Moderne Lichtlösungen mit LEDs Praxisseminar für Architekten. Wolfgang Reis Technical Marketing

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Karlheinz Voss
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1 1 Moderne Lichtlösungen mit LEDs Praxisseminar für Architekten Wolfgang Reis Technical Marketing

2 Agenda Übersicht und Ablauf Licht, lichttechnische Größen, Effizienz LED-Übersicht, Referenzen LED Module Ideen und Lösungen aus der Eventbranche für die Architektur Kaffeepause Lösungen und Muster in der Ideenwerkstatt 2

Ideen und Lösungen aus der Eventbranche für die

3 Was ist Licht? 3

4 Elektromagnetische Strahlung 4

5 Augenempfindlichkeitskurve Lichttechnische Größen werden mit dieser Kurve bewertet 5

6 Lichttechnische Größen Lichtstrom (Luminous flux) [lm] Damit wird die gesamte pro Sekunde von einer Lichtquelle ausgestrahlte Lichtleistung bezeichnet (gemessen in Lumen) Beispiele: 75W Glühbirne 39W Leuchtstofflampe 250W Hochdruck-Natriumdampf 2000W Metall-Halogendampflampe 900 lm lm lm lm 6

(gemessen in Lumen) Beispiele: 75W Glühbirne 39W Leuchtstofflampe 250W

7 Lichttechnische Größen Lichtstärke (Luminous intensity) [cd] Die Lichtstärke (gemessen in Candela) wird als der ein einer bestimmten Richtung ausgestrahlte Lichtstrom definiert. Beispiele: 5W Fahrradlampe ohne Reflektor 5W Fahrradlampe mit Reflektor 120W Reflektor-Glühlampe Leuchtturm 2.5 cd 250 cd cd cd 7

8 Lichttechnische Größen Beleuchtungsstärke (Illuminance) [lx] Die Beleuchtungsstärke ist die Lichtmenge, die auf ein Flächenelement einer Oberfläche fällt (gemessen in Lumen/m 2 oder Lux (lx). Beispiele: Sommer am Mittag (klarer Himmel) Im Freien, stark bewölkter Himmel Kunstlicht in einem Büro Vollmond bei klarer Nacht lux lux 800 lux 0.25 lux 8

9 Lichttechnische Größen Leuchtdichte (Luminance) [cd/m²] Die Leuchtdichte (gemessen in cd/m²) bezeichnet das Licht, das von einem Flächenelement in eine bestimmte Richtung ausgestrahlt wird. Sie ist abhängig von der Oberfläche der leuchtenden Fläche. Beispiele: Oberfläche der Sonne cd/m 2 Glühfaden Glühlampe cd/m 2 Leuchtstofflampe cd/m 2 9

wird. Sie ist abhängig von der Oberfläche der leuchtenden Fläche.

10 Optischer Wirkungsgrad einer LED Lichtausbeute (Wirkungsgrad) [lm/w] Die Lichtausbeute (Lumen per watt) einer Lichtquelle beschreibt, wie effizient die aufgenommene (elektrische) Energie in sichtbares Licht umgesetzt wird. Der optische Wirkungsgrad einer LED ist abhängig von ihrer Temperatur und dem durchfließenden elektrischen Strom. 10

aufgenommene (elektrische) Energie in sichtbares Licht umgesetzt wird.

11 Color Rendering Index (CRI) Die spektrale Energieverteilung des Lichtes bestimmt den Weißton, wie ihn das menschliche Auge empfängt CCT (Correlated Color Temperature) auch Farbtemperatur die Farberkennung CRI (Color Rendering Index) 11

ihn das menschliche Auge empfängt CCT (Correlated Color

12 CCT (Correlated Color Temperature) Beispiele: Kerzen: K TL Leuchtstofflampen: K Tageslicht-Varianten: 7000K Halogendampflampen: K Sonnenlicht: K Sonnenuntergang: ca. 2000K Sky Blue: 25000K 7000K 6000K 5000K 4000K 3000K 2000K 12

Halogendampflampen: 3000-5600K Sonnenlicht: 5000-6000K

13 CRI and CCT Forderungen CRI = CRI = CRI = CRI < 60 Ausgezeichnete Farbwiedergabe Gute Farbwiedergabe Mittlere Farbwiedergabe Mangelhafte Farbwiedergabe weiße Innenbeleuchtung: CCT sollte im Bereich 2700K ~ 4500K liegen CRI ist ausreichend für alle Innenbeleuchtungen CRI >85 für Glühlampen Ersatz weiße Außenbeleuchtung: CCT 2700K ~ 7000K CRI > 60 ist ausreichend CRI >70 ist bevorzugt 13

sollte im Bereich 2700K ~ 4500K liegen CRI 80-90 ist ausreichend für alle Innenbeleuchtungen CRI >85

14 Methoden der Lichterzeugung Sechs physikalische Methoden der Lichterzeugung bilden die Basis für die kommerzielle Beleuchtungstechnik 14

15 Weltweiter Bedarf an Leuchtmitteln Source: Datapoint Research, Nov

16 Glühbirne Funktionsprinzip U = I x R P = U x I T = f (P, Glühfaden) Osmium Wolfram OSRAM Licht ~ Temperatur T 16

17 Leuchtstofflampe Funktionsprinzip Sichtbares Licht ultraviolettes Licht fluoreszierendes Pulver Quecksilber Atome Elektronen Elektrode L (H) Ic I lamp Vorschaltgerät notwendig! C (uf) 17

Pulver Quecksilber Atome Elektronen Elektrode

18 Energiesparlampe Wärmeableitung im Sockel Geschlossene Bauweise Kompakte Bauweise CE Zulassung Bis zu 25W Preiswert Compact Fluorescent Lampe - CFL 18

19 Cold Cathod Fluorescence Lamps - CCFL Kompakte Bauweise, niedriges Gewicht Große Helligkeit, gute Effizienz Lange Lebensdauer (über 15,000~50,000 Std) LCD display / Scanners / Fax Machines Keine Vorheizung notwendig Hohe Zündspannung (3 kv to 4 kv) 19

Lebensdauer (über 15,000~50,000 Std) LCD display / Scanners /

20 High Intensity Discharge - HID Verfügbar als Quecksilber- oder Natriumdampflampe Typischerweise als Straßenlampen oder Außenbeleuchtungen benutzt Sehr effizient (zweimal effizienter als normale Fluoreszenslampen) Zündung mit 5kV (bei Restart sogar 20kV) 20

Außenbeleuchtungen benutzt Sehr effizient (zweimal effizienter

21 LED Schlagworte n-crystal p-crystal + Metallic Contact - + Epitaxy Layer Electrons Depletion zone - Substrate Holes Die LED ist ein Halbleiterprodukt (PN Übergang) Die LED ist unbegrenzt schaltbar Keine od. nur geringe UV- / IR Abstrahlung Bruch- und Vibrationsstabil Lange Lebensdauer (typ. LED ~ h) Eine effiziente Möglichkeit farbiges Licht zu generieren. Leistung Lumen/Watt höher als Glühbirnen (im Bereich von CFLs) 21

22 LED = Monochromatisches Light Verschiedene Halbleiter-Materialien erzeugen verschiedene Farben Aber jede LED leuchtet nur mit einer Wellenlänge InGaN/ GaN Green V = VerdeGreen InGaN 505nm T = TrueGreen (InGaN) 525nm P = PureGreen (InGaAlP) 560nm G = Green (InGaAlP) 570nm Blue B = Blue (InGaN) 470nm B = Blue (GaN) 466nm Wie bekomme ich weiß? InGaAlP Yellow Y = Yellow (InGaAlP) 587nm Orange O = Orange (InGaAlP) 605nm Orange Red A = Org. Red (InGaAlP) 617nm Red S = Super-Red (InGaAlP) 630nm H = Hyper-Red (GaAlAs) 645nm 22

23 Phosphor White LEDs Gelb (Phosphor) Blau (LED) Volume conversion Phosphor Dispersion im Gehäuse Gelb Blau Chiplevel Conversion (CLC) Phosphor Schicht auf der Chip Oberfläche Partielle Umwandlung mittels Phosphor. Die Kombination der beiden Farben ergibt weißes Licht. 23

24 Rot+Grün+Blau = Weiß Weißes Licht Rotes, Blaues und Grünes Licht der drei LEDs vermischt sich zu weiß. 24

25 Effizienz Weißer Lichtquellen 25

26 Vergleich verschiedener Lichtquellen Glühlampe Halogen Leuchtstoff Weiße LED LED Efficiency Efficiency (Im/W) (Im/W) Flux Flux 1,000 (Lumen) ,000 (Lumen) 2, ,500 1,000 4, , ,000 Lifetime Lifetime (hours) (hours) Color Color Temp. Temp. (K) (K) CRI CRI ,000 2, CRI = Color Rendering Index 2,000 2,000 4,000 4, ,000 9,000 20,000 20, ,000 20,000 50, ,

27 Konzept Lampe Schematic Incandescant Stecker Gehäuse Schalter // Fassung // Designgebung Leuchtmittel Aufbau Schematisch LED-System Stecker EVG* Gehäuse Kühlung // Designgebung LED + Optics *EVG Elektronisches Vorschaltgerät NEU 27

28 Was versteckt sich im EVG? Aufbau Schematisch LED-System Gehäuse Stecker EVG Kühlung // Designgebung LED Netzspannung Power In Niederspg- Netzteil Batterie Konstant- Strom 28

29 Light emitting Konventionelles System LED system Verlust durch Abschattung Verlust durch Absorbtion Keine Reflektorverluste, da Abstrahlung nach vorne 29

30 LED ohne/mit Linse LED with Lens LED without Lens Luminous intensity [cd] Angle [ ] 30

31 Spezifische Optiken für Osram LED Series- Reflector 35mm FRC Series FDG Series Single 27 mm TITANUM-SS TITANUM-3-S 31

32 Thermisches Management Im Gegensatz zu anderen Leuchtmitteln muss eine LED gekühlt werden: 1) Zum erreichen der optimalen Lebensdauer* 2) Zur Farbstabilisierung** 32

33 Kühlung durch Thermische Module 33

34 Vorteile eines Lichtsteuerungs-Systems Ohne Steuerung keine weiteren Vorteile Steuerfunktionen bisher: Ein, Aus, Dimming Verschiedene Effekte mit dem selben Leuchtmittel Stimmung für Lounges, Hotels und Restaurants Erhöhte Produktivität am Arbeitsplatz Änderungen des Weißen Farbtons abhängig von Ort und Zeit Szenenwechsel sehr leicht möglich Limitiert nur durch Vorstellungskraft 34

35 Der Markt benötigt Lösungen Der Bedarf muß auf Architektenebene geweckt werden. Architekten und Designer benötigen eine leicht zu installierende und flexible Lichtquelle, der Typ der Lichtquelle ist sekundär. Der Endkunde hat typischerweise wenig elektronische Kenntnisse, der Kunde setzt eine LED-Lösung als Lichtquelle ein. 35

36 Schlüsselfrage Können High-Power LEDs heute schon traditionelle Lichtquellen ersetzen? 36

37 High Power LEDs gewinnen heute, wenn die Anwendung Energie kritisch ist z.b. Solar oder Batterieversorgung hohe Wartungskosten vermeiden soll besondere stilistische Effekte benötigt keine Wärme (Infrarot) abstrahlen sollte LEDs strahlen Licht von nur einer Wellenlänge (Farbe) ab Dies ermöglicht Design-Effekte, die in den letzten 128 Jahren (!) nicht möglich waren 37

38 Market Trend: LED Beleuchtung 38

39 Aktuelle Erfolgsstory s Osram HB LEDs für das BJ Olympic Stadium (Bird Nest) in China. 39

40 Komplettes Lichtsystem Entwicklung-Fertigung Optik Linsendesign Herstellung Test LED Selektion Thermisches Management Mechanismus Industriedesign Elektronik IC Auswahl Schaltung Löten Netzwerk Auswahl 40

41 Schaltungstechnik umsetzen (1) Eigene Entwicklung / Elektronikfertigung: Datenblatt Applikationsschriften mit Schaltungs- und Layoutbeispielen Demoboards Unterstützung durch Field Applikations Ingenieure WWW Basierte Simulationen und Trainings Achtung! Notwendige Freigaben sind hierin nicht enthalten 41

42 Schaltungstechnik umsetzen (2) Keine eigene Entwicklung / Elektronikfertigung: Netzwerkpartner (z.b.: der EBV Elektronik) Dienstleister, die Entwicklung und Fertigung übernehmen qualifizierte Beratung Erfahrung im Spezialgebiet kompetente Umsetzung Notwendige Freigaben können somit kompetent umgesetzt werden 42

43 Schaltungstechnik umsetzen (3) Konfektioniert kaufen EBV ist Partner von OSRAM GmbH 43

44 Dienstleistungen Im Partnernetzwerk Ansteuerlösungen Bussystemlösungen Fertigungstechnologien Kühlungssysteme Linsen und Sekundärpotiken LED-Module In der Distribution (z.b. EBV) Technische Unterstützung Logistische Unterstützung (supply Chain Management) 44

45 45 Danke für die Aufmerksamkeit! Was können wir für Sie tun?

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