ………………………………………………………………………………………………………………….10

2.2.1. Intensitatea luminoasă …………………………………………………………………………………………..11

2.2.2. Fluxul luminos (Puterea luminoasă) ………………………………………………………………………….12

2.2.3. Energia luminoasă………………………………………………………………………………………………….12

2.2.4. Densitatea de flux luminos (Iluminanţa şi Excitanţa luminoasă)……………………………………..12

2.2.5. Luminanţa ……………………………………………………………………………………………………………12

3. Componentele sistemului de iluminat public de sine stătător ……………………………………………………..13

3.1. Lampa cu LED ………………………………………………………………………………………………………………13

3.1.1. Tehnologia LED ……………………………………………………………………………………………………..13

3.1.2. Iluminatul cu LED …………………………………………………………………………………………………..14

3.1.2.1. Ledurile SSL şi beneficiile acestora……………………………………………………………………..14

3.1.2.2. Eficienţa luminoasă …………………………………………………………………………………………14

3.1.2.3. Durata de viaţă ………………………………………………………………………………………………16

3.1.3. Avantajele iluminatului cu LED …………………………………………………………………………………16

3.2. Panoul fotovoltaic ………………………………………………………………………………………………………..17

3.2.1. Celula solară …………………………………………………………………………………………………………17

3.2.1.1. Clasificarea celulelor solare ………………………………………………………………………………18

3.2.1.2. Moduri de construcţie ……………………………………………………………………………………..19

3.2.1.3. Principiul de funcţionare ………………………………………………………………………………….20

3.2.1.4. Celule solare pe bază de siliciu ………………………………………………………………………….20

3.2.1.5. Îmbătrânirea ………………………………………………………………………………………………….22

3.2.2. Panoul fotovoltaic………………………………………………………………………………………………….22

3.2.2.1. Elementele constructive ale unui panou solar ……………………………………………………..22

3.2.2.2. Procesul de fabricaţie a panoului solar ……………………………………………………………….23

3.2.2.3. Rolul diodei by-pass ………………………………………………………………………………………..23

3.2.3. Captarea energiei solare pe teritoriul Romaniei ………………………………………………………….24

3.3. Bateriile………………………………………………………………………………………………………………………25

3.4. Charger-ul …………………………………………………………………………………………………………………..29

3.4.1. Charger-ul MPPT……………………………………………………………………………………………………30

3.5. Clasele de iluminare pentru iluminatul căilor de circulaţie …………………………………………………..32

4. Sistemul de iluminat public de sine stătător …………………………………………………………………………….34

4.1. Dimensionarea sistemului de sine stătător ……………………………………………………………………….34

4.1.1. Programul DIALUX …………………………………………………………………………………………………34

4.1.2. Crearea unui proiect ………………………………………………………………………………………………34

4.1.2.1. Crearea unui nou proiect………………………………………………………………………………….35

4.1.2.2. Adăugarea unei noi lampi…………………………………………………………………………………35

4.1.2.3. Modificarea parametrilor …………………………………………………………………………………36

4.1.2.4. Calcularea solutiei …………………………………………………………………………………………..37

4.1.3. Lampa de iluminat …………………………………………………………………………………………………38

4.1.4. Alegerea bateriilor …………………………………………………………………………………………………39

4.1.5. Alegerea panoului………………………………………………………………………………………………….42

4.1.6. Alegerea chargerului………………………………………………………………………………………………44

4.1.7. Concluziile dimensionării ………………………………………………………………………………………..45

4.2. Studiul de caz ………………………………………………………………………………………………………………45

4.2.1. Dimensionarea în DIALux ………………………………………………………………………………………..45

4.2.2. Stâlpul de iluminat …………………………………………………………………………………………………48

4.2.3. Lampa de iluminat …………………………………………………………………………………………………50

4.2.4. Dimensionarea panoului fotovoltaic …………………………………………………………………………50

4.2.5. Chargerul ……………………………………………………………………………………………………………..52

4.2.6. Bateriile ……………………………………………………………………………………………………………….52

4.2.7. Concluzii şi rezultate ………………………………………………………………………………………………53

5. Concluzii generale ……………………………………………………………………………………………………………….54

6. Bibliografie…………………………………………………………………………………………………………………………55

7. Anexe………………………………………………………………………………………………………………………………..56

7.1. Monitorizarea Sistemului de Iluminat Public de Sine Stătător ………………………………………………56

1. Istoria iluminatului public

Pentru prima oară se foloseau lămpi în civilizaţiile romană şi greacă, unde scopul principal era de securitate, atât pentru a proteja trecătorii de eventuale obstacole pe drum cât şi pentru a proteja casele de hoţi. Pe atunci lămpile cu ulei erau folosite predominant întrucât acestea dădeau o flacără moderată de lungă durată. Romanii aveau un cuvânt „laternarius”, care era termenul ce desemna sclavul respnsabil cu aprinderea lămpilor din faţa vilei. Această sarcină a continuat să fie păstrată pentru o singura persoană până în Evul Mediu, când asa-numitii „băieţi de legătură” escortau oamenii dintr-un loc în altul prin străzile întunecate şi sinuoase ale oraşelor medievale.

Înaintea lămpilor incandescente, iluminatul cu gaz s-a implementat în oraşe. Primele lămpi erau aprinse de un lampagiu care făcea turul orasului la lăsatul serii aprinzând fiecare lampă în parte, însa ulterior au apărut mecanisme automate de aprindere. Primele lămpi stradale moderne, care foloseau kerosen, au fost introduse în Lviv în anul 1853, pe vremea când oraşul făcea parte din Imperiul Austriac.

Primele lămpi stradale electrice funcţionau cu arc, modelul iniţial fiind „Lumânarea electrica” sau „Lumânarea Yablochkov” dezvoltată de rusul Pavel Yablochkov în anul 1875. Aceasta era o lampă cu arc care funcţiona cu curent alternativ, ceea ce asigura consumul egal al electrozilor. Lumânările Yablochkov au fost primele folosite pentru a lumina Grands Magasins du Louvre din Paris, unde s-au montat 80 – această îmbunătăţire este unul din motivele pentru care Parisul şi-a câştigat renumele de „Oraş al luminilor”.

Prima stradă din Regatul Unit care a fost iluminată electric a fost Mosley Street din oraşul Newcastle-upon-Tyne. Strada a fost iluminată de lampa incandescenta a lui Joseph Swan pe 3 februarie 1879. Prima din Statele Unite, şi a doua din toate timpurile, a fost sistemul rutier Public Square din Cleveland, Ohio pe 29 aprilie 1879. Wabash, Indiana este al treilea oraş din lume, văzând lumina electrica pe 2 februarie 1880. Patru lampi cu arc Brush de 3000 candela erau suspendate deasupra tribunalului luminând piaţa oraşului ca la orele prânzului. Kimberley, Africa de Sud, a fost primul oras din Emisfera Sudica şi Africa cu strazi iluminate electric (de la 1 septembrie 1882). În America Latina, San Jose, Costa Rica, a fost primul oraş iluminat electric, sistemul fiind lansat la 9 august 1884 cu 25 de lămpi alimentate de o centrală hidroelectrică.

Pe 15 decembrie 1882 Primăria oraşului Timişoara a încheiat un contract de concesionare cu societatea Anglo-Austrian Bruch Electrical Company Ltd. în vederea iluminării electrice a oraşului. Lămpile incandescente care iluminau oraşul erau cu electrozi de cărbune.

În seara zilei de 12 noiembrie 1884 au fost puse în funcţiune 731 de lămpi de iluminat electric în Timişoara pe o lungime de 59 de kilometri, făcând din Timişoara primul oraş iluminat electric din Europa continentală.

Iluminatul cu arc avea două dezavantaje majore. În primul rând, se emite o lumina intensă şi aspră care deşi era utilă pe şantierele industriale, nu era potrivită pentru străzile oraşelor. În al doilea rând, necesită mentenanţă intensivă, întrucât electrozii de carbon se consumă rapid.

Odată cu dezvoltarea becurilor incandescente luminoase la sfârşitul secolului al 19-lea, iluminatul cu arc nu s-a mai folosit pentru străzi, însă a mai fost util o perioadă în zona industrială.

Lămpile incandescente au fost principalele surse de iluminat stradal până la apariţia lămpilor cu descărcare în gaz. Acestea erau operate în circuite serie de înaltă tensiune. Circuitele serie erau populare întrucât voltajul mai mare în acestea producea mai multă lumină pentru fiecare watt consumat. Mai mult, înaintea inventării controlului fotoelectric, un singur întrerupător sau ceas putea controla toate luminile dintr-un întreg district.

În ziua de astăzi, iluminatul stradal foloseşte în mare parte lămpi cu descărcare, în cele mai multe cazuri lampi cu sodiu la înaltă presiune(HPS). Astfel de lămpi furnizează cea mai mare cantitate de iluminare fotopică pentru cel mai mic consum de energie. Totuşi, la calcularea luminii scotopice/fotopice, se poate observa faptul că lămpile HPS nu sunt foarte potrivite pentru iluminatul nocturn. Sursele de lumina albă sunt mult mai eficiente. De exemplu, vederea periferică se dublează şi reacţia de frânare a şoferului creşte cu cel putin 25%. Astfel, la calculele acestea se reduce performanţa lămpilor HPS cu o valoare minimă de 75%.

Un studiu care compară lămpile cu halogen cu cele cu sodiu la înaltă presiune a arătat că la niveluri egale de lumină fotopică, o stradă iluminată noaptea de un sistem cu halogen a fost văzut mult mai luminos şi sigur în comparaţie cu aceeaşi scenă iluminată de un sistem HPS.

Noile tehnologii de iluminat stradal, cum sunt lampile cu LED şi lumina prin inducţie, emit o lumină albă care furnizează nivele înalte de lumeni scotopici asigurând lumină stradală cu consum de putere mai mic şi un nivel mai scăzut de lumeni fotopici pentru a înlocui luminile stradale existente. Totuşi, nu au existat specificaţii formale privind ajustările fotopice/scotopice pentru diferite tipuri de surse de lumină, cauzând multe municipalităţi şi departamente stradale să nu se grăbească cu implementarea acestor noi tehnologii până când standardele nu sunt aduse la zi.

Sistemele de iluminat cu lămpi cu LED alimentate cu panouri fotovoltaice incep să devină din ce în ce mai răspândite datorită eficienţei energetice şi a durabilităţii sistemului în timp.

2. Mărimi radiometrice şi fotometrice

Lumina este „radiaţie electromagnetică”. Ceea ce vedem ca lumina vizibilă este numai o mică fracţiune a spectrului electromagnetic, care se întinde de la unde radio de frecvenţe foarte mici, prin microunde, infraroşu (I.R.), vizibil (VIS) şi ultraviolet (UV) la raze X si raze gama ultraenergetice. Ochiul uman răspunde la lumina vizibilă; detectarea radiaţiei din restul spectrului necesită un întreg arsenal de instrumente, de la receptoare radio, la numărătoare cuantice.

Radiometria se ocupă cu măsurarea radiaţiei optice, care este radiaţia electromagnetică în
intervalul de frecvenţe de la 3×10113×1016 Hz. Acest domeniu corespunde lungimilor de undă între
0,01 şi 1000 micrometrii şi include regimurile denumite ultraviolet-UV, vizibil-VIS şi infraroşu-IR.
În afara multor unităţi tipice două sunt acoperitoare

w m2

şi fotoni/secundă-steradian

Fotometria se ocupă cu măsurarea luminii, care este radiaţie electromagnetică ce poate fi detectată de ochiul uman. Aceasta este astfel restricţionată la domeniul lungimilor de undă de la 360 la 830 nm. Fotometria este la fel cu radiometria cu excepţia că totul este normat de răspunsul spectral al ochiului. Fotometria vizuală foloseşte ochiul ca un detector de comparaţie, în timp ce fotometria fizică foloseşte atât detectoarele de radiaţie optică construite pentru a mima răspunsul spectral al ochiului cât şi spectroradiometria cuplată cu calcule adecvate pentru ponderarea răspunsului ochiului. Unităţi fotometrice tipice includ lumenul, luxul, candela şi altele.

Singura diferenţă reală între radiometrie şi fotometrie este aceea că radiometria include întregul spectru al radiaţiei optice, în timp ce fotometria este limitată la spectrul vizibil, aşa cum este definit de răspunsul ochiului.

2.1. Radiometria

Radiometria este ştiinţa măsurării luminii în orice porţiune a spectrului electromagnetic. În practică, termenul este uzual limitat la măsurătorile luminii în domeniile IR, VIS şi UV folosind instrumente optice. Radiometria este privită sub două aspecte: teorie şi practică. Practica presupune instrumente ştiinţifice şi materiale folosite la măsurarea luminii, incluzând termocuple de radiaţie, bolometre, fotodiode, coloranţi şi emulsii fotosensibile, tuburi foto cu vid, dispozitive CCD etc. Dar, teoria este partea care ne interesează.

2.1.1. Energia radiantă

Lumina este energie radiantă. Radiaţia electromagnetică (care poate fi considerată atât undă cât şi particulă, depinzând de modul în care se măsoară) transportă energie prin spaţiu. Când lumina este absorbită de un obiect fizic, energia ei este convertită într-o altă formă (de energie). Un cuptor cu microunde, de exemplu, încălzeşte un pahar cu apă când moleculele de apă absorb radiaţia de microunde. Energia radiată a microundelor este convertită în energie termală (căldură). Similar, lumina vizibilă cauzează apariţia curentului electric într-un exponometru fotografic când energia radiaţiei este transferată electronilor ca energie cinetică. Energia radiantă (notată cu Q) este măsurată în Joule.

Energia radiantă spectrală

O sursă de bandă largă, aşa cum este Soarele, emite radiaţie electromagnetică aproape în totalitatea spectrului electromagnetic, de la unde radio la raze gama. Totuşi, cea mai mare parte a energiei radiante este concentrată în interiorul porţiunii vizibile a spectrului. Un laser cu o lungime de undă singulară, pe de altă parte, este o sursă monocromatică; toată energia radiantă, în acest caz, este emisă pe o lungime de undă specifică. Ca o consecinţă a acestor situaţii, se poate defini energia spectrală, care este cantitatea de energie radiantă pe unitatea de interval al lungimilor de undă . Energia radiantă spectrală se defineşte astfel:

Q  dQ
 d 

(2.1)

Aceasta se măsoară în Joule pe nanometru.

2.1.2. Fluxul radiant (Puterea radiantă)

Energia pe unitatea de timp este putere, care se măsoară în Joule pe secundă sau Watti. Un fascicul laser, de exemplu, este caracterizat de câţiva mW sau W de putere radiantă. Lumina se propaga prin spaţiu şi astfel, puterea radiantă este adesea denumită ca fiind „rata de timp de propagare a energiei radiante” sau fluxul radiant care se defineşte astfel:

  dQ
dt

(2.2)

unde Q este energia radiantă şi t este timpul.

În termeni de măsurare a luminii vizibile cu un exponometru, amplitudinea instantanee a curentului electric este direct proporţională cu fluxul radiant. Cantitatea totală a curentului măsurat

într-un interval de timp este direct proporţională cu energia radiantă absorbită de exponometru în intervalul de timp dat. Acesta este modul de realizare a unei măsurători a flash-ului fotografic care determină cantitatea totală a energiei radiante recepţionată de la un flash. Propagarea luminii prin spaţiu poate fi reprezentată de raze de lumină asemănătoare acelora din tuburile catodice folosite ca display. Ele pot fi gândite ca un desen de linii infinitezimal de subţiri, în spaţiu, care indică direcţia de parcurs a energiei radiante (a luminii). Şi acestea sunt speculaţii matematice chiar dacă cel mai îngust fascicul laser are o secţiune transversală finită. Fără îndoială, ele asigură o cale suplimentară de însuşire a teoriei radiometrice. Fluxul radiant se măsoară in W.

Fluxul radiant spectral (putere radiantă spectrală)

Fluxul radiant spectral este fluxul radiant pe unitatea de interval de lungimi de undă  şi se defineşte astfel:

  d
 d 

(2.3)

Fluxul radiant spectral se măsoară în W/nm.

2.1.3. Densitatea de flux radiant (Iradianţa şi Excitanţa radiantă)

Densitatea de flux radiant este fluxul radiant pe unitatea de arie într-un punct pe o suprafaţă, unde suprafaţa poate fi reală sau imaginară (adică un plan matematic).

Există două condiţii posibile. Fluxul poate ajunge la suprafaţă (Fig. 1-1a), în care caz densitatea de flux radiant se cheamă iradianţă. Fluxul poate ajunge din orice direcţie deasupra suprafeţei, aşa cum indică sensul săgeţilor razelor.

Matematic, iradianţa este definită astfel:

E  d
dA

(2.4)

unde  este fluxul radiant sosit „în punct” şi dA – diferenţiala ariei care se învecinează cu punctul.

Fluxul poate părăsi suprafaţa ca urmare a emisiei şi/sau reflexiei (Fig. 2-1b). Densitatea de flux radiant în acest caz se numeşte excitanţă radiantă. Ca şi în cazul iradiaţiei, fluxul poate părăsi suprafaţa deasupra şi în orice direcţie.

Excitanţa radiantă se defineşte astfel:

M  d
dA

(2.5)

unde  este fluxul radiant care părăseşte suprafaţa punctiformă şi dA – diferenţiala ariei care se învecinează cu suprafaţa punctiformă.

a) b)
Fig. 2-1. a) Iradiaţia, b) Excitanţa radiantă.

Importanţa unei suprafeţe „reale sau imaginare” nu poate fi ignorată. Asta înseamnă că densitatea fluxului radiant poate fi măsurată oriunde în spaţiul tridimensional.

Aceasta include pe suprafaţa obiectelor fizice, în spaţiul dintre ele (de exemplu, în aer sau vid)
şi în interiorul mediului transparent precum apa şi sticla.

Densitatea fluxului radiant este măsurată în W .
m2

Densitatea fluxului radiant spectral

Densitatea fluxului radiant spectral este fluxul radiant pe unitatea de interval al lungimilor de undă . Când fluxul radiant ajunge la suprafaţă, acesta se numeşte iradianţa spectrală şi se defineşte astfel:

E  dE
 d 

(2.6)

Când fluxul radiant părăseşte suprafaţa, acesta se numeşte excitanţă radiantă spectrală şi se defineşte ca fiind:

M  dM
 d 

Densitatea fluxului radiant spectrul este măsurat în W
m2 ⋅ nm

2.1.4. Radianţa

Radianţa este cel mai bine înţeleasă prin vizualizarea ei mai întâi. Să ne imaginăm o rază de lumină care soseşte sau părăseşte un punct, de pe o suprafaţă, într-o direcţie dată. Radianţa este simplu cantitatea infinitezimală de flux radiant conţinută în această rază.

O definiţie mai formală a radianţei cere ca să gândim despre o rază ca fiind într-un con infinit îngust cu maximul său la un punct pe o suprafaţă reală sau imaginară. Acest con are un unghi solid diferenţial d care este măsurat în steradiani.

Trebuie, de asemenea, de notat că raza intersectează suprafaţa la un unghi. Dacă aria intersecţiei cu suprafaţa are o arie a secţiunii transversale diferenţiale dA, aria secţiunii transversale a razei este dAcos, unde  este unghiul dintre rază şi normala la suprafaţă, aşa cum se poate

observa în Fig. 1-2 (aria secţiunii transversale dAcos se numeşte aria proiectată a ariei intersecţiei rază-suprafaţă dA. Acelaşi termen este folosit când se face referire la ariile finite ∆A).

Cu cele prezentate mai sus, în minte, se poate imagina un con elementar d care conţine o rază de lumină care soseşte sau părăseşte o suprafaţă (Fig. 2-3 a şi b).

Prin urmare, definiţia radianţei este:

d 2
L  (2.8)
dA  d cos  

unde  este fluxul radiant,

dA – aria diferenţială din vecinătatea punctului,

d – unghiul solid diferenţial al conului elementar şi

 – unghiul între raza şi normala la suprafaţă în acel punct.

n


Aria
proiectată

dA cos 
dA
Fig. 2-2. O rază de lumină care intersectează o suprafaţă.

Spre deosebire de densitatea de flux radiant, definiţia radiaţiei nu face distincţie între fluxul care soseşte sau care părăseşte o suprafaţă. În fapt, definiţia formală a radianţei (ANSI/IES 1986) stabileşte că lumina „poate părăsi, se propagă prin sau soseşte pe” suprafaţă.

n n
 

 

d d

dA dA
a) b)
Fig. 2-3. a) Radianţă (sosire); b) Radianţă (părăsire).

O altă cale de a privi radianţa, este să se noteze că densitatea fluxului radiant într-un punct pe o
suprafaţă, determinată de o rază singulară de lumină, sosind sau părăsind suprafaţa la un unghi  cu
normala la suprafaţă este d . Radianţa în acel punct pentru acelaşi unghi este
dA cos 

d 2

dA  d cos  

, sau densitatea de flux radiant pe unitatea de unghi solid.

Radianţa se măsoară în W 2 .
m nmSr

Radianţa spectrală

Radianţa spectrală este radianţa pe unitatea de interval de lungime de undă, la lungimea de undă . Este definită astfel:

d 3
L  (2.9)
 dA  d cos   d 

şi se măsoară în Watt / metru pătrat / steradian per nanometru.

2.1.5. Intensitatea radiantă

Se poate imagina o sursă punctiformă infinitezimal de mică care emite flux radiant în toate direcţiile. Cantitatea de flux radiant emisă într-o direcţie dată poate fi reprezentată de o rază de lumină conţinută într-un con elementar. Aceasta dă o definiţie a intensităţii radiante:

I  d
d I

(2.10)

unde d este unghiul solid diferenţial a conului elementar care conţine direcţia dată.

Din definiţia unui unghi solid diferenţial d  dA r 2 

se obţine:

E  d  d  I

(2.11)

dA r 2 d r 2

unde aria suprafeţei diferenţiale este pe suprafaţa unei sfere centrată pe şi la o distanţă r de sursă şi
E este iradianţa acelei suprafeţe.

Mai general, fluxul radiant va intercepta dA sub un unghi 

(Fig. 1-4). Aceasta conduce la legea pătratică inversă pentru surse punctiforme:

E  I cos 
d 2

(2.12)

unde I este intensitatea sursei în direcţia dată şi

d – distanţa de la sursă la elementul de suprafaţa dA.

n
d 
Fig. 2-4. Legea pătratică inversă pentru
sursele punctiforme. dA

Se poate imagina o sursă reală sau imaginară ca fiind o sursă continuă punctiformă, unde fiecare sursă ocupă o arie diferenţială dA (Fig. 2-5).

n
dI


Fig. 2-5. Radianţa unei surse punctiforme.
dA

Văzută la un unghi  faţă de normala la suprafaţa n, sursa are o arie proiectată de dA cos  . Combinând definiţiile radianţei (ec. 2.8) şi intensitatea radiantă (ec. 2.10) se obţine o definiţie alternativă a radianţei:

L  dI
dA cos 

(2.13)

unde dI este intensitatea diferenţială a sursei punctiforme în direcţia dată.

Intensitatea radiaţiei este măsurată în Watt pe steradian.

Intensitatea radiantă spectrală

Intensitatea radiantă spectrală este intensitatea radiantă pe unitatea de lungime de undă a intervalului la lungimea de undă . Ea este definită astfel:

dI I 
d 

(2.14)

şi este măsurată în Watt pe steradian pe nanometru.

2.2. Fotometria

Fotometria este ştiinţa măsurării luminii vizibile în unităţi care sunt ponderate în acord cu sensibilitatea ochiului uman. Este o ştiinţă cantitativă bazată pe un model statistic al răspunsului vizual uman la acţiunea luminii – ceea ce este percepţia luminii de către oameni – în condiţii controlate cu grijă. Sistemul vizual uman este un detector neliniar, inimaginabil de complex al radiaţiei electromagnetice în domeniul lungimilor de undă de la 380 la 770 nm. Noi recepţionăm lumina de diferite lungimi de undă ca o continuare a culorilor distribuite în spectrul vizibil: 650 nm
– roşu, 540 nm – verde, 450 nm – albastru, ş.a.m.d.

Sensibilitatea ochiului uman la lumină variază cu lungimea de undă. O sursă de lumină cu

radianţa de un

2 a luminii verzi, de exemplu, apare mult mai strălucitoare decât aceeaşi

m nmSrad

sursă cu o radianţă de un

2 cu lumină roşie sau albastră.

m nmSrad

În fotometrie nu se măsoară waţii energiei radiante. Se preferă să se măsoare impresia subiectiva produsă prin stimularea sistemului vizual uman ochi – creier cu energie radiantă. Această sarcină este imens complicată de răspunsul neliniar al ochiului la acţiunea luminii. Răspunsul variază, nu numai cu lungimea de undă, dar şi cu cantitatea de flux radiant, fie că lumina este constantă, fie că variază în anumite limite, complexitatea spaţială a scenei fiind recepţionată, adaptarea irisului şi a retinei, starea psihologică şi fiziologică a observatorului şi de prezenţa altor variabile.

Fără îndoială, impresia subiectivă a vederii poate fi cuantificată pentru condiţii „normale” de vedere. În anul 1924 comisia The Commission Internationale d′Eclairage (International Commission on Illumination, or CIE) a solicitat mai mult de o sută de observatori pentru a urmări vizual „strălucirea” surselor de lumină monocromatice cu diferite lungimi de undă, în condiţii controlate. Rezultatele statistice – aşa numita curbă fotometrică CIE, dată în Fig. 2-6, arată eficienţa luminoasă a sistemului vizual uman în funcţie de ponderarea care poate fi folosită pentru a converti rezultatele măsurătorilor radiometrice în rezultate fotometrice.

1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
390 440 490 540 590 640 690 740
Lungimea de undă (nm)

Fig. 2-6. Curba fotometrică CIE.

Teoria fotometrică nu tratează modul cum se recepţionează culorile. Lumina de măsurat poate fi monocromatică sau o combinaţie de lungimi de undă; răspunsul ochiului este determinat de funcţia de ponderare CIE. Aceasta subliniază un punct crucial. Singura diferenţă între teoriile radiometrică si fotometrică constă în unităţile de măsură folosite.

2.2.1. Intensitatea luminoasă

Fondatorul fotometriei este Piere Bouguer, 1729. În lucrarea sa L’Essai d’Optique, Bouguer a discutat principiile fotometrice în termeni ai sursei convenţionale de lumină a timpului său: o candelă cu ceară naturală.

Aceasta a devenit baza conceptului de sursă punctuală în teoria fotometrică. Candelele cu ceară erau folosite ca surse de lumină materiale standard în secolele al 18-lea şi al 19-lea.

În 1909, în Anglia au fost înlocuite sursele de lumină din ceară obţinută din ulei, cu un standard internaţional bazat pe un grup de lămpi cu vid cu filament de carbon şi din nou, în 1948 s-au

înlocuit cu platină la punctul său de solidificare. Astăzi standardul internaţional este o sursă teoretic punctiformă care are o intensitate luminoasă de o candelă. Ea emite radiaţie monocromatică cu o frecvenţă de 540 x 1012 Hz (sau aproximativ =555 nm, corespunzând cu lungimea de undă a eficienţei luminoase fotonice maxime) şi au o intensitate radiantă (în direcţia de măsurare) de 1/683 watt per steradian.

Împreună cu curba fotometrică CIE, candela asigură factorul de ponderare necesar pentru convertirea rezultatelor măsurătorilor din mărimi radiometrice în fotometrice.

2.2.2. Fluxul luminos (Puterea luminoasă)

Fluxul luminos este fluxul radiant (puterea) ponderat fotometric. Unitatea de măsură a fluxului luminos este lumenul, definit ca 1/683 W de putere radiantă la frecvenţa de 540×1012 Hz. Ca şi în cazul intensităţii luminoase, fluxul luminos al luminii cu alte lungimi de undă poate fi calculat folosind curba fotometrică, CIE. O sursă punctiformă având o intensitate luminoasă uniformă
(izotropă) de o candelă în toate direcţiile (adică o distribuţie a intensităţii uniformă) emite un lumen
de flux luminos per unitatea de unghi solid (steradian).

2.2.3. Energia luminoasă

Energia luminoasă este energia radiantei ponderată fotometric. Ea se măsoară în lumeni secundă.

2.2.4. Densitatea de flux luminos (Iluminanţa şi Excitanţa luminoasă)

Densitatea de flux luminos este densitatea de flux radiant ponderată fotometric. Iluminanţa este echivalentul fotometric al radianţei, în timp ce excitanţa luminoasă este echivalentul fotometric al excitanţei radiante. Densitatea de flux luminos se măsoară în lumeni per metru pătrat.

2.2.5. Luminanţa

Luminanţa este radianţa ponderată fotometric. În termeni ai percepţiei vizuale, noi receptăm luminanţa. Ea este o măsură aproximativă a cât de „strălucitoare” apare o suprafaţă când o vedem dintr-o direcţie dată. Se uzitează denumirea luminanţei drept „strălucire fotometrică”.

Acest termen nu se mai foloseşte în ingineria iluminării datorită senzaţiei subiective a strălucirii vizuale care este influenţată de mulţi alţi factori fizici, fiziologici şi psihologici.

Luminanţa se măsoară în lumeni per m2 per Srad.

3. Componentele sistemului de iluminat public de sine stătător

Sistemul de iluminat public de sine stătător are la bază lampa LED şi panoul fotovoltaic. Pentru ca sistemul să funcţioneze mai sunt necesare bateriile, care stochează energia captată în timpul zilei de panou, şi un charger care face legatura între baterii, lampă şi panou. Chargerul porneşte sarcina pe timpul nopţii şi o opreşte în timpul zilei, asigurând o incărcare în parametrii optimi a bateriei.

Mai departe voi discuta aspecte tehnologice legate de fiecare componentă a sistemului.

3.1. Lampa cu LED

3.1.1. Tehnologia LED

Un LED (din limba engleză light-emitting diode, înseamnă diodă emiţătoare de lumină) este o diodă semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncţiunii p-n. Efectul este o formă de electroluminescenţă.

Diodele emiţătoare de lumină deschid calea unei eficacităţi în iluminare, precum şi unei eficienţe în ceea ce priveşte consumul energiei electrice. Pentru dioda InGaN, eficienţa totală scade odată cu creşterea lungimii de undă. Aşadar, cu toate că LED-urile roşii şi LED-urile albastre au atins o eficienţă record, eficienţa LED-urilor verzi este redusă dramatic.LED-urile verzi nu sunt utilizate in producerea luminii „albe” datorită acestei eficienţe scăzute. În schimb, soluţia practică este de a utiliza un fosfor, tipic Ce dopat YAG (yttrium aluminium garnet) plasat direct pe LED-ul albastru în scopul realizării unui element de lumină aproximativ albă. Această metodă a devenit foarte eficace, în ciuda faptului că randarea de culoare este oarecum slabă datorită fosforului, care are un maxim larg în zona galbenă, şi o zonă de cădere în regiunea roşie. Fosforul trebuie plasat uniform, cu aceeaşi grosime, plasat într-o matrice de silicon astfel încât să stea fix, însă dezavantajul este că dacă devine prea gros va constitui un impediment luminii emise de el însuşi. Funcţionalitatea se păstrează, astfel ca lumina albastră să fie absorbita, iar lumina galbena emisă, însă lumina galbenă emisă din direcţia opusă întampină probleme deoarece aceasta trebuie emisă din interiorul LED-ului şi implicit trebuie să treacă prin stratul de fosfor (care este dens şi prezintă un grad de imprăştiere destul de ridicat).

În ciuda dificultăţilor acestei metode, aceasta are un foarte mare succes datorită simplităţii în comparaţie, de exemplu, cu utilizarea separată a ledurilor roşii, verzi (porţiunea verde a spectrului include, de asemenea, lumina galbenă) şi albastre, combinate în scopul realizării unei lămpi “albe”.

Un alb cald poate fi creat cu o pierdere de eficacitate prin adăugarea unui fosfor roşu YAG:Ce- ului galben.

Există o nouă dezvoltare a acestei tehnici care promite realizarea unui fosfor solid ieftin, oferită de firma Nippon Sheet Glass. Lumina emisă din spate poate trece prin stratul de fosfor cu mai multă uşurinţă din moment ce stratul de fosfor nu mai prezintă împrăştiere. De asemenea, sunt soluţii propuse care permit ambelor emisfere (întreaga emisie sferică dintr-un strat de fosfor) să scape.

O vopsea, spre deosebire de pudra de fosfor anorganică, poate fi cu uşurinţă făcută fotopermisiva, astfel încât, prin împrăştierea unei vopsele având o suprafaţă mai mare (sau volum mai mare) şi având densităţi de energie mai mici, se asigură condiţiile necesare ca un sistem de vopseluri să funcţioneze.

La polul opus, o pudră anorganică de fosfor poate fi aplicată direct pe suprafaţa ledului. În plus, multe pudre de fosfor anorganice sunt suficient de robuste încât să permită aplicarea directă pe o suprafaţă de iluminare intensă (lumina albastră şi UV prezintă, de asemenea, energie mai mare).

3.1.2. Iluminatul cu LED

3.1.2.1. Ledurile SSL şi beneficiile acestora

Luminarea în stare solidă (Solid-State Lighting) prin intermediul LED-urilor (SSLLED) reprezintă utilizarea de diode semiconductoare anorganice, în stare solidă, pentru producerea de lumină albă în scopul iluminării. Asemenea tranzistorilor semiconductori anorganici, LED-urile SSL reprezintă o tehnologie ce are potenţialul de a înlocui tuburile cu vid sau cu gaz (cum ar fi cele utilizate în lămpile incandescente tradiţionale) utilizate cu scopul iluminării. Eficienţa sporită şi versatilitatea asigurată de către LED-urile SSL, in detrimentul tuburilor tradiţionale cu vid sau gaz va asigura:

 Reduceri substanţiale în ceea ce priveşte consumul de energie electrică
 Reduceri substanţiale în ceea ce priveste poluarea cu carbon sau derivatele acestuia
 Economii substanţiale pentru consumatorul de rând, fie el persoană fizică, persoană
juridică sau municipalitate
 Îmbunătătire substantiala in ceea ce priveste experienta vizuală umana în general.

3.1.2.2. Eficienţa luminoasă

Una din principalele caracteristici ale unei surse de lumină o reprezintă eficienţa luminoasă (lm/W): eficienţa conversiei din putere electrică (W) în putere optică (W), combinată cu eficienţa conversiei din putere optică (W) în flux luminos (lumen = lm) perceput de ochiul omenesc.

Eficienţa luminoasă a radiaţiei monocromatice K(λ) la o anume lungime de undă λ este prezentată în figura 3-1, şi se defineşte ca K(λ) = Km*V(λ), unde Km = 683 lm/W, şi V(λ) este funcţia de luminozitate standard. K(λ) reprezinta maximul teoretic al eficienţei sursei de lumină la o lungime de undă dată.

Lumina monocromatică la 555nm, la care îşi are maximul sensibilitatea vederii omeneşti are o eficienţă luminoasă maximă de 683 lm/W; lumina monocromatică la 450 nm are o eficienţă luminoasă maximă de numai 26 lm/W.

Eficienţa luminoasă a radiaţiei policromatice reprezintă o convoluţie între distribuţia sa spectrală S(λ) şi eficienţa luminoasă a radiaţiei K(λ):

K lm W   K m ∫ S ( )V ( )d
∫ S ( )d

Fig. 3-1. Eficienţa luminoasă, K(λ), a radiaţiei monocromatice de lungime de undă λ. Mai sunt prezentate şi eficienţe luminoase ale unor LED-uri monocromatice de cea mai noua tehnologie şi diverse tehnologii (săgeţile din partea dreaptă)

Sursa graficului: M.G. Craford, LumiLeds.

Prin urmare, pentru a produce o eficienţă luminoasă mărită, distribuţia spectrală de putere a sursei de lumină S(λ) va trebui să acopere cât mai bine cu putinţă eficienţa luminoasa a viziunii fotopice V(λ). Diferenţa dintre eficienţa luminoasă a unui emiţător de bandă largă şi a unuia de bandă îngustă este descrisă de ecuaţia descrisă mai devreme:

K lm W   K m ∫ S ( )V ( )d
∫ S ( )d

Dezavantajul major a unui emiţător de lumină cu corp negru de bandă largă constă în faptul că emite lumina la anumite lungimi de undă la care eficienţa luminoasă a viziunii fotopice este aproape zero. Principalul şi marele avantaj al unui emiţător de lumină de bandă îngustă este faptul că poate fi setat astfel încât să emită lumina la anumite lungimi de undă unde eficienţa luminoasă a vederii fotopice este mare.

Momentan, eficienţa luminoasă pentru LED-urile albe este de ordinul 25 lm/W. Ţinta acestei tehnologii este să se ajungă la 150 lm/W până în 2012, şi 200 lm/W până în anul 2020.

Ca o comparaţie,eficienţa luminoasă a surselor de lumină incandescente şi flourescente sunt de
16 lm/W respectiv de 85 lm/W, care sunt de 10 ori, respectiv de doua ori mai mici decât ceea ce
este anticipat pentru 2012 în cazul LED-urilor SSL.

Vederea fotopică

Vederea fotopică reprezintă tipul de vedere al ochiului în condiţii de iluminare foarte bună. La om şi la multe animale, vederea fotopică permite percepţia culorilor. Aceasta este mediată de celulele de tip con.

Ochiul omenesc utilizează trei tipuri de conuri pentru a percepe lumina în trei benzi de culori. Pigmenţii naturali ai conurilor au valori maxime de absorbţie la lungimi de undă de aproximativ
420 nm (albastru), 534 nm (verde albăstrui), respectiv 564 nm (verde gălbui). Ariile lor de
sensibilitate se suprapun astfel încât se asigură vederea întregului spectru de culori. Eficienţa maximă este de 683 de lumeni per Watt la o lungime de undă de 555 nm(verde).

Se poate reveni la graficul din figura Fig. 2-6 pentru a observa aceste valori.

Se poate adăuga faptul că ochiul omenesc utilizează vederea scotopică în condiţii de iluminare slabă şi vederea mesopică în condiţii intermediare.

3.1.2.3. Durata de viaţă

O caracteristică primară şi foarte importantă a unei surse de iluminat o reprezintă durata de viaţă a acesteia. Aceasta poate fi definită în mai multe feluri, depinzând de sursa de lumină. În era”incandescentă” a lui Edison, durata de viaţă era definită ca fiind momentul în care 50% din becuri cedează. În cazul LED-urilor SSL, durata de viaţă poate fi considerată uneori durata medie dinainte de cedare, dar recent este considerată ca fiind 50% din nivelul de depreciere a lumenului.

Duratele de viaţă pentru LED-urile SSL sunt lungi, ceea ce reprezintă un factor important în ceea ce priveşte intrarea LED-urilor pe piaţa aplicaţiilor de semnalizare (semafoare, afişaje, automatizări), care au costuri mari pentru munca de înlocuire (manopera) şi consecinţe majore în ceea ce priveşte siguranţa în cazul în care cedează.

Desigur că, preţul siguranţei şi cel al înlocuirii variază mult cu aplicaţia în care sunt folosite LED-urile, şi acest fapt determină un spectru de nevoi pentru durate de viaţă variate. Pentru utilizarea dominantă a luminii albe, în cazul iluminatului industrial şi de birou, o durată de viaţă de
20.000 de ore poate fi considerată foarte lungă.

Într-un birou tipic, unde un bec poate fi utilizat şi 60 de ore pe săptămână, 50 de săptămâni pe an, 20.000 de ore corespund unei durate de viaţă de 7 ani. Totuşi, într-o fabrică ce funcţionează în regim 24/7, 20.000 de ore ar corespunde unei durate de viaţă de 2.3 ani. 20.000 de ore însă era durata de viaţă a LED-urilor SSL în anul 2007, iar în 2012 va fi de peste 100.000 de ore, ceea ce însemna practic că nu se vor mai înlocui becurile sau neoanele de câte ori acestea se ard. Coroborat cu consumul extrem de redus de electricitate, nu numai că se va amortiza cheltuiala, dar se va ieşi şi în câştig.

Această cifră, de 100.000 de ore ca durată de viaţă, va satisface până şi cele mai solicitante aplicaţii, însă o durată de viaţă de peste 20.000 de ore este mai mult decât suficientă pentru marea majoritate a aplicaţiilor.

3.1.3. Avantajele iluminatului cu LED

Economia de energie: Randamentul sistemelor de iluminat cu LED-uri este superior lămpilor cu incandescenţă şi respectiv lămpilor cu descărcare în gaz adică, la aceeaşi putere consumată produc cu mult mai multă lumină sau, altfel spus, pot produce aceeaşi lumină ca şi lămpile obişnuite la o putere consumatămult mai mică, economisindu-se astfel energia şi reducând factura de energie electrică cu 50-80%.

Durata de viaţă: Dispozitivele LED clasice au o durata de viaţă de 100.000 ore, pentru o scăderea gradului de iluminare la 80%, iar pentru modulele cu LED-uri înglobate în corpurile de iluminat, se garantează minim 50.000 ore. Această durată de viaţă foarte ridicată a CILED conduce la costuri reduse de mentenanţă a sistemului de iluminat şi oferă oportunitatea reducerii costurilor reale de investiţii. Spre comparaţie, lămpile cu incandescenţă au o durata de 1.000-2.000 ore, iar lămpile compacte fluorescente ajung la 8.000 – 15.000 ore.

Eficienţa luminoasă ≥80 Lm/W: Sistemele cu LED-uri produc mai multă lumină pe watt consumat decât lămpile obişnuite. Controlul strict al dispersiei luminii realizat prin sistemul optic cu lentile pentru focalizarea fasciculului de lumină de formă dreptunghiulară asigură nepoluarea

luminoasă. Lentilele au rolul de a reduce pierderile de lumină şi elimină riscul de orbire provocat de
strălucirea luminilor.

Culoarea: Sistemele cu LED-uri pot emite nuanţa de lumină – culoarea dorită fără utilizarea unor filtre de culoare. Lumină caldă, neutră sau rece obţinută, este foarte apropiată de lumina naturală, arată adevărata culoare a obiectelor şi sporeşte confortul şi vizibilitatea pe timp de noapte.

Timpul de pornire-oprire: din momentul alimentării, CI-LED luminează practic instantaneu la intensitate maximă fără a avea întârzieri şi suportă foarte bine regimurile pornit-oprit, spre deosebire de lămpile cu vapori metalici sau cele cu vapori cu sodiu.

Tensiunea de alimentare: CI-LED lucrează la o tensiune de alimentare în gama 85-264Vca

Intensitatea luminoasă: Fiecare modul cu 28 LED-uri are o intensitatea luminoasă constantă
indiferent de fluctuaţiile tensiunii de reţea.

Factorul de putere: Sistemele CI-LED au factorul de putere mai mare de 0,98 [acesta este 0,5 pentru lămpile cu sodiu] ceea ce reduce substanţial pierderile suplimentare în reţea şi se obţine reducerea consumului de energie electrică.

Radiaţii: CI-LED nu emite ultraviolete şi radiaţii infraroşii.

Design-ul CI-LED: Structura modulară a sursei de iluminat (modul 28 de LEDuri + Lentile) permite o întreţinere uşoară dar şi o construcţie simplă a CI-LED acesta având o formă aerodinamică, greutate scăzută şi rezistenţă sporită la impact şi şoc. Performanţele CI-LED depind de temperatura mediului ambiant. Din această cauză corpurile de iluminat public cu LED includ un radiator de aluminiu pentru răcirea modulelor, obţinându-se astfel un nivel de eficienţă ridicat.

Impactul asupra mediului: Implementarea soluţiilor cu LEDuri pentru iluminat implică şi o serie de beneficii în domeniul mediului şi dezvoltării durabile:

- Consumul redus cu peste 50% contribuie la reducerea poluării şi la conservarea combustibililor fosili ţinând cont că peste 70% din energia electrică consumată în România este produsă prin tehnologii de ardere a cobustibililor fosili cu efecte dezastruoase asupra mediului

- Durata de viaţă de 3 ori mai mare duce la reducerea deşeurilor provenite de la lămpile uzate

- În construcţia şi utilizarea LED-urilor nu se folosesc materiale toxice precum mercur, plumb sau tungsten spre deosebire de tuburile fluorescente, lămpile cu vapori de mercur şi cele de sodiu, respectiv cele cu incandescenţă

În concluze, CI-LED au un preţul relativ mare pe unitatea de produs, dar dacă se ia în considerare durata lor de viaţă de peste 3 ori mai mare şi economia de energie de peste 50%, se constată că iluminatul cu LED este competitiv faţă de celelalte tipuri de iluminat.

3.2. Panoul fotovoltaic

3.2.1. Celula solară

O celulă solară constă din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai
întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsă între 0,001 şi 0,2 mm şi sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncțiuni „p” şi „n”. Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumină se va produce o „agitație” a electronilor din material şi va fi generat un curent electric.

Celulele, numite şi celule fotovoltaice, au de obicei o suprafaţă foarte mică şi curentul generat de o singură celulă este mic dar combinaţii serie, paralel ale acestor celule pot produce curenţi
suficient de mari pentru a putea fi utilizați în practică. Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în
panouri care le oferă rezistenţă mecanică şi la intemperii.

3.2.1.1. Clasificarea celulelor solare

Celulele solare pot fi clasificate după mai multe criterii. Cel mai folosit criteriu este după
grosimea stratului materialului. Aici deosebim celule cu strat gros şi celule cu strat subţire.

Un alt criteriu este felul materialului: se întrebuinţează, de exemplu, ca materiale semiconductoare combinaţiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul. După structură de bază deosebim materiale cristaline (mono-/policristaline) respectiv amorfe. În fabricarea celulelor fotovoltaice pe lângă materiale semiconductoare, mai nou, există posibiltatea utilizării şi a materialelor organice sau a pigmenţilor organici.

În funcţie de materialele folosite în procesul de fabricaţie celulele solare pot fi:

1. Celule pe bază de siliciu
1.1 Strat gros
1.1.1 Celule monocristaline (c-Si)
Randament mare – în producţia în serie se pot atinge până la peste 20 %
randament energetic, tehnică de fabricaţie pusă la punct; totuşi procesul de
fabricaţie este energofag, ceea ce are o influenţă negativă asupra perioadei de recuperare (timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia generată);
1.1.2 Celule policristaline (mc-Si)
La producţia în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %,
cosum relativ mic de energie în procesul de fabricaţie, şi până acum cu cel mai
bun raport preţ – performanţă.
1.2 Strat subţire
1.2.1 Celule cu siliciu amorf (a-Si)
Cel mai mare segment de piaţă la celule cu strat subţire; randament energetic al
modulelor de la 5 la 7 %; nu există strangulări în aprovizionare chiar şi la o producţie de ordinul TeraWatt;
1.2.2 Celule pe bază de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si)
În combinaţie cu siliciul amorf dau randament mare; tehnologia e aceeaşi ca la
siliciul amorf.
2. Semiconductoare pe bază de elemente din grupa III-V
Celule cu GaAs
Randament mare, foarte stabil la schimbările de temperatură, la încălzire o pierdere de
putere mai mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu, robust vizavi de radiaţia ultravioletă, tehnologie scumpă, se utilizează de obicei în industria spaţială (GaInP/GaAs, GaAs/Ge).
3. Semiconductoare pe bază de elemente din grupa II-VI
Celule cu CdTe
Utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD(depunere de staturi subţiri pe suprafeţe mari
în mediu cu pH , temperatură şi concentraţie de reagent controlate) ; în laborator s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate până acum au atins un randament sub 10 %, nu se cunoaşte fiabilitatea. Din motive de protecţia mediului este improbabilă utilizarea pe scară largă.

4. Celule CIS, CIGS
CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs în staţie pilot la firma Würth Solar
în Marbach am Neckar, respectiv Cupru-Indiu-Disulfat la firma Sulfurcell în Berlin, iar
CIGS pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat produs în staţie pilot în Uppsala/Suedia. Producătorii de mai sus promit trecerea la producţia în masă în anul 2007.
5. Celule solare pe bază de compuşi organici
Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuşi care pot permite fabricarea de
celule solare mai ieftine. Prezintă, totuşi, un impediment faptul că aceste celule au un randament redus şi o durată de viaţă redusă (max. 5000h).
6. Celule pe bază de pigmenţi
Numite şi celule Grätzel utilizează pigmenţi naturali pentru transformarea luminii în
energie electrică; o procedură ce se bazează pe efectul de fotosinteză. De obicei sunt de
culoare mov.
7. Celule cu electrolit semiconductor
De exemplu soluţia: oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte uşor de fabricat dar puterea şi
siguranţa în utilizare sunt limitate.
8. Celule pe bază de polimeri
Deocamdată se află doar în fază de cercetare.

3.2.1.2. Moduri de construcţie
Pe lângă materia primă o importanță mare prezintă tehnologia utilizată. Se deosebesc diferite
structuri şi aranjamente în care se depun electrozii de acoperire transparenţi a căror rezistenţă nu
este deloc neglijabilă.

Alte tehnici vizează mărirea eficienţei asigurând absorbţia unui spectru de frecvenţă cât mai larg prin suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbţie. Se încearcă selectarea materialelor în aşa fel încât spectrul luminii naturale să fie absorbit la maximum.

Actualmente celulele solare pe bază de materiale semiconductoare cele mai des comercializate
sunt cel pe bază de siliciu.

Celulele solare pe bază de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie electrică sunt legate în module. Pe un modul se află mai multe rânduri de celule solare conectate în serie între ele pe faţa şi pe spatele modulului permiţând, datorită tensiunii însumate, utilizarea unor conductori cu secţiune mai mică decât la legarea în paralel. Pentru protejarea unei celule solare împotriva efectului de avalanşă în joncţiune, datorată potenţialului mai mare (apărută de exemplu la umbrirea parţială a modulului), trebuie incorporate paralel cu celulele solare diode de protecţie(bypass).

Sistemele de panouri solare sunt înzestrate uneori cu mecanisme de orientare, panoul fiind în
permanenţă direcţionat pentru a exploata la maximum energia solară incidentă.

Randamentul termodinamic maxim teoretic pentru producerea de energie din lumina solară este de 85 %. Acesta se calculează din temperatura suprafeţei soarelui(5800 °K), temperatura maximă de absorbţie(<2500 °K, tempertura de topire a materialelor greu fuzibile) şi temperatura mediului înconjurător(300 °K).

Dacă se utilizează doar o porţiune din spectrul luminii solare, valoarea teoretică se reduce în funcţie de lungimea de undă, până la 5-35 %. Neutilizarea spectrului complet este unul din dezavantajele celulelor solare faţă de centralele solare termice.

3.2.1.3. Principiul de funcţionare

Semiconductoarele în principiu sunt construite ca nişte fotodiode cu suprafaţă mare care însă nu se utilizează ca detectoare de radiaţii ci ca sursă de curent.

Interesant la acest tip de semiconductoare este că prin absorbţie de energie (căldură sau lumină) eliberează purtători de sarcină (electroni şi goluri). Este nevoie de un câmp electrostatic intern pentru ca din aceşti purtători să se creeze un curent electric dirijându-i în direcţii diferite.

Acest câmp electric intern apare în dreptul unei joncţiuni p-n. Pentru că intensitatea fluxului luminos scade exponenţial cu adâncimea, această joncţiune este necesar să fie cât mai aproape de suprafaţa materialului şi să se pătrundă cât mai adânc. Această joncţiune se creează prin impurificarea controlată. Pentru a realiza profilul dorit, în mod normal se impurifică „n” un strat subţire de suprafaţă şi „p” stratul gros de dedesubt în urma căruia apare joncţiunea. Sub acţiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în joncţiune, din care electronii vor fi acceleraţi spre interior, iar golurile spre suprafaţă. O parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în joncţiune rezultând o disipare de căldură, restul curentului putând fi utilizat de un consumator, încărcat într-un acumulator sau prin intermediul unui invertor livrat în reţeaua publică. Tensiunea electromotare maximă la bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V.

Structura celulelor solare se realizează în aşa mod încât să absoarbă cât mai multă lumină şi să apară cât mai multe sarcini in joncţiune. Pentru aceasta electrodul de suprafaţă trebuie să fie transparentă, contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subţiri, pe suprafaţă se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micşora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albăstruie a celulelor solare care fără aceasta ar avea o culoare gri-argintie.

La celulele solare moderne se obţine din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafaţă încălzită se depun în urma unei reacţii chimice componente extrase dintr-o fază gazoasă) un stratul antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de undă la un coeficient de refracţie de
2,0). Se mai utilizează straturi reflectorizante din SiO2 şi TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD.

Grosimea stratului influenţează culoarea celulei (culoarea de interferenţă). Grosimea stratului trebuie să fie cât se pote de uniformă, deoarece abateri de câţiva nanometri măresc gradul de reflexie. Celulele îşi datorează culoarea albastră realizării unei grosimi ce corespunde lungimii de undă a culorii roşii, culorea cea mai bine absorbită de siliciu. În principiu însă în acest mod se pot realiza celule roşii, galbene, sau verzi la cerinţe arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu şi a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are şi un rol de a reduce viteza de recombinare superficială.

3.2.1.4. Celule solare pe bază de siliciu

Materialul cel mai utilizat pentru fabricarea de celule solare pe bază de semiconductori este Siliciul. Dacă la început pentru producerea celulelor solare se utilizau deşeuri rezultate din alte procese tehnologice pe bază de semiconductori, astăzi se apelează la materiale special în acest scop fabricate.

Pentru industria semiconductorilor siliciul este materialul aproape ideal. Este ieftin, se poate produce întru-un singur cristal la un înalt grad de puritate, şi se poate impurifica(dota) în

semiconductor de tip „n” sau „p”. Prin simpla oxidare se pot crea straturi izolatoare subţiri. Totuşi lărgimea zonei interzise fac siliciul mai puţin potrivit pentru exploatarea directă a efectului fotoelectric. Celule solare pe bază pe siliciu cristalin necesită o grosime de strat de cel puţin 100 µm sau mai mult pentru a pute absorbi lumina solară eficient.

Fig. 3-2. Celulă solară monocristalină din siliciu.

La celulele cu strat subţire de tip semiconductor direct ca de exemplu GaAs sau chiar siliciu cu structura cristalină puternic perturbată (vezi mai jos), sunt suficiente 10 µm.

În funcţie de starea cristalină se deosebesc următoarele tipuri de siliciu:

• Monocristaline: Celulele rezultă din aşa numitele Wafer (plăci de siliciu dintr-un cristal). Aceste
cristale reprezintă materia de bază pentru industria de semiconductori şi sunt destul de scumpe.

• Policristaline: Celulele sunt din plăci care conţin zone cu cristale cu orientări diferite. Acestea pot fi fabricate de exemplu prin procedeul de turnare, sunt mai ieftine şi ca atare cele mai răspândite în producţia de dispozitive fotovoltaice. Deseori ele se numesc şi celule solare policristaline.

• Amorfe: Celulele solare constau dintr-un strat subţire de siliciu amorf (fără cristalizare) şi din această cauză se numesc celule cu strat subţire. Se pot produce de exemplu prin procedeul de condensare de vapori de siliciu şi sunt foarte ieftine, dar au un randament scăzut în spectru de lumină solară, totuşi au avantaje la lumină slabă. De aceea se utilizează în calculatoare de buzunar şi ceasuri.

• Microcristaline: Acestea sunt celule cu strat subţire cu structură microcristalină. Au un randament mai bun decât celulele amorfe şi nu au un strat atât de gros ca cele policristaline. Se utilizează parţial la fabricarea de panouri fotovoltaice, dar nu sunt atât de răspândite.

• Celule solare tandem: sunt straturi de celule solare suprapuse, deobicei o combinaţie de straturi policristaline şi amorfe. Straturile sunt din materiale diferite şi astfel acordate pe domenii diferite de lungimi de undă a luminii. Prin utilizarea unui spectru mai larg din lumina solară, aceste celule au un randament mai mare decât celulele solare simple. Se utilizează parţial la fabricarea de panouri

solare dar sunt relativ scumpe. O ieftinire apreciabilă se va obţine prin utilizarea în combinaţie cu sisteme de lentile, aşa numitele sisteme de concentrare.

3.2.1.5. Îmbătrânirea

Prin îmbătrânire înţelegem modificarea parametrilor de funcţionare a elementelor semiconductoare a celulelor solare în timp. În cazul de faţă în special scăderea randamentului pe parcursul vieţii acestora.

Perioada luată în considerare este de cca 20 ani, În condiţii de utilizare terestră, randamentul scade cu cca 10 %, pe când în spaţiu acest procent se atinge într-un timp mult mai scurt datorită câmpurilor de radiaţii mult mai puternice.

Pierdere de randament în utilizare se datorează în multe cazuri unor cause banale independente de celulele solare. Aici enumerăm murdărirea suprafeţelor sticlei de protecţie a modulelor, mucegăirea pornind de la rama modulului, umbrirea modulelor de către vegetaţia din jur crescută între timp, ingălbirea polimerilor care constituie materialul de contact între celulă şi sticlă.

3.2.2. Panoul fotovoltaic

Un panou solar fotovoltaic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar sunt celulele solare.

Avand in vedere faptul ca un singur panou poate produce o cantitate limitata de putere, multe instalatii contin mai multe panouri. Un sistem fotovoltaic contine de obicei o serie de panouri fotovoltaice, un invertor, poate contine si un sistem de baterii si cablurile de interconectare.

Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici cum ar fi tensiunea de mers în gol
sau curentul de scurtcircuit.

Pentru a îndeplini condiţiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor
asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce va asigura:

• protecţie transparentă împotriva radiaţiilor şi intemperiilor

• legături electrice robuste

• protecţia celulelor solare rigide de acţiuni mecanice

• protecţia celulelor solare şi a legăturilor electrice de umiditate

• asigurare unei răciri corespunzătoare a celulelor solare

• protecţia împotriva atingerii a elementelor componente conducătoare de electricitate

• posibilitatea manipulării şi montării uşoare

Se cunosc diferite variante de construcţie a modelelor existente de panouri solare.

3.2.2.1. Elementele constructive ale unui panou solar

• Un geam (de cele mai multe ori geam securizat monostrat) de protecţie pe faţa expusă la soare;

• Un strat transparent din material plastic (etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic) în care se
fixează celulele solare;

• Celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor;

• Caserarea feţei posterioare a panoului cu o folie stratificată din material plastic rezistent la
intemperii, Tedlar şi Poliester;

• Priză de conectare prevăzută cu diodă de protecţie respectiv diodă de scurtcircuitare şi racord;

• O ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare şi montare, pentru fixare şi rigidizarea legăturii.

3.2.2.2. Procesul de fabricaţie a panoului solar

Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activă expusă la soare. La început se pregăteşte şi se curăţă un geam de mărime corespunzătoare. Pe acesta se aşează un strat de folie de etilen vinil acetat, EVA adaptat profilului celulelor solare utilizate.

Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor în grupe (şiruri - strings) care mai apoi se aşează pe folia de EVA după care se face conectarea grupelor între ele şi racordarea la priza de legătură prin lipire.

În final totul se acoperă cu o folie EVA şi peste aceasta o folie tedlar. Pasul următor constă în laminarea panoului în vacuum la 150 °C. În urma laminării din folia EVA plastifiată, prin polimerizare, se va obţine un strat de material plastic ce nu se va mai topi şi în care celulele solare sunt bine incastrate şi lipite strâns de geam şi folia de tedlar.

După procesul de laminare, marginile se vor debavura şi se va fixa priza de conectare în care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o ramă metalică, se măsoară caracteristicile şi se sortează după parametrii electrici după care se împachetează.

3.2.2.3. Rolul diodei by-pass

Atunci când o parte dintr-un modul fotovoltaic este umbrită, celulele acoperite nu vor putea produce
la fel de mult curent ca celulele neacoperite.

Cum toate celulele sunt conectate în serie, aceeaşi cantitate de curent trebuie sa curga prin fiecare celulă.

Celulele neacoperite vor forţa celulele acoperite să permită trecerea unui curent mai mare decât noul lor curent de scurtcircuit. Singura cale în care celulele acoperite pot opera la un curent mai mare decat curentul de scurtcircuit este să opereze într-o regiune de voltaj negativ care duce la o pierdere netă de tensiune în sistem. Curentul înmulţit cu această tensiune negativă dă puterea negativă produsă de celulele umbrite. Cu alte cuvinte, celulele umbrite vor disipa puterea prin căldură şi vor crea puncte fierbinţi, scăzând în acelaşi timp randamentul total al grupului de celule. Efectul acestei umbriri este dependent şi de felul în care modulul este umbrit. Este mult mai rău daca se acoperă o celulă pe 75% din suprafaţă decât dacă se umbresc trei celule pe 25% din suprafaţă fiecare. Deci, daca nu se poate evita umbrirea, trebuie încercată o împrăştiere pe un număr mai mare de celule.

O metodă de a minimiza efectele acestui fenomen o reprezintă folosirea de diode by-pass în cutia de joncţiune. Diodele by-pass permit curentului să treacă pe lângă celulele acoperite reducând astfel pierderile de tensiune prin modul. Atunci când modulul este acoperit, dioda by-pass intră în polarizare directă şi începe să conducă curent. Tot curentul care are o valoare mai mare decât noul curent de scurtcircuit al celulei trece prin diodă, reducând drastic încălzirea locală pe zona acoperită. Dioda de asemenea menţine întregul modul umbrit sau grupul de celule la o tensiune negativă mică de aproximativ -0,7 V, limitând astfel reducerea la ieşirea panoului.

Fig. 3-3. Schemă cu diode de by-pass şi de blocare.

3.2.3. Captarea energiei solare pe teritoriul Romaniei

Unul dintre cele mai importante aspecte în instalarea unui sistem cu panouri fotovoltaice este reprezentat de iradianţa solară. Fiecare poziţie geografică are caracteristici diferite de iradianţă, şi în funcţie de aceasta se alege în primul rând puterea panoului şi apoi unghiul la care va fi montat.

Având în vedere suportul extensiv oferit de guvernele din întreaga lume pentru energiile regenerabile, există foarte multe aplicaţii cu care se pot determina necesităţile în materie de panou pentru zone geografice specifice.

Uniunea Europeană oferă, prin programul PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) – Sistemul de Informaţii Geografice pentru Sistemele Fotovoltaice, pe sit-ul http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ o aplicaţie cu care se poate determina ce panou ne trebuie într-o anumita zonă geografică în funcţie de puterea consumată estimată.

Fig. 3-4. Harta reprezintă suma anuală de iradianţă globală pe suprafaţa orizontală, media a 10 ani în perioada 1981-1990 [kWh/m2]. Legenda cu aceeaşi culoare reprezintă de asemenea potenţialul de electricitate solară [kWh/kWp] generată de un sistem de 1 kWp pe an cu module fotovoltaice montate la o înclinare optimă şi asumând o rată de performanţă a sistemului de 0.75.

3.3. Bateriile

Sistemele fotovoltaice de sine stătătoare nu pot funcţiona fără a avea o metodă fiabilă de stocare a energiei. Fără baterii operarea sistemului este limitată la orele de lumină când soarele este destul de puternic; cu ajutorul bateriilor utilizatorul devine independet de variaţiile luminii de la soare şi se poate aştepta la electricitate noaptea şi ziua. Multe noi tipuri de baterii pentru stocarea energiei solare au intrat pe piaţă în ultimii ani, incluzând bateriile cu nichel-cadmiu (NiCd), nichel-metal- hidridă (NiMH) şi litiu-ion (Li-Ion), însă majoritatea sistemelor FV de sine stătătoare folosesc mai tradiţionalele baterii cu acid-plumb, acestea din urmă fiind folosite în prezenta lucrare.

Deşi automobilele au montate o baterie de 12V care ar părea la prima vedere potrivită pentru sistemul nostru, există diferenţe importante în ciclul de folosire raportat la bateriile pentru sisteme solare. Bateria auto trebuie să ofere curenţi mari, de ordinul sutelor de amperi, pentru o perioadă foarte scurtă pentru a porni motorul. Bateria nu se descarcă substanţial decât în rare ocazii. În

schimb, o baterie pentru sisteme solare furnizează curenţi mai mici pentru o perioadă mult mai lungă, trebuie să facă faţă ciclurilor de incărcare, trecând prin sute, chiar mii, de cicluri incărcare- descărcare fără a suferi daune. Aceste baterii se aseamănă astfel mai mult cu cele montate pe rulote şi barci pentru utilităţi. Cerinţele de fiabilitate şi durabilitate specifice sistemelor solare au dus la dezvoltarea unor baterii specializate de tip „ciclu profund” (deep-cycle).

Bateriile acid-plumb de înaltă calitate pentru sistemele FV de sine stătătoare trebuie să aibă o durată de funcţionare lungă sub condiţii de încărcare şi descărcare frecvente. Cum electricitatea fotovoltaică este preţioasă, în special în perioadele înnorate şi lipsite de lumină ale iernii, bateriile trebuie să aibă de asemenea şi rate de autodescărcare mici şi un randament foarte bun. În general bateriile solare au o rată de autodescărcare de aproximativ 3% pe lună. Randamentul este calculat în trei moduri:

 Randamentul de încărcare, procentul de sarcină pusă într-o baterie care poate fi recuperata, in general 85%.
 Randamentul tensiunii, care reflectă faptul că tensiunea în timpul descărcării este mai mică decât în timpul încărcării.
 Randamentul energetic, produsul randamentelor de încărcare şi cel al tensiunii; are
de obicei valoarea de 75%.

Se poate observa faptul că se produc pierderi de energie substanţiale într-un sistem de sine stătător chiar şi în cazul bateriilor de calitate foarte bună. Totuşi, nu toată energia produsă de panoul fotovoltaic (sau sistemul de panouri în cazul instalaţiilor mai complexe) trebuie să treacă prin procesul de încărcare/descărcare al bateriilor: în perioadele de vară, când soarele este puternic, bateriile pot fi încărcate la maxim în mare parte din timp iar electricitatea de la panourile fotovoltaice poate să meargă direct la o sarcină suplimentară.

O baterie de 12 V este formată din 6 celule electrochimice înseriate, fiecare un un voltaj nominal de 2 V. O baterie de 6 V este formată din 3 celule ş.a.m.d. Fiecare celulă are un electrod pozitiv şi unul negativ realizat din aliaj de plumb, într-un electrolit de acid sulfuric diluat. Pot fi identificate două categorii de celule (şi baterii):

 Nesigilate, care folosesc un electrolit lichid şi la care trebuie făcută completarea cu apa distilată în mod regulat. Este necesară o ventilaţie adecvată întrucât în timpul încărcării se eliberează hidrogen.
 Sigilate VRLA (Valve Regulated Lead Acid battery – baterie Acid-Plumb cu Valvă Regulatoare), care sunt sigilate cu o valvă care permite gazului să iasă numai în cazul unei suprapresiuni. În operarea normală, micile cantităţi de hidrogen şi oxigen produse în timpul încărcării se recombină pentru a forma apă, astfel încţt nu este necesară completarea cu apă. Un model alternativ de baterie sigilată foloseşte un electrolit sub formă de gel. În general, bateriile VRLA necesită un regim de încărcare strict, neavând nevoie de prea multă mentenanţă.

Bateriile recomandate pentru ciclurile multiple în sistemele FV au de obicei electrozi speciali sub formă de plăci tubulare. Dacă nu sunt descărcate mai mult de 30% supravieţuiesc câteva mii de cicluri de încărcare/descărcare; dacă sunt descărcate în mod regulat cu până la 80%, aproximativ o mie de cicluri.

Capacitatea unei celule sau a unei baterii este de obicei măsurată în amperi oră (Ah), fiind
produsul dintre curentul furnizat şi cât timp acesta „curge”. De exemplu, dacă o baterie plină de 12
V poate da 20 A timp de 10 ore, aceasta are capacitatea de 200 Ah (fiind uzual numită baterie de
„200 de amperi”). Cum tensiunea este de 12 V, energia totală stocată este de 200*12 = 2400 Wh, sau 2.4 kWh.

Totuşi, este important de realizat faptul că randamentul energetic şi capacitatea bateriilor depind de rata de descărcare. Cu cât se descarcă mai repede, cu atât este mai redusă capacitatea. În consecinţă, atunci când un producător spune că o baterie are capacitatea de 200 Ah, acesta se referă la cazul particular în care timpul de descărcare este de 10 ore, iar această informaţie trebuie precizată. Se spune că bateria are capacitatea de 200 Ah la rata de 10 ore. În general se obţine un maxim de energie de la o baterie printr-o descărcare cât mai înceată posibil. La sistemele fotovoltaice o rată de 100 de ore este de obicei considerată relevantă. Capacitatea bateriei depinde semnificativ şi de temperatură. Capacitatea este calculată la temperatura de 200 C şi aceasta scade cu aproximativ 1% pentru fiecare grad în minus. În acelaşi timp, la temperaturi foarte mari (400 C), bateriile au o capacitate mai mare, de 102%.

Foarte important este cum variază tensiunea unei baterii acid-plumb în timpul încărcării şi descărcării deoarece chargerul, care reglează fluxul curentului de la panou în baterii, foloseşte tensiunea drept „semnal de control” pentru a proteja bateriile şi a le prelungi durata de viaţă.

Fig. 3-5. Caracteristica tipică de încărcare a unei baterii acid-plumb de 12 V.

Atunci când o baterie este pusă la încărcat la un current constant tensiunea variază după cum se poate observa în figura 3-5. Iniţial aproape de 12 V, tensiunea creşte constant cu starea de încărcare (State Of Charge – SOC). În faza finală, creşte mai repede, ajungând la peste 14 V la atingerea încărcării complete (SOC = 100%). Dacă bateria este nesigilată, această ultimă fază este acompaniată de gazare în electrolitul lichid, producându-se hidrogen si oxigen. Gazarea excesivă poate avea loc dacă se continuă încărcarea şi poate produce daune celulelor; este extrem de importantă o ventilaţie adecvată a spaţiului în care sunt depozitate bateriile pentru a evita riscul producerii unei explozii. Totuşi, supraîncărcări controlate pot avea loc ocazional, purtând numele de încărcare de egalizare, acestea fiind utile pentru a evita stratificarea în diferite nivele de concentraţie de acid. La bateriile sigilate supraîncărcarea trebuie evitată iar egalizarea este irelevantă.

O bună schemă de încărcare, care ajută la păstrarea bateriei în condiţii de top constă în furnizarea unei încărcări forţate de tip boost charge folosind tot curentul disponibil; apoi, la apropierea SOC-ului de valoarea de 100% furnizarea unei încărcări de absorbţie (absorption charge) la un nivel constant de tensiune si un curent mic; în final, o încărcare de tip float care menţine bateria la încărcare maximă, evitând în acelaşi timp supraîncărcarea. Desigur, într-un sistem FV dependent de lumina solară variabilă, fără sursă de încărcare în timpul nopţiim nu ne putem aştepta la un regim optim de încărcare.

Fig. 3-6. Caracteristica tipică de descărcare a unei baterii acid-plumb de 12 V.

Figura 3-6 arată caracteristicile tipice ale tensiunii atunci când bateria de 200 Ah si 12 V este descărcată la curent constant. Curba notată 10h arată caracteristica de descărcare la 20 A pentru 10 ore, ceea ce reduce voltajul până la 11 V, punct în care producătorul recomandă deconectarea sarcinii pentru a evita producerea de daune. La acest punct s-a folosit 100% din capacitatea bateriei. Dar dacă o descărcăm la rata mai scăzută de 2 A timp de 100 de ore se obţine curba notată 100h. Tensiunea stă mai bine şi sarcina disponibilă este substanţial mai mare, lucru care scoate în evidenţă dependenţa capacităţii de rata de descărcare.

Este bine de ştiut faptul că trebuie evitată pe cât posibil supradescărcarea severă sau menţinerea la un nivel scăzut al SOC-ului pe perioade foarte lungi. La bateriile nesigilate pericolul principal îl reprezintă sulfatarea, care constă în formarea de cristale mari de cristale de sulfat pe plăci, fapt care duce la scăderea capacităţii şi deteriorare.

Într-un sistem fotovoltaic practic nu ne putem aştepta ca încărcarea şi descărcarea să aibă loc la curent constant sau în cicluri regulate de consum constant. Situaţia este mult mai complicată şi depinde de disponibilitatea luminii solare în comparaţie cu cerinţele pentru electricitate ale utilizatorului. În general se pot identifica fluctuaţii zilnice ale luminii solare şi ale consumului sarcinii, precum şi fluctuaţii sezoniere. În verile însorite bateriile vor fi mai mereu încarcate la maxim (cu SOC = 100%), consumul fiind şi el mic din cauza lungimii reduse a nopţilor; în schimb, pe perioade lungi de cer acoperit şi în lunile de iarnă, consumul pe o durată mult mai mare poate duce la perioade cu SOC scăzut cu riscul de tăiere a sarcinii. Statisticile anuale ale ciclurilor de încărcare/descărcare în sistemele fotovoltaice apar deseori ca aleatorii şi neregulate. Cu toate acestea, este foarte important să ştim cum funcţionează bateriile şi cum putem îmbunătăţi sistemul.

3.4. Charger-ul

Charger-ul este folosit pentru a regla fluxul de curent de la panoul fotovoltaic (sau sistemul de panouri) în baterii, şi de la baterii la diverse sarcini electrice. Acesta are rolul de a preveni supraîncărcarea atunci când sursa de electricitate solară depăşeşte cererea, precum şi supradescărcarea, atunci când cererea depăşeşte posibilităţile sursei. Diverse unităţi de control şi display sunt adăugate, în funcţie de preţ şi cât de sofisticată este unitatea, care sunt incluse pentru a proteja bateriile împotriva deteriorării şi a asigura un regim de operare care să le maximizeze performanţele şi durata de viaţă. Bateriile sunt o parte scumpă a majorităţii sistemelor de sine stătătoare, în special acelea care trebuie să furnizeze o sursă de electricitate de încredere zi şi noapte, astfel încât costul relativ modest al unui charge controller de calitate reprezintă bani bine cheltuiţi.

Cele două sarcini principale ale charger-ului sunt evitarea supraîncărcării şi a supradescărcării, în funcţie de tensiunea bateriilor. Supraîncărcarea se evită prin deconectarea panoului odată ce tensiunea în baterii atunge punctul maxim setat, pentru o baterie de 12 V valorile fiind în general de
14 V pentru încarcare float, 14.4 V pentru încărcare boost şi 14.7 V pentru încărcarea de egalizare necesară în cazul bateriilor nesigilate. Descărcarea excesivă este prevenită prin deconectarea sarcinii şi/sau atenţionarea odată ce se atinge o valoare minimă, care este de obicei la 11 V. Între aceste extreme, încărcarea şi descărcarea continuă în acord cu cantitatea de soare care pică pe panoul fotovoltaic şi puterea consumată de sarcină.

Fig. 3-7. Schemă simplă de sistem solar pentru uz casnic.

În mod ideal, charger-ul estimează continuu SOC-ul bateriei şi se foloseşte de valoarea acestuia pentru a regla curentul acceptat de la panou. În realitate, este mai complicat decât pare deoarece SOC-ul nu depinde numai de tensiunea instantanee a bateriei, ci şi de comportamentul din trecut. De exemplu, dacă o baterie a furnizat curent sarcinii pentru o perioadă şi tensiunea a scăzut, atunci la deconectare îşi revine uşor, chiar şi fără a mai fi încărcată. Invers, dacă bateria se încarcă de ceva timp, şi tensiunea a crecut, atunci când se opreşte încărcarea nivelul tensiunii scade un pic. Cu alte cuvinte, tensiunea pe care charger-ul o culege la nivelul bateriilor nu este un indicator exact al stării de încărcare. Folosind diverşi algoritmi, charger-ul trebuie să ia în considerare istoria bateriei împreună cu valoarea curentă a tensiunii şi să calculeze astfel SOC-ul şi să aleagă în mod corespunzător tipul potrivit de încărcare.

O problemă importantă este cea a histerezisului. Atunci când se atinge valoarea maximă setată şi se deconectează panoul pentru evitarea supraîncărcării, tensiunea bateriei începe imediat să scadă,

chiar dacă nu este conectată nicio sarcină. Histerezisul dintre tensiunile de deconectare si reconectare este un compromis care trebuie ales cu grijă. La fel se întâmplă şi la valoarea minimă setată, deoarece tensiunea trebuie lăsată o perioadă să îşi revină înainte de reconectarea automată.

În cazul sistemelor de uz casnic bazate pe un singur panou fotovoltaic şi o baterie de 12 V care ţine în funcţiune câteva lămpi cu consum mic şi un mic televizor, o unitate simplă care să controleze câţiva amperi de curent la 12 V este potrivită. În figura 3-7 se poate observa o schemă a unui astfel de sistem. Siguranţa montată în apropierea bornei + a bateriei este folosită pentru protecţie în caz de scurtcircuit.

Dacă însă luăm în considerare un sistem profesional, presupunem ca avem mai multe panouri care au împreună 1 kW peak care alimentează mai multe baterii cu tensiunea de 24 V, curentul solar maxim fiind de aproximativ 30 A. Un controler potrivit trebuie să ofere un număr de opţiuni, cum ar fi:

 Alegerea tipului de baterie între baterii sigilate sau nesigilate.
 Protecţie împotriva conectării inverse a polarităţilor modulului fotovoltaic sau
bateriilor.
 Selectarea automată a regimului de încărcare în funcţie de SOC-ul bateriilor (boost, float, egalizare).
 Protecţie împotriva supraîncărcării bateriilor şi a descărcării profunde, curenţilor de sarcină excesivi şi scurtcircuitelor accidentale.
 Prevenirea curentului invers pe timpul nopţii.
 Afişarea unor parametri cum sunt tensiunea bateriei şi/sau SOC-ul estimat, curenţii la nivelul panoului şi a sarcinii şi anunţarea înaintea deconectării sarcinii.

Costul unităţii va depinde cu siguranţă de cât de multe din aceste opţiuni sunt incluse, iar cu creşterea complexităţii sistemului, şi evident a puterii, funcţiile de protecţie şi monitorizare devin mai importante şi sofisticate.

Se cunosc trei tipuri de charge controlere: controlere serie, controlere şunt şi controlere MPPT (maximum power point tracking) care urmăresc punctul de putere maximă. Cele din urmă reprezintă obiectul de studiu în această lucrare.

3.4.1. Charger-ul MPPT

Până de curând, datorită electronicii complexe şi a costurilor mari charger-ele MPPT erau considerate produse de nişă, folosite în special în sistemele de sine stătătoare mari. Dar odată cu dezvoltarea tehnologică, costul acestora a scăzut, devenind disponibile pentru publicul larg. Avantajul potenţial constă în faptul că se realizează un calcul activ al punctului de putere maximă, nu se foloseşte o valoare prestabilită, putându-se extrage considerabil mai multă energie şi îmbunătăţind eficienţa sistemului. Permiţând sistemului de panouri fotovoltaice să opereze la o tensiune diferită de cea a bateriilor, se deschid noi posibilităţi.

În figura 3-8 se poate observa schema de bază a unui charger MPPT. Elementul cheie este un convertor DC-DC care permite panoului să opereze la o tensiune diferită de cea a bateriei. Însă nu asta este partea cea mai importantă şi inovativă în charge controlerul MPPT, ci abilitatea de a
„simţi” punctul de putere maximă MPP (Maximum Power Point) al panoului sau sistemului de panouri cu schimbarea nivelului luminii solare, în momente diferite ale zilei şi în diverse stadii ale vremii. Aceasta se obţine printr-un algoritm care realizează o urmărire electronică continuă a punctului MPP al panoului, modificând în funcţie de acesta tensiunea la intrarea convertorului.

Fig. 3-8. Schema unui charger MPPT.

La ieşire se foloseşte un algoritm avansat care asigură o rată de încărcare adaptată continuu la
SOC-ul estimate al bateriilor. Acesta dispune de un controler PWM (pulse width modulation).

Fig. 3-9. Diferenţa de randament.

În figura 3-9 se poate observa diferenţa de randament dintre încărcarea folosind MPPT şi încărcarea clasică. Se poate observa o diferenţă semnificativă între cele două situaţii: cu albastru închis este reprezentat randamentul în cazul încărcării clasice (care dă un randament maxim un pic peste 97% la 85W) şi cu albastru deschis randamentul în cazul încărcării MPPT (se observă clar atingerea unui randament peste 98% la puteri mult mai mari).

3.5. Clasele de iluminare pentru iluminatul căilor de circulaţie

Clasa sistemului de iluminat defineşte sistemul de iluminat în funcţie de caracteristicile de trafic rutier şi de categoria căii de circulaţie. Standardul SR13433 stabileşte condiţiile pentru iluminatul căilor de circulaţie destinate traficului rutier, pietonal şi/sau cicliştilor şi al altor zone care nu fac obiectul prezentei lucrări.

Se definesc următoarele notiuni:

1) Uniformitate generală a iluminării, U0(E): Raport între iluminarea minimă Emin şi iluminarea medie, Em, ambele considerate pe toată suprafaţa de calcul:
U0(E)=Emin/Em
2) Uniformitatea generala a luminanţei, U0(L): Raport intre luminanţa minimă, Lmin şi luminanţa medie, Lm, ambele considerate pe toată suprafaţa de calcul:
U0(L)=Lmin/Lm
3) Raport de zonă alaturată, SR: Raport între iluminarea medie de pe o porţiune de 5 m lăţime (sau mai puţin, dacă spaţiul nu o permite) de o parte şi de alta a sensurilor de circulaţie şi iluminare medie a căii de circulaţie de pe o lăţime de 5 m (sau jumătate din lăţimea fiecărui sens de circulaţie – care dintre ele este mai mică).
4) Uniformitate longitudinală a luminanţei, U1(L): Raport între luminanţa minimă, Lmin,1 şi luminanţa maximă, Lmax,1, ambele considerate pe axul benzii de circulaţie al zonei de calcul şi în direcţia de desfăşurare a traficului rutier:
U0(L)=Lmin,1/Lmax,1
5) Iluminare medie, Em: Medie aritmetică a iluminărilor pe suprafaţa de calcul.
6) Iluminare minimă, Em,min: Cea mai mică valoare a iluminării punctuale pe suprafaţa de calcul.
7) Luminanţa medie: Lm: Medie aritmetică a luminanţelor de pe suprafaţa de calcul.
Luminanţa maximă pe axul benzii, Lmax,1: Cea mai mare valoare a luminanţei pe axul benzii de circulaţie al zonei de calcul şi în direcţia de desfăşurare a traficului rutier.
9) Luminanţa minimă pe axul benzii de circulaţie, Lmin,1: Cea mai mică valoare a luminanţei pe axul benzii de circulaţie al zonei de calcul şi în direcţia de desfăşurare a traficului rutier.
10) Luminanţa minimă pe suprafaţa de calcul, Lmin: Cea mai mică valoare a luminanţei de pe suprafaţa de calcul.
11) Reflectanţa, factor de reflexie, ρ: Raport între fluxul luminos reflectat şi fluxul luminos incident.

Un sistem de iluminat destinat unei căi de circulaţie reprezintă un ansamblu realizat de corpuri de iluminat speciale (echipate cu surse de lumină adecvate) amplasate într-o dispunere specifică, în scopul realizării unui mediu luminos confortabil pentru desfăşurarea în siguranţă a traficului rutier.

Condiţii de iluminat

Condiţii de iluminat pentru căi de circulaţie destinate traficului rutier

a Clasa sistemului de iluminat pentru o cale de circulaţie este determinată de traficul rutier şi de categoria căii de circulaţie, conform tabelului de mai jos.

1) - Complexitatea configuraţiei căii de circulaţie se referă la infrastructura căii, modificările de trafic şi zonele alăturate.

Factorii care trebuie luaţi în considerare sunt:

- numărul de benzi de circulaţie;
- denivelările;
- indicatoarele şi panourile de semnalizare rutieră;
- semafoarele.

2) - Dirijarea circulaţiei rutiere se referă la:

- prezenţa indicatoarelor şi panourilor de semnalizare rutieră;
- prezenţa semafoarelor;
- existenţa reglementărilor de trafic rutier.

3) - Separarea se referă la benzi speciale destinate unei anumite categorii de utilizatori ai căii de circulaţie (de exemplu: ciclişti).

4) - Diferitele categorii de utilizatori ai căii de circulaţie sunt, de exemplu: autoturisme, autocamioane, turbotrailere, autodube, biciclete, pietoni.

b Iluminatul unei căi de circulaţie destinate traficului rutier trebuie să îndeplinească condiţiile din tabelul de mai jos:

Clasa sistemului
de iluminat Categoria caii de circulatie destinate traficului rutier
Toate tipurile de
cai de circulatie Toate tipurile de
cai de circulatie Toate tipurile de
cai de circulatie Cai de circulatie
cu intersectii putine sau fara intersectii Cai de circulatie
cu trotuare neiluminate conform clasei P1 – P4
Lm cd/m2 min. U0 (L)

min. TI
%
max. U1(L)

min. SR

min.
M1 2,00 0,4 10 0,7 0,5
M2 1,50 0,4 10 0,7 0,5
M3 1,00 0,4 10 0,5 0,5
M4 0,75 0,4 15 fara valoare
impusa fara valoare
impusa
M5 0,50 0,4 15 fara valoare
impusa fara valoare
impusa
Lm - luminanţa medie pe suprafaţa de calcul, în candele pe metru pătrat;

U0(L) - uniformitatea generală a luminanţei; U1(L) - uniformitatea longitudinală a luminanţei;
TI - indice de prag: creşterea pragului percepţiei vizuale, în procente; SR - raport de zonă alaturată.

4. Sistemul de iluminat public de sine stătător

4.1. Dimensionarea sistemului de sine stătător

4.1.1. Programul DIALUX

DIALux este un software pentru proiectare în iluminarea mai multor tipuri de spaţii. Este disponibil gratuit şi poate fi folosit cu lămpile oricărui producător. DIALux este cel mai eficient software de calculare de pe piaţă. El acoperă toate cerinţele moderne pentru proiectarea şi calcularea iluminării. Pentru a se menţine în top, DIALux este dezvoltat continuu. Toate actualizările sunt de asemena gratuite.

Folosind DIALux se pot rezolva foarte multe tipuri de probleme, mergând de la iluminatul interior până la iluminatul extern, beneficiind de foarte multe unelte suplimentare.

Am utilizat programul DIALux 4.9.

4.1.2. Crearea unui proiect

Înaintea începerii unui nou proiect trebuie să avem în vedere mai mulţi factori. În primul rând trebuie să ştim care sunt lămpile pe care le avem la dispoziţie, să obţinem de la producător datele specifice lămpii şi să le importăm în DIALux. Apoi trebuie să aflăm informaţii specifice legate de suprafaţa care va fi iluminată. De exemplu, dacă avem de iluminat o stradă, vor fi necesare informaţii de genul: câte benzi are strada, cum sunt sensurile de circulaţie, există trotuar, există pistă de biciclete, avem o distanţă obligatorie între stâlpi (pentru montarea pe soclurile celor vechi), avem

o înălţime maximă a stâlpilor, normele care trebuie respectate şi multe alte detalii care trebuie să
vină de la beneficiar.

4.1.2.1. Crearea unui nou proiect

Deschidem programul DIALux şi alegem tipul de proiect pe care vrem să îl realizăm, în cazul nostru „New Street Project”.

Fig. 4-1. Alegerea proiectului în DIALux. Apoi se adauga o lampă.
4.1.2.2. Adăugarea unei noi lampi

Pentru lampa IPL-2M produsă de ICPE se oferă fişierul „IPL-2M-120x60.ies”. În programul DIALux se alege „Luminaire Selection\My Database...”. În partea din dreapta se alege „Import”. De obicei programul lucrează cu fişiere de tip „ULD” însă acceptă şi fişierul „IES”. Astfel alegem
„Files of type: All files” şi selectăm „IPL-2M-120x60.ies”. Apoi, alegem „Manufacturer: ICPE” şi apăsăm pe butonul „Apply”.

Fig. 4-2. Adăugarea unei noi lămpi.

4.1.2.3. Modificarea parametrilor

Pentru a avea acces la setări suplimentare se dă clic dreapta pe „Street 1” şi se alege „Insert Street Arrangement”. Tab-ul „Luminaire” oferă informaţiile specifice lămpii, care au fost importate mai devreme.

În tab-ul „Pole / Boom” se pot modifica parametrii stâlpului. Astfel se poate alege înălţimea la care va fi montată lampa, lungimea braţului pe care este montată lampa, distanţa între stalpi, numărul de lampi montate pe stalp, distanta fata de carosabil si altele.

În tab-ul „Arrangement” se poate selecta dispunerea lămpilor pe marginea drumului: un singur rând în partea de jos, un singur rând în partea de sus, două rânduri opuse sau două rânduri alternativ.

Fig. 4-3. Dispunerea lămpilor. După finalizarea selecţiilor se alege „Insert”.
Alegând „Roadway 1” se pot face setările specifice suprafeţei de iluminat. Astfel, în tab-ul „General” se introduce lăţimea drumului şi numărul de benzi. În tab-ul „Street Coating” se pot modifica parametrii suprafeţei şoselei.
În tab-ul „Observer” se pot modifica vârstele observatorilor care sunt poziţionaţi la distanţe diferite faţă de drum.

Alegând „Roadway 1 \ Valuation Field Roadway 1” se poate alege clasa de iluminare. Există mai multe clase de iluminare care dau parametri care trebuie respectaţi de sistemul care urmează să fie montat.

4.1.2.4. Calcularea solutiei

După alegerea corespunzătoare a parametrilor se porneşte realizarea calculelor. Pentru aceasta din meniul de sus se alege „Output / Start Calculation...” şi se bifează toate căsuţele.

Fig. 4-4. Calcularea soluţiei.

Apoi, pentru a putea vedea rezultatele se alege „Output / Configure Output”.

Alegând „Street 1 / Photometric Results” se poate verifica dacă se respectă cerinţele pentru clasa de iluminare selectată. Dacă clasa de iluminare nu este fixă, se poate modifica pentru a fi corespunzătoare cu echipamentele. Dacă însă avem obligaţia de a respecta o anumită clasă, şi de exemplu totul este în regulă mai puţin parametrul „UI” se poate modifica înălţimea stâlpului (la 6 metri înălţime nu se respectă clasa, în timp ce la 12 metri se respectă respectiva clasă).

Fig. 4-5. Respectarea parametrilor.

Pentru a observa iluminarea suprafetei străzii se alege „Street 1 / Valuation Fields / Valuation
Filed Roadway 1 / Isolines (E)”.

Fig. 4-6. Isoliniile.

După selectarea parametrilor necesari pentru raport se poate tipări raportul. Pentru aceasta se poate alege „File / Export / Save output as PDF...” şi se alege „All”. Raportul rezultat este unul profesionist recunoscut în toată lumea, putând fi folosit fără niciun fel de probleme pentru orice tip de proiecte.

În urma acestui raport se va putea stabili consumul total al sistemului. În funcţie de acesta vom construi mai departe restul sistemului.

4.1.3. Lampa de iluminat

Fig. 4-7. Lampa de iluminat IPL-2M

Lampa de iluminat IPL-2M – 56 W conţine două module LED de 28 W şi un convertor DC-DC destinat alimentării în curent constant a modulelor de LED-uri. Convertorul DCCC 2415, realizat de ICPE – Inginerie Electrică, este optimizat pentru aplicaţiile de iluminat stradal cu sisteme fotovoltaice bazate pe baterii de acumulatori de 24 V. Avantajul major obţinut prin conectarea acestui dispozitiv între bateria de acumulatori şi modulul de LED-uri este dat de intensitatea constantă a luminii furnizate de modulul de LED-uri, deşi tensiunea furnizată de bateria de acumulatori scade odată cu descărcarea inerentă funcţionării.

Specificaţiile tehnice ale DCCC 2415:

 Tensiunea de intrare: 20......30 V

 Curentul de ieşire: 1,5 A
 Tensiunea maximă de ieşire: 35 V
 Puterea maximă de ieşire: 35 W
 Tensiunea de deconectare LED-uri: 20 V
 Tensiunea de reconectare LED-uri: 20,8 V
 Randament: >86%
 Dimensiuni: 11x11x11 – open frame

Fig. 4-8. DCCC 2415 realizat la ICPE

DCCC 2415 este integrat în carcasă şi este parte componentă a lămpii. Acesta a fost realizat special de ICPE – Inginerie Electrică pentru aplicaţiile solare.

În funcţie de cerinţele beneficiarului şi de tipul spaţiului ce urmează a fi luminat, se poate merge de la lămpi de iluminat cu un singur bloc de LED-uri de 28 W (pentru o curte privată, parcare, într-un parc sau pentru o zonă pietonală), la lămpi cu două blocuri LED de 28 W (în total
56 W) pentru aplicaţii de tip străzi circulate şi până la lămpi cu 4 sau 6 blocuri LED de 112 W
respectiv 168 W pentru autostrăzi şi aplicaţii industriale.

4.1.4. Alegerea bateriilor

În momentul acesta ştim care este sarcina noastra: Pbec[W]= x W (de exemplu: lampa de iluminat IPL-2M – 56 W). Pentru a afla necesarul de energie ce trebuie furnizată de către baterie trebuie să ştim câte ore trebuie ca LED-urile noastre să lumineze, în funcţie de anotimp.

Pentru aceasta vom folosi sit-ul http://www.gaisma.com/ si am luat generic orasul Bucuresti. Pentru capitala putem observa un minim al luminii solare si un maxim al orelor de noapte in luna decembrie. Astfel ne vom folosi de valoarea de aproximativ 14 ore, timp in care lampa trebuie sa functioneze, in conditiile in care lumina solara este la un nivel minim (lumina afara-pe un cer nu lipsit de nori- intre orele aproximativ 7:30-16:30).

Fig. 4-9. Graficul orelor de zi (galben) şi noapte (gri) în decursul unui an calendaristic
pentru Bucureşti obţinut de pe gaisma.com; pe abscisă sunt notate lunile de la ianuarie la decembrie, iar pe ordonată sunt notate orele de la 0 la 24.

Astfel, teoretic, cea mai mare energie consumată de sistem ar fi în luna decembrie şi ar avea valoarea Emax[W] = Pbec[W]*Tmax[h]. Pentru lampa IPL-2M am avea Emax=56*14=784 W. Foarte rar un producător de sisteme de sine stătătoare va spune că sistemul său funcţionează 14 ore. În general se alege o valoare medie globală (în general 9 ore) şi se asigură de asemenea un backup de un număr de zile.

Însă consumul nu se rezumă doar la cei 56 W pe care îi consumă doar blocul de LED-uri
efectiv. Pe lângă acesta mai sunt până la baterii convertorul DC-DC, cablurile şi charger-ul care mai
contribuie cu o creştere în consum.

Puterea de la panou cu pierderi în sistem de 14%
1510
Wh intr-o zi
Putere pe LED = P iesire DC driver 56 W
eta dc driver(include pierdere pe firele de la bat la dc
driver)
0,86
Putere intrare dc driver 65,11628 W
Se impun 14 ore de functionare in medie intr-o zi

Din baterie se va consuma 911,6279 Wh intr-o zi < decat ce se primeste
in medie de la panou
Se impune tensiunea sistemului la 24 V
Din baterie se vor consuma 37,984496 Ah intr-o zi
Se impune nr de zile fara soare 3 zile
Capacitatea bateriei de 24 V ar fi 113,95348
Se impune nivelul de descarcare maxim admis al
bateriei la
60% adica bateria se descarca pana la
(100 - nivelul setat)%
Capacitatea necesar pt ca bateria de 24 V sa fie
descarcata la nivelul admis
189,92248
Ah
Se impune un factor de siguranta de 3%
Capacitatea corectata cu factorul de sig 195,6201 Ah
Tabelul 4-1 Calculul bateriei

Am realizat tabelul 4-1 pentru a îmi uşura munca în dimensionarea bateriilor. Parametrii cei mai interesanţi sunt orele de funcţionare impuse şi numărul de zile fără soare, adică backup-ul.

Primul câmp al tabelului, „Puterea de la panou cu pierderi în sistem de 14%” reprezintă energia medie de la soare pentru două panouri de 250 W, pe care am explicat în capitolul 4.1.5 cum o determin. Această valoare se foloseşte doar pentru comparaţie.

Câmpul „Puterea pe LED” se poate modifica în funcţie de lampă, restul valorilor depinzând de aceasta.

DC Driver-ul are randamentul de peste 86%; incluzând şi pierderile de 1-2% pe cabluri am
impus o pierdere fixă de 86%.

Puterea de intrare DC Driver va fi egală cu raportul dintre puterea puterea pe LED şi
randament.

Consumul se calculează prin produsul dintre puterea de intrare DC Driver şi orele impuse de funcţionare pentru o zi.

Calculul capacităţii bateriei incluzând şi backup-ul se face înmulţind consumul pentru o zi cu numărul de zile de backup dorite. Însă bateriile nu pot fi descărcate 100%, ci trebuie aleasă o valoare convenabilă de descărcare care ar permite un număr cât mai mare de cicluri încărcare/descărcare. Am ales valoarea 60%, adică în baterie să mai rămână 40% din capacitate.

Luând în considerare şi faptul că în timp caracteristicile bateriilor se modifică, am inclus şi un factor de siguranţă de 3%.

Fig. 4-10. Caracteristicile bateriilor Caranda Solar raportate la o celulă.

Daca vom folosi 2 baterii de 12V inseriate inseamna că vom avea o tensiune de 24V. Am folosit baterii de la firma Caranda, care au caracteristicile din figura 4-10.

Din graficul caracteristici de descărcare se poate observa curba de descărcare pentru baterii
pentru o utilizare de până la 20 ore.

Capacitatea minimă a bateriilor va trebui sa fie CA = 195,620 Ah. În concluzie se vor alege două baterii de 200 Ah SOLAR12-200.

4.1.5. Alegerea panoului

Panoul solar se alege cu ajutorul sit-ului http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

Aplicaţia oferită de Uniunea Europeană permite estimarea energiei obţinute folosind un anumit panou (cu diferite caracteristici) într-o anumită zonă geografică. Cele mai importante variabile sunt
„Estimated system losses” – Pierderile estimate în sistem şi „Slope” – panta la care va fi montat panoul.

Pentru a putea calcula puterea peak a panoului trebuie mai întâi să estimăm pierderile în sistem.

Fig. 4-11. Meniul de selecţie a parametrilor pentru calcularea panoului fotovoltaic. Randamentul injectorului de curent este 1=90%.

Randamentul chargerului este 2=98%.

Pierderile în cablu sunt aproximativ 3%, rezultând un randament 3=97%.

1*2*3=> =85,54% Putem estima pierderile în sistem la 14%.
Panta o putem modifica la 450, un unghi potrivit atât pentru vară cât şi pentru iarnă.

Fig. 4-12. Tabelul cu energia produsă pentru un sistem de 1 kWp.

În urma acestor modificări rezultă pentru Bucureşti la un sistem de panouri de 1 kWp tabelul din figura 4-12.

Ed: Producţia medie zilnică de electricitate pentru sistemul dat (kWh) Em: Producţia medie lunară de electricitate pentru sistemul dat (kWh)
Hd: Suma zilnică medie de iradianţă globală pe metru pătrat recepţionată de modulele sistemului dat (kWh/m2)
Hm: Suma medie de iradianţă globală pe metru pătrat recepţionată de modulele sistemului dat (kWh/m2)

Din tabel se poate observa că în luna decembrie se produce un minim de 1560 Wh. Având în vedere consumul de 56 W al becului ajungem la concluzia că în luna decembrie sistemul cu panouri de 1 kWh poate sa alimenteze sarcina timp de aproape 24 de ore. Având 14 ore de noapte în luna decembrie (adică mai mult de jumătate din cât ar lumina sistemul de 1 kWh) înseamnă că avem nevoie de jumătate din puterea estimată.

Rezultă că avem nevoie de două panouri de putere peak 250 W, cum ar fi FVG 60-156.

În acest mod se poate realiza estimarea oricarui sistem, cunoscând a priori cât va consuma sarcina şi cât de fiabil trebuie să fie sistemul. Într-un sistem care ilumineaza un drum nu pot exista concesii. În schimb dacă este vorba de un parc sau un proiect privat, având în vedere resursele limitate ale beneficiarului acesta poate opta pentru un sistem care să nu funcţioneze neapărat 14 ore în luna decembrie, realizând astfel o economie considerabilă.

4.1.6. Alegerea chargerului

În toate sistemele realizate am utilizat chargere de la firma Steca Solar (http://www.stecasolar.com), în special modelul MPPT 2010. Acesta are avantajul că poate fi programat folosind telecomanda Steca PA RC100 (din poza de mai jos) în cazul în care pragurile de oprire/pornire nu sunt corespunzătoare, întrucât acest charger foloseşte tensiunea de pe panou pentru a face distincţia între noapte şi zi.

În tabelul de mai jos sunt trecute caracteristicile din fabrica ale chargerului MPPT 2010.

Tabelul 4-2. Caracteristicile chargerului MPPT 2010. Fig. 4-13. Steca PA RC100

Bat este tipul de baterie, care poate fi Liquid sau Gel.

SOC reprezinta starea de incarcare.

Night reprezinta lumina de noapte.

Float, Equal si Boost sunt parametri de incarcare. LVD este tensiunea la care se deconecteaza sarcina. LVR este tensiunea la care se reconecteaza sarcina.
Modificând valorile LVD şi LVR se pot schimba tensiunile pentru care se aprinde şi se stinge lampa.

Fig. 4-14. MPPT 2010

Chargerul permite instalarea unui sistem de panouri de maximum 500 W. Curentul maxim de intrare este de 18A iar voltajul maxim în circuit deschis este VocMAX= 100V. Panourile FVG 60-156

au un curent maxim de 8,10A şi tensiune maximă în circuit deschis Voc=37,95V, încadrându-se în limitele de operare ale chargerului.

4.1.7. Concluziile dimensionării

Astfel, se poate realiza un sistem de sine stătător care să ilumineze în mod automat aproape fără întrerupere 365 de zile în nişte condiţii stricte de iluminare a unei străzi circulate de automobile. Se pot realiza astfel oricâte aplicaţii de iluminat autonome.

Folosind două baterii de 200 Ah si două panouri de 250 W se ajunge la nişte costuri foarte mari, motiv pentru care majoritatea beneficiariilor fac concesii. Chiar şi în cazul sistemului pe care l-am dimensionat nu s-a putut realiza o iluminare de 100%, deoarece asta ar fi depăşit specificaţiile mai multor componente, luminând 12 ore din 14 cu un backup de 3 zile.

În realitate, se porneşte de la valoarea medie de luminare de aproximativ 9 ore şi se alege un număr convenabil de zile de backup.

4.2. Studiul de caz

Pentru studiul de caz am ales proiectul realizat pentru primăria municipiului Călăraşi, în speţă doi stâlpi montaţi în faţa primăriei, pe marginile exterioare. Cerinţa a fost pentru un sistem care să funcţioneze bine şi să aibă un cost scăzut. Din aceste considerente, sistemul a fost creat pentru a oferi o funcţionare în parametri optimi undeva la 90% din timp, cu riscul unor scurte perioade de nefuncţionare pe durata iernii.

4.2.1. Dimensionarea în DIALux

După pornirea programului DIALux am ales varianta „New Exterior Project”.

S-a mers pe varianta unei lămpi cu un singur bloc de LED-uri cu puterea de 28 W pentru consum scăzut. Am importat astfel în „My database…” fişierul „IPL-1M-120X60.ies” corespunzător lămpii de 28 W.

Am redenumit „Ground Element 1” în „Beton” şi am modificat în tab-ul „Surfaces” materialul în „Concrete”. Apoi am modificat „Exterior Scene 1” numind-o „Primaria” iar sub tab-ul
„Maintenance plan method” am modificat valoarea de referinţă la „Exterior installation, 3-year maintenance cycle.”. Pentru Luminaire am ales din „My Database” sub producătorul ICPE lampa ICPE IPL-1M-120×60.

În partea din dreapta a ecranului avem posibilitatea de introducere de elemente. Am ales astfel
„Insert ground elements” şi am introdus din categoria „Object files / Outdoor / Building / Town houses” clădirea „old building3” care se aseamană cu clădirea reală.

Tot în dreapta ecranului se poate alege „Insert Line Arrangement”. Am ales aceasta opţiune întrucât cei doi stâlpi trebuiau montaţi simetric. După rotirea liniei astfel încât să fie paralelă cu clădirea primariei, sub tab-ul „General” se modifică parametrul „Quantit” la 2, deoarece vom instala
2 stalpi. Sub tab-ul „Mounting Height” am modificat „Mounting Type” la „User defined” cu valoarea 4.000 m deoarece se vor folosi stâlpi de 4 m.

Fig. 4-15. Tab-ul General. Fig . 4-16. Simularea situaţiei reale

După simularea situaţiei ajungem la o simulare tridimensionala a situaţiei create. Având în vedere faptul că primăria este luminată în faţă cu un sistem clasic (element neinclus în simulare – nu era necesar în cazul de faţă) putem trage concluzia că rezultatul este satisfăcător.

Raportul emis de DIALux ne prezintă toate informaţiile necesare pentru a realiza mai departe proiectarea.

Fig. 4-17. Caracteristica polară a curbei de distribuţie a luminii.

Fig. 4-18. Diagrama de luminanţă.

Fig. 4-19. Distribuţia luminii în jurul lămpilor (greyscale).

Fig. 4-20. Distribuţia luminii în jurul lămpilor (isolines).

În urma calculelor realizate de DIALux Lmax = 3.33 cd/m2, unde Lmax reprezintă iluminarea maximă, o valoare suficientă pentru cerinţele date.

4.2.2. Stâlpul de iluminat

Stâlpul susţine panoul fotovoltaic, lampa de iluminat şi o cutie. În această cutie sunt introduse bateriile şi chargerul. Cutia este sigilată şi protejează bateriile şi chargerul împotriva intemperiilor. De asemenea, pentru deschiderea acesteia se foloseşte o cheie speciala. Cablurile de la panou şi de la lampă trec prin interiorul stâlpului.

Stâlpul are un sistem de prindere în fundaţie de beton.

Fig. 4-21. Sistemul de prindere a stâlpului în beton.

Fig. 4-22. Schema finală a stâlpului de iluminat public montat la Călăraşi.

4.2.3. Lampa de iluminat

Dupa cum am spus de la început, lampa folosită a fost ICPE IPL-1M-120×60, al cărei bloc de LED-uri are fluxul luminos de 1966 lm şi puterea de 28 W. Blocul este alimentat de convertorul DC-DC DCCC 2415 despre care am vorbit în capitolul 4.1.3.

Fig. 4-23. Lampa de iluminat IPL-1M.

4.2.4. Dimensionarea panoului fotovoltaic

Pentru acest pas am folosit site-ul http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ aşa cum am arătat mai devreme. Am ales oraşul Călăraşi, pierderile estimate le-am lasat la 14% iar panta la 450.

Din tabelul din figura 4-24 se poate observa că valorile diferă faţă de Bucureşti, însă nu radical. Totuşi există o creştere în energia globala.

Sarcina noastră este de 28 W. Valoarea minimă de iradiere într-o zi este în luna decembrie, iar un sistem de panouri de 1 kW poate produce teoretic 1650 Wh. Dacă vrem ca sistemul nostru să lumineze noaptea maxim 14 ore, asta va însemna un consum de 455 Wh.

Rezultă prin împărţirea puterii totale la consumul pentru 14 ore 1650/455=3,62 că s-ar putea monta 4 lămpi la un sistem de 1 kW şi acesta ar lumina aproape fără probleme.

Fig. 4-24. Tabelul cu energia produsă pentru un sistem de 1 kWp pentru Călăraşi.

Asta înseamnă pentru o lampă un panou de 1000/3,62 = 276 W. Din nefericire cerinţa expres a beneficiarului este aceea de reducere cât mai mare a costurilor, motiv pentru care încercăm o dimensionare cu panouri mai economice de 185 W.

Fig. 4-25. Tabelul cu energia produsă pentru un sistem de 185 Wp pentru Călăraşi.

Tabelul care rezultă pentru un panou de 185 W din figura 4-25 ne arată faptul că în lunile ianuarie şi decembrie Ed<455 Wh ceea ce duce la perioade de timp în care lampa nu va funcţiona sau ar funcţiona pe backup pe perioadă limitată. Problema aceasta va apărea în special în luna decembrie unde sistemul va ilumina aproape 10 ore din cele 14 de noapte, în timp ce în luna ianuarie sistemul va ilumina peste 11 ore, respectiv o perioadă de nefuncţionare mult mai mică faţă de luna decembrie.

Totuşi, trebuie luat în considerare faptul ca niciun furnizor de sisteme de iluminat public de sine stătătoare nu o să spună că are un sistem ce luminează timp de 14 ore în decembrie. Toţi cei implicaţi în această industrie pornesc de la o valoare medie, de obicei 9 ore, motiv pentru care mai departe calculele le voi realiza folosind premiza celor 9 ore de funcţionare, indicând în acelaşi timp şi un număr de zile de backup.

Astfel s-a luat decizia de a se folosi panourile FVG 72-125 de 185 W de la firma FVG Energy. Acesta are urmatoarele caracteristici:

Fig. 4-26. Panoul solar FVG72-125.

Tabelul 4.3. Caracteristicile panoului.

4.2.5. Chargerul

Am ales chargerul MPPT 2010 de la Steca Solar, despre care am vorbit mai pe larg în capitolul
4.1.6. Chargerul permite instalarea unui sistem de panouri de maximum 500 W. Curentul maxim de intrare este de 18A iar voltajul maxim în circuit deschis este VocMAX= 100V. Sistemul se încadrează perfect în limitele chargerului.

4.2.6. Bateriile

Pentru calcularea capacităţii bateriilor m-am folosit de tabelul 4.4, care este de fapt tabelul 4.1 cu parametrii modificaţi pentru a se potrivi cu aplicaţia curentă. În capitolul 4.1.4 am discutat pe larg despre tabel, acum voi discuta doar parametrii care se modifică.

Cea mai mare energie consumata de sistem va fi în luna decembrie şi va avea valoarea Emax[W]
= Pbec[W]*Tmax[h]. Pentru lampa IPL-1M am avea Emax=32.55*14=455,7 W.

Am folosit 2 baterii înseriate de 12 V de la firma Caranda, care au proprietăţile din figura 4.10.

Astfel, puterea de la panou va avea valoarea 587 Wh (valoarea medie) iar lampa folosită va avea puterea de 28 W. Luând în considerare pierderile în sistem, se ajunge la o putere de intrare DC Driver de 32.55 W.

S-au impus 9 ore de funcţionare în medie într-o zi, iar numărul de zile de backup (câte zile ar putea lumina sistemul dacă panoul ar fi acoperit) a fost stabilit la 3.

Capacitatea minima a bateriilor va trebui sa fie CA = 62,87 Ah. Luând în considerare o serie de factori cum sunt pierderile pe componentele sistemului dar şi faptul că în timp caracteristicile bateriilor se modifică se vor alege două baterii de 65 Ah SOLAR12-65. Un alt element foarte important de luat în calcul a fost acela că bateriile nu trebuie să se descarce complet, pentru că în
acest caz scade numărul de cicluri de încărcare/reîncărcare şi reîncărcarea durează mult mai mult.

Puterea de la panou cu pierderi in sistem de 14%
587
Wh intr-o zi
Putere pe LED = P iesire DC driver 28 W
eta dc driver(include pierdere pe firele de la bat la dc
driver)
0,86
Putere intrare dc driver 32,55814 W
Se impun 9 ore de functionare in medie intr-o zi

Din baterie se va consuma
293,0233 Wh intr-o zi < decat ce se primeste
in medie de la panou
Se impune tensiunea sistemului la 24 V
Din baterie se vor consuma 12,2093 Ah intr-o zi
Se impune nr de zile fara soare 3 zile
Capacitatea bateriei de 24 V ar fi 36,62791
Se impune nivelul de descarcare maxim admis al
bateriei la
60% adica bateria se descarca pana la
(100 – nivelul setat)%
Capacitatea necesar pt ca bateria de 24 V sa fie
descarcata la nivelul admis
61,04651
Ah
Se impune un factor de siguranta de 3%
Capacitatea corectata cu factorul de sig 62,87791 Ah
Tabelul 4.4 Calculul bateriei pentru Călăraşi.

4.2.7. Concluzii şi rezultate

Sistemul a fost realizat practic.

Sistemul rezultat a funcţionat fără a fi nevoie de întreţinere din 14 august 2010 până în ziua de astăzi. Tot sistemul este într-o stare foarte bună, iar beneficiarul a fost mulţumit de lucrare.

Locuitorii Municipiului Călăraşi se pot bucura seară de seară de beneficiile sistemului de iluminat public de sine stătător şi se pot mândri cu această soluţie 100% verde.

Fig. 4-27. Stâlpii montaţi în faţa Primăriei Călăraşi.

5. Concluzii generale

Prezenta lucrare a expus paşii principali în realizarea unui sistem de iluminat de sine stătător. Prin calcule teoretice şi prin utilizarea de materiale gratuite s-au putut stabili parametri necesari realizării în anumite condiţii date a unor diferite sisteme de iluminat. Marele avantaj al acestei tehnologii constă în suportul extensiv pe care toate guvernele din ţările dezvoltate (şi nu numai) îl acordă.

Principala problemă în implementarea acestei tehnologii o reprezintă costurile foarte mari. Însă este încurajator faptul că preţurile tind să scadă în mod constant. Totodată, o conştientizare a beneficiilor pe care aceste sisteme le aduc începe să prindă contur. De aceea, multe companii şi municipalităţi încearcă să îşi arate orientarea spre tehnologiile „verzi”, ecologice, pentru care sistemul de iluminat public de sine stătător este un demn ambasador.

Din punct de vedere al aspectelor legate de protecţia mediului, sistemele fotovoltaice au nişte avantaje bine definite: contribuţia importantă la reducerea emisiilor de carbon, operarea silenţioasă şi nepoluantă, nu se consumă combustibil şi nu se produc deşeuri, acceptanţă ridicată din toate punctele de vedere.

Materia primă, siliciul, este o resursă aproape nelimitată pe Terra, astfel încât această tehnologie reprezintă o investiţie sigură pentru prezent şi viitor.

6. Bibliografie

Paul Şchiopu, Optoelectronics, Editura MATRIX-ROM 2009

Paul Şchiopu, Neculai Grosu, Măsurători optoelectronice. Îndrumar., Editura MATRIX-ROM

Paul Şchiopu, Neculai Grosu, Ionică Cristea, Optoelectronică. Îndrumar de laborator., Editura
MATRIX-ROM 2008

Paul A. Lynn BSc(Eng), PhD, Electricity from Sunlight An Introduction to Photovoltaics, 2010, John Wiley & Sons, Ltd
Iluminatul cailor de circulatie, ASRO STANDARD ROMAN, SR 13433, Martie 1999 http://en.wikipedia.org/wiki/Street_lig ht

http://www.primariatm.ro/monitorul/index.php?meniuId=1&viewCat=13&viewItem=1129

http://ro.wikipedia.org/wiki/Celul%C4%83_solar%C4%83

http://ro.wikipedia.org/wiki/Panou_fotovoltaic

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

http://www.dial.de/CMS/English/Articles/DIAL/Aktuell/Presse/Artikel/DIALux_was_ist_das/DIA Luxwasistdas.html

http://www.gaisma.com/

http://www.caranda.ro/solare.htm

http://fvgenergy.com/

http://www.stecasolar.com/

http://www.cnbestsolar.com/High-efficiency-solar-cells/mono5%E2%80%9D%28r150%29125s-

_Mono5%E2%80%9D%28r150%29125s-32.html

http://www.daviddarling.info/images/bypass_and_blocking_diodes.gif

http://www.oksolar.com/technical/diodes_in_pv_systems.ht m

http://www.iluminare-led.ro/specificatii-tehnice/

http://193.230.185.231/monitor/

7. Anexe

7.1. Monitorizarea Sistemului de Iluminat Public de Sine Stătător

În cadrul colectivului de la ICPE – Inginerie Electrică am participat la realizarea unui sistem complex de monitorizare a sistemului de iluminat. Scopul a fost acela de a observa şi stoca în timp caracteristici ale sistemului care să ajute la o mai bună implementare a sistemului de iluminat sau a unui alt sistem solar. Această monitorizare funcţionează sub forma unui sit la adresa http://193.230.185.231/monitor/ începând de la data de 23.11.2010. Sistemul de monitorizare propriu-zis este format practic dintr-un charger care are ataşat un data logger, de la care se citesc mai multe informaţii via interfaţa RS232 printr-un program realizat în C care pune datele de la logger într-o bază de date MySQL, iar mai departe situl propriu-zis este afişat folosind tehnologia PHP pe un server Apache, în PHP realizându-se toate calculele şi listându-se graficele de funcţionare. Charger-ul este modelul Tarom 245 de la Steca iar data logger-ul este modelul PA TARCOM Datalogger, tot de la Steca. Folosind un traductor de curent montat pe legătura dintre MPPT 2010 şi baterii charger-ul primeşte informaţiile referitoare la curentul care intră şi iese din baterii. Sistemul complet mai conţine şi un panou solar de 180 W, două baterii înseriate Caranda cu capacitatea de 75 Ah, charger-ul MPPT 2010, convertorul DC-DC şi un bloc de LED-uri de 28 W.

Fig. 7-1. Panoul montat la ICPE – Inginerie Electrică pentru monitorizare.

Fig. 7-2. Simularea sistemului de iluminat de sine stătător: sus de la dreapta la stânga sunt:
convertorul DC-DC, charger-ul MPPT 2010, traductorul de curent, charger-ul Tarom 245, Datalogger-ul şi blocul LED; jos sunt bateriile care alimentează suplimentar şi charger-ul Tarom
245, consumul acestuia fiind nesemnificativ.

De la datalogger intră în baza de date următoarele date: Iin (curentul de încărcare a bateriilor), Iout (curentul cosnumat de sarcină), Itotal(curentul total cu care este încărcată bateria, Iin-Iout), Imod(curentul de la panou; atunci când bateria este încărcată la maxim Iin este mai mic decât Imod), SOC(% starea de încărcare din capacitatea bateriei), U(tensiunea bateriei), status(N – noapte, D – sarcina deconectată), mV(intrare analogică 0…150 mV pentru senzori externi). În tabelul mV, care reprezintă o valoare furnizată de un senzor extern, sunt trecute valorile reale ale tensiunii panoului fotovoltaic.

Fig. 7-3. http://193.230.185.231/monitor/: printscreen făcut pe data de 4 iulie; pagina PHP
afişează în timp real curentul de încărcare, tensiunea bateriilor şi consumul sarcinii.

Am ales două cazuri reprezentative pentru a observa funcţionarea reală a sistemului: o dată ziua
de Crăciun plus două zile precedente şi apoi 1 iulie plus două zile precedente.

Din cele două grafice se poate observa diferenţa în numărul de ore de funcţionare a sarcinii şi numărul de ore cât panoul a alimentat bateriile.

În figura 7-4 se poate observa faptul că lampa a funcţionat timp de aproape 36 de ore în 3 nopţi, consumând în total 51.7 Ah, în timp ce bateria a fost încărcată cu 47.275 Ah. Cu toate acestea, în noaptea de 24 spre 25 decembrie la ora 0:00 lampa s-a stins (se poate observa pe grafic cum linia roşie sare în 0), fiind pornită abia la 17:05. Se poate trage concluzia că sistemul a funcţionat excelent în condiţii de iarnă, însă trebuie spus că soarele a avut o contribuţie importantă, curentul maxim prin acumulatori atingând valoarea de 5.079 A, o valoare foarte bună pentru acea perioadă.

În figura 7-5 se poate observa funcţionarea pe timp de vară. Acesta este cazul cel mai fericit posibil. În trei nopţi corpul de iluminat a funcţionat în total 24 de ore, 8 minute şi 15 secunde. Bateria s-a încărcat cu 32.8 Ah, şi s-au consumat 33.1 Ah, în condiţiile în care zilele respective au fost înnorate şi curentul maxim prin acumulatori a fost de 4.24 A.

În concluzie, sistemul funcţionează corect, iar monitorizarea ne ajută să înţelegem mai bine cum funcţionează sistemul în diversele situaţii care se schimbă de la o zi la alta, astfel încât putem realiza o dimensionare pentru un sistem mai economic şi mai fiabil.

Fig. 7-4. Evoluţia parametrilor pentru 23-24-25 decembrie.

Fig. 7-5. Evoluţia parametrilor pentru 1 iulie şi 29 şi 30 iunie.

I Introducere

1.1 Considerente generale

Potentialul de reducere al energiei consumate prin utilizarea schemelor si dispozitivelor de iluminat bazate pe Diode Emitatoare de Lumina este motivul pentru care am ales realizarea acestei teme de licenta. Pe langa acest lucru, iluminarea cu LED-uri prezinta o serie de multe alte avantaje, dupa cum vom vedea pe parcursul lucrarii, cum ar fi o lumina rece, cost scazut de intretinere al dispozitivelor de iluminat, durata de viata mai lunga decat cea a dispozitivelor conventionale, folosite in prezent, flexibilitate marita, precum si o manevrabilitate a acestora mai facila.
Aceste aspecte sunt foarte bune intrucat, odata cu cresterea crizei de energie(resurse naturale in scadere), se cauta, pe langa alte surse de energie, si reducerea consumului acesteia, sub orice forma, fara insa a pierde din comfort.Cea mai viabila schema de iluminat in ceea ce priveste consumul redus de energie o reprezinta, fara doar si poate, cea bazata pe LED-uri, acestea avand avantaje majore in ceea ce priveste o viata mult mai lunga si consum de putere aproape neglijabil in comparatie cu orice alt tip de sursa de lumina.

O varietate de surse de lumina cu diferite spectre de emisie pot fi realizate cu ajutorul diodelor LED.(Diode emitatoare de lumina).Acest lucru se poate realiza prin mai multe modalitati tehnice: Intr-una din acestea, lumina reflectata poate fi redirectionata afara.
O alta metoda consta in utilizarea unui LED de baza de lumina alba care se foloseste de un LED albastru si elementele asociate acestuia, care include o prisma din sticla, un strat de polimer flourescent si un element optic de marire a extractiei, sau o lentila, astfel incat intreaga lumina emisa de catre stratul de polimer sa fie redirectionata in afara.

1.2 Teorie despre propagarea si perceperea luminii

1.2.1 Spectrul, raspunsul ochiului uman

Lumina reprezinta o forma de energie.Practic, toata energia utilizata zilnic a fost la inceput energia solara care ajungea pe Pamant.Plantele capteaza si stocheaza o parte din energia solara si o convertesc in energie chimica.Mai tarziu, omul va folosi acea energie sub forma de hrana sau sub forma de combustibil.Restul energiei solare incalzeste suprafata terestra, aerol si oceanele. Cu ajutorul unei prisme din sticla se poate demonstra ca lumina alba ce vine de la soare este in fapt constituita din mai multe culori diferite asa cum voi arata in figura 1.1.

Fig 1.1
O parte din lumina se afla in partea vizibila a spectrului, pe cand anumite lungimi de unda, cum ar fi infrarosul sau ultravioletele(rezele ultraviolete), sunt in partea invizibila a spectrului.
Ochiul omenesc are raspunsul la lumina asa cum este aratat in figura 1.2a

Figura 1.2 a
Emisia(%) functie de lungime de unda(nm)

Spectrul aflat chiar in afara limitei de sensibilitate “la rosu” a ochiului omenesc se numeste “aproape infrarosu” sau prescurtat IR. Aceasta reprezinta portiunea din spectru utilizata de majoritatea sistemelor actuale de comunicatii bazate pe unde luminoase.Asa cum se poate observa in figura 1.1, razele solare reprezinta o sursa foarte puternica pentru aceasta banda de lumina, la fel ca si lampile incandescente standard sau lumina de la Blitzurile aparatelor de fotografiat. Insa multe alte surse de lumina create de om, cum ar fi lampile flourescente si lampile stradale de culoare galbena sau alb cu albastru, emit o cantitate foarte mica, chiar infima de lumina infrarosie.

Figura 1.2 b
Sensibilitatea relativa functie de lungimea de unda

Figura 1.2b’
Sensibilitatea relativa la lungimea de unda a ochiului omenesc fata de un senzor CCD

1.2.2 Unitati de lumina

Asa cum se observa in figura 1.2c, un bec incandescent standard cu wolfram emite un spectru variat de lumina. Daca am lua in considerare toate lungimile de unda, incluzandu-le si pe cele vizibile de catre ochiul omenesc, puterea electrica a becului la eficienta de conversie a puterii luminii se apropie de 100%. Totusi, o cantitate foarte mare din lumina emisa de o asemenea sursa ia forma de lungimi de unda infrarosii de caldura.
Desi considerate ca fiind lumina, lungimile de unda de caldura se afla cu mult in afara curbei de raspuns atat in ceea ce priveste ochiul omenesc, cat si detectorul cu Silicon.
In cazul in care se ia in calcul numai portinuea vizibila a spectrului, eficienta becului ar fi numai de 10%, dar pentru un detector care ar fi sensibil la lungimile de unda ale caldurii, eficienta becului ar parea sa se apropie de valoarea de 90%.Acest lucru ne aduce in cea mai confuza zona a stiintei:Cum definim luminozitatea sau intensitatea unei surse de lumina?

Figura 1.2 c
Emisia (procente) functie de lungimea de unda(nm)

Nu este deajuns sa emitem ipoteza ca un bec standard de 100 de Wati emite mai multa lumina decat un bec micut de 1 Watt.Desigur, ca in cazul in care am plasa un bec mare de 100Watti alaturi de unul mult mai mic, de lanterna, de 1Watt, becul mare va parea ca emite mai multa lumina.
Dar sunt multi factori de luat in considerare in cadrul definirii luminozitatii unei surse de lumina.Anumiti factori se refera la natura luminii emise si altii la natura detectorului folosit pentru masurarea luminii.
In cazul unor dispozitive emitatoare de lumina, cum ar fi becul incandescent cu wolfram, lumina este proiectata in afara in toate directiile(omni-directional).Comparata vizual cu un bec de 1 Watt, lumina emisa de un bec de 100 Watti va aparea intoatdeauna mai puternica.

Totusi, daca am pozitiona becul mic de 1 Watt in fata unei oglinzi, asemenea unui reflector ca la lanterna, lumina care va rezulta din ansamblul astfel format, cu puterea tot de 1 Watt, va aparea mult mai intensa decat cea emisa de becul de 100 de Watti, observatia fiind facuta de la distanta de 30 de metri.

Prin urmare, modalitatea de proiectie a luminii de la sursa poate influenta luminozitatea aparenta a sursei. Un exemplu extrem de sursa directionala la nivel foarte inalt il reprezinta laserul. Anumiti laseri cu gaz, la aceasta categorie fiind inclusi si multi laseri comuni cu fascicul rosu din domeniu vizibil(acei pointeri) sunt intr-atat de directionali incat raza emisa se imprastie foarte putin.

Spotul puternic de lumina emis poate ramane mic chiar si dupa cateva sute de metri.De asemenea, tratarea diferentiala a anumitor lungimide unda, in detrimentul altora, de catre un detector de lumina, poate cauza faptul ca anumite surse de lumina sa apara mai puternice decat altele.
Ca exemplu, se foloseste un detector de lumina cu silicon, in cadrul comparatiei luminii emisa de o lampa de lumina neagra de 100 de Watti care emite lumina ultravioleta(invizibila pentru ochiul omenesc) si a unui bec cu wolfram tot de 100 de Watti.La o distanta de doar cativa metri, detectorul cu silicon va indica o cantitate mare de lumina emisa de catre becul cu wolfram, insa va detecta foarte putina de la becul cu ultraviolete, cu toate ca lumina ultravioleta ar putea cauza arsuri de piele in decurs de doar cateva minute.
Prin urmare se pune intrebarea care din cele doua becuri este mai puternic in ceea ce priveste intensitatea luminii.Pentru a defini cata lumina este emisa de catre o sursa trebuie specificat mai intai ce lungimi de unda trebuie luate in consideratie.
De asemenea, trebuie asociata o anumita valoare fiecarei lungimi de unda luata in calcul, lucru care se bazeaza pe fiecare detector ce va fi utilizat.
In acelasi timp, intrucat multe surse de lumina emit lumina in toate directiile, trebuie totodata definita geometria masurarii luminii.
Se poate dori a fi luata in calcul cantitatea de lumina care este detectata la o anumita distanta.Lungimile de unda care se doresc a fi masurate depind de instrumentele utilizate pentru masura.
Daca acest instrument este reprezentat chiar de ochiul omenesc, atunci trebuie luate in calcul lungimile de unda vizibile, iar acestea trebuie luate in calcul conform curbei de sensibilitate a ochiului omenesc.
Daca instrumentul utilizat este un detector cu silicon, atunci se va utiliza graficul curbei de raspuns al acestuia.In cadrul studiului luminii,
exista diferite unitati de masura cum ar fi candela, luxii, lumenii, candela putere, sau Watti pe steradian.
Anumite unitati de masura se refera la energia sursei de lumina, iar altele la putere.Multe unitati de masura iau in considerare numai sensibilitatea ochiului omenesc.
Unitatile de masura a luminii pot fi cu atat mai confuze cand luam in calcul faptul ca anumite surse de lumina, cum ar fi becul obisnuit, emit in toate directiile, in timp ce altele, cum ar fi laserii, concentreaza lumina in fascicole inguste.
Se presupune ca fiecare sursa de lumina are un spectru distinct de emisie si o geometrie anume de emisie.Fiecare sursa de lumina va trebui astfel tratata diferit, in functie de modalitatea de utilizare.
Daca este utilizata in sisteme de comunicatii optice, va fi luata in calcul doar lumina transmisa pe directia detectorului.De asemenea, trebuie luata in calcul lumina care se incadreaza in curba de raspuns a detectorului utilizat.restul luminii trebuie tratata ca fiind pierduta si nefolositoare.
Din moment ce toate sursele de lumina tratate in aceasta lucrare se bazeaza pe electricitate pentru a produce lumina, fiecare sursa va aveao putere electrica aproximativa masurata in watti si putere optica, masurata tot in watti, asa cum un detector cu silicon va percepe.
Se poate utiliza eficienta de putere aproximativa si geometria cunoscuta a luminii emise pentru a calcula cantitatea de lumina emisa, trimisa pe directia detectorului de lumina si colectata de acesta.

1.2.3 Puterea si Intensitatea luminii

Unitatea stiintifica de masurare a puterii este wattul.Cumintensitatea unei surse de lumina poate fi descrisa ca fiind puterea luminii, watt-ul reprezinta cea mai buna unitate de masura pentru definirea intensitatii luminii.
Totusi, nu trebuie facuta confuzie intre putere si energie.Energia reprezinta puterea inmultita cu timpul.Cu cat o sursa de lumina ramane functionala mai mult timp, cu atat mai multa energie transmite.Majoritatea detectorilor de lumina sunt independenti de energie.Acestia convertesc puterea luminii in putere electrica
Aproape in acelasi mod cum o sursa de lumina poate converti puterea electrica in putere luminoasa.De specificat ca acesta conversie este independenta de timp.Acesta reprezinta un concept foarte important si reprezinta baza multor circuite utilizate in comunicatii.
Pentru a ilustra cum acest lucru influenteaza detectia luminii, se considera doua surse de lumina.Una dintre acestea va emite un watt de lumina timp de o secunda , iar cealalta emite un milion de watii pentru doar a milioana parte de secunda.In ambele cazuri se emite aceeasi cantitate de energie.Totusi, intrucat detectoarele de lumina sunt sensibile la puterea luminii, pulsul mai scurt de lumina va aparea ca fiind de un milion de ori mai puternic, si , prin urmare, va fi mai facul de detectat.
Acest conceptde sensibilitate a puterii de varf a procesarii luminii reprezinta un concept foarte important si este adeseori neglijat in cadrul multor sisteme optice de comunicatii care au aparut in diverse publicatii

II Continutul lucrarii

2.1 Led uri(Diodele emitatoare de lumina)

Exista o varietate larga de surse de lumina care se pot utiliza in scopul iluminarii.Categoria pe care o voi trata in aceasta lucrare o reprezinta LED-urile.
Diodele emitatoare de lumina deschid calea unei eficacitate in iluminare, precum si unei eficiente in ceea ce priveste consumul energiei electrice.Pentru dioda InGaN, eficienta totala scade odata cu cresterea lungimii de unda, asa cum se poate observa in figura 1. Asadar, cu toate ca Led0urile rosii si LED-urile albastre au atins o eficienta record, eficienta LED urilor verzi este redusa dramatic.Led urile versi nu sunt utilizate in producerea luminii “albe” datorita acestei eficiente scazute.
In schimb, solutia practica este de a utiliza un fosfor, tipic Ce dopat YAG plasat direct pe LED ul albastru in scopul realizarii unui element de lumina aproximativ alba,ca in figura 2, unde 210 indica intensitatea fluxului atribuita LED ului albasru(de exemplu, de tip GaN sau InGaN), iar 220 indica intensitatea de flux atribuita fosforului(ex Ce dopat YAG).
Aceasta metoda a devenit foarte eficace, in ciuda faptului carandarea de culoare este oarecum slaba datorita fosforului, care are un maxim larg in zona galbena, si o zona de cadere in regiunea rosie.
Fosforul trebuie trebuie plasat uniform, cu aceeasi grosime, plasat intr-o matrice de silicon astfel incat sa stea fix, insa dezavatajul este ca daca devine prea gros va constitui un impediment luminii emise de el insusi.Functionalitatea se pastreaza, astfel ca lumina albastra sa fie absorbita, iar lumina galbena emisa,insa lumina galbena emisa din directia opusa intampina probleme intrucat aceasta trebuie emisa din interiorul LED ului si implicit trebuie sa treaca prin stratul de fosfor(care este dens si prezinta un grad de imprastiere destul de ridicat).
In ciuda dificultatilor acestei metode, aceasta are un foarte mare succes datorita simplitatii in comparatie, de exemplu, cu utilizarea separata a ledurilor rosii, verzi(portiunea verde a spectrului include, de asemenea, lumina galbena) si albastre, combinate in scopul realizarii unei lampi “albe”.
Un alb cald poate fi creat cu o pierdere de eficacitate prin adaugarea unui fosfor rosu YAG:Ce-ului galben, si exista o abundenta de fosfori din care se poate face alegerea.
Exista o noua dezvoltare a acestei tehnici care promite realizarea unui fosfor solid ieftin, oferita de firma Nippon Sheet Glass.Lumina emisa din spate poate trece prin stratul de fosfor cu mai multa usurinta din moment ce stratul de fosfor nu mai prezinta imprastiere.
Exista de asemenea solutii propuse care permit ambelor emisfere(intreaga emisie sferica dintr-un strat de fosfor) sa scape.

O vopsea, spre deosebire de pudra de fosfor anorganica, poate fi cu usurinta facuta foto-permisiva.Astfel incat, prin imprastierea unei vopsele avand o suprafata mai mare(sau volum mai mare) si avand densitati de energie mai mici, se asigura conditiile necesare ca un sistem de vopseluri sa functioneze.
La polul opus, o pudra anorganica de fosfor poate fi aplicata direct pe suprafata ledului.Mai mult, multe pudre de fosfor anorganice sunt suficient de robuste incat sa permita aplicarea directa pe o suprafata de iluminare intensa(lumina albastra si UV prezinta, de asemenea energie mai mare )

2.2 Lentile si amestecul culorilor

2.2.1 Modul de realizare

Led-ul poate fi plasat la un capat al unei baghete de index foarte refractiv.Intreaga lumina emisa de Led va fi capturata de fata de intrare a baghetei si canalizata catre fata de iesire.Acolo, un plastic sau un o portiune de polimer poate fi pozitionat astfel incatsa aiba incastrat un strat de vopsea. Aceasta va trebui sa fie foarte sensibila la lumina emisa de catre Led si sa emita, de asemenea, lumina, pe o lungime de unda mai mare, cu eficienta cuantica interna mai mare de 80%.O lentila sau alta structura cu rol de extractie va fi pozitionata dupa polimer|(in mod ideal cuplata optic cu acesta), astfel incat lumina emisa de pe stratul de polimer vopsit sa iasa in aer in emisfera dinainte, ca in figura 3.Lumina va fi emisa izotrop in mediul polimeric(care este de preferat sa fie polistiren sau toluen de polivinil).Se ia in calcul si lumina emisa spre emisfera din spate.Reflectia Interna Totala(RIT-en.TIR) are efect in lateralul baghetei, prin urmare nu va scapa lumina pe fetele laterale.Partea din spate este imbracata cu o oglinda, cu o mica deschizatura astfel incat lumina Led-ului sa patrunda, iar marimea ideala a baghetei este determinata de considerentele de cost, dar cu intelegerea faptului ca cu cat mai mare va fi zona de Led a baghetei, cu atat eficienta va creste.

Figura 2.1

In figura de mai sus, Ledul notat cu 310 este montat pe o placa imbracata de metal(notata 320). cu o prisma optica rectangulara sau in forma de piramida 330 care are rolul de a redirectiona lumina care se duce in spate generata de stratul de polimer convertor de lungime de unda(340), catre o directie inainte notata pe figura cu 360.
Dupa ce va trece fara imprastiere prin polimerul vopsit(340), poate sa iasa in aer 370, cu ajutorul unui dispozitiv optic exterior, cum este lentila 350(emisferica, confectionata din plastic, sticlasau polimer tratat cum ar fi siliconul)
Avem un led de 1×1 mm, o prisma de 8x8x8 mm plasata astfel incat aproape sa atinga suprafata Led-ului.La fata de intrare se monteaza o oglinda pentru apertura de 1×1 mm.In acest caz, mai mult de 99% din lumina emisa in spate de catre polimer este redirectionata in emisfera din fata si devine lumina folositoare, asa cum este ilustrat in figura 2.2.

Figura 2.2

Micsorand bagheta la dimensiunile de 5x5x5 mm se observa ca eficienta frontala(de inainte) ma scadea numai cu 1%.Multe din razele care lovesc suprafata de intrare a aperturii Led sunt de un unghi suficient de mare astfel incat vor fi in totalitate reflectate intern, asadar aceasta apertura nu trebuie sa fie cat de mica cu putinta..Prin urmare, tolerantele la realizare sunt reduse.
Cu o distanta mai mare dintre Led si bagheta, se poate lua in calcul o deschizatura oglindita mai mare in partea frontala a bagghetei.
Pentru o bagheta de 6x6x6 mm cu o fata de intrare avant o deschizatura de 2×2 mm, eficienta luminii emise in spate si apoi reflectata inafara de catre sistemul optic va fi de 96%.

2.2.2 Amestecul culorilor

Pentru a se realiza un cost redus, se utilizeaza un mediu flourescent plasat pe Led care are rolul de a schimba culoarea radiatiei emise.
Exista anumite vopseluri care sunt mixate in polimeri cu aplicatii care sa converteasca lumina albastra in lungimi de unda verzi, oranj sau rosu.Aceaste asa numite Fibre de schimbare a lungimilor de unda sunt confectionate din polistiren vopsit, dar aceleasi vopseluri pot fi mixate in acrilici , poliviniltroluen sau orice alt plastic potrivit..De asemenea, aceste vopseluri pot fi combinate cu rasena epoxilica sau siliconata, si utilizate ca parte din adeziv optic.mai mult, aceste vopseluri pot fi combinate in scopul crearii luminii de iesire galbena, in orice concentratie sau cantitate.
Alegand concentratia ideala de doar 30% a luminii albastre emisa de Led, 70% din aceasta poate fi absorbita si convertita in lungimi de unda corespunzatoare culorilor verde si rosu, asadar realizand o lumina alba sau un sistem de iluminat RGB, cu caracteristicile spectrale de iesire dorite, date de caracteristicile spectrale de emisie a vopselei , precum si a spectrului Led-ului.
Un sistem bazat pe Led multicolor include o sursa emitatoare de lumina Led de cel putin o culoare selectata, o vopsea flourescenta pozitionata astfel incat sa receptioneze lumina emisa de Led, pe cand lumina Led-ului ce va trece prin vopseaua flourescenta sa emita lumina flourescenta in directia inainte, dar si inapoi, iar un element optic pozitionat intre Led-ul emitator de lumina si vopseaua flourescenta sa redirectioneze lumina florescenta emisa din directia inapoi in directia inainte.
Figura 5 arata intensitatea luminantei de iesire in functie de lungimea de unda in cazul vopselei Kurray Y-11(vopsea K27) 510, BCF-60,530, si Kurray R-3, 540, si de asemenea Led Cree albastru 520, ca referinta
Vopselurile disponibile acopera spectrul vizibil si pot fi cu usurinta combinate in orice cantitate dorita si in asemenea maniera astfel incat sa devina o tehnica repetitiva care sa poata fi integrata cu usurinta intr-un mediu de productie.Asemenea vopseluri sunt produse de firme atat din USA cat si din Japonia

Figura 2.3

Adaugand o culoare galben-verzuie emisa de catre polimerul vopsit unui Led pur albastru se obtine un Led aproape alb.Mai mult, adaugand o vopsea rosie polimerului, sau punand un polimer vopsit in rosu peste un polimer vopsit in verde, se poate obtine un sistem echilibrat de culoare alba.
Figura 2.4 arata un grafic al lungimilor de unda emise de o combinatie de Led albastru cu vopsea verde 610 sau dintre Led albastru cu vopsea verde si rosie 620.Curba 620 prezinta un “punct alb” la CIE(Comisia internationala de iluminare) x, y=0.30,0.30 care este foarte apropiat de standardul de iluminare D65(x=0.3127,y=0.3291).Aceasta culoare va fi perceputa de catre ochiul uman ca fiind un alb de o calitate foarte ridicata.

Figura 2.4

Intrucat polimerul vopsit este practic transparent pentru lungimile mai mari de unda(neabsorbant), lumina rosie poate fi adaugata prin adaugarea de Leduri rosii aproape de cele albastre si emitand cel putin partial prin stratul vopsit, combinand spatial cu emisia Ledului albastru si cu emisia vopselei verde pentru a obtine alburi de diferite calitati(de remarcat ca oricare din aceste spectre sunt acceptate pentru iluminat general).
Adaugarea lungimilor de unda corespunzatoare culorii rosu este de preferat, in scopul imbunatatirii calitatii culorii sursei de lumina..
O alta metoda de combinare a culorilor consta dintr-un sistem bazat pe o dioda emitatoare de lumina multicolora, constand din
• sursa emitatoare de lumina rosie, unde sursa Led poate avea una sau mai multe colori.
• vopsea flourescenta pozitionata astfel incat sa receptioneze lumina emisa de Led, in timp ce lumina emisa de \led ce trece prin vopseaua flourescenta sa emita lumina flourescenta de una sau mai multe culori, pe cand vopseaua flourescenta sa fie in mod general transparenta luminii flourescente emise, si sa existe de ademenea, un spatiu intre vopseaua flourescenta si Led.
O metoda de a genera un sistem de iluminare RGB(rosu albastru verde), utilizand un Led ca element de baza de iluminat, are urmatorii pasi:
• aplicarea unui potential Ledului pentru a genera lumina in cel putin o culoare selectata
• pozitionarea unei vopsele flourescente in scopul captarii luminii emise de Led, iar lumina emisa de led ce va trece prin stratul de vopsea flourescenta sa emita lumina flourescenta de una sau mai multe culori , alta/altele decat culoarea selectata, iar vopseaua flourescenta sa fie transparenta pentru lumina flourescenta
emisa.De asemenea trebuie sa existe un spatiu intre vopseaua flourescenta si Led.

Lumina florescenta este emisa in directia inainte, dar si in directia inapoi.Cea emisa in directia inapoi va fi reflectata in directia inainte de catre un element optic pozitionat in spatiul dintre sursa Led si vopseaua flourescenta, iar lumina flourescenta va cuprinde lumina RGB

2.3 Led-uri pentru sisteme de iluminat

2.3.1 Ledurile SSL si beneficiile acestora

Luminarea in stare solida(Solid-State Lighting) prin intermediul Ledurilor(SSL-LEDs) reprezinta utilizarea de diode semiconductoare anorganice, in stare solida pentru producerea de lumina alba in scopul iluminarii.Asemenea tranzistorilor semiconductori anorganici, Ledurile SSL reprezinta o tehnologie disruptiva ce are potentialul de inlocui tuburile cu vid sau cu gaz(cum ar fi cele utilizate in lampile incandescente traditionale) utilizate cu scopul iluminarii.
Eficienta sporita si verabilitatea asigurata de catre Ledurile SSL, in detrimentul tuburilor traditionale cu vid sau gaz va asigura:
• Reduceri substantiale in ceea ce priveste consumul de energie electrica
• Reduceri substantiale in ceea ce priveste poluarea cu carbon sau derivatele acestuia
• Imbunatatire substantiala in ceea ce priveste experienta vizuala umana generala.
• Crearea de noi tehnologii ale semiconductorilor cu beneficii vadite in ceea ce priveste competitivitatea economica.
• Crearea unei industrii cu totul noua in domeniul optoelectronicii, cu multe locuri de munca, de calitate inalta
• Economii substantiale pentru consumatorul de rand, fie el persoana fizica, persoana juridica sau municipalitate.

2.3.2 Progrese si tinte tehnologice

Tintele de performanta ale ledurilor SSL(presupunandu-se sprijin financiar pentru cercetare asigurat atat de stat cat si de universitati), sunt ca in tablelul urmator:

Tabel 2.1

Observam asadar cum au stat lucrurile in 2002, 2007, si cum se pronosticheaza sa fie pentru 2012 si 2020.
Odata cu tehnologia utilizata a crescut atat timpul de viata al Ledurilor ssl, cat si eficacitatea luminoasa , fluxul , gama de randare a culorilor emise, in acelasi timp scazand costul atat per lumen cat si per lampa.Toate aceste aspecte in detrimentul surselor de lumina incandescente sau flourescente.
In prezent sursele de lumina bazate pe Leduri SSL deja concureaza cu sursele de lumina incandescente, iar in viitorul foarte apropiat vor concura lejer si cu sursele flourescente.

2.3.3 Eficienta luminoasa

Una din principalele caracteristici ale unei surse de lumina o reprezinta eficienta luminoasa (lm/W): eficienta conversiei din putere electrica (W) in putere optica (W), combinata cu eficienta conversiei din putere optica(W in flux luminos (lumen = lm) perceput de ochiul omenesc in cadrul curba de raspuns spectral, despre care am discutat anterior
Eficacitatea luminoasa a radiatiei monocromatice K(λ) la o anume lungime de unda λ este prezentata in figura 2.5, si se defineste ca
K(λ) = Km x V(λ), unde Km = 683 lm/W, si V(λ) reprezinta
CIE- definita ca dependenta de lungimea de unda eficienta luminoasa spectrala. K(λ) reprezinta maximul teoretic al eficientei sursei de lumina la o lungime de unda data.
Lumina monocromatica la 555nm, la care isi are maximul sensibilitatea vederii omeneasti are o eficienta luminoasa maxima de 683 lm/W; lumina monocromatica la 450 nm are e eficienta kuminoasa maxima de numai 26lm/W.
Eficienta luminoasa a radiatiei policromatice reprezinta o convolutie dintre distributia sa spectrala S(λ) si eficienta luminoasa a radiatiei K(λ):

Figura 2.5. Eficienta luminoasa, K(λ), a radiatiei monocromatice de lungime de unda λ. Mai sunt prezentate si eficiente luminoase ale unor Leduri monocromatice de cea mai noua tehnologie, si, de asemenea, diverse tehnologii(sagetile din partea dreapta)
Sursa graficului:
M.G. Craford, LumiLeds.

Prin urmare, pentru a produce o eficienta luminoasa marita, distributia spectrala de putere a sursei de lumina S(λ) va trebui sa acopere cat de bine cu putinta eficienta luminoasa a viziunii fotopice V(λ).Intr-adevar, diferenta dintre eficienta luminoasa a unui emitator de banda larga si a unuia de banda ingusta este descrisa de ecuatia urmatoare, pe care am enuntat-o si in pagina precedenta:

Dezavantajul major a unui emitator de lumina cu corp negru de banda larga, este faptul ca emite lumina la anumite lungimi de unda la care eficienta luminoasa a viziunii fotopice este aproape zero.
Principalul si marele avantaj al unui emitator de lumina de banda ingusta este faptul ca poate fi setat astfel incat sa emita lumina la anumite lungimi de unda unde eficienta luminoasa a vederii fotopice este mare.
In figura urmatoare este descrisa evolutia din ultimele patru decenii ale eficientei luminoase totale a unur surse de iluminat variate de stare solida(SSL)
Progresul este pur si simplu spectaculos.Recent, firmele LumiLeds si Philips
au anuntat dezvoltarea unui LED de 610 nm (orange/red) cu o eficienta luminoasa de 100lm/W; Totodata a fost dezvoltat si un Led bazat pe InGaN ce are eficienta luminoasa aproximativ 50 lm/W.
Progresele de genul acesta nu pot continua la infinit, intrucat eficientele luminoase sunt limitate de catre K(λ) in cazul luminii monocromatice si de ecuatia de mai sus in cazul luminii albe. Totusi se anticipeaza un progres continuu si semnificant in ceea ce priveste acest lucru.
Momentan, eficienta luminoasa pentru Ledurile albe este de ordinul 25 lm/W.Tinetel acestei tehnologii este sa se ajunga la , 150 lm/W pana in 2012, si 200 lm/W pana in anul 2020.
Ca o comparatie,eficienta luminoasa a surselor de lumina incandescente si flourescente sunt de 16 lm/W respectiv de 85 lm/W, care sunt de 10 ori, respectiv de doua ori mai mici decat ceea ce este anticipat pentru 2012 in cazul Ledurilor SSL.

Figura 2.6. Evolutia eficientei totale a tehnologiei de iluminat bazata pe stare solida.(SSL). Avem si eficientele tipice pentru tehnologiile traditionale cu surse incandescente si flourescente.

2.3.3.1 Vederea fotopica

Pentru ca in subcapitolul anterior am discutat depre vederea fotopica, trebuie sa mentionez ca aceasta reprezinta tipul de vedere al ochiului in conditii de iluminare foarte buna.
La om si la multe animale, vederea fotopica permite perceptia culorilor.Aceasta este mediata de celulele con.
Ochiul omenesc utilizeaza trei tipuri de conuri pentru a percepe lumina in trei benzi de culori.Pigmentii naturali ai conurilor a au valori maxime de absorptie la lungimi de unda de aproximativ 420 nm (albastru), 534 nm (verde albastrui), respectiv 564 nm (verde galbui).Ariile lor de sensibilitate se suprapun astfel incat se asigura vederea intregului spectru de culori.
Eficienta maxima este de 683 de lumeni per Wat la o lungime de unda de 555 nm(verde).
Ca o adaugire, ochiul omenesc utilizeaza vederea scotopica in conditii de iluminare slaba si vederea mesopica in conditii intermediare.
Figura 2.7.Luminozitatea fotopica.Pe axa x avem lungimea de unda in nanometri.
2.3.4 Durata de viata

O caracteristica primara si foarte importanta a unei surse de iluminat o reprezinta, fara doar si poate, durata de viata a acesteia.Aceasta poate fi (si este), definita in mai multe feluri, depinzand de sursa de lumina.
In era”incandescenta” a lui Edison, durata de viata era definita ca fiind momentul in care 50% din becuri cedeaza.
In cazul Ledurilor SSL, durata de viata poate fi considerata uneori durata medie dinainte de cedare, dar recent este considerata ca fiind 50% din nivelul de depreciere a lumenului.Indiferent de cum se masoara, duratele de viata pentru Ledurile SSL sunt lungi, ceea ce reprezinta un factor important in ceea ce priveste penetrarea Ledurilor in cadrul aplicatiilor de semnalizare(semafoare, afisaje, automatizari), care au costuri mari pentru munca de inlocuire(manopera) si consecinte majore in ceea ce priveste siguranta in cazul in care cedeaza.
Desigur ca, pretul sigurantei si cel al inlocuirii variaza mult cu aplicatia in care sunt folosite Ledurile, si acest fapt determina un spectru de nevoi pentru durate de viata variate.Pentru utilizarea dominanta a luminii albe, in cazul iluminatului industrial si de birou, o durata de viata de 20.000 de ore poate fi considerata foarte lunga.
Intr-un birou tipic, unde un bec poate fi utilizat si 60 de ore pe saptamana, 50 de saptamani pe an, 20.000 de ore corespund unei durate de viata de 7 ani.Totusi, intr-o fabrica ce functioneaza in regim 24/7, 20.000 de ore ar corespunde unei durate de viata de 2.3 ani.
20.000 de ore insa erau durata de viata a ledurilor SSL in anul 2007, iar in 2012 va fi de peste 100.000 de ore. .Ceea ce insemna practic ca nu veti mai inlocui becurile sau neoanele de cate ori acestea se ard.Coroborat cu consumul extrem de redus de electricitate, nu numai ca se va amortiza cheltuiala, dar se va iesi si in castig.
Aceasta cifra, de 100.000 de ore ca durata de viata, va satisface pana si cele mai solicitante aplicatii, insa o durata de viata de peste 20.000 de ore este mai mult decat suficienta pentru marea majoritate a aplicatiilor.

2.3.5 Fluxul/Bec

Un al treilea atribut al unei sursa de lumina este reprezentat de lumina totala produsa per bec, sau lumeni per lampa.
In figura 2.8 este prezentat progresul substantial care a fost facut in ultimele 3 decenii in ceea ce priveste cresterea fluxului luminos obtinut de la lampi Led monocromatice de culoare rosie.

Lampile indicatoare tipice cu Leduri conventionale au aria de (0.25mm)x(0.25mm), si sunt montate in grupuri, astfel incat sa poata utiliza aproximativ 0.1 Watti, si sa emita intre 1-2 lumeni.Chipurile mai mari, de pana la 1mm patrat in suprafata, erau cuplate astfel incat sa poata functionala la cativa Watti, iar acum sunt disponibile cu iesire de zeci de lumeni, si sute de miliwati ca putere optica.Asemenea grupari sunt utilizate pentru lumini de semnalizare rosii sau verzi, in special la semaforizari.

Chiar si chipurile mai mari, care emit sute sau chiar mii de lumeni la o putere de intrare de zeci de W, vor concura cu tehnologiile traditionale incandescente si flourescente.
*Un bec incandescent traditional de 75W, cu o eficienta luminoasa de 16 lm/W, emite 1.2klm.
*Un neon traditional de 40 W, cu o eficienta luminoasa de 85 lm/W, emite aproximativ 3.4klm.

In 2007 se atinsesera valori de flux/pachet de 200 lm/lampa, in 2012 vor fi 1000 lumeni/lampa, iar in 2050 se estimeaza o valoare de 1500 lm/ lampa.

Figura 2.8:Evolutia in lumeni/pachet si cost/lm pentru Led rosu

2.3.6 Costul de achizitionare

Al patrulea atribut al unei surse de lumina reprezinta costul OEM de realizare(pentru furnizor), sau, cu adaosul de rigoare, costul de cumparare de la distribuitor(pretul platit de catre consumator), care se masoara in unitati de dolar/klumen.

Pentru a putea concura cu sursele clasice de iluminat, costurile acestei tehnologii de solid state lightning(SSL) trebuie sa fie undeva la 5$/Klm.In 2007 costul era de 20$/Klm iar in 2012 va fi mai mic de 5$/Klm, estimandu-se ca in 2020 costul sa fie mai mic de 2$/klm.

De remarcat ca costul de iluminare per lampa reprezinta costul pe lumen inmultit cu numarul de lumeni per lampa, prin urmare, tinta de cost la achizitie pentru 2012 va fi mai mica de 5$/bec.Ceea ce se intampla si in prezent pentru anumite becuri cu led, insa doar la pretul de achizitie de la fabrica.Insa pana in 2012 preturile vor scadea considerabil, iar costul de realizare(OEM) al unei lampi va fi de 2 ordine mai mic.

De asemenea trebuie remarcat faptul ca costul per klm trebuie sa scada de 40 de ori, ceea ce in mod clar reprezinta o provocare,insa este clar ca acest lucru este realizabil.Una dintre metode reprezinta o crestere in eficienta conversiei de putere(probabil chiar de 6 ori mai mare).

De remarcat este faptul ca in general prin astfel de cresteri ale eficientei de conversie in putere costurile Ledurilor ilustrate in figura 10 au scazut atat de mult in ultimii ani, de aproape 10 ori pe decada.

O alta metoda ar fi cresterea densitatii puterii de intrare, si management termic imbunatatit al chipului, de inca 5 ori, si inca o metoda ar fi prin scaderea costului de realizare al chipului(de inca o data si jumatate).Produsul acestor factori reprezinta o scadere a costului de 40 de ori.

2.3.7 Costul de detinere

Al cincilea atribut al oricarei sursa de lumina, care reprezinta o combinatie a caracteristicilor discutate precedent, este reprezentat de costul de “detinere”.
Acesta poate fi vazut ca fiind cifra de merit pentru caracteristica economica a Ledurilor bazate pe tehnologie SSL.O cifra de merit reprezinta cantitatea utilizata pentru caracterizarea performantei unui dispozitiv, sistem sau metoda, relativ la alternativele acestuia.In inginerie, cifrele de merit sunt adesea definite pentru materiale sau dispozitive particulare in scopul determinarii utilizatii relative a acestora pentru o anume aplicatie.In comert, aceste cifre sunt adesea utilizate ca o unealta de marketing pentru convingerea consumatorilor sa aleaga o anumita marca(un anume brand)
Aceasta cifra de merit, in cazul nostru, reprezinta suma a doua costuri:operare si capital:

Costul de operare reprezinta media dintre costul combustibilului si eficienta luminoasa(eficienta cu care combustibilul este consumat pentru a crea lumina utilizabila).Acest cost se calculeaza direct, fiind dat un pret de electricitate, si eficientele luminoase discutate mai devreme.
Consideram, de exemplu, un cost al energiei electrice de 10¢ /(kWhr).

Costul capital reprezinta costul de achizitie a becului sau lampii, plus costul manoperei de inlocuire a becului sau lampii, cand aceasta se defecteaza, ambele fiind amortizate pe parcursul duratei de viata.
Pentru costul de achizitie, utuilizam costurile discutate anterior.Totusi, pentru durata de viata, consideram un timp de defectare de 20.000 de ore-cu alte cuvinte, din moment ce o lampa are o durata de viata mai mare de 20.000 de ore, poate fi, considerata, pentru marea majoritate a aplicatiilor, infinita durata de viata.Mai degraba s-ar defecta montajul in care este fixat becul, decat becul insusi, sau vreun alt aspect al sistemului de iluminat care tine de infrastructura.
Pentru manopera de inlocuire a lampii, utilizam 1$ pe inlocuire, impartit la flux/lampa, cifrele aflandu-se mai sus.Acest cost de manopera presupune o rata de 15$/ora si 4 minute per lampa in cazul inlocuirii.

Costurile de operare si achizitie asociate tehnologiilor traditionale de iluminat, cat si cele asumate pentruLeduri SSL, discutate precedent, sunt ilustrate grafic in figura 2.9

Figura 2.9. Costurile de Achizitie si Operare asociate lampilor traditionale cat si lampilor cu LedSSL. Suma celor doua costuri reprezinta costul de detinere.Curba verde reprezinta curba de cost pentru detinere ISO pentru iluminat bazat pe tehnologie incandescenta.Curba Mov reprezinta curba de cost pentru detinere ISO pentru iluminat bazat pe tehnologie incandescenta

Pentru lampile incandescente si flourescente, costurile de detinere sunt in principal determinate de costurile de operare, si , pentru un pret comun al energiei electrice, de eficacitatile luminoase.Din moment de lampile flourescente sunt aproximativ de 5 ori mai eficiente decat lampile incandescente, costul acestora de detinere, si costul iso de detinere, este de asemenea aproximativ de 5 ori mai mic.
In cazul iluminariii bazata pe tehnologia SSL, opusul este adevarat:costurile de detinere sunt in prezent determinate indeosebi de costul capital.Prin urmare, o provocare majora pentru tehnologia cu Leduri SSL este aceea de a reduce costul capital.
In cazul in care tintele propuse pentru Ledurile SSL atat pentru costurile de achizitie, cat si pentru cele de operare sunt indeplinite simultan, se poate observa cu usurinta din figura 11 ca costurile de detinere vor scadea dramatic.Cu 4 ani in urma, costurile de detinere al Ledurilor SSL erau de 2 ori mai mari decat cele ale becurilor incandescente si de 10 ori mai mari decat cele ale neoanelor flourescente.In 2007, aceste costuri au scazut sub cele ale surselor de lumina incandescente, dar erau inca mai mari decat ale celor flourescente.In 2012 costul de detinere va fi comparabil, si chiar mai mic decat costurile surselor flourescente.In 2020, costurile de detinere pe viata a Ledurilor SSL vor fi de doua ori mai mici decat cele ale lampilor flourescente.
Pentru a prezenta aceste data din perspectiva istorica, figura 2.10 arata costurile de detinere ale luminii pentru ultimii 200 de ani.Trendul reprezinta o decimare in scadere odata la 50-60 de ani.De asemenea, pe graficul tintelor SSL-LED II, se ilustreaza anii 2007, 2012 si 2020 in ceea ce priveste trendul acestor tinte.Atunci cand costul capital al Ledurilor SSl devine mic astfel incat costurile de detinere sunt dominate de costurile de operare, iar eficientele luminoase se apropie de 100%, nu prea va mai exista loc de imbunatatiri.
O scadere mai mare in ceea ce priveste costurile de detinere va trebui sa vina din scaderea costului energiei electrice, sau a eficientei cu care lumina este utilizata.

Figura 2.10.Costul estimat de detinere al luminii, pentru becuri incandescente, pentru lampi flourescente si pentru Leduri SSL

2.3.8 Randarea Culorilor

A sasea caracteristica a unei sursa de lumina este reprezentata de abilitatea acesteaia de a randa fidel culorile obiectelor non albe pe care le ilumineazaO masura cantitativa a fidelitatii randarii culorilor este indexul randarii culorilor(CRI).
Aceasta masura este bazata pe compararea culorilor randate de o sursa data de lumina cu colorile randate de o sursa “perfecta” considerata de referinta, care sa aibe acelasi CCT-iluminarea pe timp de zi pentru CCTuri este mai mare decat 5000K si luminarea Plankiana de corp negru pentru CCT uri este mai mica decat 5000K.
Comparatia este facuta pentru un set de culori esantion.Media randarii de culori pentru fiecare dintre eceste esantioane da Indexul General de Randare a Culorilor Ra pentru o sursa de lumina.
Avand o valoare maxima de 100, Ra ofera o scara care se potriveste destul de bine cu impresia vizuala a randarii culorilor a scenelor iluminate.De exemplu, lampile care au Ra ul mai mare decat 80 sunt considerate de calitate mare si potrivite pentru iluminatul de interior, cat timp lampile ce au un Ra mai mare decat 95 sunt bune pentru a fi utilizate pentru aplicatii de inspectie vizuala.

Totusi, Ra nu este un tip perfect de masurare a calitatii randarii culorilor.Se bazeaza pe presupunerea ca spectrul continuu al unui corp negru va randa cel mai bine culorile.Datorita complexitatii sistemului vizual omenesc, acest lucru nu va fi intotdeauna adevarat:inlaturand anumite regiuni de lungime de unda(de exemplu regiunea lungimii de unda la 590nm, utilizata la lampile incandescente de tip “Reveal-descopera”) se poate uneori amplifica perceptia culorilor a sistemului vizual omenesc.
Asadar, este important sa se dezvolte noi masuri pentru calitatea culorilor, in particular pentru Ledurile SSL, care sa aiba capacitatea unei umpleri selective a spectrului lungimilor de unda.
Cum CRI este cea mai buna masura actuala acceptata in ceea ce priveste randarea culorilor, il folosim ca masura interimara pentru Ledurile SSL.In 2007 se atinsese o valoare de 80 a CRI ului, ceea ce insemna o iluminare de calitate medie, iar in prezent valoarea CRI a depasit 80 ceea ce insemna o iluminare de calitate superioara.
Ce remarcat este faptul ca exista o legatura invers proportionala intre randarea buna a culorii si eficacitatea luminoasa.Cea mai buna randare a culorii este realizata de lumina la multe lungimi de unda, in timp ce cea mai buna eficacitate luminoasa este atinsa la lumina concentrata la lungimea de unda verde-galbuie(555nm), la care este cel mai sensibil ochiul omenesc.
La o extrema, o lampa cu sodiu de presiune scazuta(avand o culoare orange deschis, utilizata la iluminatul stradal sau al parcarilor) are o eficienta luminoasa de aproape 200 lm/W, cea mai mare dintre lampile cu descarcare, insa culorile nu se disting prea bine: o masina rosie va aparea sa aiba culoarea gri.
La cealalta extrema, o lampa cu xenon, cu un spectru foarte similar cu cel al luminii naturale de zi, care prezinta o randare excelenta a culorii , are o eficacitate luminoasa de numai 30 lm/W.
Pentru a ilustra aceasta legatura de natura invers proportionala dintre CRI si eficacitatea luminoasa, figura 2.11 arata rezultatele simularilor in care, pentru o temperatura de culoare stabilita, lungimile de unda si densitatile de putere ale 2 3 4 si 5-surse colore de lumina alba au fost modificate in scopul deducerii anvelopei maximului CRI si al eficacitatii luminoase.
Pe masura ce eficacitatea luminoasa maxima descreste, CRI ul maxim creste, cat timp lungimile de unda “se umplu” si se indeparteaza spre extremele spectrului vizibil.
Mai mult, anvelopa CRI ului maxim si al eficientei luminoase depinde foarte mult de numarul lungimilor de unda.CRI-ul maxim incepe sa fie saturat la 3 pentru a 2 a sursa de culoare, la 85 pentru a 3 a sursa de culoare, la95 pentru a 4 a sursa de culoare si la 98 pentru a cincea sursa de culoare.

Figura 2.11.Anvelopa maximului CRI si al eficientei luminoase pentru surse multi LED de lumina alba cu latimi de linie FWHM de 30 nm la o temperatura de culoare de 4870K

Desigur ca, cu cat mai multe culori sunt, cu atat mai complexa va trebui sa fie lampa.Prin urmare, este probabil ca o sursa de lumina tri-colora, care sa atinga si sa depaseasca valoarea de 80 pentru CRI, va asigura cea mai buna combinatie intre CRI, eficienta luminoasa, si complexitate de lampa.
Intr-adevar, situatia pentru surse tri-colore
de lumina alba compuse din fosfor alb, sau dintr-o combinatie de Leduri debanda ingusta si fosfor de banda larga, este chiar mai favorabila, si CRI mai mare de 85 este foarte posibil.ehnologia Ledurilor SSL are avantajele si dezavantajele relative fata de tehnologia flourescenta.
Pe de o parte, lumina initiala de banda ingusta a acestora este disponibila intr-o gama mult mai variata de lungimi de unda, incluzand-o pe cea vizibila si pe cea apropiata de UV(ultraviolet), fata de emisiile limitate ale unei surse cu gaz.
Pe de cealalta parte, fosforul care poate fi excitat simultan de catre aceste lungimi de unda in timp ce emit la lungimi de unda optime pentru a avea un CRI bun a fost limitate.

Figura 2.12.Diagrama cromatica CIE 1932.Zona spectrala reprezentata de aria in forma de potcoava reprezinta lumina monocromatica.Curba din centru, reprezinta lumina alba.Aceasta curba leaga coordonatele cromatice a corpurilor negre la temperaturi intr 1000 si 20.ooo de K, care sunt percepute de sistemul vizual uman ca fiind alb

2.3.9 Temperatura de culoare

Un al saptelea atribut al unei surse de lumina este reprezentat de culoarea aparenta a acesteia in cazul de vizionare directa, sau in cazul in care aceasta ilumineaza un obiect perfect alb.Acest atribut poate fi cuantificat prin intermediul utilizarii coordonatelor de cromaticitate(x,y) pe diagrama de cromaticitate CIE 1931 din fugura de mai sus (Figura 2.12).
Aceste coordonate de cromaticitate se aplica atat luminii albe, cat si celei monocromatice.Coordonatele de cromaticitate sunt reprezentate de extremitatile potcoavei. Coordonatele de cromaticitate ale combinatiilor de lumina monocromatica sunt combinatii liniare ale intensitatilor coordonatelor de cromaticitate ale luminilor monocromatice individuale.
Cu alte cuvinte, o combinatie de doua culori va produce o coordonata de cromaticitate ce se va situa pe linia dintre coordonatele de cromaticitate aferente. Coordonatele de cromaticitate ale luminii albe sunt situate dealungul curbei Plankiene in centrul diagramei.Tipul de alb de pe curba Plankiana este specificat de catre temperatura corpului negru exprimata in grade Kelvin si poarta denumirea de temperatura de culoare.
De exemplu, daca combinam doua Leduri de intensitate egala cu lungimi de unda de 485 nm (albastru) respectiv 583 nm
(oranj), se va produce culoarea alba cu o temperatura de culoare de aproximativ 4000K.Din punct de vedere al strictetii, temperatura de culoare nu poate fi utilizata pentru coordonatele de culoare(x,y) ale curbei Plankiene.In aceste situatii, este utilizata temperatura de culoare corelata(CCT-en:Corelate Colour of Temperature).
CCT reprezinta temperatura corpului negru a carui culoare perceputa se aseamana cel mai mult cu cea a sursei de lumina in cauza.Principial, CCT poate fi dedus prin trasarea unor linii iso-CCT, care vor intersecta curba Plankiana.In practica, sursele de lumina alba trebuie sa fie situate foarte aproape de curba Plankiana, intrucat ochiul omenesc este extrem de sensibil chiar si la cele mai mici deviatii.
De remarcat ca CCT, desi reprezinta un factor extrem de important, nu este deloc dificil de implementat si realizat.Pentru o sursa de lumina cu Led SSL tricolor, gama de culori disponibile, asa cum este indicata si de catre triunghiul alb din figura de mai sus(Figura 2.12), este mai mult decat suficienta pentru specificarea practic a oricarui CCT dorit.
Totusi, la fel ca si in cazul CRI, exista o relatie de invers proportionalitate extrem de puternica intre CCT si eficienta luminoasa..Aceasta invers-proportionalitate este ilustrata in figura 2.13, pentru o sursa tricolora de lumina alba.
Pe masura ce CCT ul descreste, proportia de lumina rosie si albastra creste.Din moment ce, in scopul realizarii uneri randari rezonabile de culoare, lungimea de unda pentru albastru este prea scurta astfel incat ochiul este mai sensibil la rosu decat la albastru, eficienta luminoasa totala creste.
La o temperatura de culoare de aproximativ 3900K, situata intre valorile tipice pentru lumina incandescenta si lumina zilei, eficienta luminoasa totala este de 400lm/W.Aceasta valoare este utilizata pentru reprezentarea eficientei luminoase a unei surse tricolore de lumina bazata pe tehnologia solid-state, 100% eficiente.

Figura 2.13.Eficienta luminoasa maxima ca functie de temperatura de culoare pentru o sursa tricolora de lumina alba cu un CRI de 80 si latimi de linie FWHM de 20nm

2.3.10 Densitatea de putere la intrare in cazul cipurilor si costul per arie de unitate

Mai sus am abordat costul de vanzare cu amanuntul, in $, pentru a achizitiona o lampa de-a gata care sa produca un anumit numar de lumeni.Acest cost se imparte in trei costuri distincte:pretul lampii de la OEM la distribuitor, impachetarea(sub ce forma va fi lampa) si cipul semiconductor.
Aproximam aceste trei costuri: : 50% in cazul primului, 25% pentru pachetul sub care se va prezenta lampa
and 25% pentru cip.
Intrucat prezinta o mare importanta cipul semiconductor din lampa, trebuie acordata o atentie sporita costului acestuia OEM.Tipic, insa, costurile cipului este in unitati de $ per arie de unitate sau per cm patrat, decat $ per kilolumen. Prin urmare, va trebui sa trecem in $/cm*cm din $/klm.
Acest lucru este cu putinta in cazul in care este cunoscut procentul de cost al cipului din costul lampii, asa cum am spus mai sus, eficienta luminoasa a lampii, in lm/W, si densitatea de putere de la intrare, in W/cm*cm.
Atunci, costul OEM per cm*cm poate fi calculat din:

$/ cm*cm = 25% x $/lm x lm/W x W/ cm*cm.

Eficienta luminoasa a fost discutata precedent, insa nu am abordat densitatea puterii de intrare.Cu cat aceasta este mai mare, cu atat mai multi lumeni pot fi creati per cm*cm de cip semiconductor., si cu atat mai scump va fi pretul pe cm*cm de cip.
Limitele densitatii de putere de intrare vor depinde de capacitatea de extractie a caldurii de pe cip, si de abilitatea acestuia din urma sa-si mentina eficienta de conversie la temperaturi mari de functionare.
Pot exista doua situatii extreme:
Intr-un caz, calitatea materialului semiconductor ramane relativ mica, cauzand eficientele cuantice interne sa creasca odata cu temperatura jonctiiunilor.Prin urmare in acest caz temperaturile de jonctiune vor fi mici, iar densitatile puterii de intrare vor fi limitate.De exemplu, densitatile de curent de intrare pentru Leduri albe cu GaN aflate pe piata sunt limitate la 33A/cm*cm, care cu o tensiune de 3V, dau o densitate de putere la intrare de 100W/cm*cm.
In cazul in care calitatea materialului semiconductor ramane la aceasta valoare mica, densitatile puterii de intrare raman limitate la aceasta valoare, iar cipurile vor trebui sa devina foarte ieftine.

Tabelul 2.2:Puterea cipurilor si a fosforului si estimate de cost

La cealalta extrema, calitatea materialului semiconductor se imbunatateste, asigurand ca eficienta cuantica interna sporita sa persiste pana la temperaturi de jonctiune de 200-300C.Coroborat cu un management termic imbunatatit in ceea ce priveste tehnologia, acest lucru va asigura densitati ale puterii de intrare mult mai mari.
De exemplu, densitatile de curent de intrare(medii per chip, nu per dispozitiv sau suprafata), pentru laseri infrarosii de inalta putere bazati pe GaAs sunt de ordinul a 0.5 kA/cm*cm; pentru o cadere de tensiune de aproximativ 3V, densitatea puterii de intrare poate fi de 1.5kW/cm*cm.
Aceasta comparatie cu Leduri pe GaN este in oaresce masura delicata.Laserii GaN pot functiona, in principiu la tensiuni de jonctiune si mai mari decat laserii bazati pe GaAs, insa calitatea materialului GaN este improbabil sa fie la fel de buna ca cea a GaAs.
Totusi, ofera un estimat rezonabil al legaturii superioare in ceea ce priveste densitatile puterii de intrare permise.
Materialul semiconductor imbunatatit este necesar pentru a asigura o eficienta luminoasa sporita nu doar la temperaturi mari, dar la orice temperatura.

In tabelul de mai sus sunt datele pentru temperaturile chipurilor si fosforilor utilizati in iluminarea cu leduri, densitatile puterii de intrare si costurile.Acestea sunt listate in intervale.Primul numar din interval reprezinta minimul necesar pentru a fi respectate minimele de iluminare din tabelul 1.1.Cel de al doilea numar din interval reprezinta o tinta chiar agresiva care va permite estimatelor de iluminat sa fie depasite, sau va permite uneia din subestimate sa fie trecute cu vederea, in timp ce totusi vor fi indeplinite tintele de iluminat estimate.
Pentru temperaturi de cip permise, acestea au crescut de la 75C in 2002 la 125-175 in 2007, iar pana in prezent sunt de 175-225, si se estimeaza a fi intre 200-250 pentru 2020.
In ceea ce priveste temperaturile de fosfor permise, au fost cresteri constante de la 75C in 2002 la 100-155 in 2007, iar pana in prezent sunt de 155-200, si se estimeaza a fi intre 175-225 pentru 2020.
Pentru densitate de putere permisa la intrarea cipului, consideram ca combinatia de imbunatatiri in ceea ce priveste temperaturile cipurilor si fosforilor, precum si in management tehnologic termic au permis si vor permite o crestere constanta in densitatea puterii de intrare de la 100W/cm2 in 2002, la 300-600 W/cm2 in 2007, si se estimeaza 500-750
W/cm2 in 2012, si 600-1000 W/cm2 in 2020.
Pe de o parte, daca temperaturile de functionare permise de chip si fosfor raman mici, atunci managementul tehnologic termic va trebui imbunatatit dramatic.
Pe de alta parte, daca acest management tehnologic va fi prea scump, atunci se va pune accent pe cresterea temperaturilor permise de utilizare pentru cip si fosfor.
Utilizand aceste date enuntate precedent, se pot deduce preturile OEM in cazul cipurilor, estimate in cost per cm*cm: de la $125 $/cm2 in 2002 la 110-70 $/cm2 by 2007, la 90-
50 $/cm2 pana in 2012, si de 60-30 $/cm2 pana 2020.
Din aceste preturi si estimate in ceea ce priveste costul cipurilor se pot estima costurile permise in ceea ce priveste fabricarea 20% pentru substraturi, 40% pentru epitaxie si 40% pentru procesare.

Tabelul 2.2:Lungimile de unda pentru cip si fosfor, si tintele de eficienta

De asemenea, in tabelul 2.2 au fost listate cateva costuri reprezentative OEM pentru tehnologii siminale, dar mult mai “mature”, in sensul ca implementate de foarte mult timp.
Costul unor Leduri de inalta intensitate bazate pe AlGaInP/GaAs este de aprox 30$/cm*cm.
Costul celulelor solare GaInPAs/Ge este de 10$/cm patrat
Costul Si CMOS este de aproximativ 5$/cm*cm
Prin urmare, pentru aceste trei tehnologii semiconductoare mature, costurile de achizitionare sunt mult mai mici decat cele estimate pentru Leduri SSL, fapt care indica cifre rezonabile in studiul de mai sus, si , de asemenea, si loc de imbunatatire peste aceste estimate.

Mai mult, chiar si o tehnologie relativ complexa, laseri de mare putere cu GaAs la 810nm, au costuri care se incadreaza in intervalul de 170-200$/cm*cm.Aceste costuri sunt deja in 3-5x din estimatele precedente, chiar si fara volumele mari de confectionare si reducerile de costuri asociate care vor permite penetrarea pietei de iluminare generala.
In plus, costurile continua sa se micsoreze ca raspuns al cererii mari de diode de inalta putere pentru laserii utilizati la procesarea materialelor.

2.3.11 Lungimile de unda si eficientele cipurilor si fosforilor

Precedent am discutat despre tintele eficientelor luminoase pentru lampi.Aceasta eficienta luminoasa se imparte in cinci eficiente separate:

1. Eficienta cipului semiconductor in ceea ce priveste conversia puterii electrice in putere optica primara
2. Sensibilitatea sistemului vizual omenesc la culoarea/culorile luminii primare generata de cipul semiconductor,sau la culoarea/culorile luminii secundare generate de fosfor, sau..ambele.
3. Energia pierduta in cadrul conversiei fotonului albastru sau UV intr-un foton de lungime de unda mai mare(asa numita schimbare/shiftare Stokes)
4. Eficienta de conversie Stokes datorata energiilor diferite de fotoni absobiti si emisi de fosfor.
5. Eficienta totala de pachet, datorata absorptiei de lumina de catre componentele interne ale pachetului sum ar fi cipul, cadrul sau elementele de (sub)montaj

Daca tintele pentru ultimele patru eficiente sunt cunoscute, sau macar estimate, si daca tinta eficatitatii luminoase totale a lampii este cunoscuta, atunci se poate deduce care va trebui sa fie prima tinta a eficientei de conversie a puterii a cipului semiconductor.
Pentru cea de-a cincea eficienta, presupunem ca va fi aproximativ aceeasi pentru cele trei abordari:pentru abordarea mixarii culorilor, dificultatile in combinarea surselor separate de lumina sunt in offset, pentru abordarea conversiei lungimilor de unda si cea hibrid, apar dificultati in reducerea imprastierii fosforului.
Eficientele sunt de 0.75 in 2007, 0.9 pana in 2012 si 0.95 pana in 2020.
Pentru cele trei eficiente de mijloc, trebuie sa presupunem lungimile de unda si numerele lungimilor de unda.
Presupunand o sursa tricolora cu tinta in ceea ce priveste lungimile de unda discutate precedent, putem deduce tinte derivative pentru fosfor si pentru eficienta cuantica, dar si eficienta de conversie Stokes sau pentru eficienta optica inginereasca asociata cu impachetarea lampilor.
Aceste trei eficiente vor depinde de abordarea iluminarii cu lumina alba care va fi utilizata-conversii de lungimid e unda, mixarea culorilor si abordarea hibrida.
Eficienta cuantica a fosforului este posibil sa fie ceva mai buna decat abordarea conversiei lungimii de unda, din moment ce exista o gama variata de fosfori disponibili care sa absoarba UV.Prin urmare, pentru abordarea conversiei lungimii de unda, presupunem ca eficientele cuantice ale fosforului vor creste in mod constant, asa cum au facut o de la 0.75 in 2007 la 0.85 in 2010 pana la 0.95 in 2020.
Pentru abordarea hibrid, care converteste lumina albastra in detrimentul celei UV, presupunem ca eficientele cuantice ale fosforului vor creste mult mai incet, de la 0.7 in 2007 la 0.8 in 2012 pana la 0.9 in 2020.
Pentru abordarea mixarii culorilor, desigur, ca, nefiind fosfor, nu apar nici pierderile asociate acestuia.
Eficienta de conversie Stokes a fosforului, in cosntrast, va fi cea mai mica pentru abordarea conversiei lungimii de unda, din moment ce este o diferenta mare de energieintre UV si lumina rosie/verde/albastra decat lumina albastra si rosie/verde.
Calculam o eficienta de conversie Stokes utilizand formula:

Ultima si cea mai dificila presupunere de facut este aceea a lungimii de unda pentru Led UV prin abordarea conversiei lungimii de unda.Aceasta lungime de unda este probabil sa fie determinata prin combinatia:
-Eficienta Ledului(pana acum, cu cat era mai scurta lungimea de unda, cu atat mai mica era eficienta);
-Eficienta cuantica a fosforului(pana acum, cu cat era mai scurta lungimea de unda, cu atat mai mare era eficienta);
-Eficienta de conversie Stokes a fosforului(pana acum, cu cat era mai scurta lungimea de unda, cu atat mai mica era eficienta);
Bazandu-ne pe datele de mai sus, presupunem ca o lungime de unda rezonabila se va afla in intervalul 370-410nm.
Aceste presupuneri derivative si tinte sunt ilustrate sumar in Tabelul 3 pentru cele trei abordari diferite in ceea ce priveste productia de lumina alba.
Asa cum poate fi vazut, abordarea conversiei de lungime de unda impune cele mai mari solicitari in ceea ce priveste eficientele puterii de conversie a cipului=acestea trebuie sa se apropie de 0.7 pentru a se incadra in tintele pentru 2012 a lampilor bazate pe Leduri SSL.
In contrast, abordarea mixarii de culoare, necesita “doar” eficienta de putere de conversie a cipului de aproximativ 0.4 pentru a intampina tintele de lampi cu Leduri SSL pentru 2012.
Abordarea hibrida, asa cum era de asteptat, este situata undeva la mijloc, intre cele doua abordari precedente, si necesita, eficiente de conversie a puterii pe cip de 0.6 pentru a se incadra in tintele lapilor cu Led SSL pentru 2012

Figura 2.14:Eficientele de putere ale surselor de lumina la diferite lungimi de unda

De remarcat ca aceste eficiente sunt mari, si inca nu este clar daca pot fi atinse.Totusi, asa cum este ilustrat in figura 2.14, eficientele conversiei de putere ale laserilor infrarosii (710-850 nm) si Leduri rosii (650 nm) se afla in intervalul 40%-60%.
Ambele dintre aceste tehnologii semiconductoare sunt relativ mature si reprezinta dovezi existente ca eficiente comparabile vor fi realizate in spectrul vizibil.

2.3.12 Provocari

Am argumentat in sectiunile precedente ca tintele pentru Ledurile bazate pe tehnologia SSL sunt rezonabile din punct de vedere fizic si Consistente cu cunostintele prezente in ceea ce priveste fundamentele fizicii si alte materii, mult mai mature, tehnologii de realizare a semiconductorilor.
Totusi, iluminarea in stare solida se afla relativ la inceput, asa cum circuitele integrate cu silicon se aflau in urma cu doua decade.
Prin urmare, pentru a se incadra in tintele de iluminare si subtintele de lampi discutate precedent, trebuiesc depasite provocari semnificante in mai multe domenii.Acestea ar fi:
1. Substraturi, buffer(tampon, si epitaxie)
2. Fizica, Procesare si dispozitive
3. Lampi, dispozitive luminare si sisteme

Zonele de provocare vor diferi, desigur, in ceea ce priveste riscul si avantajele relative la iluminarea pe baza de stare solida.
Zonele de provocare de mare risc sunt revolutionare(nu exista inca o abordare cunoscuta), in timp ce zonele de provocare de risc redus sunt evolutionare(exista cel putin cateva abordari).
Zonele de provocare de mare recompensa sunt cele care necesita un progres rapid, in timp ce zonele de provocare de recompensa mica sunt acelea care necesita progres constant pentru a depasi problemele ce se pot ivi pe masura trecerii timpului.
Aceste domenii de provocare sunt sumarizate in tabelul urmator, organizate in concordanta cu riscul si recompensa percepute ale acestora:

2.4 Beneficii ale sistemelor de iluminat pe baza de Leduri SSL

Generarea electricitatii reprezinta utilizarea crescanda a energiei.Numai in Statele Unite ale Americii, producerea electicitatii costa aproape 50 bilioane de dolari pe an. Mai mult, costul energiei electrice nu se masoara numai in dolari, mai este si costul in ceea ce priveste poluarea mediului; smogul si poluarea cu dioxid de carbon asociate producerii de energie electrica.
Asa cum sursele de lumina flourescente au asigurat reduceri enorme de energie electrica in ultimele decenii, Ledurile SSL, cu potentialul acestora in imbunatatirile semnificative in ceea ce priveste economisirea energiei, ofera un potential semnificant pentru reducerile de energie pentru urmatoarele decade.

2.4.1 Beneficii in ceea ce priveste energia si mediul inconjurator

Cel mai semnificativ beneficiu adus de inlocuirea in masa a tehnologiile de iluminare clasice cu cele bazate pe Leduri SSL va fi in domeniul energiei si mediului inconjurator. In Statele Unite ale Americii, aproximativ 20% din toata electricitatea generata este utilizata pentru iluminat, iar in lume procentul variaza cam in jurul aceleiasi cifre.
Ca si consecinta a acestui fapt, imbunatatiri semnificative in eficienta luminarii ar avea un impact major asupra consumuluimondial de energie.In plus, electricitatea generata prin arderi de carbune si petrol reprezinta o sursa majora de poluare.
Exista o legatura crescanda intre emisiile de carbon, efectul de sera si incalzirea globala.
Prin urmare, Ledurile SSL, prin eficienta lor sporita, ar putea reduce semnificativ poluarea mediului.Mai mult, un beneficiu secundar este ca Ledurile SSL nu contin mercur si prin urmare sunt mai usor de aruncat decat lampile flourescente.
Daca Ledurile SSL vor avea 50% eficienta (200lm/W) coroborat cu penetrarea completa a pietei, beneficiile asupra Statelor Unite ar fi spectaculoase:
• Oscadere de 50% din cei 600 TW/ora/an de electricitate utilizata pentru iluminat, sau o economisire de 300TW/ora/an sau 25 bilioane de dolari pe an.
• O eliberare de peste 30 GW de capacitate de generare a energiei electrice pentru alti utilizatori,sau , alternativ, eliminarea nevoii de generare de electricitate a 30 de centrale.
• O scadere de 50% din cele 50Mtone/an din emisiile de carbon create in timpul generariielectricitatii pentru iluminat, sau o scadere cu 25Mtone/an.

Desigur ca beneficiile reale vor depinde de cat de mult si cat de repede va fi penetrata piata, si de cat de repede va evolua tehnologia.Acest fapt poate fi privit si ca un “ ciclu virtuos”: pe masura ce tehnologia avanseaza(performanta crescuta si cost scazut) ,penetrarea pietei creste, generand investitii crescute in avantul tehnologic.
Mai multe scenarii au fost propuse pentru evolutia penetrarii pietei si a avansului tehnologic, insa cel mai “agresiv” dintre acestea propune pentru aplicatii CRI medii un cost si o eficienta de 7 $/klm pana in 2012, si 110 lm/W, iar pana in 2020 0.5 $/klm si 120 lm/W.
Economisirea de carbon asociata cu predictiile acestea este substantiala: aproape 3Mtone de carbon pe an.

2.4.2 Beneficii in ceea ce priveste calitatea luminii si a productivitatii umane

Probabil ca cel de-al doilea ca insemnatate, dar usor mai putin cuantificat beneficiu este acela ca o noua cultura a iluminarii va fi creata si ca noi tehnologii de iluminat se vor crea.
Aceste noi aplicatii vor schimba modul in care utilizam si interactionam cu lumina.
Printre aceste trasaturi unice care vor permite aceste noi utilizari se afla:

• Culoare de iesire constanta indiferent de nivelul de iluminare.
• Posibilitatea de a varia in mod continuu culoarea de iesire.
• Design simplificat si flexibil pentru montaj si incapsulare.
• Integrare usora in cadrul dispozitivelor de control avansate din cladiri.
• Voltaj scazut si distribuirea de putere intr-un mod care sa confere siguranta.
• Simplificarea miniaturizarii datorata marimii scazute a sursei de iluminat-echipamentul de iluminat va fi mai mic, mai usor si mai subtire.
• Structura simpla- nu necesita niciun dispozitiv special in scopul controlului echipamentului de iluminat, iar numarul de componente din echipament va fi redus.
• O siguranta sporita datorata utilizarii a tuturor dispozitivelor de stare solida(SSL) , fara gaz sau filament- foarte sigur in ceea ce priveste socurile mecanice.
• Distributie de lumina flexibila si eficienta-dispozitivele bazate pe tehnologia SSL pot fi produse ca si pachete plate de orice forma care pot fi plasate pe podele, pereti, tavanuri, sai chiar incorporate in obiecte de mobilier, si cuplate la orice sistem de distributie.

Fig 2.15 Penetrarea pietei si si economia de energie.Graficul se bazeaza pe inventarul tehnologiilor de iluminat utilizate in Statele Unite.[grafic preluat din Mark Kendall and Michael Scholand,
"Energy Savings Potential of Solid State Lighting in General
Lighting Applications" (U.S. Department of Energy, Office of
Building Technology, State and Community Programs, Apr,
2001).]

Mentionam ca, atat calitatea formularii textului, cat mai ales informatiile si argumentele prezentate lasa de dorit.

De asemenea, totul este decat un fals menit sa induca in eroare actualii lor clienti pe care si-i pierd pe zi ce trece in favoarea noilor sisteme de iluminat cu leduri de la Iluminare-led.ro

Confirmarea aberatiilor grosolane, fara niciun temei in realitate, vine din partea a trei doctori oftalmologi de renume.

Iata textul aberant:

Ieftinirea iluminatului prin folosirea LED-urilor provine din trei cauze:

1. Pur şi simplu LED-urile consumă mult mai puţină energie electrică decât iluminatul artificial convenţional.

2. Durata lor de viaţă este superioară celorlate surse de lumină artificială.

3. Diversele tipuri de LED-uri folosite pentru iluminat au diverse costuri de producţie.

Pentru rentabilizarea profitului se preferă, fireşte, LED-urile cele mai ieftine. Astfel, 90 % dintre LED-rile folosite pentru iluminat sunt realizate cu tehnologia cea mai ieftină. În ce constă aceasta ? Un LED care emite în lumină albastră este combinat cu un fosfor galben. Fiind excitat cu lumina albastră a LED-ului, fosforul emite lumină galbenă.

Combinaţia dintre lumina albastră şi lumina galbenă este percepută de ochi ca lumină albă. Problema este aceea că lumina albastră a LED-ului rămâne absolut intactă în această lumină albă artificială. Lumina albastră a LED-ului interacţionează negativ cu celule sensibile la lumină din retina ochiului şi astfel apar leziuni ale retinei prin stress oxidativ.

The Pharox 60 fits a standard sized household light fixture, is made of recyclable material, and is the most energy efficient bulb of comparable light quality on the market today with a light output of 300 lumens and a warm white light of 3000K. A patented heat sink keeps the bulb temperature low (we think it’s the aluminum housing surround) and it is the most environmentally safe option on the market as well, containing NO lead, mercury, or wolfram, unlike it’s compact fluorescent competitors.
The Pharox light bulb lasts 25 years or longer if used for four hours a day

The Pharox light bulb lasts 25 years or longer if used for four hours a day

“C.F.L.s are officially an outdated technology,” Mr. Philips said during a recent conversation with Green Inc. “You can’t recycle C.F.L.s. You can’t get a fully dimmable product. That should make them obsolete.”

The packaging says the bulb will last 25 years given average use (four hours a day), or more than 36,000 hours.

A version that brightens up instantly, costs just 88p a year to run and lasts up to 25 years has gone on sale in Britain for the first time.

The only catch is that the new LED bulb will cost £30.

Manufacturers claim the Pharox is the first low-energy bulb to give off the same light quality and brightness as a conventional 60-watt traditional bulb.

They say that, despite its initial cost, each bulb will pay for itself in just three years. After that, each one used could shave around £9 a year off a typical household electricity bill.

Unlike most of the current energy-saving bulbs, which are compact fluorescent, the Pharox can be used with dimmer switches, reaches full brightness the moment it is turned on and contains no toxic mercury.

It also looks similar to a traditional bulb, works well in freezing conditions outside and stays cool when switched on, making it ideal for children’s bedside lights.

The bulb’s launch comes ahead of a European ban on conventional 60-watt incandescent bulbs, due to be introduced in 2011.

James Shortridge, owner of the Ryness lighting chain, said: ‘The original bulb was a 1901 design, while the compact fluorescent is a design from the 1980s that has never been perfected.

‘Many people just don’t like the compact fluorescents and they don’t like the old bulbs being banned before a good replacement is available. But we are finally starting to get decent low energy bulbs that have the same light quality as the old variety.

‘My main problem as a retailer, however, is that it lasts for more than 25 years.’

LED bulbs that produce as much light as 100-watt ones are due to go on sale at the end of next year.

Frans Otten, chairman of Dutch firm Lemnis, which produces the bulbs, said: ‘Compact fluorescent bulbs are not going to be a good substitute for conventional incandescent bulbs.

‘People don’t like the light, they are not dimmable and if we use them to replace all the conventional bulbs there will be a lot of chemical waste from mercury.

‘It’s impossible to make these bulbs without using mercury. The fact people don’t like them means they are not a good product.’

The bulb is made up of frosted glass containing four white LEDs – or light-emitting diodes – and two red ones.

A single LED has a lifetime of 100,000 hours – around 50 years – if used continuously. This is reduced by regular switching on and off.

Mr Otten said his bulbs will last for around 25 years or longer if used for four hours a day.

A light bulb that lasts decades may sound like suicide for a lighting company but supporters say the market can still be huge, with around 15billion bulbs sold every year.

The EU is phasing out all traditional incandescent light bulbs to slash its carbon dioxide emissions.

From September 1, shops were banned from stocking up on 100-watt traditional bulbs, while 60-watt bulbs will start to be phased out in 2011.

Details: http://thetechjournal.com/green-tech/the-new-green-light-bulb-that-lasts-25-years.xhtml