A fényforrások fejlődése október 20

A fényforrások fejlődése

? 2014. október 20. Balázs László, PhD GE Lighting

Gyökerek Alessandro Volta 1800 - tartós áramforrás, izzószál

Humphry Davy 1802 - izzószál 1809 - ívfény

Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Világítás a XIX. században Edison előtt gázvilágítás

ívlámpák

izzólámpák

1792 1804 1807 1816 1820 1856 1891

W. Murdoch - az első gázlámpa F. A. Winsor - gázvilágítás szabadalom Utcai világítás - London - Baltimore - Párizs - Pest Auer égő

1831 1861 1865 1870 1878

Faraday - elektromágneses indukció (Jedlik Ányos dinamo) Siemens - dinamo Jablocskov gyertya Brush ívlámpa

1820 1872 1879

de la Rue platina izzó Lodogin - szénrudas izzó Joseph Swan - szénszálas izzó ...és még sokan mások Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Miért Edison?

Villamosenergia-hálózat • párhuzamos kapcsolás • nagy ellenállású izzó • csavaros (Edison) foglalat • javított hatásfokú dinamó Fényforrások fejlődése” • mérőóra 2014. október 20. • biztosíték

Hogyan működik az izzólámpa? Edison első izzólámpa szabadalma:

Hőmérsékleti sugárzás:

termosztatikus áramkör-szabályozó Stephan - 1879 Boltzmann - 1883

P  AT 4

Planck - 1900

2

Spectrális sűrűség (W/(m nm))

E ( , T ) 

T2 0

500

2hc 2

5

e



hc kT

> T1 1000

1500

2000

hullámhossz (nm)


Fényáram, fényhasznosítás Fényáram (lumen, lm) 780

  AK m  E ( )v( )d

E()

380

2

Spectrális sűrűség (W/(m nm))

v()

v ( )

az emberi szem spektrális érzékenysége

Fényhasznosítás (lm/watt)

0

500

1000 hullámhossz (nm)

1500

2000

  P Edison szénszálas izzója: 1.4 lm/W Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Az izzólámpa hatásfoka Izzólámpa 2700K LER: Rendszer hatásfok:

154 lm/W 13 lm/W

V(λ)

Hullámhossz (nm) Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Hatásfoknövelés izzószál

Spectrális sűrűség (W/(m2 nm))

2850K

2700K

2100K 500

1000

feltaláló

1930 W spirál

Kr

15

Bródy

1913 W spirál

Ar

13 Langmuir

1910 W szál vákuum 10 Coolidge 1904 W szál vákuum 8 Just & Hanaman

2500K

0

töltőgáz 

1500

2000

1879 C szál 2500

vákuum

2

Edison

3000

hullámhossz (nm)


Dr. Just, F. Hanaman és a Tungsram


Hatásfoknövelés izzószál

Spectrális sűrűség (W/(m2 nm))

2850K

2700K

2100K 500

1000

lm W

feltaláló

1930 W spirál

Kr

15

Bródy

1913 W spirál

Ar

13 Langmuir

1910 W szál vákuum 10 Coolidge 1904 W szál vákuum 8 Just & Hanaman

2500K

0

töltőgáz

1500

2000

1879 C szál 2500

vákuum

2

Edison

3000

hullámhossz (nm)


Halogén izzó g Zubler, Mosby, 1959

volfrám párolgás

oxihalogenidek képződése

+20% hatásfoknövekedés

volfrám lerakódás


Fénycső


A fénycsövek működése elektróda fénypor bura

Hg UV emisszió

Fénypor lumineszcencia Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Fénycsövek hatásfoka CFL 2700K LER: Rendszer hatásfok:

364 lm/W 60 lm/W

V(λ)


Nagynyomású kisülőlámpák


Kerámia fém-halogén lámpa Al2O3 kerámia fém-halogenid adalék (Na és ritkaföldfémek)


CMH hatásfoka CMH LER: Rendszer hatásfok:

283 lm/W 90 lm/W

V(λ)


Világító diódák


The evolution of LED technology

red LED Nick Holonyak, GE

1993 Blue LED 1996 white phosphor LED Shuji Nakamura

2014 fizikai Nóbel-díj: Akaszaki Iszamu Amano Hirosi Nakamura Sudzsi


Kék LED + fénypor fénypor

Kék LED

Hullámhossz (nm)

hullámhossz (nm) Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

LED célok

betáplált teljesítmény

cél

előtét 1996

LED

199

5 lm/W

2010 150-249 lm/W

termikus hatásfok

Összesen

optika

kisugárzott fény Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Forrás: USA DOE 2009

LED hatásfoka LED 2700K LER: Rendszer hatásfok:

319 lm/W 150 lm/W+

V(λ)


Fényhasznosítás

LED lámpa

kompakt fénycső

halogén izzó izzó

Forrás U.S. DOE SSL R&D Multy-Year Program Plan, 2011 Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

A világítás részesedése a villamosenergia- fogyasztásból: Európa: USA: Föld:

14% 22% 19%

International Energy Agency


A nagyteljesítményű LED piaca, 2010 Összes eladás: 1080 millió $

Általános világítás: 8%

Általános világítás 890

Szórakoztató elektronika: 92%

Szórakoztatóelektronika 9910


Fajlagos költség ($/klm)

Haitz „törvénye”

fehér LED fénycső

kompakt fénycső

izzólámpa

5 Forrás: USA DOE 2009

Idő, év Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Piaci analógia:

Az önálló cserepiactól az integrált rendszerek felé Vákuumtechnológia Rövid élettartamú alkatrészek Jelentős cserealkatrész-piac

Félvezetők Hosszú élettartamú alkatrészek Moduláris felépítés vagy integrált rendszer Szűk cserealkatrész-piac


A forma evolúciója

? 1880

1909


Az átalakulás jelei

Nemzetközi szabadalmi bejelentések lámpatestgyártó

fényforrásgyártó OLED

egyéb lézerdióda OLED

LED

LED

vezérlés

5×

8×

vezérlés lámpatest

lámpatest

fényforrás


Takarékosság

Új fogyasztók

Európa 2020 célok 20% megújuló energia 20% hatásfokjavítás 20% CO2 csökkentés 1.2

igény Energia Price ($/kWh)

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0 0

5

10

15

hours

Idő, óra

20

25


Megújuló energia

Szélturbina energiatermelés 1 hónap


Intelligens energiahálózat


AC/DC Edison

=

Westinghouse

 Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Vissza a jövőbe


Energiapozitív közvilágítás

Konzorcium: Szoftver Érzékelők Electrical connectivity Communication network

Energia rendszer

Adaptiv világítás Akkumulátor Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Demonstrációs terület Energetikai berendezések Útvilágítás

21 kWp

Napelemek

18 kWh

Parkvilágítás

6,4 kW

•

Budapest, KFKI campus

•

78 db parkvilágító lámpatest

•

113 db útvilágító lámpatest

Fényforrások fejlődése” 2014. október3 20. 6

Adaptív világítás Antenna

Mozgásérzékelők


Intelligens iroda kísérlet MTA TTK MFA


Folyosóvilágítás Pannon Egyetem


2003 OLED – Hit Incandescent Milestone

• 4000K on BB • 88 CRI • 15 LPW • 1200 Lumens

OLED naturally suitable for diffuse lighting applications Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

2007 First Output of Roll-to-Roll Line


Laser diode vs. Light Emitting Diode Light output

Laser diode

LED

Electric power

• • • • • • •

Operates similar to LEDs 1000x more luminance (cd/m2) vs. LED Nearly parallel beam Emits monochromatic light High efficiency entitlement Small size, low power (50mW) chips Safety concern at high power – requires modulation Fényforrások fejlődése” 2014. október 20.

Laser diode applications compact light engines Pico projectors

Automotive

Entertainment

Architectural

BMW i experiment: Dynamic headlight Styling


Biokémiai fényforrások szentjánosbogár

Luciferin:

Luciferin + O2

→

oxi-luciferin + h

A biokémiai fénykeltés hatásfoka: Egy 150lm/W LED hatásfoka:

90% 20%

[email protected]


A fényforrások fejlődése október 20

Recommend Documents