A fényforrások fejlődése október 9

A fényforrások fejlődése

? 2015. október 9.

Balázs László, PhD GE Lighting

Égésen alapuló fényforrások

Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Gázvilágítás XVIII. sz. 1790 1807 1812 1816 1820 1856

Kína: fűtés és világtás földgázzal Fa és szén elgázosítása W. Murdoch – első gázvilágítás London – Utcai világítás Gas Light & Coke Co. az első gázgyár Gázvilágítás Baltimore Párizs Pest

1891

Auer gázharisnya


Gázvilágítás – energiaelosztó-hálózat Gázgyár:

1. 2.

szénlepárlás városi gáz (C+H2O CO + H2)

mérőóra

elosztó hálózat Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Az elektromos világítás kezdetei Alessandro Volta 1800 - tartós áramforrás, izzószál

Humphry Davy 1802 - izzószál 1809 - ívfény


Ívlámpák Áramfejlesztés: 1831 Faraday – elektromágneses indukció 1861 1865 1871

Jedlik Ányos - dinamo elve Siemens – áramtermelés dinamóval Gramme – az első erőmű

Ívlámpák 1870 Jablocskov gyertya

1878

Brush ívlámpa


Izzólámpák Edison előtt Év

Feltatláló

Ország

Izzószál

Gáztöltés

1802

Davy

Anglia

platina szalag

levegő

1820

De laRue

Anglia

Platina tekercs

vákuum

1841

De Moleyns

Anglia

Platina - szén

vákuum

1850

Shepard

USA

szén henger

vákuum

1859

Farmer

USA

platina szalag

levegő

1860

Swan

Anglia

Elszenesített papír

vákuum

1878

Sawyer

USA

grafit

nitrogén

1878

Maxim

USA

grafit rúd

szénhidrogén


Edison:

az első kereskedelmi forgalomba került izzólámpa • • •

nagyellenállású szénszál nagyvákuum üvegburában, platina bevezető elektródák (fém-üveg kötés) Feszültség Fényáram Teljesítmény Élettartam Fényhasznosítás Izzószál hőmérséklet

110 V 200 lm 93W 600 óra ~2 lumen/ watt 1900 K

US223,898


Miért Edison?

Villamosenergia-hálózat • párhuzamos kapcsolás • nagy ellenállású izzó • csavaros (Edison) foglalat • javított hatásfokú dinamó Fényforrások fejlődése” • mérőóra 2015. október 9. • biztosíték

Human eye perception Spectral response of cones

Spectral response of the eye 507 nm

555 nm

scotopic photopic


Egy kis fotometria Fényáram Luminous flux (lumen, lm) 780

380

E()

v ( )

2

Spectrális sűrűség (W/(m nm))

v()

  K m  E ( )v( )d az emberi szem spektrális érzékenysége sugárzott teljesítmény

E ( ) K m  683 lm W Fényhasznosítás Efficacy (lm/watt) 0

500

1000 hullámhossz (nm)

1500

2000

  P

fényáram felvett teljesítmény Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Színnel kapcsolatos mérőszámok Színvisszaadási tényező, Color Rendering Index (CRI):

CRI 70

.

CRI 100

Színhőmérséklet , Correlated Color Temperature (CCT)

Feketetest sugárzás

cool white (6500K) warm white (2700K)


A mérőszámok az emberi látásra vonatkoznak Kutyák: 2 fotoreceptor

A kutyák másként érzékelik a színeket, mint az ember

Ember: 3 fotoreceptor


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)


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


Halogén izzó g Zubler, Mosby, 1959

volfrám párolgás

oxihalogenidek képződése

+20% hatásfoknövekedés

volfrám lerakódás


Infravörös tükör

IR

+30% hatásfoknövelés Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Az izzólámpák fejlődése 40

Based on 60 Watts, 120 Volts and 1000 hours Life 35

Efficacy [lpw]

30

25 IR Filter 20 Halogen 15 Coiled Coils Gas Filled 10

Drawn Wire Tungsten

5

0 1860

GEM Carbon

1880

1900

1920

1940

Year

1960

1980

2000 Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Nagynyomású kisülőlámpák Az anyagtudomány sikerei


Nagynyomású kisülőlámpák GE fejlesztések 1934

Az első nagynyomású higanylámpa

1955

Áttetsző alumínium-oxid (Lucalox) Robert L. Coble, GE

1961

Nagynyomású nátriumlámpa (Lucalox) William Louden, Kurt Schmidt and Elmer Homonnay, GE

1962

Az első fémhalogén lámpa Gilbert Reiling, GE


Nagynyomású higany és fémhalogén Kvarc bura

High Pressure Mercury LPW CRI

36 45

Quartz Metal Halide, QMH LPW CRI

84 65


Nagynyomású nátrium és kerámia fémhalogén Kerámia bura

High Pressure Sodium. HPS LPW CRI

86 25

Ceramic Metal Halide, CMH LPW CRI

90 88


Fénycsövek

1938 George Inman and Richard Thayer, GE Az első kereskedelmi forgalomba került fénycső (Mazda-F) Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Fénycsövek működése elektróda fénypor üveg

Töltőgáz és higany ballast

fénypor nélkül

fényporral Hg UV emisszió

Fénypor lumineszcencia Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

A fénycsövek fejlődése 120

20

T8- WM

T5

T8- Tri

40

T12-WM

60

T12

System LPW

80

T5WM

Rendszer System LPW hatásfok

100

0

Hg content [mg]

38 972 191938 11972

981 11981

95 191995

1 2002001

2011

50 40 30 20 10 0 `1980

2001

2009

Today Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Fényforrások fejlődése

fémhalogén

LED lámpa

kompakt fénycső izzó

halogén

Source U.S. DOE SSL R&D Multy-Year Program Plan, 2011 Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Light Emitting Diode, LED

1962 Nick Holonyak, GE Az első, látható fényt kibocsátó dióda Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

A LED technológia fontos állomásai

vörös LED Nick Holonyak, GE

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physic 1993: kék LED s/laureates/2014/popular-physicsprize2014.pdf 1996: fehér (fényporos) LED


Fehér LED lencse

fénypor

A fehér LED emissziós spektruma

elektróda

fénypor

kékLED

kék LED contact

1 atom


Az első felvevőpiac: kijelzők Nagyteljesítményű LED piac, 2010 LED eladások: $10,800 MM világítás

8%

92%

szórakoztató elektronika


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 LED-ek fejlődése Source: http://energy.gov/sites/prod/files/2015/06/f22/ssl_rd-plan_may2015_0.pdf

CFL

A LED hatékonyabb a hagyományos fényforrásoknál

A LED ára is versenyképes Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Organic Light Emitting Diode, OLED

2008 GE unveils the world’s first demonstration of Roll-to-Roll” processed OLEDs Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

OLED market segments


Biokémiai fényforrások szentjánosbogár

Luciferin:

Luciferin + O2

→

oxi-luciferin + h

A biokémiai fénykeltés hatásfoka:

~90%

Dióda lézer (Laser diode) 3-5nm

US3,245,002 30-50nm

1962 Solid state laser Bob Hall, GE Fényforrások fejlődése” 2015. október 9.

Fényforrások családfája Incandescent HAL

Fluorescent LFL

CFL

High intensity discharge HPS

QMH

CMH

Solid-state lighting LED

LD

OLED


Többfunkciós eszközök

svájci bicska dugóhúzó konzervnyitó ...

okos telefon ébresztőóra naptár fényképezőgép zseblámpa ...

LED világítótest internetcsatlakozási pont? Mit hoz a jövő???


1 bit információ

40

Hangtovábbítás napfénnyel Photophone - Alexander Bell 1880

41

A fényforrások fejlődése LED: rövid válaszidő (25-130ns) gyors kapcsolásra alkalmas hosszú válaszidő ki-be kapcsolásra érzékeny LED lámpa kompakt fénycső

halogén izzó izzó

Fényforrás opciók Fényforrás

Fehér LED

RGB LED

Lézerdióda

Spektrum

Modulációs sávszélesség

Optikai csatornák száma

Moduláció

Legnagyobb adatátviteli sebesség

< 5MHz

1

egyszerű összetett

< 40 Mbit/s < 1 Gbit/s

< 25 MHz

3

egyszerű összetett

< 100 Mbit/s < 3 Gbit/s

< 1000 MHz

3 36

összetett összetett

< 14 Gbit/s < 100 Gbit/s

Adatátvitel fénnyel Lámpatest • Nagysebességű internet kapcsolat • Adatátvitel modulált fénnyel

01001101 10010010 01010111 01001101 10010010 01010111 Mobile eszköz • kamera • (fotodióda)

Beltéri navigáció: ahol a GPS már nem működik Helymeghatározás fény-jel alapján Beltéri térkép a mobil eszközön Alkalmazások: • Üzletek • Bevásárlóközpontok • Repülőterek • Pályaudvarok • Kórházak • Iskolák • Múzeumok 45

Hely alapú szolgáltatások • Helymeghatározás fény-jel alapján • A valós és virtuális tér összekapcsolása

• Személyre szabott, a helynek megfelelő mobilszolgáltatás • Termék infomáció • Helyhez kötött promóció • Kiterjesztett valóság

46

Nagysebességű adatátvitel fény segítségével iroda

kórház

01001101 10010010 01010111 01001101 01001101 10010010 10010010 01010111 01010111 01001101 10010010 01010111

01001101 10010010 01010111 01001101 01001101 10010010 10010010 01010111 01010111 01001101 10010010 01010111

gyártósor

• 5G hálózat - optikai „atto-cella” • Biztonságos: a fény nem hatol át a falon • Nagy adatsűrűség: WiFi-hez képest több felhasználó kapcsolódhat • Ott is alkalmazható, ahol rádió eszközök használata nem megengedett

47

Intelligens világítási rendszer Világítás és IT infrastruktúra összekapcsolása: • Fotonika+IoT

• LED világítótest • internet kapcsolat • beépített érzékelők

01001101 10010010 01010111 01001101 10010010 01010111

GE Predix Cloud

• szoftver • adatelemzés • felhő alapú szolgáltatás

48

[email protected]


A fényforrások fejlődése október 9

Recommend Documents