LED-Straßenbeleuchtung- Technologie, Problemstellung, Bewertungen und Lebensdaueraspekte. Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh

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1 LED-Straßenbeleuchtung- Technologie, Problemstellung, Bewertungen und Lebensdaueraspekte Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh

2 Gliederung 1. Blockschaltbild der Leuchte/ LED-Technologie aktueller Stand 2. Optik/ Elektronik/ Thermisches Management 3. Optimierung von Lichtstärkeverteilung durch unterschiedliche Optiken 4. Lebensdauerthematik September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 2

3 1. LED-Technologie Blockschaltbild der LED-Straßenleuchten Mechanische Baugruppen (Gehäuse, Kühlung ) Lichttechnische Aspekte (Bewertung) Software LED-Straßenleuchte Langzeittests LED und elektronische Komponenten Optische Komponenten (Linsen, Reflektor, Abdeckglasscheibe) September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 3

4 Entwicklung LED-Lichtausbeute 350mA, 60 C September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 4

5 2. Optik-Baugruppe übernimmt die Aufgabe der Lichtverteilung Die meisten Produkte haben momentan Linsen aus PMMA, PC, Glas Nur wenige Leuchtentypen haben Reflektorsysteme Optischer Wirkungsgrad: etwa 82%-90% Quelle: Lumenova September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 5

6 Linsenmontage (Befestigung oder Kleben, Genauigkeit der Positionierung, Erschütterungsfestigkeit) September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 6

7 Transmission von Abdeckscheiben Optimierung einer beschichteten Abdeckscheibe Leuchte Außenseite: Selbstreinigende Wirkung, harte Schicht, kratzfest Innenseite: Antibeschlagung unbeschichtet beschichtet September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 7

8 Wartungsfaktor hat nicht nur mit der Lichtquelle zu tun, sondern mit Glas-und Linsenvergilbung Farbe vom Leuchtengehäuse beinflusst die Temperaturprofile Sonne Wolken UV-Strahlung, blaue Strahlung vor 420 nm Boden September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 8

9 Elektronik VE LED- Treiber LED-Module Kabel-Übergangskasten mit Sicherungen 230V VE = Vorschaltelektronik - Wandlung 230 V / 24V am Fuß des Mastes oder im Leuchtenkopf - Spannungsfestigkeit (min. 4kV) - i.d.r. 5-adrige Zuleitung im Mast - Schnittstelle für Dimmen - Halbnachtschaltung - Schutzklasse II September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 9

10 Elektronik Kommunikation (RS232, 0-10V, Powerline, DALI Halbnachtschaltung) Mikrocontroller LED Treiber LED- Module Photosensor zur Helligkeitsregelung Temperatur -sensor Betriebsstundenspeicher September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 10

11 Elektronik- Stromdimmung ist bevorzugt vor der PWM-Methode Dimmung durch Stromreduktion an den LEDs LEDs haben bei Stromdimmung eine höhere Effizienz Erzeugung des analogen Steuersignals durch die Filterung der PWM PWM-Impuls zur Dimmung September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 11

12 Ergebnisse der Temperaturprofil Messung am Leuchtengehäuse im Sommer/Herbst (Quelle: Dr. Petry/Offenbach) 12 September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 12

13 Thermisches Management eine Übersicht Hinweise zur Kühlkörperverwendung Berücksichtigung von Einbaulage und verfügbarem Platz Kammprofile so einbauen, dass natürliche Konvektion nicht behindert wird September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 13

14 Leuchten-Lichtausbeute (Herstellerangaben) Leuchtenpark mit 33 unterschiedlichen LED-Leuchten Was sagt uns das Diagramm? LED-Leuchtenpark in KAARST-DRIESCH (08/2010) Lichtausbeute /(lm/w) Farbtemperatur aktueller LED-Leuchten /K NAV September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 14 Quelle: RWE Leuchtenpark (KAARST-DRIESCH)

15 Neue LED-Leuchten für die neue ME2-Straße in Darmstadt (Messungen am 07.September 2011) Farbtemperatur 5063 K Elektr. Leistung 161, 5 W Lichtstrom der Leuchte Lichtausbeute 90, lm lm/w DIN EN-Anforderungen für ME2-Straßen Lm 1,5 cd/m2 U0 0,4 Ul 0,7 TI 10% SR 0,5 Bisherige NAV-Leuchte: 177,5 W Neue LED-Leuchte:133,5 W Rel. Differenz: - 24,8 % September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 15

16 3. Optimierung von Lichtstärkeverteilungen durch unterschiedliche Optiken Im Folgenden werden die Lichtstärkeverteilungen von 2 effizienten LED-Leuchten in der Geometrie einer typischen Anliegerstraße bewertet Typisch Beleuchtungsklassen für Anliegerstraßen nach der DIN EN sind die S4 und S5 Bewertet wird die Beleuchtungsstärke Klass e E m E min S1 > 15 lx > 5 lx S2 > 10 lx > 3 lx S3 > 7,5 lx > 1,5 lx S4 > 5 lx > 1 lx S5 > 3 lx > 0,6 lx S6 > 2 lx > 0,6 lx S7 Unbestimmte Anforderung Eigenschaft Fahrbahnbreite Lichtpunktehöhe Lichtpunktüberhang Lichtpunktabstand Wert 5,58 m 6,04 m -1,73 m 29,7 m September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 16

17 Bewertung der Lichtstärkeverteilung LED Leuchte 33 Die LED-Leuchte LED 33 erfüllt die Beleuchtungsklasse S4 in der ausgewählten Geometrie Eine ME-Klasse wird nicht erfüllt LED-Leuchte 33 Lichtstrom der Leuchte Leistung der Leuchte Effizienz der Leuchte Wert 2047 lm 29,7 W 68,9 lm/w September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 17

18 Bewertung der Lichtstärkeverteilung LED Leuchte 32 Die LED-Leuchte LED 32 erfüllt die Beleuchtungsklasse S4 in der ausgewählten Geometrie Eine ME-Klasse wird mit mehr elektrischer Leistung erfüllt LED-Leuchte 32 Lichtstrom der Leuchte Leistung der Leuchte Effizienz der Leuchte Wert 3370 lm 48,7 W 69,2 lm/w September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 18

19 4. Alterungsaspekte- LED- Leuchtenalterung Ergebnisse nach 3100 Stunden an der TU Darmstadt September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 19

20 Alterung der Leuchten (LED-Straßenbeleuchtung) Results after 8400h ageing on the field- Unexpected variation for some luminaires 1/4 of the luminaires with limited variations (<5% variations) 1/2 of the luminaires with variation between 5% and 30% 1/4 of the luminaires out of use Quelle: STUDY OF THE IMPLEMENTATION OF LED TECHNOLOGY IN BRUSSELS THROUGH LABORATORY MEASUREMENTS AND CONCRETE APPLICATIONS ON THE FIELD Thomas Conniasselle (laborelec) - CIE Poster in Sun City, PP38, Juli 2011 September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! September 2012 TUD Fachgebiet Lichttechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh 21