évfolyam

A magyar elektrotechnikai egyesület hivatalos lapja JOUrNAL OF THE HUNGARIAN ELECTROTECHNICAL ASSOCIATION

Alapítva: 1908 FOUNDed: 1908

A LED Emberközpontú világítás vezérlő fejlesztése

 Közvilágítási lámpatestek karakterizálása

 Algoritmikus építészet és világítás tervezés

 LED és az áramütés elleni védelem

 A magyar világítástechnikai szabványosítás 2016-17-ben

110. évfolyam

2 0 1 7 /3-4

www.mee.hu

a legjobb ár/érték arány magas rendelkezésre állás gyors szállítás több mint 75 000 termék

K Ő T Í Z S É K ! M E L E Y FIG 3D nyomtatás egyszerűen

DA VINCI MINI W Max. 15 x 15 x 15 cm méretű tárgyakat nyomtat Wi-Fi-vel kapcsolódik az otthoni hálózatra Nyomtatás anyaga: PLA, 1,75 mm

74.724,

Kép: Foto- und Bilderwerk

DA VINCI MINI W

ÁR

TIPPEK

(€ 242,86)

67

Programozókészlet a Raspberry Pi-hez:

A Raspbery Pi-hez:

Okos növény

Érzékelő és beavatkozó készlet

A növény adatainak mérése és kiértékelése LED jelzés az öntözéshez

Minden beforrasztva, azonnal használható Több mint 30 érzékelő: láng-, Hall-, hőmérséklet, nedvesség-, érintés mozgásérzékelő, infra vevő, rázkódásérzékelő, vízszintérzékelő, ...

Twitter Bot a növény adataihoz E-mail üzenetek Hőmérséklet- és nedvességérzékelővel, fényellenállással, fejlesztő panellel, stb.

11.609,45 RASP JP SEN AKT

(€ 37,73)

ÚJ

5.042,12

Napi árak - árszint: 28.02.2017

(€16,39)

Havonta kisorsolunk a hírlevél összes előfizetője között egy műszaki érdekességet!

VEGYEN RÉSZT MOST Ź http://rch.lt/Ay

Árak HUF, plusz ÁFA, szállítási díj, reichelt elektronik, Elektronikring 1, 26452 Sande (D)

NEMZETKÖZI FIZETÉSI LEHETŐSÉGEK:

VÁSÁROLJON EGYSZERŰEN ONLINE!

KRE

VELÜN N FEL HÍRLE IRATKOZZO YERJEN! MOST, ÉS N

RASP JP PFLANZE

A bolt nyelvei:

www.reichelt.hu MEGRENDELÉS TELEFONON: +49 (0)4422 955-360

Felelős kiadó: Haddad Richárd Szerkesztőbizottság elnöke: Dr. Bencze János Tagok: Dr. Berta István, Béres József, Günthner Attila, Haddad Richárd, Hatvani György, Dr. Horváth Tibor, Dr. Madarász György, Orlay Imre, Dr. Vajk István, Dr. Varjú György, Vinkovits András Témafelelősök: Automatizálás és számítástechnika: Farkas András Energetika, atomenergia: Hárfás Zsolt, Energetikai informatika: Woynarovich András Energetikai hírek: Dr. Bencze János Oktatás: Dr. Tóth Judit Szabványosítás: Somorjai Lajos Szakmai jog: Arató Csaba Technikatörténet: Dr. Antal Ildikó Világítástechnika: Némethné Dr. Vidovszky Ágnes Villamos fogyasztóberendezések: Dési Albert Villamos gépek: Jakabfalvy Gyula Tudósítók: Arany László, Kovács Gábor, Lieli György Szerkesztőségi titkár: Szeli Viktória Korrektor: Fejér Petra Grafika: Kőszegi Zsolt Nyomda: Innovariant Nyomdaipari Kft. Szeged Szerkesztőség és kiadó: 1075, Budapest, Madách Imre u. 5. III. e. Telephely: 1075, Budapest, Madách Imre u. 5. III. e. Telefon: 788-0520 Telefax: 353-4069 E-mail: [email protected] Honlap: www.mee.hu Kiadja és terjeszti: Magyar Elektrotechnikai Egyesület Adóigazgatási szám: 19815754-2-42 Előfizethető: A Magyar Elektrotechnikai Egyesületnél Előfizetési díj egész évre: 6 000 Ft + ÁFA Kéziratokat nem őrzünk meg, és nem küldünk vissza. A szerkesztőség a hirdetések, és a PR-cikkek tartalmáért felelősséget nem vállal. Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. 1900 Budapest, Tel.: 06-1-767-8262 Index: 25 205 HUISSN: 0367-0708

Hirdetőink / Advertisers

BETTERMANN Kft. · OBO REICHELT · SYSCO-LUXELEKTRONIK Kft. ·

Tartalomjegyzék 2017/3-4

CONTENTS 3-4/2017

Némethné Vidovszky Ágnes dr.: Előszó ........................ 4

Ágnes Vidovszky Némethné: Foreword

Világítás és tudomány

Lighting and Science

Dr. Kolláth Zoltán: Fényszennyezés és egészségkárosítás az OTÉK után .................................... 5

Dr. Zoltán Kolláth: Light pollution and harmful effects to health according to OTÉK

Dézsi Gyula, Andor György, Gál Péter: Radiometriai alapú fotometria a hazai mérésügyben ............................ 6

Gyula Dézsi, György Andor, Péter Gál: Radiometric based photometry in the metrology of Hungary

Innováció

Innovation

Tóth Dávid Noel, Dr. Szabó Ferenc: Emberközpontú világítás vezérlő fejlesztése .................. 10

Dávid Noel Tóth, Dr. Ferenc Szabó: Development of a light controller for human-centric lighting

Hegedüs János, Dr. Poppe András: Közvilágítási lámpatestek karakterizálása: multi-domain LED modellekkel – a LED karakterisztikáktól a lámpatest üzemi fényáramáig ................................................................... 13

János Hegedűs, Dr. András Poppe: Characterization of streetlighting luminaires with multi-domain LED models - from LED properties to hot lumens of the luminaire

Dr. Wenzel Klára, Urbin Ágnes: Színtévesztők a forgalomban ............................................... 22

Dr. Klára Wenzel, Ágnes Urbin: People with colour vision deficiency in the street traffic

Világítástechnika

Lighting technics

Dr. Filetóth Levente: Algoritmikus építészet és világítás tervezés . .................. 24

Dr. Levente Filetóth: Algorithmic Architecture and Lighting Design

Erbeszkorn Lajos: Szemünk, retinánk hosszú-távú védelméről ................... 32

Lajos Erbeszkorn: Long-term protection of our eyes and retina as well

Molnár Károly Zsolt, Nádas József, Jakab Sándor, Varga Zoltán: Egy lámpa fénye nem világít rá annak minden tulajdonságára .......................................................... 34

Károly Zsolt Molnár, József Nádas , Sándor Jakab, Zoltán Varga: The light of a lamp does not show all the characteristics of it

Biztonságtechnika

Safety of electricity

Dr. Novothny Ferenc (PhD), Nádas József: LED és az áramütés elleni védelem .................................... 37

Dr. Ferenc Novothny (PhD), József Nádas: LED and protection against electric shock

Szakmai előírások

Professional regulations

Kosák Gábor: A magyar világítástechnikai szabványosítás 2016-17-ben . .............................................. 40

Gábor Kosák: The Hungarian standardisation of light and lighting in 2016-17

Hírek

News

Dr. Szedenik Norbert: Finisben az IEC 62305 3. kiadása . ........................................ 43

Dr. Norbert Szedenik: 3rd Edition of IEC 62305 will be ready soon

Hegedüs János: Beszámoló a 6. Lumen V4 konferenciáról . ....................... 44

János Hegedűs: Report on the 6th Lumen V4 Conference

Elkészült Szeged Megyei Jogú Város Világítási Mesterterve .............................................................. 46

Master plan for the city lighting of Szeged is ready

LUX EUROPA 2017 . ................................................................... 46

LUX Europe 2017

Dr. Hartmann Bálint: Winter Package workshop a HYPE szervezésében . ...... 47

Dr. Bálint Hartmann: Winter Package workshop organized by HYPE

Pro Lumine Innovatív Világítás Tervezése díj .................. 47

Pro Lumine Prize for Planning Innnovative Lighting

Urbin Ágnes: Beszámoló a VIII. LED Konferenciáról ................................. 48

Ágnes Urbin: Report on 8th LED Conference

Egyesületi élet

Society Activites

Arany László: Hírek Szegedről ............................................ 49

Lászlo Arany: News from Szeged

Nekrológ ................................................................................ 50

Obituary

Kedves Olvasó! Az MEE Világítástechnikai Társasága nevében tisztelettel köszöntöm. Az MEE VTT immár 22 éve működik önálló társaságként az MEE keretein belül, azt megelőzően Szakosztályként, Szakbizottságként tevékenykedett, de mindig az MEE égisze alatt. Társaságunk célja többek között a világítási kultúra terjesztése, az oktatás, tanácsadás, a szakmai érdekek képviselete, szakértői és véleményezési tevékenység. Ennek keretében lépünk most az MEE-tagság elé tematikus lapszámunkkal. Miről is szólhat ez az újság, ha a fő témája a világítástechnika? Természetesen a világítástechnika mai legfontosabb, legalapvetőbb problémájáról, a LED-ről. A LED évek óta annyira izgalomban tartja a szakembereket és a laikusokat, hogy érdemes évente összeülni, konferencián tárni fel a problémákat, a megoldásokat. A téma közérdekűségét mutatja, hogy az idén immár 8. alkalommal rendezte meg a VTT a LED konferenciát. Az első, 2010-ben rendezett konferencia idején a kérdés az volt, hogy hol a helye a LED-nek. Ma az a kérdés, hogy mindenáron LED-esítsünk-e. A válasz még nem egyértelmű. A LED megtalálta a helyét az új berendezésekben, legyen az beltéri vagy szabadtéri, de hangsúlyozni kell az ÚJ berendezést! Ún. zöldmezős beruházásoknál ma már a LED jó választás. Majoros professzor úr már az I. LED konferencia idején azt vallotta, hogy új fényforráshoz új lámpatest kell. Ahogy a fénycső megjelenése idején nem próbálták azt az izzólámpa helyére betenni, hanem lassan, fokozatosan megjelentek – mára már nagyon is szép, dekoratív – lámpatestek, úgy a LED-ek esetén is meg kell konstruálni a hozzá illő lámpatestet és nem szabad bepréselni az új típusú fényforrást a régi köntösbe. Ez pedig csak új berendezés esetén valósítható meg maradéktalanul. Meglévő berendezések korszerűsítésénél, cseréjénél azonban nem ennyire egyértelmű a dolog. Budapesten a BDK körültekintő vizsgálatai egyértelműen kimutatták, hogy nem mindenütt szabad a nátriumlámpát LED-re cserélni. A háztartásokban pedig a könnyű cserélhetőség veszélyeire hívják fel a figyelmet az Óbudai Egyetem oktatói. Tanácsaik, elrettentő példáik úgy vélem, nagyon hasznos olvasmányt jelentenek. Konklúziója ennek is az, hogy szakszerű, a fényforráshoz illesztett lámpatesteket kell használni, laikusok ne barkácsoljanak lámpatestet az internetes videók alapján! Ugyancsak fontos témát feszegetnek az emberközpontú világítás, valamint a szemünk védelméről vagy a színtévesztőkről szóló írások. A fehér LED rövid hullámhosszúságú sugárzásának régóta kérdése: hogyan

A Magyar Elektrotechnikai Egyesület kiemelt támogatói:

befolyásolja/befolyásolhatja napi életritmusunkat, illetve milyen hatása van a retinánkra. Míg az emberközpontú világítás célja, a LED-ekből felépített világítás szabályozásával a természetes világítás utánzása, addig a másik cikk szerzője azzal foglalkozik, hogy a világítástechnika perifériáján elhelyezkedő – de a gyakorlat számára nagyon fontos – elektronikus készülékek („kütyük”, um. telefonok, laptopok, tabletek) háttérvilágításából mely hullámhosszakat kellene száműzni, hogy unokáink se járjanak fehér bottal. A színtévesztők közlekedési problémáira hívja fel a figyelmet a 3. cikk. Társaságunknak nagyon fontos a szabványosítás kérdése, erről szól Kosák Gábor cikke. Társaságunk nemcsak hazai pályán dolgozik, hanem nemzetközi szinten is. A VTT kezdeményezésére indult a LUMEN V4 konferenciasorozat, amely a visegrádi országok világítástechnikusainak ad fórumot. A legutóbbi, immár VI. Lumen V4 konferenciáról is olvashatnak ebben a számban. Ha ez a lapszám és a közölt cikkek, hírek felkeltették érdeklődésüket, kérem, látogassanak el honlapunkra is (www.vilagitas.org), ahol további érdekes cikkeket, híreket találhatnak nemcsak világítástechnikusok, hanem a téma iránt érdeklődők is. A világítástechnika mindenki szem- –akarom mondani – szívügye, hiszen olyan, mint a magyar foci: mindenki ért hozzá. Mindenki tapasztalja a jóságát vagy azt, ha rossz. Ennek fényében szeretnénk „egész népünket nem középiskolás fokon tanítani”, amire példaként említhetem, hogy 2016 szeptembere óta minden hétfőn kora délután a Trend FM rádióban Érczfalvy András beszélget társaságunk tagjaival „FÉNYFORRÁSOK” címen a világítástechnikáról. A műsor eddigi adásai honlapunkról letölthetők. Ugyancsak honlapunkon keresztül is értesülhetnek a szemináriumainkról, amelyek célja egy-egy téma aktualitásainak megvitatása. Minden hónap 2. keddjén tartjuk ezeket az alkalmakat. Legközelebb a „fény szerepe a belsőépítészetben” témát járjuk körül. Száz szónak is egy a vége: a jövő bizonyára a LED-é. De vigyázzunk, hogy az energiamegtakarítás leple alatt ne spóroljunk annyira, hogy elsötétítsük városainkat, községeinket, munkahelyeinket. Ne dőljünk be a reklámoknak, nézzünk utána a dolgoknak, csak megbízható forrásból vásároljunk LED-et is. Jó olvasást, jó rádiózást, hasznos ismeretszerzést, jó szórakozást kívánok. Némethné Vidovszky Ágnes dr. a VTT alelnöke

Világítás és tudomány Dr. Kolláth Zoltán, egyetemi tanár

Fényszennyezés és egészségkárosítás az OTÉK után Az országos településrendezési és építési követelményekről szóló 253/1997. (XII. 20.) Korm.rendelet (OTÉK) négy évvel ezelőtti módosítása1 azt a reményt keltette, hogy előrelépés érhető el a fényszennyezés terén, legalábbis a kirívóan zavaró és tényleges világítási hasznot nem adó megoldások eltüntetésében. A reményt az hozta, hogy a jelenleg is hatályban lévő OTÉK 54. § (2) bekezdése kimondja: „Az építmény megvilágítását, a köz- és díszvilágítást, a fényreklámot és a hirdetőberendezést úgy kell elhelyezni és kialakítani, hogy a fényhatás a) az építmény és a helyiségek, valamint a környezet rendeltetésszerű és biztonságos használatát ne akadályozza, b) a közlekedés biztonságát ne veszélyeztesse, c) az emberi egészséget és a környezetet ne károsítsa, és d) fényszennyezést ne okozzon.” Elég egyértelmű tehát az utalás a fényszennyezésre, így annak definíciója sem maradhatott ki a rendeletből: „Fényszennyezés: olyan mesterséges zavaró fény, ami a horizont fölé vagy nem kizárólag a megvilágítandó felületre és annak irányába, illetve nem a megfelelő időszakban világít, ezzel káprázást, az égbolt mesterséges fénylését vagy káros élettani és környezeti hatást okoz, beleértve az élővilágra gyakorolt negatív hatásokat is.” Sajnos az OTÉK-ból kimaradt a színhőmérséklet, a kék spektrális komponens szabályozása. A nagyvilágban már sok helyütt megértették ennek a problémáját is, egész városok világítását újították fel meleg fehér, vagy akár borostyánszínű fényforrásokkal. Biológiai óránkat a környezet természetes fényváltozásai szinkronizálják. A lemenő Nap fénye vörösebb, alkonyatkor melegebb színű fény vesz körül bennünket. A hideg fehér világítás ennek pont ellentétesen halad – késlelteti az egészségünk megőrzéséhez és a nyugodt pihenéshez szükséges melatoninhormon termelését. Az eltelt négy év elegendő ahhoz, hogy megvizsgáljuk, milyen hatása volt az OTÉK módosításának. Sajnos nem igazán érezhető javulás a fényszennyezés terén. Még mindig megjelennek a jogszabálynak egyértelműen nem megfelelő „diszkófények”, de folyamatosan telepítik a járdasíkba sül�-

lyesztett fényvetőket is – egyre növekvő fényárammal. A legszomorúbb talán az, hogy sokszor vezető mérnökök, építészek és döntéshozók sincsenek tisztában az OTÉK tartalmával. Ezért is érdemes egy kicsit kivesézni, hogy miért is kerülendő – az OTÉK szerint is –, ha a talaj síkjából fölfelé világítunk. • Ezekkel az eszközökkel gyakorlatilag elérhetetlen az a kritérium, hogy ne világítsunk a horizont fölé. A járda vagy a talaj síkjából fény egyedül fölfelé, azaz a horizont fölé irányulhat. Ez optikai, geometriai tény. Elvileg valamit javíthat ezen a problémán az, ha valami elállja a fény útját, még mielőtt az égbolt felé távozna. De az esetek jó részében jóformán csak az arra járók, egy-egy cipőtalp az, ami időszakosan ernyőzi a fényt. De azokban az esetekben, amikor tereptárgyat vagy épületet világítanak meg ezzel az eszközzel, akkor sem igazán találkoztunk olyan megvalósult elrendezéssel, amikor a fény jelentős része ne lenne fényszennyező. A fény egyenes vonalban terjed, ez ellen nem tehetünk. • Különösen a nagyobb teljesítményű berendezések erősen kápráztatóak lehetnek. Nem abszurd az, amikor a lépcső mellett találunk ilyen fényvetőt, vagy akár az akadálymentesítést szolgáló rámpa kellős közepén? Nem gondolt arra a tervező, hogy balesetet okozhat azzal, hogy az akadályt jelentő tereptárgyak látását nehezíti meg? Mégis megtették több esetben is. A rontó káprázás sok esetben olyan mérvű, hogy határozott diszkomfortot okoz. Egyértelműen megjelenik ezekben az esetekben a közlekedés biztonságának veszélyeztetése is. • Gyakran találunk sétálóutcákban ilyen fényvetőket – előfordul az az extrém eset, amikor semmit sem világít meg, csak „szépnek” gondolta a tervező. Még szélsőségesebb az óvoda udvarán díszvilágítás céljából megjelent berendezés. Itt még egy dolgot meg kell gondolni. A fényforrásként használt LED nagyon kis méretű, ezért a fénysűrűsége nagy. Kisgyermekkorban a szem és a retina érzékenyebb, mint felnőttkorban. Nem tudjuk, hol az a határ, amikor az erős fény akár problémát is okozhat. Ne feledjük, éppen a kisgyermekek nézik sokszor szinte közvetlenül közelről ezeket a lámpákat. Jogosan merülhet fel akár az emberi egészség károsítása is. A rendelet, azaz a törvény szavát értelmezve kapásból négy pontban találtatott bűnösnek a talajszintbe épített fényvető, vagyis mindazok, akik ezen esetek létrejöttében közreműködtek. Miért hagytuk, hogy így legyen? Ne feledjük el azt sem, hogy ezek a megoldások alapvetően rossz példát mutatnak. Ha a városok vezetése által is üzemeltetett középületek, parkok és közterületek egyértelműen a jogszabállyal ellentétes fényeket kapnak, hogy magyarázzuk meg bárki másnak, hogy okosabban kellene világítani?

211/2012. [VII. 30.] Korm.rendelet; Magyar Közlöny 2012; érvénybe lépett: 2012. augusztus 7-én

1

Dr. Kolláth Zoltán, egyetemi tanár

felhívás 2017-ben immár 48. alkalommal kerül megrendezésre a Közvilágítási Ankét. Ebben az évben a helyszín Mezőkövesd – Zsóri fürdő. Időpont: 2017. május 18 – 19. Jelentkezéssel és további információkkal a Világítástechnikai Társaság honlapja, a www.vilagitas.org szolgál

5

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Dézsi Gyula, Andor György, Gál Péter

Radiometriai alapú fotometria a hazai mérésügyben Az SI egyik alapegységét, a kandelát 1992 óta Magyarországon 3 db standard fotométer testesítette meg. A fotométert V(λ)-ra illesztett Si fényelem, precíziós apertúra, műveleti erősítő alkotta, amelyek 0,8% kiterjesztett mérési bizonytalansággal rendelkeztek. 2012 óta 3 db új fotométer került beszerzésre, amelyeknél a műveleti erősítőt árammérő helyettesíti. Az új standard fotométerekkel a kiterjesztett mérési bizonytalanság 0,68%-ra javult. One SI base unit, the candela, has been realized in OMH Hungary since 1992 as a group of three photometers. They consist of a V(λ) fitted Si photodiode with a precision aperture and an operational amplifier. Their calibration had a 0,8% expanded uncertainty at k=2 level. Since 2012 three new photometers have been bought where the photocurrent was measured with a commercial current meter. The new standard photometers have an expanded uncertainty of 0,68% at k=2 level.

A kisebb nemzeti laboratóriumok számára elérhető, megvalósítható megoldást jelentett a szilícium-fényelemek fizikájának magas szintű tudományos megismerése alapján kialakult módszerek alkalmazása, valamint a kitűnő gyártástechnológiával előállított megfelelő szilícium-fényelemek beszerezhetősége. Elérhetővé váltak olyan fényelemek, melyek meghatározott hullámhossztartományban jó közelítéssel egységnyi belső quantumhatásfokkal rendelkeznek. A fényelem felületi reflexiójának ismeretében a fényelem külső quantumhatásfoka számítható. A fényelemek merőleges beesés melletti reflexiómeghatározása céljából létrehoztunk egy berendezést [8]. A merőleges beesés melletti reflexió ismeretében a fényelem külső quantumhatásfoka, abszolút érzékenysége meghatározható. Az inverziós rétegű szilíciumfényelem linearitási problémái miatt csak igen kis teljesítményű sugárzások esetén alkalmazható, ezért az OMH számítógép-vezérelt, automatikus működtetésű spektrál komparátorán más fényelemekre, Hamamatsu S1227-1010, valamint S1337-1010 származtattuk át a kapott abszolút spektrális érzékenységi értékeket. A spektrál komparátor elvi felépítése az 1. ábrán látható.

1. Bevezetés A kandela az SI (Systéme Internationale) egyik alapegysége, amelyből a többi fotometriai mennyiség leszármaztatható. Az OMH-ban (Országos Mérésügyi Hivatal) 1992-ig Magyarország fényerősség-etalonját a BIPM-ben (Bureau International des Poids et Measures – Nemzetközi Súly és Mértékügyi Hivatal) a feketesugárzóra alapozott fényerősségskáláról leszármaztatott 6 db Osram Wi 41/G gáztöltésű wolfram lámpacsoport képezte. A CGPM (Conférence Générale des Poids et Measures – Általános Súly és Mértékügyi Konferencia) 1979-ben újra definiálta a kandelát, elfogadta és bevezette a Km = 683 lm/W, a maximális spektrális fényhasznosítási értéket fotopos látás esetére [1]. A definíció alapján 1 kandela az a sugárzás, melynek hullámhossza 555 nm, és 1 steradián térszögben 1/683 W teljesítményt ad. Az új definíció alapján különböző módszerekkel lehetőség nyílik a kandela leszármaztatására radiometriai mennyiségekből. Több laboratórium szobahőmérsékleten működő elektromos helyettesítéses radiométert használt az új definíció szerinti megvalósításra. Ezek az összehasonlító mérések azonban ±1% eltéréseket mutattak. Más laboratóriumok, a félvezető tudományok magas szintjét, valamint a szilíciumfényelemek igen kitűnő gyártástechnológiáját kihasználva a szilícium-fényelemek önkalibrációs technikáját alkalmazták [2, 3, 4]. Más megoldás a 100% belső quantum hatásfokú ablak nélküli diódákkal felépített reflexiós (QED-100, QED200), illetve transzmissziós trap detector (csapda detektor) [5], amely kiküszöböli a fényelemek felületi reflexiója által okozott veszteségeket. Jelenleg a világ élvonalába tartozó Nemzeti Intézetek cryogenic radiométert (folyékony He, -5 K hőmérsékleten működő elektromos helyettesítéses elven működő radiométer) alkalmaznak a fényelemek abszolút spektrális érzékenység meghatározására. Erre példa a NISTben (National Institute of Standard and Technology) megvalósított cryogenic radiométer [6], amely alapját képezi a NIST fotometriai skálája megvalósításának [7].

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

1. ábra 1 Fényforrás, 2 Leképző optikák, 3 Sík tükrök, 4 Hullámhosszállító, 5 Kettős rácsos monokromátor, 6 Fényszaggató, 7 Szűrőváltó, fényzár, átképző optika, 8 Off-axis parabolatükör, 9 Sugárosztó, 10 Standard, illetve kalibrálandó detektor, 11 Monitordetektor A belépőrésre képzett fényforrás Hilger & Watts kettős rácsos monokromátoron keresztül jut a mérőkamrába. A mérőkamra előtt a felharmonikusok levágására szolgáló szűrőváltó, fényzár, leképző optika van elhelyezve. A mérés monitordetektoros módszerrel történik, amely a fényforrás instabilitása által okozott mérési bizonytalanságot csökkenti. A kettős monokromátor belső rése elé egyedileg beépített fényszaggató került, amely lehetővé teszi más méréseknél (pl. besugárzott teljesítménymérés) a fázisérzékeny detektálás lehetőségét (lock-in amplifier). Természetesen ebben az esetben a monokromátor belépőrése elé kis méretű fotométer gömb kerül. Az OMH spektrális érzékenységi skálája a szilícium-fényelem önkalibrációs módszerére (PQE-method, Predictable Quantum Efficiency), valamint a NIST-nél a MAKA (MagyarAmerikai Közös Alap) elnyert pályázatok révén eltöltött idők alatt szerzett tapasztalat alapján megvalósított trap detektorra (csapda detektor) [5] alapozódik. A fénycsapda elvi felépítése a 2. ábrán látható. A detektorba a fény 54,74° alatt lép be a 6 fényelemet tartalmazó detektorházba. A fényelemek egy egyenlő oldalú, a belépő fénysugárhoz 54,74° szögben elhelyezkedő palást oldallapjain helyezkednek el. Az elméletileg számított belépési szög kiküszöböli

6

Világítás és tudomány

a trap detektor polarizációfüggését a belépőfény szempontjából. Szükség esetén a kilépőoldalt a kimenőoldalról érkezhető zavaró fénytől el kell zárni, illetve fényelnyelő feltéttel kell ellátni. A transzmissziós trap detektor (OMH#1) jelenleg is használatban van. A belépő fénysugár csak a 6. reflexió után lép ki a detektorházból, így a reflexiós veszteség 0,04% alatt van.

ahol P(λ) (W) a spektrális teljesítményeloszlás, V(λ) a spektrális láthatósági függvény, G (A/V) az áram-feszültség konverter erősítése, Km (683 lm/W) a maximális fényhasznosítás értéke, Ccf a színkorrekciós tényező. Ha az apertúra területe A (m2) ismert, a fotométer-megvilágítás érzékenysége az alábbiak szerint adható meg: (2) ebből a (3) összefüggés alapján adható meg a fotométerfényerősség érzékenysége: (3) ahol d(m) a fotométer apertúrája és a fényforrás közötti távolság, U(V) a fotométer kimenő feszültsége.

2. ábra A NIST 1986-ban összehasonlító méréseket szervezett és vezetett [9] a sugárzott optikai teljesítmény mérés területén 633 nm és 488 nm hullámhosszokon, amelyben 11 Nemzeti Metrológiai Intézet vett részt. A mérési eredmények kitűnő eredményt mutattak az OMH vonatkozásában, ami áttételesen igazolta tükrös reflexiómérőnk megfelelő mérési képességét is. Hasonlóan kitűnő eredményt hozott a spektrális érzékenységmérés területén a CCPR által 2000-ben szervezett kulcs-összehasonlító mérés [10] is. További összehasonlító mérések [13, [14] is megerősítették az általunk végzett munka eredményességét. 1992-ben 7 db precíziós fotométert hoztunk létre, amelyekből minősítő mérések alapján 3 db-ot választottunk ki, melyek 2012-ig képezték Magyarországon a detektor alapú fényerősség országos etalonját. A továbbiakban a korábbi, mintegy 25 évig működő műveleti erősítős precíziós fotométerek, valamint a 2012-ben megvalósított új standard fotométerek felépítésére, mérési paramétereinek ismertetésére kerül sor.

2. Áram-feszültség konverteres standard fotométerek Hét elkészített fotométer közül 3-at választottunk ki az ellenőrző mérések alapján. Ezek képezték az OMH detektor alapú fényerősség etalonját. A fotométerek hőmérséklet-stabilizált, 32 °C ± 0,1 °C, házban elhelyezett V(λ) illesztéssel ellátott Hamamatsu-1010BQ fényelemet, Burr-Brown áram-feszültség konvertert és 0,1 cm2 felületű precíziós apertúrát tartalmaznak. Az elemek hőmérsékletfüggése [11] miatt hőmérsékletstabilizációt alkalmaztunk. Az OMH-ban használt fotometriai mérések hasonlóak az előzőekben idézett, részletesen leírt [7] módszerhez. A fényelem abszolút spektrál érzékenységét S555 (A/W) 555 nm-nél ismerve, valamint az 555 nm-re viszonyított relatív érzékenységét s(λ) meghatározva a fotométer érzékenysége Rvf (V/lm)

(1)

7

Az S555 spektrális érzékenység és a Ccf a színkorrekciós tényező értékeit a spektrál komparátoron határoztuk meg. A fényelemek spektrális érzékenységét apertúra nélkül a fényelem közepén 4 mm átmérőjű fénynyalábbal világítottuk meg. A méréseket 380-800 nm hullámhossztartományban 5 nm-es lépésekben végeztük el. A kalibrálás mérési eredményeit az 1. táblázat tartalmazza. A mérések után a referenciafényelemeket visszahelyeztük a csapda detektorba, illetve a QED-be, melynek bizonytalansága 0,3%. 1. táblázat A standard fotométerek mérési eredményei Mért Fotométer#3 Fotométer#8 Fotométer#10 mennyiség S555 [A/W]

0,16327

0,1912

0,1474

Ccf

0,9979

1,0016

0,9977

A [cm2]

0,10036

0,10030

0,10000

G [A/V]

10-7

10-7

10-7

Rvf [V/lm]

2385,5

2803,9

2153,2

Rvi [mV/lx]

23,941

28,123

21,532

Továbbiakban ellenőriztük a CIE A fényforrás használatával a fotométerek infravörös sugárzásra való érzékenységét, ami 0,04%-nál kisebbnek bizonyult. Az áram-feszültség konverter minden méréshatárában külön kalibráltuk. A precíziós apertúrák átmérőjét/területét az OMH Mechanikai Mérések Laboratóriumában mérőmikroszkóppal határoztuk meg. Az OMH SIP CMM5 típusú háromkoordinátás univerzális mérőrendszerével, valamint a NIST mérőrendszerével összehasonlító mérést végeztünk egy precíziós 25 mm-es apertúrán. Az ös�szehasonlító mérések 0,1%-nál kisebb eltérést mutattak. A Ccf a színkorrekciós tényezőt CIE A fényforrásra határoztuk meg. A CIE No. 69 publikációjában ajánlott formula – f1’ – alapján meghatároztuk a standard fotométerek spektrális illesztési jóságra jellemző értékeket, amelyek f1’=1,73, f1’=1,59 és f1’=1,90 értékre adódtak. A vizsgálataink azt mutatták, hogy a Ccf lineárisan változik a 2500–3300 K hőmérséklet-tartományban. A változás ~–0,04%100 K értékű a feketesugárzó hőmérséklet-növekedésre. A fotométerekben hasonló fényelemeket használtunk, mint a NIST, amelyek kitűnő linearitást mutattak a (10-11 ÷ 10-4) A fotoáram-tartományban. Az OMHban külön linearitási méréseket nem végeztünk. A referencia-fotométerek mérési bizonytalanságának ös�szetevőit a 2. táblázat tartalmazza.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

2. táblázat A standard fotométerek mérési bizonytalanságának becslése (megvilágításra) Bizonytalansági összetevők

Relatív standard bizonytalanság (k=1) „A” típusú

S555

Ccf A

0,35% 0,10%

Színkorrekciós tényező

0,10%

Aperture terület

0,10%

Standard bizonytalanság, u

Rv,i= A. Rv,f (A/lux)

„B” típusú

Spektrális érzékenységi skála Fotométer összehasonlítása a skálával

A 4. képletben szereplő mennyiségek magyarázata a 2. fejezetben leírtakkal egyezik. A fotométer A belépő apertúra területének ismeretében és a mért Rv,f fényáram-érzékenységből a fotométer Rv,i megvilágítás érzékenysége számítható:

0,39%

A fényerősségskála megvalósítását szolgáló standard fotométerek kiterjesztett mérési bizonytalansága: U = k * u= 0,8%, (k=2) A fényerősség-kalibráció fotométerpadon helyettesítéses elven vagy a távolságtörvény alkalmazásával végezhető el. A kalibrálás végrehajtása során stabil tára lámpákra van szükség. A detektor alapú fotometria megvalósítása jól koordinált csapatmunka volt. A témavezető, a reflexiómérő és a spektrál komparátor tervezési, beállítási munkáit Dézsi Gyula, az ös�szehasonlító méréseket, a kiértékeléseket, a témát érintő több elméleti munkát Andor György, a precíziós fotométer elektronikus tervezését és a reflexiómérő számítógépes programozását Fillinger László, a fotométerek fizikai megvalósítását Szögi Antal, az összetett, precíz mechanikai kivitelezési munkákat Zsiga István, a csapda detektor (OMH#1) beszabályozását Simeta György Dézsi Gyulával közösen végezte.

3. A jelenlegi fotometriai alapegység megvalósítása

(5)

Az etalon fotométerek tulajdonképpen abszolút kalibrált megvilágításmérők. A fényerősség etalonlámpák l fényerősségét a lámpától d távolságban elhelyezett fotométerrel mért U feszültségből a következő képlet szerint számíthatjuk: (6) A fotométerek abszolút kalibrációját tehát az Rv,i megviláFotó: Hárfás Zsolt gítás érzékenységének meghatározása jelenti. 3.2. A spektrális érzékenység és az áram-feszültség átalakító együttes mérése A fotométerekről eltávolítottuk a precíziós apertúrát és a spektrális érzékenységmérést a detektor közepén 2 nm-es lépésekben a 380-760 nm-es hullámhossztartományban, 3-5-ször ismételve végeztük el. A fényelemek áramát Keithley Picoammeterrel kiegészítve kalibráltuk a spektrál komparátor műveleti erősítővel ellátott referenciadetektorához képest. A mérést 23 °C ± 1 °C-on végeztük. A fényerősség etalonlámpák a nemzetközi ajánlás szerint 2800 K korrelált színhőmérsékletűek, így a standard fotométerek Ccf színkorrekciós tényezőjének értékét erre számítottuk. A mért S(λ) érzékenységi értékek normálásával meghatároztuk az s(λ) relatív spektrális érzékenység értékeit és a 7. képlet használatával számítottuk ki a színkorrekciós tényezőt, melynek értékeit a III. táblázat tartalmazza (7) 3. táblázat Színkorrekciós tényezők

Az OMH 2007. 01. 01. óta az MKEH szervezetében (Magyar Kereskedelmi Ellenőrzési Hivatal) Metrológiai Hatósága keretében, jelenleg pedig Budapest Főváros Kormányhivatala Metrológiai Műszaki és Felügyeleti Főosztálya keretében végzi a hazai metrológiai tevékenységeket. A mintegy 25 éven keresztül használt fotométerek illesztő­ szűrőinek ragasztása tönkrement, cseréjük szükségessé vált. Új, kitűnő műszaki paraméterekkel rendelkező standard fotométerek alkalmazására volt szükség. Jelenleg az országos etalont 3 db, a LightingMetrics Kft. által gyártott Det4-2ADCX-E típusú V(λ) illesztett fotométerből (MKEH#401; MKEH#402; MKEH#403) álló etaloncsoport alkotja. 3.1. A fotométerek alapmérésének elve A fotométer alapú fényerősségskála-megvalósítás a 2. fejezetben leírtakkal azonos módon történt. Eltérés, hogy a régi fotométerekben használt műveleti erősítő helyett a fényelemek rövidzárási áramát Keithley Picoammeterrel mérjük. Így a fotométerek Rv,f fényáram-érzékenysége a radiometriai mérésekből kapott eredmények alapján a következőképpen számítható: (4)

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Fotométer jele

Ccf színkorrekciós tényező

Mérés szórása (k=1)

Skála

MKEH #401

0,9977

0,03%

0,1%

MKEH #402

1,0019

0,04%

0,1%

MKEH #403

0,9972

0,03%

0,1%

3.3. Az apertúrák területmeghatározása A standard fotométerek érzékenységének meghatározásánál az apertúrák területét a gyártó által megadott Φ7,000 ± 0;005 mmes értékkel számítottuk. A#401=A#402=A#403=0,000038485 [m2]. 3.4. Mérési eredmények 3.4.a. Fotométerek spektrális érzékenységmérése Mértük mindhárom fotométer spektrális érzékenységét a 380-760 nm-es hullámhossztartományban, 5 nm-es lépésekben 3-3-szor úgy, hogy a mérések között a fotométert elforgattuk 120-120 fokkal. Arra is ügyeltünk, hogy a 3 mérés ne egy napon történjen. A mérésekhez használt referenciadetektor az OMH által egyedileg gyártott transzmissziós trap detektora (OMH#1), amely a 2001-es CCPR K2b körmérésnél is az általunk használt etalon volt. Az

8

Világítás és tudomány

eredmények értékeléséhez meghatároztuk a spektrális érzékenységmérésnél használt áram-feszültség átalakító értéket, amely G etalon berendezés=0,00000001000 A/V értékűre adódott. 3.4.b. A fenti mérések alapján a standard fotométerek számított Rv,i megvilágítás érzékenységét a 4. táblázat tartalmazza 4. táblázat Rv,i megvilágítás érzékenysége

Mérés bizonytalansága

µA/lx

k=1

MKEH #401

0,008019

0,34%

MKEH #402

0,007751

0,35%

MKEH #403

0,008083

0,34%

Fotométer jele

A gyakorlati életben a megvilágítási érzékenység reciprokát szokták használni: 1/Rv,i megvilágítás érzékenysége

Mérés bizonytalansága

lx/µA

k=1

MKEH #401

124,7

0,34%

MKEH #402

129,0

0,35%

MKEH #403

123,7

0,34%

Fotométer jele

4. A standard fotométerek mérési bizonytalanságának számítása

Irodalomjegyzék [1] CGPM, Comptes Rendus des Séances de la 16e Conferénce Génerale des Poids et Measures, BIPM, 1979, F-92310 Sévres, France (1979). [2] GEIST J., „Quantum Efficiency of the p-n Junction in Silicon as an Absolute Radiometric Standard”, Appl.Opt. 18 (1979), p. 760-762. [3] ZALEWSKI E. F. and GEIST J.: „Silicon Photodiode Absolute Spectral Self-Calibration”, Appl.Opt., 19 (1980), p. 1214-1216. [4] Numerical Modelling of Silicon Photodiodes for High-Accuracy Applications Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol. 96, p. 463-492. GEIST J.,HOROWITZ D.Ch.,ROBINSON A.M., JAMES C.R.: Part I: Simulation Programs.. GEIST J, KÖHLER R, GOEBEL Rl,ROBINSON A.M, JAMES CR: Part II: Interpreting Oxide-Bias Experiments GEIST J, ROBINSON A.M., JAMES C.R., Part III: Interpolating and Extrapolating Internal QuantumEfficiency Calibrations. [5] LEHMAN J.H., CROMER C.L.: „Optical tunnel-trap detector for radiometric measurements”, Metrologia, 2000, 37, p. 477-480. [6] GENTILE T.R., HOUSTON J.M., HARDIS J.E., CROMER C.L., PARR A.C.: National Institute of Standards and Technology “High-accuracy cryogenic radiometer, Appl.Opt., 35, p. 1056, 1996. [7] CROMER C.L., EPPELDAUER G., HARDIS J.E., LARASON T.C., PARR A.C.: National Institute of Standards and Technology Detector Based Photometric Scale, Applied Optics, 32, p. 2936., 1993. [8] DÉZSI Gy., ANDOR Gy., FILLINGER L.: Measurement of Specular Reflectance at Normal Incidence, Hungarian Scientific. Instruments, 64, 27-33, 1988. [9] THOMAS DB: An International Comparison of Absolute Radiant Power Measurement Capabilities, Journal of Research of the NIST, 95, 525-531, 1990. [10] KÖHLER R, GOEBEL R, PELLO R.: Report on the International Comparison of Spectral Responsivity of Silicon Detectors, Document CCPR/99-04, 1999. [11] ANDOR Gy: Temperature dependence of high accuracy photometer heads, Applied Optics, 28-22, 4733-4734, 1989. [12] FOWLER J.B., DEZSI G.: „High accuracy Measurement of Aperture Area Relative to a Standard Known Aperture”, Journal Research of National Institute of Standards and Technology, 100-3, p. 277-283, 1995. [13] SAUTER G, LINDNER D, LINDEMANN M: CCPR-Key Comparison of Luminous Intensity and Luminous Flux Units with Lamps as Transfer Standards, Report-Draft B-, CCPR99-06. [14] KŐHLER R., STOCK M., GARREAU C.: CCPR-Key Comparison of Luminous Responsivity, Report-Draft B-, CCPR/99-02.

Az új standard fotométercsoport mérési bizonytalanságának becslése az 5. táblázatban található. 5. táblázat A mérési bizonytalanság forrása

„A” típusú k=1

„B” típusú k=1

Fotométer spektrális érzékenysége 555 nm-en

0,03%

0,25%

Színkorrekciós tényező

0,03%

0,1%

Áram-feszültség átalakítás

0,01%

0,1%

Apertúraterület

–

0,15%

Standard bizonytalanság, u

Dézsi Gyula

[email protected]

Andor György

[email protected]

0,34%

A fényerősségskála megvalósítását szolgáló új kialakítású standard fotométerek kiterjesztett mérési bizonytalansága: U = k * u= 0,68%, (k=2) Az új standard fotométereken a méréseket 2011. 07. 08. és 2012. 11. 26. között az OMH spektrofotometriai laboratóriumában Andor György és Gál Péter végezte.

9

Gál Péter

[email protected]

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Innováció Tóth Dávid Noel, Dr. Szabó Ferenc

Emberközpontú világításvezérlő fejlesztése Az emberközpontú világítás célja, hogy a modern fényforrásoktól elvárt tulajdonságok mellett javítsa az emberek közérzetét, illetve támogassa az emberek napi életritmusát meghatározó cirkadián rendszer helyes működését. Az emberközpontú világítás munkahelyi bevezetésével csökkenthető a természetes fény hiányából adódó egészségügyi kockázat. A veszprémi Pannon Egyetem Fény- és Színtan Kutatólaboratóriumában elvégzett fejlesztés eredményeként egy munkahelyi alkalmazásra készült megoldás valósult meg. Az alkalmazott négyfajta (kék, zöld, vörös, fehér) LED segítségével a fény színképi összetétele különféle vizuális szempontok szerint, illetve a megfelelő hullámhosszúságú kék LED-nek köszönhetően a cirkadián rendszer támogatására is optimalizálható. The main goal of human-centric lighting besides having the expected properties of modern light sources is to improve the comfort feeling of the users and to support the proper function of the circadian system, which controls our daily biorhythm. The health risks caused by the disruption of the circadian rhythm through the absence of natural light could be reduced by the introduction of human-centric lighting at workplaces. A lighting solution had been developed for this objective at the Light and Colour Science Research Laboratory of the University of Pannonia in Veszprém. The four types of LEDs (red, green, blue and white) have been carefully chosen to allow the optimization of the output spectrum by various visual objectives. Due to the wavelength of the included blue LEDs it can be used to support the circadian system.

felelő intenzitású és színképi eloszlású fényt. Az emberközpontú világítás megvalósításához szükséges egy intelligens vezérlőeszköz alkalmazása is, amely felhasználói beavatkozás nélkül is képes a beállított világítási módokat megvalósítani. 1.2. A cirkadián rendszer Az emberközpontú világítás tervezésekor fontos szempont a cirkadián rendszer helyes működésének támogatása. Ez a „belső óra” szabályozza ugyanis az alvás-ébrenlét ciklusunkat, működésében pedig nélkülözhetetlen szerepe van a fénynek. Az elnevezés a latin „circa” – kör –, illetve „diem” – nap – kifejezésekből származik. A cirkadián rendszer „központi órája” az agyban, azon belül a hipotalamuszban található, úgynevezett szuprakiazmatikus magcsoport (SCN). Ez a hormonrendszer segítségével időzíti a teljes szervezet működését. Az SCN egy ösztönös, nagyjából 24 órás periódusidővel rendelkezik. A ciklus pontos időtartama igazodik a Föld tengely körüli forgásából adódó világos-sötét ciklusokhoz. Ennek megzavarása, például egy több időzónán átívelő repülőút, rövid távon is negatív következményekkel (pl. fáradékonyság, koncentrációs képesség romlása) jár. A világos-sötét napszakokat a retinán található, melanopsin fotopigmentet tartalmazó retinális fényérzékeny ganglionsejtek (röviden ipRGC) érzékelik [2]. Ezek jele nemcsak a látóközpontba, hanem közvetlenül az SCN-be is kerül. Az SCN kapcsolatban van más agyterületekkel, például a tobozmiriggyel. A tobozmirigy segítségével képes az ipRGC-k jele alapján szabályozni a vérbe jutó melatonin-, illetve kortizolhormonok szintjét. A melatoninhormon hatására csökken az éberség, nő a reakcióidő, a szervezet felkészül az alvásra. A kortizol ezzel ellentétes hatást vált ki, fokozza az éberséget és a teljesítőképességet, valamint csökkenti a reakcióidőt. A melanopsin fotopigment elnyelési maximuma 460  nm480 nm között található, emiatt az ipRGC-k is az ilyen hullámhosszúságú fényre a legérzékenyebbek [3, 4].

1. BEVEZETÉS 1.1. Motiváció A Föld élővilága a nappalok és éjszakák váltakozásához alkalmazkodva fejlődött ki. Kezdetben ez a folyamatos napi ciklus határozta meg életünket. A mesterséges fényforrások megjelenése után azonban lehetőség nyílt a nappali elfoglaltságok folytatására az esti, éjjeli órákban. A múlt században az elektromos fényforrások hatásfoka már lehetővé tette a hatékony éjjeli világítást, ennek köszönhetően általánosan elterjedtté vált az éjszakai munkavégzés is. Az utóbbi években számos kutatás irányult annak vizsgálatára, hogy milyen egészségkárosító hatásai vannak a természetes napi életritmustól való eltérésnek. Lehetséges következményként rövid távon alvászavarokat, álmatlanságot, hosszabb távon depressziót, illetve daganatos megbetegedéseket is felsoroltak [1]. E kockázatok elkerülésére kínál megoldást az emberközpontú világítás, mely interdiszciplináris kutatások figyelembevételével próbál az emberi szervezet számára optimális világítást biztosítani. Ehhez ideális tulajdonsággal bírnak a korszerű LEDfényforrások. Az ilyen célra alkalmazható lámpatestekben általában különféle színű és/vagy technológiájú LED-ek csoportosan, vagy akár függetlenül vezérelhetők, ezek számától és színképétől függően keverhetjük ki az adott célnak meg-

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

1. ábra Az ipRGC színképi érzékenysége Ennek köszönhetően a megfelelő hullámhosszúságú LEDeket tartalmazó hangolható lámpatest segítségével az elérni kívánt cirkadián hatás kiváltására optimalizált fényt is előállíthatunk.

2. A CIRKADIÁN HATÁS SZÁMSZERŰSÍTÉSE A cirkadián rendszer megfelelő működését segítő világítás megtervezéséhez szükséges egy olyan mennyiség bevezetése, amivel lehetséges a fény által kiváltott cirkadián hatás számszerűsítése. Erre használható az úgynevezett circadian light (CL) mennyiség [5]. Ez egy számmal jellemzi a cirkadián rendszer válaszát az adott intenzitású és színképi összetételű fényre. A mennyiség egyfajta színképfüggő súlyozása a be-

10

Innováció

sugárzásnak, mértékegysége W/m2. Ennél valamivel egyszerűbben használható a cirkadián luxnak (CLA) nevezett men�nyiség [5], amely az adott színképi teljesítményeloszlású fény CL-értékét egy izzólámpa (CIE A fényforrás) által a retinán létrehozott 1000 lux referencia megvilágítás CL-értékéhez arányosítja. Ennek az arányosításnak a következményeként ez a mennyiség azt mutatja meg, hogy az adott fény élénkítő hatása mekkora – izzólámpával létrehozott – retinamegvilágítással egyenértékű.

− Egyszerű felépítés − A lehető legkisebb gyártási költség − Szabványos megoldások használata − A rendszer legyen könnyen beállítható − Beüzemelés után felhasználói beavatkozás nélkül üzemeljen − Ne jelentkezzenek a felhasználót zavaró hatások − Többféle munkakörnyezetben is alkalmazható legyen − A működés közben előforduló esetleges áramszünetek ne okozzanak zavart a működésben A megvalósításhoz egy négycsatornás, hangolható, LED-es fényforrás készült.

2. ábra Mesterséges fényforrások színképi összetétele Mesterséges statikus világítás esetén a fény színképi összetétele állandó, ennek következtében annak CLA-értéke is. Ha a különböző fényforrások egyszerű összehasonlíthatósága érdekében az általuk a retinán létrehozott, 1000  lux megvilágítást vizsgáljuk, akkor a CLA-érték számítási módjából adódóan izzólámpa esetében pontosan 1000, fénycsövek esetében ennél tipikusan kisebb (600-800), LED-es világítótestek esetében színképi összetételtől függően különböző. A földfelszínt elérő napfény színképi összetétele ezzel ellentétben napszaktól, felhőzettől, légköri viszonyoktól függően folyamatosan változik, emiatt a hozzá tartozó CLA-érték sem állandó.

3. ábra Napfény színképi összetétele Az emberközpontú világítás megtervezése során a fő tervezési szempont ennek a jelenségnek a reprodukálása mesterséges világítás segítségével, az optimális cirkadián hatás érdekében.

3. EMBERKÖZPONTÚ VILÁGÍTÁS FEJLESZTÉSE A rendszer tervezésekor számos követelményt kellett figyelembe vennünk. A cél egy olyan emberközpontú világítást megvalósító világítótest és vezérlőeszköz kifejlesztése volt, ami a meghatározott „világítási sarokpontok” között biztosít a felhasználó számára a munkavégzés közben észrevétlen, folytonos átmeneteket. A tervezés során ezenfelül az alábbi követelményrendszert tartottuk szem előtt:

11

4. ábra A hangolható lámpatest csatornáinak színképe A kék csatornát alkotó LED-típus úgy került kiválasztásra, hogy a csúcs hullámhossza közel legyen a cirkadián rendszer érzékenységi maximumához annak érdekében, hogy a cirkadián rendszert segítő világítást a leghatékonyabban lehessen megvalósítani az elkészült eszközzel. A kék LED-csatorna mellé került a minden beállítás mellett tökéletes színminőséget eredményező dinamikus fehér fény kikeveréséhez egy zöld, illetve egy vörös LED-eket tartalmazó csatorna, valamint a lámpatest összfényáramának növelésére egy megfelelő színképi tulajdonságú fényporos fehér LED-et tartalmazó csatorna. A lámpatesthez készült egy intelligens világítás vezérlő eszköz is, amely a lámpatest belsejében kapott helyet. Ennek feladata, hogy felhasználói beavatkozás nélkül, az idő függvényében megvalósítsa a folytonos átmeneteket az előre megadott világítási beállítások között. A rendszert jelenleg egy ablakok nélküli, zárt összeszerelő üzemcsarnokban teszteljük. A munkahelyi alkalmazás miatt jelenleg az átmenetek a két műszakos munkarendhez igazítva játszódnak le, a három meghatározott világítási beállítás (reggeli élénkítő fény, napközbeni neutrális fény, esti nyugtató fény) közt. A dolgozók életritmusát munkavégzés közben objektív módon aktigráfokkal, szubjektív módon pedig kérdőívek segítségével folyamatosan monitorozzuk. 1. táblázat A világítás jellemzőinek összehasonlítása Beállítás neve

CCT [K]

duv

Ra

CLA

Napfény (D65)

6504

0,0032

100

2036

élénkítő fény

6450

0,003

84

1841

neutrális fény

4217

-0,0003

85

1030

nyugtató fény

2857

-0,0001

95

847

LED-cső

4442

-0,005

86

1055

Az 1. táblázat a három világítási beállítás főbb fotometriai paramétereit mutatja be, illetve hasonlítja össze a korábban ugyanazon a helyszínen alkalmazott LED-cső

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

fényének, illetve a napfény tulajdonságaival. A két szélső sarokpont (esti nyugtató fény, illetve élénkítő fény) úgy került kiválasztásra, hogy a „nyugtató”, illetve „élénkítő” hatások eléréséhez a kiváló színminőségi paraméterek mellett elérhető legkisebb, illetve legnagyobb CLA-val rendelkezzenek. Látható, hogy a statikus LED-csöves világításhoz képest a CLA 20%kal kisebb, illetve 75%-kal nagyobb értékek között változik. Az élénkítő hatású fény esetében a déli napfényhez képest ez az érték mindössze 9%-kal kisebb. Fontos paraméter volt a lehető legnagyobb (min. 80) színvisszaadási index (Ra). A neutrális fényt úgy választottuk ki, hogy neutrális fehér színnel, illetve a korábbi világításhoz közeli CLA-val rendelkezzen. A két műszak esetében a fény színképi teljesítményeloszlása folyamatosan változik, olyan módon, hogy a dolgozók a változást minél kevésbé érzékeljék. Délelőtti műszak esetében kora reggel élénkítő fényről indul, műszak végére a neutrális fényt éri el. Délutáni műszak során ez az átmenet kiegészül egy, a nyugtató fényre történő, szintén folyamatos átmenettel. Ennek a beállításnak a célja, hogy a késő este hazaérkező dolgozók ne tapasztaljanak a világítás utóhatásaként álmatlanságot.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A szerzők köszönetet mondanak a „Korszerű műszaki, informatikai és modellezési megoldásokra épülő döntéstámogató rendszer kifejlesztése elektronikai összeszerelő üzemek költség- és energiahatékony irányításához” című, VKSZ_14-12015-0190 azonosítószámú projekt támogatásáért. IRODALOMJEGYZÉK [1] Chang A-M, Aeschbach D, Duffy J F, Czeisler C A.: Evening use of lightemitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and nextmorning alertness, Proceedings of the National Academy of Sciences, 112: 1232–1237., 2015 [2] Berson D M.: Strange vision: ganglion cells as circadian photoreceptors, Trends in Neurosciences, 26 (6): 314–20, June 2003 [3] Brainard G C, Hanifin J P, Greeson J M, Byrne B, Glickman G, Gerner E, Rollag M D.: Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor, Journal of Neuroscience, 21: 6405–6412., 2001 [4] Thapan K, Arendt J, Skene D J.: An action spectrum for melatonin suppression: Evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans, Journal of Physiology, 535: 261–267., 2001 [5] Rea M S et al.: Circadian light, Journal of Circadian Rhythms, 8, p.Art. 2, 2010

4. ÖSSZEFOGLALÁS

Tóth Dávid Noel

A munkavégzés közbeni természetes fény hiánya egy széles társadalmi réteget érintő probléma. Ennek enyhítésére fejlesztettünk ki egy olyan emberközpontú világításhoz használható intelligens vezérlővel rendelkező lámpatestet, amely a napfény természetes változásához hasonló jelenséget valósít meg egy gyárépület falain belül. Az eszköz meghatározott világítási beállítások között biztosít fokozatmentes átmeneteket. A világítási beállításokat úgy terveztük meg, hogy az elkészült rendszer támogassa a cirkadián rendszer egészséges működését az arra gyakorolt hatások segítségével. A kivitelezés során természetesen külön figyelmet fordítottunk arra, hogy működés közben ne jelentkezzenek zavaró jelenségek, valamint arra, hogy a későbbiekben a rendszer akár más munkakörnyezetben is alkalmazható legyen.

4G villanyoszlopok Az Ericsson és a Philips Lighting új, hálózatba kapcsolt utcai világítási rendszert vezet be, hogy a városok az energiahatékony LED-világítás és a nagy sebességű 4G/LTE szélessávú kapcsolat előnyeit élvezhessék a városi látkép elcsúfítása nélkül.

mérnök informatikus MSc-hallgató Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Fény- és Színtan Kutatólaboratórium [email protected]

Dr. Szabó Ferenc egyetemi docens, laboratóriumvezető Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Fény- és Színtan Kutatólaboratórium [email protected]

lektor: dr.Istók Róbert

mobil-szélessávú lefedettség biztosításához. Az Ericsson Lightpole Site Slim rendszere ezt a problémát minimális vizuális zavart okozva oldja meg a különböző magasságoknak, színeknek és stílusoknak köszönhetően. A szolgáltatók helyet bérelhetnek a hálózatba kapcsolt villanyoszlopokon a hálózatuk sűrítése érdekében, és hogy nagyobb szélessávú lefedettséget biztosíthassanak a lakosságnak.

Az Ericsson Lightpole Site Slim rendszere a Philips energiahatékony LEDvilágítását kombinálja az Ericsson kiscellás technológiájával és a Baseband 6502 technológiával együtt a nagy sebességű szélessávú kapcsolat megvalósításához. Az új, hálózatba kapcsolt villanyoszlopok nem zavarják a városképet, hiszen lényegében semmiben sem különböznek a megszokott villanyoszlopok megjelenésétől. Az Ericsson 2016-os Mobilitási Jelentése szerint a szolgáltatók folyamatosan próbálnak új cellatelephelyeket keresni a közterületeken, a lehető legjobb

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

12

Innováció

Hegedüs János, Dr. Poppe András

Közvilágítási lámpatestek karakterizálása: multi-domain LED-modellekkel – a LED-karakterisztikáktól a lámpatest üzemi fényáramáig A teljesítmény LED-ek működése jelentős mértékben függ pn-átmenetük hőmérsékletétől, ez a függés azonban konzisztens mérési és modellezési technikákkal jól tervezhető paraméterré válik. Alkalmas modell segítségével az adott elektromos és termikus környezetet is figyelembe véve meghatározható a mindenkori üzemi fényáram, akár összetettebb rendszerek, mint pl. teljes közvilágítási lámpatestek, esetén is. Jelen cikkünkben olyan áramkör-szimulációs programokban is implementálható multi-domain LED-modellt mutatunk be, amely konzisztens módon írja le az elektromos, termikus és optikai paraméterek egymásra hatását, ezáltal támogatva a tervezői munkát. A validált szimulációs modellekkel egyszerűen vizsgálható pl. az, hogy ugyanabba a termikus környezetbe (lámpatest, hűtőborda) szerelt különböző LED-típusok hogy viselkednek, beleértve a LED-ek élettartam alatti öregedésének a hatását is. Operation of power LEDs is significantly influenced by the pn-junction temperature; this temperature dependent nature of the LEDs though, could be well characterised by proper measuring and modelling techniques. The appropriate device model should consider the given electrical and thermal design in order to predict the so called “hot lumens” even in case of complex mechanical structures, such as streetlighting luminaires. In this article we present a chip-level multi-domain LED model that can be implemented in Spice-like circuit simulators and considers the strong interactions between the operating parameters belonging to the electrical, optical and thermal domains consistently, thereby supporting the design work. The verified simulation models enable further investigations, e.g. with different LED types within the same thermal environment (luminaire or heatsink), even counting with parameter degradations during the elapsed operating life time of the LEDs.

1. Bevezetés A félvezető alapú eszközök működését az aktív réteg hőmérséklete jelentős mértékben befolyásolja; a hőmérséklet és az elektromos paraméterek egymásra hatása nem elhanyagolható, ezek csak együttesen vehetőek figyelembe. Teljesítmény LED-ek esetében azonban az elektromos és a termikus paraméterek az optikai tulajdonságokkal is szoros csatolásban vannak, emiatt a három említett fizikai tartomány egymásra hatása csak egy ún. multi-domain modell segítségével írható le. Egy ilyen modell fontos szimulációs bemenetként szolgálhat a lámpatestek tervezése során; pl. segítségükkel ellenőrizhető, hogy extrém körülmények között is eléri-e

13

üzemi fényáramuk a megkövetelt minimális értéket. Ennek során figyelembe kell venni a LED-ek ún. energiakonverziós hatásfokának és fényhasznosításának az eltelt üzemidővel arányos romlását, degradálódását is1. Az elhasználódás tervezési időben történő szimulációja szintén fontos és hasznos információ lehet, hiszen a szükséges karbantartások és az eszköz esetleges cseréjének költségei befolyásolhatják a tervezés közbeni, vagy akár a későbbi kivitelezés gazdasági megfontolásait is. A továbbiakban egy kereskedelmi forgalomban is kapható, nagy teljesítményű LED-minta öregedését kívánjuk leírni egy olyan, már korábban bemutatott multi-domain LED-modell segítségével, amely beilleszthető mind elektromos áramkörszimulációs programokba (pl. Spice), mind pedig az ún. CFD(computational fluid dynamics) alapú termikus szimulációs programokba (pl. FloEFD [1]).

2. LED-ek multi-domain áramkörszimulációs modellje 2.1. LED-ek elektromos, termikus és optikai karakterizálása A LED-ek multi-domain leírását az eszköz működési paramétereinek erős pn-átmenet hőmérsékletfüggése teszi szükségessé. Az 1. ábra szemlélteti egy LED elektromos, termikus és optikai paramétereinek egymásra hatását; a kisugárzott teljesítmény és a nyitófeszültség értéke, és ezáltal (áramgenerátoros meghajtást feltételezve) a disszipált hőteljesítmény is függ a pn-átmenet hőmérsékletétől. A pn-átmenet környezethez képesti hőmérséklet-emelkedését azonban a konstansnak tekintett hőellenállás és az előbb említett disszipált teljesítmény szorzata határozza meg. Konzisztens, más LED-típusokkal való összevetésre is alkalmas mérési és szimulációs eredmények emiatt csak úgy érhetőek el, ha az eszköz (tokozott LED vagy LED-tok) karakterizációjának alapja nem a környezeti hőmérséklet, hanem a komplex működést leginkább meghatározó pn-átmenet hőmérséklet. Ez azonban speciális mérési eljárást tesz szükségessé, amelyben kombináljuk a LEDek optikai és termikus méréseit. Az ilyen kombinált mérési eljárással számos hazai [2]-[5] és külföldi [6]-[8] irodalom is foglalkozik. A LEDtokok kombinált termikus és radiometriai/ fotometriai mérésére vonatkozó első nemzet1. ábra LED-ek működési közi ajánlás a 2012-ben paramétereinek egymásra publikált JEDEC JESD hatása a különböző fizikai 51-5x termikus mérétartományokban sekkel foglalkozó szabványcsalád [9]-[12]. A LED-ek optikai mérésével kapcsolatos, jelenlegi ajánlásokat a mára már valamelyest túlhaladott CIE 127-2007-es dokumentum [13] tartalmazza. Ezt várhatólag Gyakran megfigyelt jelenség az, hogy egy LED üzemidejének első pár száz órájában nő az összfényárama; értelemszerűen ezt nem kell kompenzálni, csak a később bekövetkező összfényáram-csökkenést.

1

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

felváltja a CIE TC2-63-as munkabizottsága által kidolgozott, elfogadás és publikáció előtt álló „Nagyteljesítményű LED-ek Optikai Mérése” című dokumentum, amely önálló fejezetet szentel a pn-átmenet hőmérséklet pontos beállítása, ill. meghatározása kérdésének. A 2. ábrán látható, Magyarországon kifejlesztett műszeregyüttes segítségével a LED-ek multi-domain paramétereinek mérése teljesen automatizált módon végezhető el, a fent említett szabványoknak (JEDEC JESD51-51, 51-52) megfelelően.

áramkör-szimulációs programban megtalálható ún. Shockley dióda modellel. A korszerű, nagy teljesítményű LED-ek növekvő nyitóárama szükségessé teszi a meghajtó generátor és a pn-átmenet közé eső ellenállás (forrasztások, LED-tokon belüli intermetallikus rétegek, huzalkötések, a félvezető lapka gyengébben iUDPJHQHUiWRUKR]  NDSFVROyGLN D /('WRN pV D adalékolt területei stb.) figyelembevételét is; ezt az ún. belső KĦWĘV]HUHOYpQ\ WHUPLNXV PRGHOOMH H]HN HJ\WWHVHQ dióda fent leírt elektromos modelljével sorosan kapcsolt elKDWiUR]]iN PHJ D SQiWPHQHWHQ NLDODNXOy lenállással modellezzük. A meghajtóáram (IF) következtében KĘPpUVpNOHWHWT J  a soros ellenálláson feszültség esik (VR), emiatt a tok külső 2.2. A multi-domain modell részei kapcsain (VF) és a belső pn-átmeneten (VFpn) eső feszültségek $] tJ\ NDSRWW HOHNWURWHUPLNXV PRGHOOW D  iEUD A LED-ek multi-domain modelljeinek [5], [6], [14] – [20] alapja eltérnek egymástól. V]HPOpOWHWL egy olyan áramkör-szimulátorba illeszthető modell, amely leA soros ellenállás és a belső dióda együttes disszipációhetővé teszi a LED chip hőmérsékletfüggő nem lineáris elekt- ját, mint hőforrást egy áramgenerátorral modellezhetjük, romos a LED-tok termikus szimulációs viselkedéséamelynek „árama” megegyezik a számított PH disszipáció3. karakterisztikájának, ábra Egy tokozott LED multi-domain 2 nekmodelljének és a LED fénykibocsátásának az egyidejű szimulációját. val . Ehhez a hőforráshoz (áramgenerátorhoz) kapcsolódik a vázlata. IF a teljes nyitóáramot, VF a LED Egy ilyen modell struktúráját a 3. ábra szemlélteti. LED-tok és a hűtőszerelvény termikus modellje; ezek együtkülsĘ kapcsai közt mérhetĘ nyitófeszültséget, TJ a E szerint célszerű a LED-tok termikus viselkedését a LEDtesen határozzák meg a pn-átmeneten kialakuló hőmérséklapkahĘmérsékletét, )e az emittált optikai teljesítményt, lapka (chip) modelljétől elválasztható termikus RC hálózat letet (TJ). PH pedig a LED disszipációját jelöli. formájában megadni. Egy ilyen hálózati modell a LED-tok terAz így kapott elektro-termikus modellt a 4. ábra szemlélteti. mikus tranziens méréséből meghatározható [3], [4], [5]. ( V]HULQW pn-átmenetében FpOV]HUĦ D végbemenő /('WRN radiatív, WHUPLNXV A világítódiódák YLVHONHGpVpW D /('ODSND illetve disszipatív rekombinációk során FKLS  fotonok ésPRGHOOMpWĘO fononok HOYiODV]WKDWy WHUPLNXV 5& KiOy]DW IRUPiMiEDQ egyaránt keletkeznek; ennek megfelelően a félvezető lapka PHJDGQL LO\HQ KiOy]DWL PRGHOO Degy /('WRN fényt bocsát ki(J\ és melegszik is. Ennek értelmében LED belső pn-átmenetét úgy tekinthetjük, azt két párhu->@ WHUPLNXV WUDQ]LHQV PpUpVpEĘOmintha PHJKDWiUR]KDWy  zamosan kapcsolt dióda alkotná: az egyik csak fényt bocsát >@>@ ki, mintha az egy 100%-os hatásfokú LED lenne, a másik pe4. ábra Egy elektrotermikus áramkör-szimulációs $ disszipál, YLOiJtWyGLyGiN SQiWPHQHWpEHQ dig csak azaz melegíti a LED-lapkát. Az YpJEHPHQĘ így különprogramba építhetĘ LED-lapka modell topológiája és UDGLDWtYkétLOOHWYH GLVV]LSDWtYmodellezhető UHNRPELQiFLyN VRUiQ választott dióda külön-külön a legtöbb legfontosabb ágjellemzĘi.

IRWRQRN pV IRQRQRN HJ\DUiQW NHOHWNH]QHN HQQHN PHJIHOHOĘHQ D IpOYH]HWĘ ODSND IpQ\W ERFViW NL pV 2.3. Az áramköri modell paraméterek PHOHJV]LN LV (QQHN pUWHOPpEHQ HJ\ /(' EHOVĘ SQ iWPHQHWpW ~J\ WHNLQWKHWMN PLQWKD D]W NpW meghatározása SiUKX]DPRVDQNDSFVROWGLyGDDONRWQiD]HJ\LNFVDN4. ábra Egy elektro-termikus áramkör-szimulációs programba LED-lapka modell topológiája és legfontosabb ágjellemzői /('HN SQiWPHQHWpQHN KĘPpUVpNOHWH IpQ\W ERFViW NL PLQWKD D] HJ\ RV KDWiVIRN~építhető$ PHJKDWiUR]y SDUDPpWHU H]pUW HJ\ /('PRGHOO /(' OHQQH D PiVLN SHGLJ FVDN GLVV]LSiO D]D]2.3. Az áramköri modellparaméterek meghatározása -VF-ĭe OpWUHKR]iViKR] D] HV]N|] ~Q izotermikus PHOHJtWL D /('ODSNiW $] tJ\ NO|QYiODV]WRWW NpWA LED-ek pn-átmenetének hőmérséklete meghatározóIFpakarakterisztikáinakLVPHUHWHV]NVpJHV$PHQQ\LEHQ GLyGD NO|QNO|Q PRGHOOH]KHWĘ D OHJW|EE iUDPN|U raméter, ezért egy LED-modell létrehozásához az eszköz ún. H] W|EE NO|QE|]Ę SQiWPHQHW KĘPpUVpNOHWHQ LV V]LPXOiFLyV SURJUDPEDQ PHJWDOiOKDWy ~Q Shockley izotermikus IF-VF-Φe karakterisztikáinak ismerete szükséges. LVPHUW ~J\ D PRGHOO HJ\HV hőmérsékleten SDUDPpWHUHLQHN dióda modellel Amennyiben ez több különböző pn-átmenet KĘPpUVpNOHWIJJpVH $ PXOWL is ismert, úgy a modell egyes PHJKDWiUR]KDWy paramétereinek hőmérséklet$ NRUV]HUĦ QDJ\ WHOMHVtWPpQ\Ħ /('HN Q|YHNYĘfüggése GRPDLQ/('PRGHOOSDUDPpWHUHLQHN PHJKDWiUR]iViW meghatározható. A multi-domain LED-modell paraQ\LWyiUDPDV]NVpJHVVpWHV]LDPHJKDMWyJHQHUiWRUpVmétereinek D NDSFVROyGy V]DNLURGDORP >@ >@ >@ meghatározását a kapcsolódó szakirodalom ([5],>@ DSQiWPHQHWN|]pHVĘHOOHQiOOiVIRUUDV]WiVRN/(' [14],>@ [16], [17], [18], [19]) részletesen taglalja. Röviden, D a mo>@  UpV]OHWHVHQ WDJODOMD 5|YLGHQ PRGHOOW WRNRQ EHOOL LQWHUPHWDOOLNXV UpWHJHN KX]DON|WpVHN DdelltOHtUyIĘEEHJ\HQOHWHNDSDUDPpWHUH]pVVRUUHQGMpEHQD leíró főbb egyenletek a paraméterezés sorrendjében a 2.IpOYH]HWĘ ábra Teljesítmény kombinált elektromos, optikai és termi-VWE következőek: ODSNDLED-ek J\HQJpEEHQ DGDOpNROW WHUOHWHL N|YHWNH]ĘHN kus karakterizálására szolgáló műszer-együttes. Az automatizált méréILJ\HOHPEHYpWHOpWLVH]WD]~QEHOVĘGLyGDIHQWOHtUW sek a JEDEC JESD51-5x szabványcsaládnak megfelelően végezhetőek (1)  VFpn VF  I F ˜ RS HOHNWURPRVPRGHOOMpYHOVRURVDQNDSFVROWHOOHQiOOiVVDO PRGHOOH]]N $ PHJKDMWyiUDP IF  N|YHWNH]WpEHQ D  Dpn-átmenetre EHOVĘ SQiWPHQHWUH HVĘ Q\LWyIHV]OWVpJ a Fpn belső eső nyitófeszültség, VF a LED VFpn V VRURV HOOHQiOOiVRQ IHV]OWVpJ HVLN VR  HPLDWW D WRNaholDKRO  D /(' NOVĘ NDSFVDLUD NHUOĘ Q\LWyLUiQ\~ V külső kapcsaira kerülő nyitóirányú feszültség, I a nyitóáram, F F NOVĘ NDSFVDLQ VF  pV D EHOVĘ SQiWPHQHWHQ VFpn  RS pedig a soros ellenállás. A soros ellenállás értéke meghaDQ\LWyiUDPR SHGLJDVRURVHOOHQiOOiV IHV]OWVpJI F S HVĘIHV]OWVpJHNHOWpUQHNHJ\PiVWyO tározható, mintHOOHQiOOiV az izotermikus IF-VF PHJKDWiUR]KDWy görbe nagyáramú szaka$ VRURV pUWpNH PLQW D] meredeksége. $ VRURV HOOHQiOOiV pV D EHOVĘ GLyGD HJ\WWHVszának L]RWHUPLNXV I)V) J|UEH QDJ\iUDP~ V]DNDV]iQDN GLVV]LSiFLyMiW PLQW KĘIRUUiVW HJ\ iUDPJHQHUiWRUUDO PHUHGHNVpJH 2 PRGHOOH]KHWMN DPHO\QHN ÄiUDPD´ PHJHJ\H]LN D Termikus rendszerek modellezésénél kihasználjuk az elektromos  $ rendszerek IpOYH]HWĘközötti GLyGiN HOPpOHWpEĘO LVPHUWké-KRJ\ és analógiát. Az elektro-termikus V]iPtWRWW PH GLVV]LSiFLyYDO  (KKH] D KĘIRUUiVKR] termikus pességekkel rendelkező áramkör-szimulációs programok minden iUDPJHQHUiWRURV PHJKDMWiV HVHWpQ D SQiWPHQHW  alkatrészről és áramköri csomópontról nyilvántartják, hogy azok $ Q\LWyIHV]OWVpJH Q|YHNYĘ KĘPpUVpNOHWWHO FV|NNHQ  7HUPLNXV UHQGV]HUHN PRGHOOH]pVpQpO NLKDV]QiOMXN D]elektromosak-e vagy termikusak-e, és ennek alapján hogy 3. ábra Egy tokozott LED multi-domain szimulációs modelljéQ\LWyIHV]OWVpJ LO\HQ PHJYiOWR]iVD WiJtudják, KĘPpUVpNOHWL HOHNWURPRV WHUPLNXV UHQGV]HUHN N|]|WWL DQDOyJLiW $]a reájuk jellemző fizikai mennyiségeknek mi a helyes mértékegynek vázlata. IF apV teljes nyitóáramot, VF a LED külső kapcsai közt KDWiURNRQ EHOO HJ\ OLQHiULV N|]HOtWpVVHO SRQWRVDQ HOHNWURWHUPLNXV NpSHVVpJHNNHO UHQGHONH]Ę iUDPN|U sége, pl. egy termikus „áramgenerátor” egy hőforrást reprezentál, mérhető nyitófeszültséget, TJ a lapkahőmérsékletét, Φe az emittált OHtUKDWy

V]LPXOiFLyV SURJUDPRN DONDWUpV]UĘO optikai teljesítményt, PH pedig aPLQGHQ LED disszipációját jelöli pV iUDPN|ULaz „árama” a W-ban mért hőáram, disszipáció.

FVRPySRQWUyO Q\LOYiQWDUWMiN KRJ\ D]RN HOHNWURPRVDNH YDJ\WHUPLNXVDNHpVHQQHNDODSMiQWXGMiNKRJ\DUHiMXN  MHOOHP]Ę IL]LNDL PHQQ\LVpJHNQHN PL Elektrotechnika 2 0 1D7 / 3KHO\HV -4 1 4KĘIRUUiVW UHSUH]HQWiO D] ÄiUDPD´ D :EDQ PpUW KĘiUDP PpUWpNHJ\VpJH SO HJ\ WHUPLNXV ÄiUDPJHQHUiWRU´ HJ\ GLVV]LSiFLy

Fpn HORV]OiViEyO D Op ViYV]pOHVVpJH (J\HWOHQ SQiWPHQHW HVHWpEHQ SVFpn P9 VSHNWUiOLV NLIHMH]YH VWHOMHVtWPpQ\ g  PHJKDWiUR]KDWy D /(' UHODWtY iWPHQHWHW IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD PHOOHWW HJ\ WHWV]ĘOHJHVHQ PHJYiODV]WRWW  T R DONRWy J FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ E g « P9 & N|UOL pUWpNH IJJ D SQ VVSHNWUiOLV Innováció WHOMHVtWPpQ\ HORV]OiViEyO D  Op  g WLOWRWW ViYV]pOHVVpJ YDJ\ SRWHQFLiEDQ $] E ViYV]pOHVVpJpWĘO pV NRQNUpW D]HVHWpEHQ iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW  P9 (J\HWOHQ SQiWPHQHW SVFpn g  D UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH SVFpn iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW q   D UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ YHWW DKRO I R   V I  T V  S ˜ T  T 0ref FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ  E  PHJKDWiUR]KDWy D /(' NLIHMH]YH V Fpn B   S VFpn ˜ TJ pUWpNH YHWW DKROg  I0ref g D UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQUHODWtY I FF  TJJ & VN|UOL VFpn TJJ   HJ\WWKDWyMD Q\LWyiUDPWyOLV « P9 NRQNUpW IJJ D SQ  Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL Fpn Fpn B  J  ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D]VFpn iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW VVSHNWUiOLV m D KĘPpUVpNOHWIJJĘ LGHDOLWiVL giUDPHJ\WWKDWy c ˜ h Op WHOMHVtWPpQ\ HORV]OiViEyO D iUDPHJ\WWKDWy m D KĘPpUVpNOHWIJJĘ LGHDOLWiVL iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW  q  P9 (J\HWOHQ SQiWPHQHW HVHWpEHQ S EIDNWRU VFpn  D PRGHOO UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ YHWW DKRO I t GLyGD Eg p /(' VFpn VFpn   g D SQiWPHQHWpUH NpQ\V]HUtWHWW LVPHUW DKRO $IIIFUDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD D FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ  T B   SVFpn ˜ TJ  T J Q\LWyiUDPWyOLV F SDUDPpWHU V D WLOWRWW gg SHGLJ DJR& /(' SQiWPHQHWpUH NpQ\V]HUtWHWW LVPHUW DKRO p0ref F O  GLyGD PRGHOO SDUDPpWHU V SHGLJ D WLOWRWW IDNWRU V  t ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D] iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW p g « P9 N|UOL NRQNUpW pUWpNH IJJ D SQ  D] H]HQ iUDP cq˜ h I0ref D m UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ YHWW iUDPHJ\WWKDWy D KĘPpUVpNOHWIJJĘ LGHDOLWiVL V VFpn  SVFpn ˜ TWHOMHVtWPpQ\EĘO   D Q\LWyiUDP NLVXJiU]RWW RSWLNDL D EDKRO Fpn I F   TJ V Q\LWyIHV]OWVpJQHN J  TJ  Fpn ViYV]pOHVVpJH DBSQiWPHQHWpUH Q\LWyIHV]OWVpJQHN H]HQWLOWRWW iUDP Q\LWyiUDP VDONRWy Fpn  UHIHUHQFLD ViYV]pOHVVpJH  g Q\LWyiUDPWyOLV  D] iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD D  D D˜ TPRGHOO KĘPpUVpNOHWHQ YHWW DKRO I0ref IIUDGLDWtY /(' DQ\DJ D NpQ\V]HUtWHWW LVPHUW DKRO V$ VFpn iWPHQHWHW  iUDPHJ\WWKDWy m D KĘPpUVpNOHWIJJĘ LGHDOLWiVL  GLyGD SDUDPpWHU V  SHGLJ D WLOWRWW IDNWRU p A félvezető elméletéből ismert, áramgeneFpn FF  T J diódák B   SIpOYH]HWĘ VFpn ˜ T J T J hogy t g E O PHOOHWW HJ\ WHWV]ĘOHJHVHQ PHJYiODV]WRWW  T  N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV  D KĘPpUVpNOHWIJJĘ LGHDOLWiVL cgp˜ hE PHOOHWW HJ\ WHWV]ĘOHJHVHQ PHJYiODV]WRWW  TJ  T   J E  (10) g g  NLVXJiU]RWW RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\EĘO D  iUDPHJ\WWKDWy m V  D /(' SQiWPHQHWpUH NpQ\V]HUtWHWW LVPHUW DKRO I  D Q\LWyIHV]OWVpJQHN D] H]HQ iUDP Q\LWyiUDP V   WLOWRWW ViYV]pOHVVpJ YDJ\ SRWHQFLiEDQ $] E ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D] iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW F Fpn rátoros esetén a pn-átmenet nyitófeszültsége EIDNWRU gGLyGD PRGHOO SDUDPpWHU Vg SHGLJ D WLOWRWW ViYV]pOHVVpJH gg $] pE  WLOWRWW YDJ\ SRWHQFLiEDQ  ViYV]pOHVVpJ  DD UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH S $ meghajtás UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD VFpn UHIHUHQFLD PpUW pUWpNH Silyen qO p pttgGLyGD DEg˜ T TPRGHOO VFpn  D /(' NpQ\V]HUtWHWW LVPHUW DKRO IF N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV SDUDPpWHU V D WLOWRWW IDNWRU DSQiWPHQHWpUH Q\LWyIHV]OWVpJQHN D] H]HQ iUDP Q\LWyiUDP VKĘPpUVpNOHWHQ ) PHOOHWW PHJYiODV]WRWW  TDJD DKRO PHJKDWiUR]KDWy D /(' UHODWtY NLIHMH]YH V növekvő hőmérséklettel csökken. A nyitófeszültség g SHGLJ Q\LWyiUDPWyOLV FpnWHWV]ĘOHJHVHQ  ViYV]pOHVVpJH e HJ\  E T E   PHJKDWiUR]KDWy D /(' UHODWtY NLIHMH]YH V Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD g NLVXJiU]RWW RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\EĘO Ecg0˜ h D UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\ g g  ViYV]pOHVVpJ I rad Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD $] E  g WLOWRWW WHWV]ĘOHJHVHQ D Q\LWyIHV]OWVpJQHN D] H]HQ iUDP Q\LWyiUDP VKĘPpUVpNOHWHQ  ViYV]pOHVVpJ YDJ\ SRWHQFLiEDQ Fpn E  T ViYV]pOHVVpJH megváltozása tág hőmérsékleti határokon belül egy lineáris PHOOHWW HJ\ PHJYiODV]WRWW  T   D UHIHUHQFLD PpUW pUWpNH S J VFpn VSHNWUiOLV WHOMHVtWPpQ\ HORV]OiViEyO D  DWHOMHVtWPpQ\ (11) ˜ T  pDFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH E Opp VSHNWUiOLV HORV]OiViEyO DUHODWtY (J\HWOHQ SQiWPHQHW HVHWpEHQ S N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV VFpn P9  O VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ g T$] $ V)Fpn UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD DJ  WLOWRWW ViYV]pOHVVpJ YDJ\ SRWHQFLiEDQ EggViYV]pOHVVpJ P9 (J\HWOHQ SQiWPHQHW HVHWpEHQ SVFpn D /(' NLIHMH]YH Vg  PHJKDWiUR]KDWy E E  e pontosan PHOOHWW HJ\ WHWV]ĘOHJHVHQ PHJYiODV]WRWW  T  közelítéssel leírható: g O   D UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH S R DKRO E  D UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\ Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD VFpn g0 FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ I rad p R& N|UOL FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ « NRQNUpW pUWpNH IJJ D EWHOMHVtWPpQ\  T ViYV]pOHVVpJ WLOWRWW YDJ\ SRWHQFLiEDQ Eg V ĮNLIHMH]YH pV$] ȕ SHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL DKRO IP9 iUDP|VV]HWHYĘ ĭpUWpNH D /(' NLVXJiU]RWW RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\EĘO DD VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ rad D UDGLDWtY e SHGLJ D /(' « P9 & N|UOL NRQNUpW pUWpNH IJJ D SQ SQ Op VSHNWUiOLV HORV]OiViEyO DUHODWtY g  PHJKDWiUR]KDWy UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ PpUW SVFpn V (2) Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD  P9 (J\HWOHQ HVHWpEHQ S )  UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ YHWW DKRO I Fpne T SQiWPHQHW   pDFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH VFpn V I V  S ˜ T  T 0ref DD  Fpn F  J Fpn B  VFpn J J  ˜ T HV iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW   PHJKDWiUR]KDWy D /(' UHODWtY NLIHMH]YH V IJJpVW LV OHtUy HJ\HQOHW D] ~Q 9DUVKQL DKRO E  D ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\  iOWDO NLVXJiU]RWW WHOMHV RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\ $] I g g0 N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV dis I(J\HWOHQ R E iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW O VSHNWUiOLV WHOMHVtWPpQ\ HORV]OiViEyO D   FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ (12) p Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD rad IP9 gE g  LOOHV]WpVL ESHGLJ EiUDPHJ\WWKDWy  DP9 SQiWPHQHW HVHWpEHQ pV SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL « & N|UOL NRQNUpW pUWpNH IJJ D SQ Į m D KĘPpUVpNOHWIJJĘ LGHDOLWiVL DKRO D UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ ĭXWiQ /(' VFpn g Tȕ g  rad eSSHGLJ VFpn V ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D] iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW  IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ DFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ H]HN D WHOMHV g Op VSHNWUiOLV WHOMHVtWPpQ\ HORV]OiViEyO D  E  T p V  ahol I a LED pn-átmenetére kényszerített ismert nyitóáram, R ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D] iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ F0 g  $] P9 (J\HWOHQ SQiWPHQHW HVHWpEHQ SDQ\DJ SQiWPHQHWpUH NpQ\V]HUtWHWW LVPHUW DKRO I)F D /(' VFpn q « P9 &DONRWy N|UOL NRQNUpW pUWpNH IJJ D SQ LV OHtUy  HV HJ\HQOHW D] 9DUVKQL iWPHQHWHW IpOYH]HWĘ WLOWRWW PRGHOO SDUDPpWHU V SHGLJ D WLOWRWW IDNWRU p  IJJpVW iOWDO NLVXJiU]RWW WHOMHV RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\ Idis t GLyGD g~Q q E Q\LWyiUDPWyOLV e R Į pV ȕ SHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL g D ViYV]pOHVVpJ LVPHUHWpEHQ D N|YHWNH]ĘNpSSHQ DKRO I  D UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ ĭ  SHGLJ D /(' FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ VQ\LWyiUDP ahol E a sávszélesség referencia értéke, c a fény sebesséa nyitófeszültségnek az ezen áram mellett egy (tetszőle rad e DKRO E UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\ Q\LWyiUDPWyOLV g0 Fpn g0 I  « &Fpn N|UOL NRQNUpW IJJ DWLOWRWW SQ IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@   DpV Q\LWyIHV]OWVpJQHN D] H]HQ iUDP Q\LWyiUDP V Vg$ /('  IRWRSRV |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy D rad P9iUDP|VV]HWHYĘ iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ ViYV]pOHVVpJpWĘO D] iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW ViYV]pOHVVpJH GLVV]LSDWtY H]HNpUWpNH XWiQ D WHOMHV h Eccqg˜˜LV h λOHtUy VFpnUDGLDWtY vákuumban, gesen megválasztott) TJ0 referencia értéke,D] α és β pedig hőmérsékleten mért$] értéIJJpVW  HV HJ\HQOHW ~Q 9DUVKQL V]iPROKDWy Dge iOWDO NLVXJiU]RWW WHOMHV RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\ Idis p a csúcshullámhossz E VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ pDFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH  iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW g $ iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD E PHOOHWW HJ\ WHWV]ĘOHJHVHQ PHJYiODV]WRWW  T  V  NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO J ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D] iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW Q\LWyiUDPWyOLV  Q\LWyiUDP LVPHUHWpEHQ D N|YHWNH]ĘNpSSHQ E g g paraméterek. $a nyitófeszültség-változás UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD Dillesztési gp A hőmérsékleti függést is (12)-es D ke, SVFpn együtthatója. IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ $ /(' |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ H]HN XWiQ D D WHOMHV WLOWRWW ViYV]pOHVVpJ YDJ\ SRWHQFLiEDQ $] OSHGLJ ĮVpV ȕ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $leíró KĘPpUVpNOHWL DKRO Irad  DIUDGLDWtY ĭpUWpNH /(' cqO ˜pE h gIRWRSRV  eo SHGLJ ViYV]pOHVVpJpWĘO pV D] hőmérsékleti iWPHQHWUH NpQ\V]HUtWHWW NLVXJiU]RWW RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\EĘO  D UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHWHQ PpUW SVFpn g Q\LWyiUDPWyOLV o V]iPROKDWy   I dis VFpn  I radesetében ViUDP|VV]HWHYĘ NLVXJiU]RWW RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\EĘO D E  egyenlet az ún. Varshni formula néven is ismert [16]. Egyetlen pn-átmenet S ‑1,5  mV/ C… ‑2  mV/ C F Fpn q  VFpn g Kc˜ ˜) ) NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO $ UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD D Q\LWyiUDP LVPHUHWpEHQ D N|YHWNH]ĘNpSSHQ  PHJKDWiUR]KDWy D /(' UHODWtY NLIHMH]YH V   g IJJpVW LV OHtUy  HV HJ\HQOHW D] ~Q 9DUVKQL D ˜ T  iOWDO NLVXJiU]RWW WHOMHV RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\ $] I h v e dis Q\LWyiUDPWyOLV N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV Q\LWyIHV]OWVpJYiOWR]iV KĘPpUVpNOHWL HJ\WWKDWyMD O p E IRWRSRV D ˜ T |VV]IpQ\iUDPD $ /(' NLV]iPtWKDWy D N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV  T  A LED fotopos összfényárama kiszámítható a kisugárzott körüli, konkrét értéke függ a pn-átmenetet alkotó félvezető  E $ SiUKX]DPRVDQ NDSFVROW WLV]WiQ GLVV]LSDWtY pV  g g  Egg Tĭ cvO˜ D  hEgIRWRSRV UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD D DKRO NLVXJiU]RWW WHOMHVtWPpQ\EĘO V]iPROKDWy  Op VSHNWUiOLV HORV]OiViEyO D&,( IGLVV]LSDWtY V$ I F SQiWPHQHW  I rad RSWLNDL VFpn  HVHWpEHQ IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ iUDP|VV]HWHYĘ H]HN XWiQ D WHOMHV  WHOMHVtWPpQ\ |VV]IpQ\iUDP K SHGLJ D  dis Fpn E  T  P9 (J\HWOHQ S  VFpn NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO E ) K ˜ ) pe anyag tiltott sávszélességétől és az átmenetre kényszerített   v g teljesítményből: DE ˜TT  $ UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD Doptikai UDGLDWtY GLyGiN OHtUKDWyDN DWHOMHVtWPpQ\EĘO 6KRFNOH\ PRGHOOD ) NLVXJiU]RWW RSWLNDL N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV R LVPHUHWpEHQ FV~FVKXOOiPKRVV]LVPHUHWpEHQ Q\LWyiUDP D N|YHWNH]ĘNpSSHQ e O 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ ,/9  ) vg0 E $   « P9 pUWpNH IJJ D SQ DKRO SiUKX]DPRVDQ WLV]WiQ GLVV]LSDWtY pV pED E ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD c IpQ\ NRQNUpW nyitóáramtól g T IRWRSRV II $ VFpn eis.I F & I N|UOL VNDSFVROW IN|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy D  E  DgIRWRSRV ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\ ĭ/(' D KpUWpNH SHGLJ D D &,( DE ˜TT|VV]IpQ\iUDP rad dis radRSWLNDL Fpn g0 NLVXJiU]RWW WHOMHVtWPpQ\EĘO VHJtWVpJpYHO (13)  D DKRO )DKRO rad  fényhasznosítása V]iPROKDWy GHILQLiOW ~Q sugárzás luminous v TK ˜ ) e V E E   iWPHQHWHW DONRWy IpOYH]HWĘ DQ\DJ WLOWRWW UDGLDWtY GLyGiN OHtUKDWyDN D 6KRFNOH\ PRGHOO DFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ A radiatív áramösszetevő meghatározása a kisugárzott opFpn p g g  V D ˜ T )Fpne  NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO E DFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ ,/9  p N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV g $ SiUKX]DPRVDQ NDSFVROW WLV]WiQ GLVV]LSDWtY pV  >@ E  T |VV]IpQ\iUDP DKRO E ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD c IpQ\ T ȕ fotopos összfényáram,  EDgIRWRSRV I rad efficacy ofD $ NLVXJiU]RWW RSWLNDL DKRO KpUWpNH SHGLJ DD&,( VEΦggpV  ahol vg0 radiation   tikai teljesítményből K pedig a CIE NemzetköViYV]pOHVVpJpWĘO NpQ\V]HUtWHWW VHJtWVpJpYHO Į SHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL DI UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ D /(' v aĭ ªa következőképpen ºĭ VFpn iWPHQHWUH )GLyGiN § D] · lehetséges: Į pV ȕ SHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL   IDKRO VFpnIIrad  I rad VpV DKRO iUDP|VV]HWHYĘ ĭee SHGLJ SHGLJ D  /(' GHILQLiOW ~Q sugárzás fényhasznosítása luminous ELVPHUHWpEHQ T eD rad UDGLDWtY OHtUKDWyDN D 6KRFNOH\ PRGHOO V dis FUDGLDWtY Fpn q  DKRO E  D ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\ DFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ Fpn g0 p  ) K ˜ ) I WHOMHVtWPpQ\ D] |VV]IpQ\iUDP 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ ,/9  ¨ ¸  VFpnNLVXJiU]RWW ) I B dis ˜ «H[S zi Szótárában (ILV) definiált D] ún. ~Q sugárzás I dis »   v e Q\LWyiUDPWyOLV rad IJJpVW LV OHtUy  HV HJ\HQOHW 9DUVKQL  Világítástechnikai iOWDO WHOMHV $] IIdis ¨NDSFVROW ¸ WHOMHVtWPpQ\ IJJpVW LV OHtUy  HV HJ\HQOHW D] ~Q 9DUVKQL iOWDO RSWLNDL WHOMHVtWPpQ\ $] >@ $ NLVXJiU]RWW RSWLNDL dis efficacy DKRO Ec g0 ~Q Dradiation  ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD pUWpNH c D IpQ\ VHJtWVpJpYHO V eDUDGLDWtY I rad mVdisRSWLNDL ˜ V ·WLV]WiQ $ SiUKX]DPRVDQ pV VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ Į pVĭȕ SHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL ˜of hD  DKRO INLVXJiU]RWW  SHGLJ D /(' ª«¬ WHOMHV º»¼ ĭXWiQ pDFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH radFpn eGLVV]LSDWtY fényhasznosítása (luminous efficacy of radiation) [21]. A kisu(3) §iUDP|VV]HWHYĘ KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV GHILQLiOW sugárzás fényhasznosítása luminous © ¹ Fpn T H]HN DKRO  IRWRSRV |VV]IpQ\iUDP K SHGLJ D &,(  IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ v GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ D WHOMHV E V  IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ H]HN XWiQ D WHOMHV WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP ¨ ¸   g IUDGLDWtY V I ˜ H[S   DFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ  $ UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ PHJKDWiUR]iVD D Fpn p HJ\HQOHW » ĭe SHGLJPRGHOO D 6KRFNOH\ Į pVoptikai ȕOSHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL dis FpnINLVXJiU]RWW dis « OHtUKDWyDN IJJpVW OHtUy  HV D] ~Q RSWLNDL 9DUVKQL DKRO D BUDGLDWtY D /('  |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ iOWDO WHOMHV RSWLNDL $] Idisgárzott ismeretében az összfényáram radGLyGiN ¨iUDP|VV]HWHYĘ ¸D·WHOMHVtWPpQ\ efficacy ofLVteljesítmény radiation  >@ $ NLVXJiU]RWW 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ ,/9  Q\LWyiUDP LVPHUHWpEHQ p ªRSWLNDL ºN|YHWNH]ĘNpSSHQ VFpn  ˜ m V ª º § V § · « » Fpn Q\LWyiUDP LVPHUHWpEHQ D N|YHWNH]ĘNpSSHQ KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV dis T © ¹ ¬ ¼ Į pV ȕ SHGLJ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $ KĘPpUVpNOHWL NLVXJiU]RWW WHOMHVtWPpQ\EĘO D DKRO I  D UDGLDWtY iUDP|VV]HWHYĘ ĭ  SHGLJ D /(' $ IRWRSRV |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy D e VHJtWVpJpYHO és függése egy lineáris összefüggésahol arad áramösszetevő, Φe H]HN pedig LED általDkisuIJJpVW LVnyitóáram OHtUy  HV HJ\HQOHW ~Q 9DUVKQL IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@  WHOMHVtWPpQ\ iOWDO WHOMHV $] GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ WHOMHV $ /(' IRWRSRV |VV]IpQ\iUDPD D IVradFpnNLVXJiU]RWW radiatív LVPHUHWpEHQ D] D] |VV]IpQ\iUDP IIrad I  B rad ˜ H[S ¨¨ RSWLNDL ¸¸WHOMHVtWPpQ\   »»aXWiQ  IdishőmérsékletGHILQLiOW luminous V]iPROKDWy dis dis ˜ ««H[S¨¨ pV ) >K /(' ~Q D T OHtUy ˜ sugárzás TDJ ˜T HV TJ  fényhasznosítása D I HJ\HQOHW ˜ I F  I F  D] @˜NLV]iPtWKDWy ) ~Q V]iPROKDWy  IJJpVW LV 9DUVKQL N|YHWNH]ĘNpSSHQOHKHWVpJHV  |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ iOWDO NLVXJiU]RWW Idissel ¸¹·¸¹WHOMHVtWPpQ\ NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO ˜VVTTI H]HN mRSWLNDL közelíthető: gárzott teljes optikai teljesítmény. disszipatív v T e ˜Az IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ VradFpn dis GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ XWiQáramös�D $] WHOMHV Q\LWyiUDP LVPHUHWpEHQ D «¬ª¬« WHOMHV »¼º¼»N|YHWNH]ĘNpSSHQ E E  NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO  KĘPpUVpNOHW Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV dis ©§©m efficacy of g radiation  >@ $ NLVXJiU]RWW RSWLNDLD g $ /(' IRWRSRV NLV]iPtWKDWy  XWiQ után I rad I IB rad ˜teljes H[S §¨¨Fpn V Fpn ismeretében ·¸¸  º»N|YHWNH]ĘNpSSHQ szetevő ezek aLVPHUHWpEHQ nyitóáram a követkeIRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ E  TT |VV]IpQ\iUDPD GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ H]HN D  WHOMHV DKRO K D D ˜VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN D TJ Fpn   II disV V IIª«rad V Q\LWyiUDP D V]iPROKDWy  |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ Fpn F  (14)   ) > K T  D ˜ I  I @ ˜ )   V I  V  WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP ¨ ¸  I V I ˜ H[S   ) K ˜ )  ˜ ) m V  v  T J J  I F F  e ª º dis Fpn F rad Fpn V $ /(' IRWRSRV |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy D NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO «¬ ¨©§ rad Fpn T D¸¹· »¼»N|YHWNH]ĘNpSSHQ dis Fpn B disLVPHUHWpEHQ e ViYV]pOHVVpJ UHIHUHQFLD pUWpNH c D  e  0_rad pVI D]~QV]DWXUiFLyViUDPm DKROI ) vv E Kg0˜ ) zőképpen 0_disszámolható: dispVmrad  Q\LWyiUDP DKRO D IpQ\ e D  pVD UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH IradradV$  T  ˜ m V ¨ ¸  IV]iPROKDWy I ˜ H[S    « » SiUKX]DPRVDQ NDSFVROW WLV]WiQ GLVV]LSDWtY pV $ /(' IRWRSRV |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV dis T « » © ¹ Fpn  B rad ¬ ¼ DKRO K  D VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN D T  NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO  v J $ WLV]WiQ GLVV]LSDWtY pVahol)DKRO ¸ VFpnSiUKX]DPRVDQ GLyGiN V¨©FpnNDSFVROW I dis~Q I F  I radIDNWRU  D |VV]IpQ\iUDP K D &,( fényhasznosításának a TJ0 (lapD]V]iPROKDWy D] ~Q  DpDFV~FVKXOOiPKRVV]pUWpNH @˜ )SHGLJ VLGHDOLWiVL >sugárzás Kĭ D TIRWRSRV ˜ TKĘPpUVpNOHW I Freferencia  0 aK  VHEHVVpJHYiNXXPEDQȜ m radVT˜ V=T kT/q ĭ D IRWRSRV SHGLJ D &,( J  TJ |VV]IpQ\iUDP I ˜ IpV F iUDPIJJpVpW  K e Fpn v˜) D|VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ KvD OHtUy ) KOLQHiULV «¬ OHtUKDWyDN »¼ SHGLJ IDKRO  ¹ 6KRFNOH\ D]~QV]DWXUiFLyViUDPm DKROI v e UDGLDWtY D PRGHOO NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO 0_dispVI 0_rad dispVm rad ka) D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH  UDGLDWtY GLyGiN OHtUKDWyDN D 6KRFNOH\ PRGHOO hőmérsékleten mért értéke, α és α a K lineáris hőmérsék(4)   T IDKRO V I  I V ª º 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ ,/9  V WHUPLNXV IHV]OWVpJ V]REDKĘPpUVpNOHWHQ NE T I § ·  dis $ Fpn F rad Fpn Fpn Į ȕ LOOHV]WpVL SDUDPpWHUHN $SHGLJ KĘPpUVpNOHWL SiUKX]DPRVDQ NDSFVROW WLV]WiQ pV HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ DKRO VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN DD,/9  T&,( Irad SHGLJ /(' SHGLJ J ) pV K K ˜ )De IRWRSRV   e GLVV]LSDWtY D] LGHDOLWiVL IDNWRU D]D ~Q DKRO ĭOLQHiULV |VV]IpQ\iUDP K ¨¨Fpn ¸¸  »ĭSHGLJ V$  DGLyGiN  VT = kT/q IVHJtWVpJpYHO I IUDGLDWtY H[S v D  V0_dis ViUDP|VV]HWHYĘ RSWLNDL I dis~Q  I˜D]~QV]DWXUiFLyViUDPm leíró együtthatók. A kisugárzott optikai «rad  VHJtWVpJpYHO rad Fpn BF rad DN|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ )Dváramfüggését K KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW OHtUy Fpn pVI GHILQLiOW ~Q sugárzás fényhasznosítása luminous Iés  letDKROI P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW 0_rad dispVm rad K ˜ )   ) > K  D ˜ T  T  D ˜ I  I @ ˜ ) IJJpVW LV OHtUy  HV HJ\HQOHW D] ~Q 9DUVKQL SiUKX]DPRVDQ NDSFVROW WLV]WiQ GLVV]LSDWtY pV UDGLDWtY OHtUKDWyDN D 6KRFNOH\ PRGHOO GHILQLiOW ~Q sugárzás fényhasznosítása luminous  iOWDO NLVXJiU]RWW WHOMHV WHOMHVtWPpQ\ $] I   D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH dis  ˜ m V v e T v  T J J  I F F  e WHUPLNXV IHV]OWVpJ V]REDKĘPpUVpNOHWHQ NE teljesítmény DKRO ĭvértéke  of D IRWRSRV |VV]IpQ\iUDP K SHGLJ RSWLNDL D,/9  &,( 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ rad disszipatív ©NDSFVROW ¹ ¼» SHGLJ ¬« IDNWRU közvetlenül számítható aNLVXJiU]RWW modellparaméA párhuzamosan kapcsolt, tisztán ésGLVV]LSDWtY radiatív diefficacy radiation  >@ $ $ SiUKX]DPRVDQ WLV]WiQ pV HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH D] ~Q LGHDOLWiVL VT =TH]HN kT/q ~Q DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV IRUPXODQpYHQLVLVPHUW>@ UDGLDWtY GLyGiN D PRGHOO VHJtWVpJpYHO efficacy radiation  >@ $iUDPIJJpVpW NLVXJiU]RWW RSWLNDL GLVV]LSDWtY iUDP|VV]HWHYĘ DD] WHOMHV ªª OHtUKDWyDN ºº XWiQ PLQW D1HP]HWN|]L K KĘPpUVpNOHW pV OHtUy DKRO  of IRWRSRV |VV]IpQ\iUDP K SHGLJ D,/9  §§ V ·· 6KRFNOH\ DKRO KĭOLQHiULV D VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN D T&,( I D úgy, vmint J Fpn 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ GHILQLiOW ~Q sugárzás fényhasznosítása luminous V terekből ódák leírhatóak a Shockley modell segítségével: P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW Fpn  N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP ¨¨ V]REDKĘPpUVpNOHWHQ UDGLDWtY GLyGiN OHtUKDWyDN D¸¸  6KRFNOH\ PRGHOO WHUPLNXV IHV]OWVpJ NE II dis V II 0_rad ˜˜ ««H[S    D]~QV]DWXUiFLyViUDPm pVm  DKROI » VHJtWVpJpYHO WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP Fpn pVI  B dis Q\LWyiUDP LVPHUHWpEHQ D N|YHWNH]ĘNpSSHQ 0_dis dis rad V H[S    HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH 1HP]HWN|]L 9LOiJtWiVWHFKQLNDL 6]yWiUiEDQ ,/9  » D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH dis Fpn  B dis T ~Qradiation  sugárzás fényhasznosítása luminous $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV efficacy >@ $ NLVXJiU]RWW RSWLNDL DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV ¨©§ m ¸¹· ¼º» $ IRWRSRV |VV]IpQ\iUDPD NLV]iPtWKDWy ˜˜ V PLQW )GHILQLiOW I rad/(' ˜Vof (15) KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV dis V=TT kT/q VHJtWVpJpYHO  D P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW e Fpn D] ~Q LGHDOLWiVL ¬«ª«¬IDNWRU VFpn KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV dis V]iPROKDWy ©¨ mV ¹¸  »¼ SHGLJ D](5)~Q T N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ GHILQLiOW ~Qradiation  sugárzás fényhasznosítása luminous D  D K OLQHiULV KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW OHtUy efficacy of >@ $ NLVXJiU]RWW RSWLNDL HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP I  I V I ˜ H[S  NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\EĘO « » dis Fpn  B dis ª VVFpn˜ V ·¸· º º |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ §¨§mV]REDKĘPpUVpNOHWHQ DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV WHUPLNXV IHV]OWVpJ NE amely DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ a (3)-as átrendezéséből PLQW efficacy of radiation  >@ adódik. $ NLVXJiU]RWW RSWLNDL ) I rad ˜Vegyenlet FpnT ¸ HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH VFpn WHOMHVtWPpQ\ D] |VV]IpQ\iUDP  ¨¨§©§¨ V KĘPpUVpNOHW pVLVPHUHWpEHQ Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV dis ¹·¸»¼º»º   IIdis V IIIFB dis ˜rad  e Fpn ¬ª«ªª«H[S Fpn «  V  I V · Fpn   V ˜ H[S  ¸ dis Fpn Fpn   »   HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ  m T m T  S ˜ T  T Fpn dis  B rad P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW ) K ˜ ) IIdisrad V I ˜ H[S    Megemlítendő, hogy fehér LED-ek esetén a fénypor ún.    ¨ ¸  ˜ m V J ref m B dis J ref WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP ¨ ¸ « »  V I ˜ H[S   v e rad Fpn  B rad   ) > K  D ˜ T  T  D ˜ I  I @ ˜ )  ««ª ©¨¨©§ m » N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV  dis ˜ V T ¹ |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV ¸ ¼ dis Fpn  B dis ¬ v  T J J  I F F  e 0HJHPOtWHQGĘ KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ D DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN   ) > K  D ˜ T  T  D ˜ I  I @ ˜ ) ¸ »  VFpn rad ¹·¹ »»¼º¼ GLVV]LSDWtY pVfénykonverziós ) e v I rad ˜Vhatásfokának ˜ VT TT WLV]WiQ mdisrad Jfigyelembevétele  I F F a teljes e nyi $ SiUKX]DPRVDQ «¬¬ S ©NDSFVROW Fpn T pVJ Q\LWyiUDP  ˜ m V © DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV « KĘPpUVpNOHW IJJpVH HJ\ OLQHiULV ¹  DKRO ĭ  D IRWRSRV |VV]IpQ\iUDP K SHGLJ D &,(     ¬ ¼ m T m T  ˜ T  T PLQW ¨ ¸ v D |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ   Idis V I ˜ H[S    (6)     m T m T  S ˜ T  T DKRO K VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN D T  rad J rad ref m B rad J ref IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának « »  rad Fpn  B rad ª OHtUKDWyDN º J dis ref m B§ J ¨dismVFpn DKRO VXJiU]iV D TJ J UDGLDWtY GLyGiN PRGHOOtóáram TJ KRJ\ )0HJHPOtWHQGĘ >KK D D T illetve ˜9LOiJtWiVWHFKQLNDL radiatív TJ  IpQ\KDV]QRVtWiViQDN Dösszetevőkre 6]yWiUiEDQ I F  @bontásával ˜ )HVHWpQ DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN IHKpU D ˜ VTD ref·¸¸¹ 6KRFNOH\ v disszipatív, I ˜ I F/('HN e |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ  1HP]HWN|]L ,/9  « » pVI D]~QV]DWXUiFLyViUDPm pVm  DKROI ¨ rad © 0_dis 0_rad dis rad  I V I ˜ H[S  ¬ ¼  ª º V ILJ\HOHPEHYpWHOH D WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY « » $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV pVI D]~QV]DWXUiFLyViUDPm pVm  § · DKROI D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH DKRO T  HJ\ UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHW T  SHGLJ D] rad Fpn  B rad 0_dis 0_rad dis rad T ref m T ¸¸     J ¬H[S TTVFpn mmVHJtWVpJpYHO SSmmB¨¨Brad TT refref automatikusan modellezzük, a pn- ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ )UHIHUHQFLD TJ fénykonverziós hatásfokának )e v I rad >KK˜Vmegtörténik; D TJúgy D I ˜ I F  PpUW I F mintha @˜pUWpNH ) e luminous TTpV  rad JJ m rad ref JJ˜ V IpQ\SRU ~Q  m˜˜rad Fpn T ˜VXJiU]iV  IpQ\KDV]QRVtWiViQDN DKRO D DD dis ref ˜ « IdisradTT~Q V I  BTrad  GHILQLiOW ~Q sugárzás fényhasznosítása »¼ SHGLJ D] LGHDOLWiVL IDNWRU D] ~Q T kT/q ©¨ dis ¹¸Sm_dis T= FpnSQiWPHQHW LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO 0HJHPOtWHQGĘ KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ DJ HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ D] ~Q LGHDOLWiVL IDNWRU V = kT/q SHGLJ D] ~Q DNWXiOLV KĘPpUVpNOHW  pV S  D D  D K OLQHiULV KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW OHtUy T m_rad   ) > K  D ˜ T  T  D ˜ I  I @ ˜ ) I átmenet energiakonverziós hatásfoka kisebb lenne. Ez fiziahol I és I az ún. szaturációs áram, m és m az   0_dis 0_rad dis rad ˜ m V pVI D]~QV]DWXUiFLyViUDPm pVm  DKROI D  D K OLQHiULV KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW OHtUy v  T J J  I F F  e 0_dis 0_rad ¬ dis rad ILJ\HOHPEHYpWHOH IDPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN D WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY « » DKRO T  HJ\ UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHW T D] DKRO K  D VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN D T rad TT ¹  ¼ © D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH ref J SHGLJ  J efficacy of radiation  >@ $ NLVXJiU]RWW RSWLNDL T   WHUPLNXV IHV]OWVpJ V]REDKĘPpUVpNOHWHQ NE  m T m T  S ˜ T   NEkailag rad J radIHV]OWVpJ ref m§B rad J az ún. ref termikus DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\ által PRGHOOH]]N IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának WHUPLNXV V]REDKĘPpUVpNOHWHQ KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN ª = kT/q º SHGLJ HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH V ugyan nem helytálló, azonban a fénypor elnyelt,D TJ ún. idealitási faktor, V TD]~QV]DWXUiFLyViUDPm pedig feszült·kT/q Fpn pVI pVm HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH D] ~Q LGHDOLWiVL IDNWRU V = D] ~Q DKRO K  D VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN 0_dis 0_rad dis rad LOOHWYH T OLQHiULV  UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO    mDKROI T m T  S ˜ T T DNWXiOLV SQiWPHQHW KĘPpUVpNOHW S  pV S  D D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH  m_dis m_rad  WHOMHVtWPpQ\ LVPHUHWpEHQ D] |VV]IpQ\iUDP D  D K KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW OHtUy T ¨ ¸ dis ref ˜ «H[Sm B dis KĘPpUVpNOHW J ref ~Q HJ\ Idisdis VTJFpn I  B UHIHUHQFLD  »k a TBoltzmannP9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW I  PLQWKD D SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND ILJ\HOHPEHYpWHOH DKRJ\ WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY dis veszteségi hőként távozó teljesítmény nagyobbrészt a D DKRO ség (szobahőmérsékleten kb. 26V]REDKĘPpUVpNOHWHQ mV); P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ ref LGHDOLWiVL J SHGLJ 0HJHPOtWHQGĘ IHKpU /('HN HVHWpQ pVI D]~QV]DWXUiFLyViUDPm  DXWRPDWLNXVDQ DKROI ¨ m ¸kT/q 0_dis 0_rad dispVm radmajd D] V˜ VT T= ahol D] D] ~Q N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ WHUPLNXV IHV]OWVpJ NE DOHtUy UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH PHJW|UWpQLN ~J\ PRGHOOH]]N $V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH T pV KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN «¬IDNWRU »¼ SHGLJ D OLQHiULV KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW KĘPpUVpNOHW pV Q\LWyiUDP IJJpVH HJ\ OLQHiULV HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH dis © ¹ I D K     mDEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV T m T S ˜ T  T fő hővezetési útvonalon keresztül jut el a környezetbe, így az állandó, T a pn-átmenet abszolút hőmérséklete, q pedig az NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP KHO\WiOOy LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO  DNWXiOLV SQiWPHQHW KĘPpUVpNOHW S  pV S  D DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV PLQW rad ~Q J rad ref m B rad V]REDKĘPpUVpNOHWHQ ref m_disSHGLJ m_rad IpQ\SRU ~Q KĘPpUVpNOHW fénykonverziós hatásfokának D] LGHDOLWiVL IDNWRU VJT = kT/q D] NE ~Q PLQWKD WHUPLNXV IHV]OWVpJ PLQW P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW D SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND D  D K OLQHiULV pV iUDPIJJpVpW OHtUy I HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH |VV]HIJJpVVHON|]HOtWKHWĘ N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ is a D félvezető lapkát melegíti. A~J\ legfrissebb szimuelemi töltés. D]RQEDQ IpQ\SRU HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN PRGHOOH]]N ªpt mT§J KĘPpUVpNOHW VFpn · º TJ SHGLJ D] KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN $V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH ILJ\HOHPEHYpWHOH D iOWDO WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY WHUPLNXV V]REDKĘPpUVpNOHWHQ NEtovábbra DKRO Tref HJ\§IHV]OWVpJ $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV ·˜ hőmérsékletfüggése NLVHEE (] IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP KHO\WiOOy HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV  egyenle- TUHIHUHQFLD ) IIOHQQH ˜˜V ¨¨ ¸¸ lineáris N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\  PLQW I V I H[S  lációs vizsgálatok kimutatták, hogy ez a modell csak ún. véAz idealitási faktorok J ¸ e rad Fpn « » ) V rad Fpn  B rad KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D  IĘ PLQWKD D SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND ¨  LOOHWYH ERQWiViYDO rad UDGLDWtY T$V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH I DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV ISQiWPHQHW ˜ ˜ V Sm_dis DNWXiOLV  pV Sm_rad D D]RQEDQ P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW készített ) ev >K DFpnT ˜ TJ  iOWDO TJ  |VV]HWHYĘNUH  HOQ\HOW D I ˜ Ifehér I F  @˜ )YHV]WHVpJL HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ J  ref ˜ ¨ p«t KĘPpUVpNOHW m TJ m  fényporréteggel F  PDMG eeseté-  N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ D IpQ\SRU HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ » ¸ rad T © ¹ kony, kontakt LED-ek tekkel modellezhető: PLQW ¬ ¼ T DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV KĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP KHO\WiOOy § · ref DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\ PRGHOOH]]N KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN © TJ ¸¹  DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV ) e DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN IK DKRO VXJiU]iV IpQ\KDV]QRVtWiViQDN T  rad Fpn KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W DD IĘ PLQW ˜ VD  ben helytálló [22]. Abban amikor a PDMG rosszPHOHJtWL hővezető TdisJ $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV TTJI refpVI I HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ ˜ ¨dis T  m m S T T m p TJ B ˜dis ˜  tJ\ D]I WRYiEEUD LVazDesetben, IpOYH]HWĘ ODSNiW $J D]RQEDQ D˜V IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW YHV]WHVpJL t m (7)  ref J  ref  PLQWKD D SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND m m T  S ˜ T  T ¨ ¸ D]~QV]DWXUiFLyViUDPm pVm  DKROI  ) 0_dis 0_rad dis rad dis J dis ref m B dis J ref  T KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ D § · e 0HJHPOtWHQGĘ rad ~WYRQDORQ Fpn KĘYH]HWpVL NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH § · képességű fényporréteg vastagabb, vagy a félvezető lapkától D  pV UHIHUHQFLD ODSND  KĘPpUVpNOHWHQ PpUW pUWpNH  V T T T ˜ DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN T ref $V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH 0HJHPOtWHQGĘ KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ D $]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV © ¹ J OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D  IĘ ¨˜ TJ ref¸ refIDNWRU ) e helyezkedik I rad ˜VFpn~Q ¨J ~Q   NLVHEE OHQQH (] XJ\DQ QHP KHO\WiOOy TTTJgJJ I LGHDOLWiVL IHJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ ˜ ˜˜VT mTrad m˜ rad  S¸S m B rad TTJ= T H[S D] kT/q ~Qtávolabb (8) refm m  SHGLJ D] ref IpQ\SRU fénykonverziós hatásfokának el, aIL]LNDLODJ fényporban bekövetkező veszte  T  T  T  tJ\ D] WRYiEEUD LV D IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN D  D K OLQHiULV KĘPpUVpNOHW pV iUDPIJJpVpW OHtUy   ¨ ¸ I ¨ ¸ rad rad ref B rad ref dism dis ref m dis J ref IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ Tg J T J˜ V mT IHV]OWVpJ T˜ref H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO KĘYH]HWpVL NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH pt · m TJ V]REDKĘPpUVpNOHWHQ §© V IHKpU /('HN HVHWpQ D TTref T¹ ref D]RQEDQ D~WYRQDORQ IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL ©§ T KĘPpUVpNOHW WHUPLNXV NE JUHIHUHQFLD séget és0HJHPOtWHQGĘ a fényporréteg hőmérsékletét külön kell számolni, DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN  T ILJ\HOHPEHYpWHOH DKRJ\ WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY m TTT ˜˜TTJ  T DKRO  HJ\ D] OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ JJ SHGLJ  HJ\WWKDWyN$NLVXJiU]RWWRSWLNDLWHOMHVtWPpQ\pUWpNH  ¨dis ¸S¹SmmBB dis dis ref·  ref  ILJ\HOHPEHYpWHOH D WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY DKRO TJJ ref HJ\ UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHW T SHGLJ D] H[S ˜¨ T   m m T  T ref  NpV]tWHWW IHKpU /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@ tJ\ D] WRYiEEUD LV D IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $D J 0HJHPOtWHQGĘ KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ rad rad ref rad J ref IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának KĘNpQW WHOMHVtWPpQ\ D IĘ  aktuális  ¸¹SS·KĘPpUVpNOHW modellezni. EzWiYR]y további kutatásaink egyik QDJ\REEUpV]W iránya. referencia az pn- ahol T§Jm ˜refSQiWPHQHW m¨dis m TrefS m_dis P9 DKROkD%ROW]PDQQiOODQGyTDSQiWPHQHW IDNWXiOLV ˜ TTTrefref˜¸Thőmérséklet, ˜ ˜ TTJ J pedig ref T LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO VTegy V  pV S  D J JI m B dis H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO  T m_rad N|]YHWOHQOV]iPtWKDWyDPRGHOOSDUDPpWHUHNEĘO~J\ T dis LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO  DNWXiOLV SQiWPHQHW KĘPpUVpNOHW S pV S D g T Jm Jref¸ ref © ¨    m T T ˜ T  T m_dis m_rad 0HJHPOtWHQGĘ KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ D  OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ T rad J rad m B rad J ref IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának ILJ\HOHPEHYpWHOH D WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY ¨ ¸ DKRO T UHIHUHQFLD TJ együttSHGLJ D] NpV]tWHWW KĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ NHUHV]WO MXW~J\ HOKHO\WiOOy D N|UQ\H]HWEH átmenet Sm_rad ref HJ\ H[S DEV]RO~WKĘPpUVpNOHWHqSHGLJD]HOHPLW|OWpV ©˜ ref KĘPpUVpNOHW DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN PRGHOOH]]N KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN /('HN HVHWpEHQ >@ PLQW IHKpU  mrad Thőmérséklet, mrad TTrefS¹m_dis  S¸mésB rad ˜ TJahőmérsékleti Tref  ¨ DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\ PRGHOOH]]N   KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN J IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának m T V ˜ H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO ILJ\HOHPEHYpWHOH D WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO hatók. APLQWKD modell valós DKRO HJ\ UHIHUHQFLD KĘPpUVpNOHW  SHGLJ DNWXiOLV Sm_disT JpV Sm_radD] D3. tJ\ D] WRYiEEUD LV D IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ J SQiWPHQHW ref ©§ Tref ¹·KĘPpUVpNOHW Dillesztése SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND PLQWKD D SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND Táram VTgrefTSQiWPHQHW TUHIHUHQFLD ˜ Tref KĘPpUVpNOHW ILJ\HOHPEHYpWHOH D WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY DKRO KĘPpUVpNOHW JHJ\ J hőmérsékletfüggése: NpV]tWHWW IHKpU /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@ $V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH J SHGLJ A szaturációs mérési eredményekre LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\ PRGHOOH]]N DNWXiOLV Sm_disTpV Sm_radD] DLED KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ ) I ˜ V ¨$]LGHDOLWiVLIDNWRURNKĘPpUVpNOHWIJJpVHOLQHiULV ¸  $V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH e rad Fpn H[S ˜ NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP QHPERQWiViYDO KHO\WiOOy NLVHEE (] XJ\DQ KHO\WiOOy HJ\HQOHWHNNHOPRGHOOH]KHWĘ ¨ mT SQiWPHQHW LOOHWYH OHQQH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH DNWXiOLV Sm_dis pV Sm_rad D H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\PDMG PRGHOOH]]N PLQWKD DDSQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND Tref pt ¸¹KĘPpUVpNOHW KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN J ˜ VT m T ©$V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH D]RQEDQ IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW YHV]WHVpJL DPHO\D DVHJ\HQOHWiWUHQGH]pVpEĘODGyGLN pt m TJJ D]RQEDQ D IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL Az NpV]tWHWW eszköz öregedését is figyelembe vevőXJ\DQ multi-domain LED->@ DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\KHO\WiOOy PRGHOOH]]N KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN PLQWKD DIHKpU SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ QHP KHO\WiOOy /('HN HVHWpEHQ JT J II refmdis˜˜ §§¨¨TTTrefJJ ··¸¸ S m B dis˜˜ ˜ TJ  Tref  m KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D  modell $V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH  II dis T KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D IĘ IĘ bemutatásához egy Luxeon Z LED-mintát válaszPLQWKD D SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND  T 0HJHPOtWHQGĘ KRJ\ IHKpU /('HN HVHWpQ D p m T  NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP KHO\WiOOy D]RQEDQ D IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL J ¸¸ t J   ref ¨ KĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH · TTref  ¹ tottunk. A szükséges méréseket elvégeztük az eszköz új és    mrad$V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH TJ mrad¨©§©¨T  S ˜ T  T KĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH (9)  ref NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP KHO\WiOOy J ¹ ref m B rad J ref IpQ\SRU ~Q fénykonverziós hatásfokának p m T    D]RQEDQ D IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D IĘ J I  TJ I  ref ˜ § T ·¸ t ˜ tJ\ D] WRYiEEUD IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ állapotában is, LV aD2.D ábrán bemutatott összeállítás tJ\ D] WRYiEEUD LV DiOWDO IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ ¨ TUHIHUHQFLD ¸Tpt m·TJ KĘPpUVpNOHW TJ SHGLJ D]RQEDQ D~WYRQDORQ IpQ\SRU HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL J ˜¸ ILJ\HOHPEHYpWHOH WHOMHV Q\LWyiUDP GLVV]LSDWtY §§ TV DKRO T HJ\ D]öregített T KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D IĘ KĘYH]HWpVL NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH ref ¨ ref g J J ref ·  IH[S T I ˜ ˜ © ¹ V T T T ˜  § · OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\  ¨J segítségével. Az öregítés az IES LM-80-08 szabványnak [23] g  ref J ¨ ˜ TJJ ¸ ref ¸  OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ ¸ ˜ KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D IĘ LOOHWYH UDGLDWtY |VV]HWHYĘNUH ERQWiViYDO H[S DNWXiOLV Sm_dis pV Sm_rad Dmegfelelően KĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ MXW HO D N|UQ\H]HWEH tJ\ D] történt. WRYiEEUD DNHUHV]WO IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ IJSQiWPHQHW I  T¨¨¨J m ˜ ©¨˜TrefT¹¸ KĘPpUVpNOHW  ref ˜˜ V Az LV alábbiakban a modellparaméterek H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO ¸Tref ¸¹¸·  T¨ TT T˜ref  Tg J T H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO ©§© mVT KĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH JV J ref T© ref DXWRPDWLNXVDQ PHJW|UWpQLN ~J\ PRGHOOH]]N ¹ KĘPpUVpNOHWLHJ\WWKDWyN tJ\ D] WRYiEEUD LV D IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ H[S§¨ V T ˜ T ˜¹T ·¸  gyakorlati taglaljuk. KHO\WiOOy NpV]tWHWW IHKpU vonatkozásait /('HN HVHWpEHQ >@  illesztésének NpV]tWHWW /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@ ¨ mTg J˜ V tJ\ D]izotermikus WRYiEEUD LV D IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ JT ref ¸ PLQWKD DIHKpU SQiWPHQHW HQHUJLDNRQYHU]LyV KDWiVIRND OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO ¨$V]DWXUiFLyViUDPKĘPpUVpNOHWIJJpVH ¸ JT T ˜ Thőmérsékleten ref Az eszköz I -V -Φ karakterisztikáját három küahol I0ref vett áramegyüttható, m H[S ©¨§ aVreferencia ¹ · F F e g J J ˜ Tref ¸ OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ NLVHEE OHQQH (] IL]LNDLODJ XJ\DQ QHP KHO\WiOOy ¨ ¸  m T V T ˜ H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO NpV]tWHWW IHKpU /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@ H[S© ˜ ref ¹faktor, pt dióda modellparamé- lönböző pn-átmenet hőmérsékleten mértük meg, a kapott a hőmérsékletfüggő ¨ mTJ ˜ VT idealitási ¸ T szélessége pt m TJ H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO D]RQEDQ D IpQ\SRU iOWDO HOQ\HOW PDMG YHV]WHVpJL Ja tiltott T sáv NpV]tWHWW IHKpU /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@ görbéket az 5. ábra mutatja be. Az eredmények jól szemlélter, Vg pedig potenciába kifejezve. © § TJ ref · ¹ NpV]tWHWW IHKpU /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@ KĘNpQW WiYR]y WHOMHVtWPpQ\ QDJ\REEUpV]W D IĘ ¨ ¸ tetik a (2) egyenletnél leírtakat; az S Az E kis áramokon (~3 mA tiltott sávszélesség (vagy potenciában kifejezve: V ) I  TgJ I  ref ˜ ˜ VFpn g ¸ Tref relatív … 5 mA) mért ‑2 mV/°C körüli értéke az áram növekedésével meghatározható a¨©LED spektrális teljesítmény eloszláKĘYH]HWpVL ~WYRQDORQ NHUHV]WO MXW HO D N|UQ\H]HWEH ¹   csökken sából, a λp csúcshullámhossz ismeretében: értéknélLV márD‑1,7 mV/°C). tJ\ (ID] WRYiEEUD IpOYH]HWĘ ODSNiW PHOHJtWL $ F = 1 A § Vg TJ TJ ˜ Tref · OHJIULVVHEEV]LPXOiFLyVYL]VJiODWRNNLPXWDWWiNKRJ\ ¨ ¸ H[S ˜ ¨ mT ˜ V Tref ¸¹ H]DPRGHOOFVDN~QYpNRQ\NRQWDNWIpQ\SRUUpWHJJHO J T © Elektrotechnika 2017 /3-4 15 NpV]tWHWW IHKpU /('HN HVHWpEHQ KHO\WiOOy >@

A kapott görbéken jól látható a kisáramú szakaszokon (~1 mA … 5 mA) a többletáram hatása, amelynek modellezése szükségtelenül bonyolulttá tenné az eszköz későbbi, nagyáramú üzemi körülményeinek szimulációját (ahol ugyanis elektro-termikus szimulációra is szükség van a magas dis�szipáció miatt). Emiatt ezt a jelenséget az itt leírt LED-modell nem tükrözi [16].

hibával terhelt, azonban jó bemeneti kezdőértékként szolgálhat egy automatizált paraméterillesztő algoritmus számára; a pontos RS érték, mint a modell többi paramétere is, globális görbeillesztéssel határozható meg. Az RS soros ellenállás ismeretében a teljes karakterisztikára meghatározható a belső pnátmenetre eső VFpn feszültség értéke az (1) egyenlet alapján. Az izotermikus nyitóáram (IF) – kisugárzott teljesítmény (Φe) görbék (lásd a 6. ábrán) a nyitóáram – nyitófeszültségmérésekkel egyidejűleg felvehetőek, a 2. ábrán bemutatott elrendezéssel akár teljesen automatizáltan is. A kisugárzott optikai teljesítmény ismeretében a (3) és (4) egyenletek segítségével meghatározhatók a teljes nyitóáram disszipatív, illetve radiatív áramkomponensei. Az így kapott görbesereget a 7. ábra szemlélteti (az ábra lapkahőmérsékletek szerinti színezési sémája megegyezik az 5., ill. 6. ábrákon alkalmazottal; a mérési adatpontok összekötése az áramösszetevők szerinti megkülönböztethetőséget szolgálja).

5. ábra A Luxeon Z meleg fehér LED izotermikus IF-VF karakterisztikái, különböző pn-átmenet hőmérsékleteken mérve, logaritmikus ’y’ skálán ábrázolva

7. ábra A Luxeon Z LED mérésekből meghatározott áramösszetevői 95 °C, 80 °C és 65 °C lapkahőmérsékleteken

6. ábra A Luxeon Z melegfehér LED izotermikus IF-Φe karakterisztikái, különböző pn-átmenet hőmérsékleteken mérve Az ideális Shockley modell exponenciális jellegétől a valós, mért karakterisztikák a nagyáramú tartományban ( > 100 mA) a soros ellenállás hatására térnek el egyre inkább. A soros ellenállás meghatározható úgy, mint az ideális görbétől való feszültségben mért eltérés és a hozzá tartozó áram hányadosa, avagy, mint a nagyáramú tartomány meredeksége. Ügyelni kell azonban arra, hogy már a közepes áramtartományokhoz illesztett Shockley modell is terhelt a soros ellenállás hatásától, valamint, hogy a nagyáramú tartomány meredekségében is megjelenik a dióda exponenciális karakterisztikája. Az ilyen módszerekkel meghatározott RS soros ellenállás értéke tehát

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

8. ábra A Luxeon Z LED minta különböző lapkahőmérsékleteken és nyitóáramokon mért relatív spektrális teljesítményeloszlásainak csúcsai A paraméterezés következő lépése az (5)–(9) egyenletek szerinti hőmérsékletfüggések meghatározása. Ez a LED-ek különböző lapkahőmérsékleteken és nyitóáramokon mért relatív spektrális teljesítményeloszlása és a Varshni formula

16

Innováció

(12) segítségével lehetséges. A 8. ábrán az ehhez szükséges görbesereg látható; a mérési bizonytalanság csökkenthető a görbék maximumhelyeinek négyzetes közelítésével. Az ábrán piros rombuszok jelölik a maximum pontokat. A további modellparaméterek meghatározása ezután globális görbeillesztéssel (optimalizációval) történik.

4. Teljesítmény LED-ek öregedése LED-ek öregedésének vizsgálatára kidolgozott szabványok adnak ajánlást, ezek közül a legáltalánosabban elterjedt eljárás az IES LM-80-08 [23] (a szabadon elérhető leírást lásd: [24]). A szabvány legalább 6000 órás öregítést ír elő a dokumentumban jól meghatározott öregítési környezetben, amelynek során legalább 1000 óránként kell adatgyűjtést végezni a kritériumoknak megfelelő tesztberendezésekkel. A mért adatok általában a LED-minták összfényáramára, esetleg kisugárzott teljesítményére terjednek ki. Az eltelt üzemidő függvényében vett fényáramtartás a TM-21-es szabvány [25] segítségével időben tovább extrapolálható, amelynek ajánlott hossza a minták számától és az öregítés során eltelt időtől függ. A korábban említett Lumileds Luxeon Z LED mintákat 9000 órás öregítésnek vetettük alá, amelyet a szabványnak megfelelő kamrában, 85 °C környezeti hőmérsékleten és 1 A nyitóáram mellett végeztünk el. A teszt során rögzített kibocsátott összfényáram és optikai teljesítménygörbék a 9. ábrán láthatóak. Az LM-80-08 szabvány azonban csak a minták adott körülmények közötti fénykibocsátását és az esetleges meghibásodások számának figyelését írja elő, az egyéb paraméterek változásával nem foglalkozik. Emiatt az öregítési eljárás során néhány minta teljes, kombinált termikus és optikai mérését is elvégeztük, a mérések során a pn-átmenet hőmérsékletét ismert, konstans értékeken tartva.

a kisáramú tartományban növekvő parazita áramok, a nagyáramú tartományban pedig a domináns soros ellenállás növekedése, illetve a lapka aktív tartományát képező ún. dupla heteroátmenet degradációja is. A diódakarakterisztika ilyen irányú változása – az üzemi nagyáramú tartományban, áramgenerátoros táplálás esetén – egyben az eszköz teljesítményfelvételének időbeni növekedését is jelenti. A 65  °C-os lapkahőmérsékleten mért izotermikus IF-Φe görbék beégetetlen és öregített állapotát a 12. ábra szemlélteti; a kisugárzott teljesítmény a teljes nyitóáram-tartományban csökkent. A 80  °C, illetve 95  °C-os lapkahőmérsékleteken kapott eredmények jellege hasonló. A relatív spektrális teljesítményeloszlás csúcshullámhosszában nem tapasztaltunk mérhető változást, ami az alap félvezető struktúra energia-sávszerkezetének stabilitására utal. A fő hővezetési út RC hálózati reprezentációja nem változott az öregítés során (lásd a 13. ábrán), azonban a 11. és 12. ábrák alapján elmondható, hogy a minták energiakonverziós hatásfoka csökkent, míg a disszipált teljesítménye (és ezzel együtt a pn-átmenet üzemi hőmérséklete) növekedett; vagyis a munkapont folyamatosan eltolódott az öregítés során.

10. ábra Egy Luxeon Z LED 10 mA nyitóáramon mért nyitófeszültségének hőmérsékletfüggése az eltelt öregítési idő (üzemidő) függvényében

9. ábra Lumileds Luxeon Z LED minták LM-80-08 ajánlás szerinti öregítés során mért fény(áram)tartása az öregítés első 7000 órájára Az elektromos paraméterek jelentős mértékű változását a kis áramokon mért nyitófeszültség hőmérsékletfüggésének (SVF) jelentős mértékű megváltozása is jól mutatja – lásd a 10. ábrán. A 11. ábrán a 65  °C-os lapkahőmérsékleten mért izotermikus IF-VF nyitóáram-nyitófeszültség karakterisztikák láthatóak, öregítetlen és 6000 órás öregítés utáni állapotban. A görbék az 5 mA-es pontban „csavarodnak” egymás körül – ugyanez a jelenség tapasztalható valamennyi vizsgált minta, lapkahőmérséklet és eltelt öregítési idő esetében. Ezt okozhatják az öregedés során megnövekvő másodlagos hatások;

17

11. ábra A Luxeon Z LED izotermikus IF-VF karakterisztikái 65 °C-os lapkahőmérséklet mellett, beégetetlen és öregített állapotban

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

12. ábra A Luxeon Z LED izotermikus IF-Φe karakterisztikái 65 °C lapkahőmérséklet mellett, beégetetlen és öregített állapotban

13. ábra Egy Luxeon Z LED fő hővezetési útját jellemző hőkapacitás-hőellenállás eloszlás görbe (ún. struktúrafüggvény) öregítetlen állapotban és 6000, ill. 9000 órás öregítés után Ez ugyanúgy igaz az LM-80 öregítési környezetben, mint a későbbi szerelvényen is, azonban a munkapont megváltozásának pontos mértéke – és ezzel az öregedés tendenciája is – a mindenkori termikus határfeltételtől (a mechanikai szerelvénytől) függ. Az eltelt üzemidőtől is függő üzemi fényáram meghatározására alkalmassá tehető a fent leírt multi-domain LED-modell; a paraméterek időfüggővé tételéhez szükséges összefüggések elméleti és gyakorlati úton történő meghatározása jelenleg is aktív kutatási terület.

5. Üzemi paraméterek modellezése A javasolt multi-domain LED-modell gyakorlati alkalmazhatóságát néhány szimulációs példán keresztül szemléltetjük. Az alábbi szimulációkat egy Spice jellegű elektro-termikus áramkörszimulációs programmal végeztük el (a Mentor Graphics Eldo Classic programjával). A példákhoz a korábban taglalt Lumileds Luxeon Z LED-ek mérési eredményeit és egy valós LED-es közvilágítási lámpatest, a Hungaro Lux Light Kft. által a KÖZLED projekt eredményeképpen kifejlesztett PearlLight 48 típusú lámpatest ún. kompakt termikus modelljét használtuk fel. A lámpatest mechanikai CAD modelljének alulnézeti képe, a LED-ek elhelyezkedése és számozási sémája a 14. ábrán látható.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

A példánkban szereplő lámpatest esetében 48 hőforrással kell számolni, ezért a termikus kompakt modell egy 48 csomópontot tartalmazó ún. N-port modell volt, amelyen belül minden csomópont összeköttetésben van a többivel; vagyis minden LED disszipációja hatással van minden másik LED hőmérsékletére is. Ilyen N-port kompakt mo14. ábra A PearlLight 48 dellt eredményesen CFDlámpatest MCAD modelljének szimulációk segítségével képe; pirossal jelölve a LED-ek kaphatunk (ezzel részleteelhelyezkedését és számozási sebben a [19] és [20] cikk sémáját [19], [20] foglalkozik). A kapott termikus kompakt modellt a korábban taglalt multi-domain LED-modellhez csatlakoztatva bármely Spice alapú környezetben elvégezhető a szimuláció és megkaphatóak a lámpatestbe beépített összes LED adott környezeti feltételek mellett érvényes munkaponti jellemzői. A lámpatest termikus kompakt modelljével és a LED-ek multi-domain modelljeivel végzett lámpatest szintű szimuláció futási ideje jellemzően néhány másodperc még nagyszámú LED esetén is, de komplex paramétersöprés és/vagy nagy felbontású tranziens vizsgálat esetén akár néhány perc hosszúságúra is nyúlhat. Az ilyen jellegű szimulációs modellek hatalmas előnye az, hogy segítségükkel egy lámpatest számos ún. virtuális prototípusa is elkészíthető, amelyekben különböző LED-típusokkal „szerelve” szimulációk segítségével „kipróbálhatjuk” a lámpatestet. (E virtuális tesztelés része még pl. a fényeloszlás szimulációja is, amihez a multi-domain szimulációk révén nyert teljes üzemi fényáram-információt ki kell még egészíteni a gyártók által gyakran publikált ún. sugárkészletekkel is. Az ilyen jellegű szimulációk azonban nem képezik jelen vizsgálatunk tárgyát.) A 15-19. ábrák a leírt módszerrel nyerhető vizsgálati eredményeket mutatnak be, a teljesség igénye nélkül. Itt fontos megjegyeznünk, hogy a PearlLight 48 lámpatesteket a gyártó nem Luxeon Z, hanem Cree XP-G2 LED-ekkel szereli. A valós összeállítás szimulációs eredményei megtalálhatóak a [26] számú irodalomban, az ellenőrző mérések eredményeivel együtt. A Luxeon Z LED-ek modelljével végzett szimulációs vizsgálatunkkal a fent említett virtuális prototípus vizsgálatra kívántunk egy példát bemutatni. Amennyiben a mindenkori termikus környezet karakterizálása termikus tranziens mérésekkel történik, úgy a kapacitív tagokat is tartalmazó dinamikus kompakt modell a mérés kiértékelését követően automatikusan rendelkezésre áll. Ilyen dinamikus termikus modell segítségével pl. tranziens szimuláció is elvégezhető, amely lehetővé teszi pl. a bekapcsolás utáni bemelegedési folyamat pontos nyomon követését. A 19. ábra egy Zhaga szabványú hűtőbordára szerelt Lumileds Luxeon Z LED bekapcsolási tranziensét mutatja be. (A hűtőszerelvény termikus tranziens mérésével és modellezésével korábbi cikkeink [27], [28] foglalkoznak.) Az ábrán több jelenség is jól megfigyelhető. A tranziens során jól elkülöníthető a jó hővezető képességű és kis tömegű LEDtok, illetve a nagy tömegű, a környező levegő felé relatíve nagy hőellenállást mutató mechanikai hűtőszerelvény hatása. Előbbi időállandója a 10 sec nagyságrendbe esik, míg az utóbbi csak a 10 000 sec tartományban kerül termikusan stabil állapotba. Az alsó és felső görbe „szimmetriája” jól jellemzi

18

Innováció

van az optikai paraméterek szimulációjára a kapcsolás utáni olyan rövid időtartományban is, ahol mérések a jelenleg rendelkezésre álló eszközökkel általában nem végezhetőek el.

6. Összefoglalás

15. ábra Luxeon Z LED-ek szimulált üzemi pn-átmenet hőmérséklete a PearlLight 48 lámpatesten, 15 °C környezeti hőmérsékleten, 700 mA nyitóáram mellett (a rácspontok megfelelnek a 14. ábrán látható 6x8-as LED mátrix elemeinek)

A teljesítmény LED-ek elektromos, termikus és optikai paraméterei csak együttesen kezelhetőek, ezek egymásra hatása kombinált mérési eljárásokat, illetve multi-domain szimulációs modelleket tesz szükségessé. A jelen cikkben leírt multi-domain LED-modell alkalmas Spice-alapú áramkör-szimulációs programokban történő implementálásra, a segítségével elvégzett rendszerszintű (lámpatest szintű) szimuláció néhány perc, de akár néhány másodperc alatt rendelkezésre áll. Ilyen szimulációk során megkapható a LED-ek elektromos munkapontja, üzemi hőmérséklete és üzemi fényárama, akár már a tervezés korai szakaszában is, a lámpatest tényleges fizikai elkészítése nélkül. Az ilyen szimulációk során az elektromos és termikus környezet rugalmasan változtatható, cserélhető; a modell birtokában tetszőleges LED-típus bármely mechanikai

16. ábra Luxeon Z LED-ek szimulált üzemi pn-átmenet hőmérsékleti tartománya a PearlLight 48 lámpatesten, a nyitóáram és a környezeti hőmérséklet függvényében (vesd össze: 700 mA +15 °C tartományt a 15. ábrával)

18. ábra Virtuálisan Luxeon Z LED-ekkel „szerelt” PearlLight 48 lámpatest teljes kisugárzott optikai teljesítménye 700 mA nyitóáramon; szimuláció a Szombathelyen rögzített napi középhőmérsékletek alapján

17. ábra A virtuálisan Luxeon Z LED-ekkel „szerelt” PearlLight 48 lámpatest szimulációval számított teljes kisugárzott optikai teljesítménye a nyitóáram és a környezeti hőmérséklet függvényében; a folytonos és szaggatott vonalak a LED-ek öregítetlen és 6000 órás öregítés utáni állapotára vonatkoznak a kisugárzott teljesítmény hőmérsékletfüggő természetét. Az ábra továbbá jól szemlélteti azt is, hogy a széles körű karakterizálási és modellezési eljárás eredményeképpen lehetőség

19

19. ábra Zhaga-szabványú hűtőbordára szerelt Luxeon Z LED bekapcsolási folyamata: a pn-átmenet hőmérséklet és a kisugárzott optikai teljesítmény tranziensei a bemelegedés során [18]

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

szerelvényen vizsgálható. Egy ilyen szimuláció során cél lehet az eszköz elhasználódásának, öregedésének vizsgálata, becslése is. Egy nagy teljesítményű LED-minta standard eljárással végzett öregítése során mért adatok alapján bemutattuk a vizsgált LED-ek néhány öregedési jellemzőit és felvázoltuk azt, hogy ezek segítségével hogyan vizsgálható egy lámpatest várható viselkedése.

Köszönetnyilvánítás Szeretnénk megköszönni a Hungaro Lux Light Kft.-nek, hogy a jelen cikkben ismertetett munkához rendelkezésünkre bocsátotta a PearlLight48G lámpatestük részletes mechanikai terveit, a lámpatestbe szerelt LED-ek különálló példányait és egy teljes működő lámpatestet is a karakterizálásmodellezés-szimuláció-ellenőrző mérés ciklus teljes megvalósításához. Az itt ismertetett LED karakterizációs, modellezési és szimulációs munkákat részben az Európai Unió H2020-as kutatási és innovációs programja keretén belül finanszírozott Delphi4LED H2020 ECSEL 692465 sz. projekt támogatta, amelyet kiegészített a Nemzeti Fejlesztési, Kutatási és Innovációs Alap NEMZ_15-1-2016-0033 sz. támogatási szerződés keretén belül nyújtott társfinanszírozása. Külön köszönjük Robin Bornoffnak és James Dysonnak, a Mentor Graphics munkatársainak a PearlLight48G lámpatest modellezése kapcsán nyújtott segítségét. Irodalomjegyzék [1] Mentor Graphics, FloEFD LED module, http://s3.mentor.com/public_ documents/datasheet/products/mechanical/products/floefd-ledmodule.pdf [2] Kovács Zoltán, Marosy Gábor, Poppe András, „LED-es közvilágítási lámpatestek termikus tranziens teszteléssel való diagnosztikai vizsgálatának lehetőségei”, ELEKTROTECHNIKA 104:(9) pp. 30-36. (2011) [3] Temesvölgyi Tamás, Farkas Gábor, Poppe András, „AC LED-ek termikus impedanciájának mérése”, ELEKTROTECHNIKA 104:(7-8) pp. 10-14. (2011) [4] Poppe András, „Teljesítmény LED-ek új termikus mérési szabványai”, In: Barkóczi G., Bolvári G., Szabó F. (szerk.): Világítástechnikai Évkönyv 20122013, Budapest: MEE Világítástechnikai Társaság, 2013, pp. 96-102. [5] Poppe András, Szalai Albin, Hegedűs János, „LED-ek multi-domain szimulációs modelljei és azok gyakorlati vonatkozásai”, In: Németh Zoltán, Nagy Balázs Vince (szerk.) Világítástechnikai Évkönyv 2014-2015, Budapest: MEE Világítástechnikai Társaság, 2015, pp. 112-121. [6] A. Poppe, G. Farkas, V. Székely, Gy. Horváth, M. Rencz, „Multi-domain simulation and measurement of power LED-s and power LED assemblies”, In: Proceedings of the 22nd IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'06). Dallas, USA, March 14-16 2006, pp. 191-198. [7] V. Székely, T. V. Bien, "Fine structure of heat flow path in semiconductor devices: A measurement and identification method", Solid-State Electronics 31(9):1363–1368, 1988 [8] A. Poppe, G. Molnár, T. Temesvölgyi, "Temperature dependent thermal resistance in power LED assemblies and a way to cope with it", In: Proceedings of the 26th IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'10). 21-25 March 2010, Santa Clara, USAm pp. 283-288 [9] JEDEC Standard JESD51-50, "Overview of Methodologies for the Thermal Measurement of Single- and Multi-Chip, Single- and Multi-PNJunction Light-Emitting Diodes (LEDs)", https://www.jedec.org/sites/default/files/ docs/JESD51-50.pdf (2017. jan.) [10] JEDEC Standard JESD51-51, "Implementation of the Electrical Test Method for the Measurement of Real Thermal Resistance and Impedance of Light-Emitting Diodes with Exposed Cooling", https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD51-51.pdf (2017. jan.) [11] JEDEC Standard JESD51-52, "Guidelines for Combining CIE 127-2007 Total Flux Measurements with Thermal Measurements of LEDs with Exposed Cooling Surface", https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD5152.pdf (2017. jan.) [12] JEDEC Standard JESD51-53, "Terms, Definitions and Units Glossary for LED Thermal Testing", https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD5153.pdf (2017. jan.)

[13] CIE 127:2007 Technical Report "Measurement of LEDs" (ISBN 978 3 901 906 58 9) [14] A. Poppe, "A step forward in multi-domain modeling of power LEDs", In: Proceedings of the 28th IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'12), 18-22 March 2012, San Jose, USA, pp. 325-330. [15] A. Poppe, T. Temesvölgyi, "A General Multi-domain LED Model and its Validation by Means of AC Thermal Impedance", In: Proceedings of the 29th IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'13), 17-21 March 2013, San Jose, USA, pp. 137-142. [16] A. Poppe, "Multi-domain compact modeling of LEDs: an overview of models and experimental data", Microelectronics Journal 46(12A): 11381151. (2015) [17] A. Poppe, A. Szalai: "Practical aspects of imp-lementation of a multidomain LED model", In: Proceedings of the 30th IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'14), San Jose, USA, March 9-13 2014, pp. 153-158. [18] A. Poppe, J. Hegedűs, A. Szalai, "Multi-domain modeling of power LEDs based on measured isothermal I-V-L characteristics", In: Proceedings of the CIE Lighting Quality & Energy Efficiency Conference, 3-5 March 2016, Melbourne, Australia, CIE x042:2016, pp. 318-327. [19] A. Poppe, J. Hegedüs, A. Szalai, R. Bornoff, J. Dyson, "Creating multi-port thermal network models of LED luminaires for application in system level multi-domain simulation using Spice-like solvers", In: Proceedings of the 32nd IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'16), 14-17 March 2016, San Jose, USA, pp. 44-49. [20] A. Poppe, "Simulation of LED Based Luminaires by Using Multi-Domain Compact Models of LEDs and Compact Thermal Models of their Thermal Environment", Microelectronics Reliability (beküldött kézirat, bírálat alatt), 2017 [21] CIE S 017/E:2011 ILV: International Lighting Vocabulary, 17-730-as címszó http://eilv.cie.co.at/term/730 [22] A. Alexeev, R. Bornoff, S. Lungten3, G. Martin, G. Onushkin, A. Poppe, M. Rencz, J. Yu, "Requirements Specification for Multi-Domain LED Compact Model Development in Delphi4LED", In: Proceedings of the EuroSime 2017 Conference, 2-5 April 2017, Dresden, Germany (közlésre elfogadva) [23] Approved Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources, IESNA Standard IES LM-80, 2008. (ISBN 978 0 87995 227 3) [24] E. Richman, "The elusive “life” of LEDs: How TM-21 contributes to the solution" (eds ERIC RICHMAN) (LEDs Magazine, 2011) Online elérhető: http://www.ledsmagazine.com/articles/2012/11/theelusive-life-of-leds-how-tm-21-contributes-to-the-solution-magazine. html (2017. febr.) [25] IES TM-21-11: "Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources" + Addendum A, Illumination Eng. Soc., New York, NY, USA, 2011. (ISBN 978 0 87995 259 4) [26] J. Hegedüs, G. Hantos, A. Poppe, "Light output stabilisation of LED based streetlighting luminaires by adaptive current control", Microelectronics Reliability (beküldött kézirat, bírálat alatt), 2017 [27] Poppe András, Kollár Ernő, Tóth Zoltán, Simonovics János, „Foglalatba illeszthető LED modulok hűtő szerelvényeinek termikus vizsgálata", In: Németh Zoltán, Nagy Balázs Vince (szerk.), Világítástechnikai Évkönyv 20142015, Budapest: MEE Világítástechnikai Társaság, 2015, pp. 98-103. [28] A. Poppe, G. Hantos, J. Hegedüs, "Application of the Transient Dual Interface Method in Test Based Modeling of Heat-sinks Aimed at Socketable LED Modules", In: Proceedings of the 31st IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'15), 15-19 March 2015, San Jose, USA, pp. 261-266.

Hegedüs János doktorandusz, a MEE VTT tagja BME Elektronikus Eszközök Tanszéke [email protected]

Dr. Poppe András egyetemi docens, tanszékvezető BME Elektronikus Eszközök Tanszék a MEE VTT alelnöke [email protected]

Lektor: Csuti Péter Pannon Egyetem

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

20

Professzionális világítástechnika és fenntartható energia Az elmúlt hét év alatt a Sysco-Lux Kft. innovatív csapata a hazai világítástechnikai piac meghatározó szereplőjévé vált, a világításkorszerűsítésben elért eredményeiknek, a fényforrás-kereskedelem újragondolásának és az energiatakarékos megoldások népszerűsítésének köszönhetően. A Sysco-Lux ügyvezetői – Moldován Péter műszaki és Molnár Attila kereskedelmi igazgatók – számolnak be tapasztalataikról: Sikereink titka elsősorban kollégáink többéves  tapasztalatában és szakértelmében rejlik. A cég alapítását megelőzően mindketten a GE-nél dolgoztunk több mint egy évtizeden át, elsősorban a magyarországi és a délkelet-európai közvilágítás és beltéri világításkorszerűsítési projektekben vettünk részt. Úgy láttuk, mind a hazai, mind a nemzetközi környezetben egyre nagyobb a kereslet az energiahatékony, korszerű világítástechnikai megoldásokra. Erre a piaci igényre építettük fel vállalkozásunkat. Cégünk – immár hetedik éve – a fényforrások kis- és nagykereskedelmi értékesítése mellett komplex világítástechnikai szolgáltatást nyújt partnereinek, mely magában foglalja az egyénre szabott világításkorszerűsítési szaktanácsadást, a teljes körű világítástervezést és a kulcsrakész kivitelezést is. Mindemellett az elektromosautó-töltés, a Smart City projektek és a napelemek is fontos szerepet töltenek be cégünk működésében. Tevékenységünket földrajzilag is bővítettük, tavalyelőtt nyitottunk irodát Ausztriában. Osztrák leányvállalatunk rövid időn belül elnyerte több mint 1.000 alagút fényforrás-beszállítását.

A Sysco-Lux Kft. érdekeltségébe tartozó Greenvestment Kft. az energiahatékonysági projektek finanszírozását biztosítja partnereinknek. Az ESCO (Energy Saving Company) saját pénzeszközeivel vagy külső pénzügyi források bevonásával végzi el az energetikai beruházást, majd üzemelteti és karbantartja a korszerűsített rendszert. Az ügyfél a beruházás költségét szolgáltatási díjként, havi rendszerességgel fizeti vissza az ESCO-nak a szerződésben rögzített futamidő alatt, melynek lejáratáig a korszerűsített eszközök az ESCO tulajdonában maradnak.

A Nyugati pályaudvar mellett található LEDison Világítástechnikai Szaküzletünkben és a nagy érdeklődésnek örvendő webshopunkban több mint 14 000 különböző típusú fényforrással várjuk vásárlóinkat. www.ledison.hu. GE – Tungsram, Philips, Tridonic EGLO

Intelligens világításvezérlési rendszerek

Főbb tevékenységeink közé tartozik a speciális világítási rendszerek tervezése is. A világítási rendszer fényáramszabályzásával további jelentős megtakarítás érhető el amellett, hogy komfortosabbá válik a megvilágított környezetünk. Erre nyújt megoldási lehetőséget az egyedileg címezhető, gyártófüggetlen DALI rendszer, amelyben a világítási installáció egy egységet képez, fény- és jelenlétérzékelő szenzorokkal, amelyek működése egyedileg programozható. Egyszerű módon csökkenthetjük a lámpatestek, illetve fényforrások egyedi fényáramát, módosíthatjuk színhőmérsékletüket és szabadon beállíthatóak a megvilágítási képek. Egy ilyen installáció rugalmasan bővíthető és kiválóan integrálható az épületfelügyeleti rendszerekbe, ezáltal naprakész információkhoz juthatunk a lámpatestek működéséről, állapotáról és fogyasztásáról. A hazánkban kizárólagosan képviselt osztrák székhelyű, de több kontinensen jelen lévő TRIDONIC cég élenjár a világítási szabályozás elemeinek fejlesztésében, és olyan innovatív megoldást hoz a piacra, amely informatikai alapokon fogja a lámpatestek szabályzását végezni. Sőt a világítás csak egy része ennek a forradalmasított ipari infrastruktúrának, mivel számos érzékelőt (pl. hő, páratartalom, zaj stb.) lehet integrálni a hálózatba, és azokat interneten keresztül flexibilisen kezelhetjük.

E.ON-LUX

Mindenképpen szeretnénk megemlíteni az E.ON-nal közös projektünket, amely a magánvállalatok és a közintézmények világításkorszerűsítéséhez nyújt tökéletes megoldást. Az E.ON-LUX program az ipari és kereskedelmi létesítmények mellett iskolák, óvodák, kórházak energetikai korszerűsítését célozta meg. A szolgáltatás magában foglalja a kulcsrakész világítási rendszerek kialakítását európai gyártók megbízható termékeivel. Mindemellett az E.ON a projektfinanszírozást is az ügyféligényekhez igazítja, valamint stabil műszaki-gazdasági hátteret biztosít, csökkentve a beruházási kockázatot. www.syscolux.hu www.ledison.hu www.greenvestment.hu

(X)

Dr. Wenzel Klára, Urbin Ágnes

Színtévesztők a forgalomban Forradalmi változás tapasztalható a forgalomirányító lámpák területén az utóbbi években. A piros, sárga és zöld búrákban elhelyezett wolframszálas izzók helyét fokozatosan elfoglalják a LED‑lámpák. Cikkünkben arra a kérdésre keressük a választ, hogy hogyan látják a színtévesztők a korábbi forgalomirányító lámpák fényét, és hogyan látják a LED-lámpákét. A LED-lámpáknak számos előnye van a korábbi lámpákhoz képest: jelentősen gazdaságosabb és megbízhatóbb üzemelés, ragyogó, tiszta színek. Azonban felmerül a kérdés: vajon a színtévesztők nem látják-e még rosszabbul a LED-lámpák fényét, mint a korábbi lámpákét? Nem kerülnek-e még hátrányosabb helyzetbe a jó színlátású vezetőkhöz képest, mint a korábbi lámpák alkalmazása esetén? Megmértük egy újszerű állapotban lévő korábbi forgalomirányító lámpa spektrális emisszióját a színes búráival szerelt állapotban. A mérést a Budapesti Műszaki Egyetem Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszékén, színtévesztés vizsgálati kísérletek végzése céljára beszerzett lámpákon végeztük el. A mérések eredménye az 1. ábrán látható.

2. ábra Forgalomirányító LED-lámpa spektrális emissziója egy egyszerű modellt alkalmaztunk: a szem egyes receptorait egyszerű fényérzékelő detektornak tekintettük, amely az egyes lámpák spektrális teljesítményeloszlását érzékeli [1]. A színtévesztés két leggyakoribb formája a protanomália és a deuteranomália [2]. Protanomália esetén a vörös színre érzékeny l receptor érzékenységi tartománya közelebb van az m receptor érzékenységi tartományához, mint normál színlátás esetén [3]. Ennek következtében a protanomáliás személy sokkal kevesebb színárnyalatot tud megkülönböztetni a vörös és a zöld között, mint a normál színlátó. Deuteranomália esetén a zöld színre érzékeny m receptor érzékenységi tartománya található közelebb az l receptor érzékenységi tartományához, mint normál színlátás esetén. Ennek következtében a deuteranomáliás személy éppen úgy sokkal kevesebb színárnyalatot tud megkülönböztetni a vörös és a zöld között, mint a protanomáliás színlátó. Ha berajzoljuk a színtévesztő szem receptorainak spektrális érzékenységét a forgalomirányító lámpák spektrális emiszsziós görbéi mellé, jól láthatóvá válik, hogy mit érzékel az adott színtévesztő a lámpák fényéből. Példaképpen egy-egy olyan színtévesztő személy spektrális érzékenységi görbéit rajzoltuk meg, akinek protosa, illetőleg deuterosa 20 nm-rel tolódott el a másik érzékelő érzékenységi tartománya felé.

1. ábra Korábbi forgalomirányító lámpa spektrális emissziója Az 1. ábrán feltűnő, hogy a ~400 nm-700 nm látható spektrális tartományon túl az emissziós görbék jelentősen növekedni fognak. A korábban alkalmazott wolframszálas izzók sugárzásának legnagyobb része ugyanis az infravörös tartományba esik. Az ábrát az emissziós görbék alakulásának jobb megfigyelhetősége kedvéért 1-es maximumra normálva ábrázoltuk. Megmértük egy gyári új LED forgalomirányító lámpa fényét is. A lámpát a SWARCO TRAFFIC HUNGÁRIA Kft. (a VILATI cég utódja) kölcsönözte számunkra a mérés céljára. Ezeket a lámpákat Németországból szállítják Magyarországra, készre szerelt állapotban. A közutakon fokozatosan cserélik le a korábbi forgalomirányító lámpákat ezekre a lámpákra. A méréseket Konica Minolta spektrofotométerrel végeztük. A mérések eredménye a 2. ábrán látható. A 2. ábrán jól látható a LED-lámpák nagy előnye: teljesítményüket teljes egészében a látható tartományban adják le, ezért fényhasznosításuk messze meghaladja a korábban alkalmazott wolframszálas fényforrások fényhasznosítását. Vizsgáljuk meg, mennyit érzékel a különböző forgalomirányító lámpák fényéből a színtévesztő szem! A vizsgálat során

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

3. ábra Protanomáliás szem spektrális érzékenysége és a korábbi forgalomirányító lámpák spektrális emissziója (l, m és s a normál színlátó receptorainak, l* a protanomáliás színtévesztő protosának spektrális érzékenysége, R, Y és G a korábbi vörös, sárga és zöld lámpa spektrális emissziója) Protanomália esetén a korábbi forgalomirányító lámpák fényét a 3. ábrán látható módon érzékeli a színtévesztő. Az l* eltolódott érzékenységű protos a zöld lámpa fényéből sokkal többet, a sárga és a vörös lámpa fényéből sokkal kevesebbet lát, mint a normál színlátó. A zöld lámpa fényét intenzívebbnek és sárgásabb színűnek, a sárga lámpa fényét halványabbnak és zöldesebbnek, végül a vörös lámpa fényét halványabbnak és narancsosabbnak látja.

22

Innováció

4. ábra Protanomáliás szem spektrális érzékenysége és a korábbi forgalomirányító lámpák spektrális emissziója (l, m és s a normál színlátó receptorainak, l* a protanomáliás színtévesztő protosának spektrális érzékenysége, R, Y és G a korábbi vörös, sárga és zöld lámpa spektrális emissziója) Ezenkívül 490 nm körül az l*, m és s érzékenységi görbe csaknem egy pontban metszi egymást. Ezen a hullámhosszon tehát mindhárom receptor érzékenysége közel egyenlő. Ha pedig mind a három receptor ugyanolyan mértékben van ingerelve, fehér színt érzékelünk. Ezt a pontot ezért neutrális pontnak nevezhetjük. 5. ábra Forgalomirányító lámpa épszínlátó Hasonló, de még ros�személy által érzékelt színei (b) és a látvány szabb a helyzet a LEDváltozása a szimulált protanomáliás megfilámpák esetén is (4. ábra). gyelő szemével hagyományos (a) és LED-es A protos a zöld lámpa (c) forgalomirányító lámpák esetén fényéből még többet, a sárga és a vörös lámpa fényéből még kevesebbet lát. A változások jellegét az 5. ábra szemlélteti. Deuteranomália esetén a korábbi forgalomirányító lámpák fényét a 6. ábrán látható módon érzékeli a színtévesztő. Az m* eltolódott érzékenységű deuteros a zöld lámpa fényéből kevesebbet, a sárga és a vörös lámpa fényéből sokkal többet lát, mint a normál színlátó. A LED-lámpák fénye esetén most is hasonlóan alakul a helyzet, mint a korábbi lámpák esetén (7. ábra). A deuteranomáliás színtévesztő a zöld lámpa fényét halványabbnak, a sárga és a vörös LED fényét intenzívebbnek látja. Ráadásul a LED-lámpák közül a zöldnek a hullámhossza éppen a neutrális pont közelébe esik, ezért a deuteranomáliás színtévesztő a zöld lámpa színét csaknem fehérnek látja. A változások jellegét a 8. ábra szemlélteti. A színtévesztők színlátási hibája tehát a forgalomirányító lámpák szempontjából nem egyformán súlyos. Súlyosabbnak tekinthető a protanomáliások esete, mert ők a vörös forgalomirányító lámpák fényét alig feleolyan erősnek látják, mint a normál színlátók, míg a zöld lámpa fénye csaknem bántóan erősnek tűnhet a számukra. 8. ábra Forgalomirányító lámpa épszínlátó A deuteranomáliások személy által érzékelt színei (b) és a látvány bizonyos szempontból változása a szimulált deuteranomáliás megmég a normál színlátóknál figyelő szemével hagyományos (a) és LED-es is jobb helyzetben vannak. (c) forgalomirányító lámpák esetén Ők a vörös lámpák fényét

23

6. ábra Deuteranomáliás szem spektrális érzékenysége és a korábbi forgalomirányító lámpák spektrális emissziója (l, m és s a normál színlátó receptorainak, m* a deuteranomáliás színtévesztő deuterosának spektrális érzékenysége, R, Y és G a korábbi vörös, sárga és zöld lámpa spektrális emissziója)

7. ábra – Deuteranomáliás szem spektrális érzékenysége és LED forgalomirányító lámpák spektrális emissziója (l, m és s a normál színlátó receptorainak, m* a deuteranomáliás színtévesztő deuterosának spektrális érzékenysége, R, Y és G a vörös, sárga és zöld LED-lámpa spektrális emissziója) kétszer olyan erősnek érzik, mint a normál színlátók. Viszont a zöld lámpák fényét halványnak és a zöld LED-lámpák fényét csaknem fehérnek látják. Ez azonban nem okoz balesetveszélyt. Irodalomjegyzék [1] Wyszecki-Stiles: Color Science, Wiley, 1966 [2] Fletcher, R., Voke, J.: Defective Colour Vision, Adam Hilger Ltd., Bristol and Boston, 1985 [3] Mollon, J.D., JPokorny, J, and Knoblauch, K,  2003,  Normal and Defective Colour Vision, Oxford University Press

Dr. Wenczel Klára egyetemi magán tanár BME Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika tanszék

Urbin Ágnes PHD hallgató, BME Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika tanszék

Lektor: Dr. Ábrahám György

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Világítástechnika Dr. Filetóth Levente

Algoritmikus építészet és világítástervezés Ez a cikk összefoglalást nyújt – a manapság sokat emlegetett – algoritmikus tervezés és hagyományos tervezés koncepcionális különbségeiről. Példákat sorol fel az algoritmikus tervezési munkafolyamatok építész tervezési felhasználására. Gyakorlati tervezési példák segítségével szemlélteti azt, hogy ez a tervezési módszer – látványos építészeti formák kialakításán túl – jól alkalmazható sokszor egymással szemben álló épületenergetikai és világítástechnikai kérdések optimális megválaszolására; a tervezési és hatósági szabályok és előírások betartására és költséghatékony kiviteli tervek készítésére egyaránt. Konkrét gyakorlati példán keresztül betekintést nyújt abba, hogy miként használható az algoritmikus tervezési munkamódszer kisebb energiaigényű épületek tervezésére és költséghatékony üzemeltetésére. Ismerteti azt, hogy miként használható a központi épületinformáció-adatbázis a belső terek természetes világításának optimalizálására és a természetes és mesterséges világítás illesztésére. This paper provides short introduction to algorithmic design, displays the most important conceptual differences between algorithmic design and conventional design; it also lists and highlights the corresponding fields related to architectural and low-energy building design. It explains how algorithmic architecture can be used to design energy-conscious, cost-efficient buildings that fully respond to the location and climate, while complying with all codes, regulations and fully accommodating all required functions. This article also describes the benefits of building information modeling workflows provided for interdisciplinary design coordination between architects and engineers. Thanks to BIM all necessary design data is available in one, central database ready to be used to optimize artificial lighting design and provide adequate daylighting for the interiors. A case study presents real-life design scenario illustrated with actual design workflow steps using computer software applications.

Mi az algoritmikus tervezés jelentése? A frappáns válasz erre a kérdésre: „Az algoritmikus tervezés egy olyan technológiát jelöl, mely a természetben tapasztalható evolúció folyamatait alkalmazza a tervezés során.” Courtesy of SOM, fotó: Robert Polidori – Mumbai International Airport, India. A címben feltett kérdés részletesebb megválaszolása érdekében idézhetjük Arturo Tedeschi építészt: „Az algoritmusok által segített tervezés (Algorithms-Aided Design vagy AAD) egyrészt lehetővé teszi azt, hogy a tervezők precízen használjanak »free-form«, azaz szabad vonalvezetésű modellezési eljárásokat, illetve szabadon kísérletezzenek velük; másrészt olyan számítógépes munkakörnyezetet biztosít, mely használható összetett geometriával rendelkező tömegek és felületek létrehozására, módosítására és gyártására, környezeti és egyéb tényezők valós idejű és dinamikus elemzésére.” 1

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

1. ábra A mumbai repülőtér-terminál látszó teherhordó szerkezete algoritmikus tervezési munkamódszerrel készült: a szerkezet a hagyományos indiai formavilágot igyekszik modern eszközökkel visszaadni Talán a legjobban akkor érthetjük meg az algoritmikus tervezési koncepció lényegét, ha összehasonlítjuk ezt a mindenki által jól ismert és használt „hagyományos” tervezési eljárásokkal (természetesen a „hagyományos” kifejezés nem minősíti, csupán jelen irományban megkülönbözteti a két tervezési munkamódszert). A „hagyományos” tervezési munkamódszert a tudományos „egzakt” fogalommal is jellemezhetnénk. Az építész elképzeli, megvizsgálja, változtatja, átdolgozza, illetve végső soron megtervezi, azaz explicit módon leírja, dokumentálja a tervezés alatt álló épület minden egyes tömegét, terét és térkapcsolatát, szerkezeti elemeit és részleteit. A „hagyományos” tervezés legtöbbször „klasszikus” geometriai elemeket, formákat használ, de emellett természetesen használhat természetben is megtalálható formákat, vagy akár a természetből vett szabályrendszereket (pl. aranymetszés) is. A tervezés során – a tervfeldolgozás és a tervdokumentáció segítésére – használható számítógép is, de ez nem befolyásolja azt a fontos kritériumot, miszerint a tervező saját maga dönt az épület minden egyes részletének megformálásáról és kidolgozásáról. Ez az „egzakt” tervezési eljárás valójában évezredek óta használatos az ember által alkotott tárgyak, épületek stb. megalkotása során. Az aranymetszést, illetve az egyéb természetben is megfigyelhető szabály- és arányrendszert a tervező a klasszikus tervezés során az egyes elemek, elemcsoportok létrehozása, megtervezése során alkalmazhatta. Az ógörög alexandriai Eukleidész (i.e. 365–300) az aranymetszés fogalmát az Elemek művében alábbiak szerint írja le: „egy egyenes szakaszt úgy vágunk ketté, hogy a nagyobb szakasz aránya a teljes egyeneshez ugyanakkora, mint a kisebb szakasz aránya a nagyobbhoz.” Az ókori építészek gyakran alkalmazták az aranymetszés szabályait a tervezett épület egészére és részleteire annak érdekében, hogy szép, harmonikus és esztétikus, „szemet, elmét és szívet is gyönyörködtető” eredmény születhessen. A középkori tervezők az aranymetszés szabályrendszerével definiált számsorokat és egzakt aránypársorozatokat használtak a gótikus katedrálisok megalkotása során. Leonardo da Vinci és Leon Battista Alberti az emberi test arányrendszerét felhasználva igyekeztek kidolgozni olyan matematikai összefüggéseket, melyeket az épületek tervezése során használhattak. Vitruvius „Tíz könyv az építészetről” című munkájában írja: „…Az arányosság minden műben a tagok mértékegységének és az egésznek egymáshoz való mérése, amelyből a szimmetriák rendje jön létre.” Le Corbusier (1887–1965) svájci származású francia építész dolgozta ki az emberi arányokat az épület arányaival összhangba hozó „modulor” mértékrendszerét, melyet általános felhasználásra szánt. A „hagyományos” tervezési folyamat során tehát a tervező feladata az, hogy mérlegelje a sokszor egymással szemben

24

Világítástechnika

2. ábra Az „aranymetszés” és a „modulor”: mindkét szabályrendszer a természetből kölcsönzött. Ezeket egzakt módon alkalmazva használhatjuk a tervezett formák, arányok és részletek kidolgozása során álló építészeti, szerkezeti és funkcionális követelményeket, energetikai előírásokat, kivitelezési költségeket, hatósági előírásokat és megrendelői elvárásokat. Ebben a tervezési folyamatban a számítógépes programok a tervezési adatok feldolgozására, szerkesztésére, kezelésére, megosztására és dokumentálására használhatóak. Minden tervezési döntés meghozása, minden részlet kidolgozása az építész feladata. Az „Algoritmikus” tervezés – melyet nevezhetünk „parametrikus” vagy „generatív” tervezésnek is – matematikai összefüggések segítségével leírt szabályrendszert használ. Az építész tervező feladata az, hogy olyan tervezési szabályrendszert, illetve egymással kapcsolatban álló szabályrendszer-hálózatot alkosson meg, mely használható az adott tervezési feladat során. A konkrét, részleteiben kidolgozott „tervezési végeredményt” tehát nem az építész dolgozza ki, ő a szabályrendszer meghatározásáért felelős, mely aztán a végeredményt „generálja”. A végeredményt számítógépes eljárások hozzák létre az építész által kidolgozott szabályrendszert követve. A „parametrikus” elnevezést akkor használhatjuk, ha a tervezési eljárás paramétereket használva ír le geometriai elemeket vagy elemelrendezési szabályokat. A parametrikus tervezési eljárás nagyszámú külső, változó paraméter figyelembevételével hoz létre összetett geometriai formákat, elemeket, elemelrendezéseket (pl. használható arra, hogy adott tető, illetve homlokzati geometria, hajlásszög, tájolás, benapozás stb. ismeretében kollektorok vagy napelemek kiosztását elvégezzük). A „generatív” tervezés a természetben is megtalálható, ös�szetett formák szabályait, szabályrendszereit alapul véve hivatott létrehozni formákat, felületeket, elemelrendezéseket. Ezek az építész-, illetve szerkezettervezés során is használhatók, például bonyolult, térbeli tartószerkezeti rendszerek elemeinek meghatározására. A generatív tervezési eljárás során felhasználható másod- vagy akár harmadfokú geometriai felületleírási szabályrendszer is. „Nem a természetben megtalálható formákat kell lemásolnunk, hanem meg kell értenünk azokat a szabályrendszereket, melyek a természeti formák előállításáért felelősek. A természetben megtalálható szabályrendszerek tudatos használásával előállíthatunk olyan formákat, felületeket vagy akár épületeket is, melyek minden képzeletet túlszárnyalnak. A természet alapvető alkotó módszere a sejtek osztódása, az a folyamat, mely során egyetlen sejt két részre osztódik. Ez egy elemi, nagyon egyszerű módszer, mégis meglepően összetett eredményt nyújthat. A számítógép használatával tömegeket vagy felületeteket milliószor gyorsabban tudunk kettéosztani – hajtogatni – és variációk ezreit állíthatjuk elő és követhetjük le villámgyorsan. A számítógép segítségével különféle hajtogatási szabályokat – algoritmusokat – határozhatunk meg. Ezeket a hajtogatási szabályokat egy egyszerű – három kockából épített – oszlop eltérő felületein alkalmazva olyan felületrendszert generálhatunk,

25

3. ábra Hajtogatott oszlopok: „Nem a formát terveztem meg, hanem azt a szabályrendszert alkottam meg, mely ezt a formát generálta.” – Michael Hansmeyer melyek egyes részei akár mikroszkopikus méretűek is lehetnek. Olyan formákat, felületeket és tömegeket hozhatunk létre, melyeket nem hozhattunk volna létre a »hagyományos« tervezési eljárások használatával.” 2 „Ha egy kocka felületeit 16-szor eltérő helyeken, eltérő arányok szerint kettéhajtjuk, akkor 400 000 felületet kapunk, melynek előállítása gyakorlatilag lehetetlen lenne a hagyományos tervezési eljárások használatával. Kérem, ne feledjék: nem a végső formát terveztem meg. Azt az eljárást hoztam létre, mely a végső formát eredményezte. A megfelelő eljárás megalkotása nem könnyű, ugyanis az esetek 99,9%-ában a végeredmény nem más, mint ami a »zaj« geometriai megfelelője.”3

4. ábra Egy kocka oldalait 16-szor hajtogatva minden képzeletet meghaladó formákat hozhatunk létre – Michael Hansmeyer A szabályok, paraméterek és algoritmusok a végeredményként létrehozott forma, felület vagy geometria koncepcionális szabályrendszerének és az egyes részletek meghatározása során egyaránt használhatóak. Ha az algoritmusokat vagy az ehhez kapcsolódó matematikai szabályrendszert megváltoztatjuk, a létrehozott végeredmény is azonnal megváltozik. Ez az algoritmikus tervezési eljárás egyik nagy előnye a hagyományos tervezési eljáráshoz képest. A paramétereket, leíró szabályokat és algoritmusokat változtatva olyan összetett formákat hozhatunk létre, melyek minden szabályrendszerben vagy bemenő adatban történt változást képesek azonnal lekövetni. Tekintsük át azt, hogy miként használhatóak ezek a szabályrendszerek az építész gyakorlatban kis energiájú épületek tervezése során.

Algoritmikus tervezés és építészet Algoritmikus (vagy parametrikus, esetleg generatív) tervezési folyamatokat és eljárásokat az 1990-es évektől – a személyi számítógépek elterjedése óta – használnak az építész tervezési gyakorlatban. A számítógépek használata segítségével könnyebben követhetőek azok az összetett, gyakran hierarchikus szabályrendszerek, melyek matematikai eszközök és összefüggések felhasználásával írnak le különféle tervezési szabályokat és elvárásokat. „A parametrikus terminológia – számomra – egy olyan új, globális tervezési gondolkodásmódot jelöl, mely nemcsak az építész tervezésre, de minden kapcsolódó területre, illetve szakágra is egyaránt kiterjed: várostervezők, bútor- és formatervezők,

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

szerkezettervezők, energetikusok stb. egyaránt osztják ezt a gondolkodásmódot és aktívan használják ezeket az eljárásokat. Az épület minden alkotóelemének meghatározása során használható ez a munkafolyamat; mely a természet bonyolult, szerteágazó, mégis harmonikus és egységes szabályrendszereit veszi alapul.” 4 A parametrikus tervezés a hatás-kölcsönhatás elvét használja az egymás alá- és mellérendelt rendszerek és elemek létrehozása során. A tervezési stratégia nem egyetlen elszigetelt elem megtervezésére összpontosít, hanem arra a rendszerre figyel, melynek részét képezi a kérdéses elem. Tehát például nem egy konkrét árnyékoló komponens meghatározása a cél, hanem egy olyan épület létrehozása, melynek külső épületburka szoros kapcsolatban áll a teherhordó szerkezettel, a transzparens szerkezet kiosztásával, a földrajzi és meteoroló-

6. ábra A parametrikus tervezési eljárás a természetben is megfigyelhető szabályrendszert veszi alapul – Patrik Schumacher

7. ábra Heydar Aliyev Center, Baku, Azerbajdzsán – Zaha Hadid Architects, fotó: Hufton+Crow

5. ábra Algoritmikus urbanizmus: Kartal városrészének rehabilitációja, Isztambul, Törökország – Zaha Hadid Architects gia adottságokkal stb. A kérdéses árnyékoló szerkezet – egy sejthez hasonlóan – részét képezi olyan összetett és bonyolult hierarchikus rendszereknek, melyek kölcsönhatásban állnak egymással. Például egy magas épület teherhordó vázszerkezetének kialakítása függ attól, hogy a nagyobb terhet hordó alsó szintekről vagy kisebb terhet hordó felsőbb szintekről van-e szó. A szerkezettervező mérnökök használhatnak olyan algoritmusokat, mely nemcsak a statikai elvárásoknak felelnek meg, de – a természeti formákat követve – optimálisan leírják a befoglaló geometriát is. Az algoritmikus módszerekkel létrehozott teherhordó szerkezethez hasonlóan az épület formája, tömegkapcsolatai, tájolása, továbbá az üvegezett szerkezetek stb. is kialakíthatók. Az egyes födémek helyzete, kialakítása, mérete és bordázata az adott terhelési viszonyok alapján kerül meghatározásra. A rendszereket, alrendszereket és elemeket a hatás-ellenhatás elve alapján lehet meghatározni. Ez a passzív és aktív szolárrendszerek esetében is jól használható. A falak, ablakok tájolása szorosan összefügg az árnyékoló rendszerek kialakításával, a környező épületek elhelyezkedésével és a helyi időjárási jellemzőkkel egyaránt. Az algoritmikus tervezési módszerek jól használhatóak az épület energetikai jellemzőinek követésére és optimalizálására egyaránt. Számos eltérő jelentéssel bíró külső paraméter megadható (hőmérséklet, benapozás, mikroklíma jellemzői, környező épületek geometriája, helyszín jellemzői stb.), melyek eltérő módon befolyásolják majd az épület egészének és részeinek kialakítását, optimalizálását. A parametrikus tervezési eljárás a természetben is megfigyelhető szabályrendszert veszi alapul. A természetes vegetációt figyelve képesek vagyunk pl. tájékozódni és akár ivóvízhez is jutni, hiszen a természetes vegetáció nemcsak a topográfia változásait tükrözi, de következtetni lehet a mikroklíma alakulására és észrevehetjük azt, ha egy folyó van a

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

közelünkben. A természet egyszerre csodálatosan szép és csodálatosan szervezett összhangot is alkot. Ugyanezt a szervezettséget, összhangot és szépséget hivatott megvalósítani az algoritmikus tervezés is a természetben megfigyelhető szabályrendszerek tudatos és alázatos alkalmazásával. Zaha Hadid (1950–2016) világhírű, iraki születésű angol építészt az algoritmikus építészet egyik első és minden bizonnyal legfontosabb úttörőjének tekinthetjük. Az 1980-as évektől kezdődően szigorú tervezési alapelveket követve igyekezett elhagyni épületeiből a merev formákat és az elemek egyszerű, egymástól független lehelyezését és ismétlését. Számos megvalósult épülete hűen szemlélteti tervezési alapelveit: szabad vonalvezetéssel megformált épületek, melyek differenciált, mégis korrelált – azaz egymással kölcsönhatásban álló – térkapcsolatokat valósítanak meg. Egyedi, látványos, de soha nem unalmas, rendezett, érthető, energiatudatos szemlélettel megvalósított épületeket és városterveket alkotott (pl. isztambuli Kartal városnegyed rehabilitáció, bakui Heydar Aliyev kulturális központ, lipcsei BMW központi épület vagy Chanel kortárs, mobil kiállítókonténer stb.).

Kis energiaigényű épületek tervezése algoritmikus módszerekkel A természetben megfigyelhető szabályrendszereket is hasznosító algoritmikus tervezési módszer látványos formák, épületek és városrendezési tervek előállítása mellett a társtervezők munkája során is jól hasznosítható, gyakorlati alkalmazási lehetőségeket kínál. A generatív tervezési munkamódszer első lépéseként meg kell fogalmazni és le kell írni azokat a konkrét célokat, melyeket el kell érni az épület tervezése során, továbbá definiálni szükséges az összes olyan előírást, szabályt és minden egyéb kritériumot, melyet figyelembe kell venni vagy be kell tartani. Ilyen tervezéshez szükséges bemenő adat, illetve szabály lehet pl. a helyszín meteorológiai jellemzői (hőmérséklet, pára, szél, benapozás stb.), környező épületek geometriai és felületi jellemzői, a tervezési program részletei, a bekerülési, illetve üzemeltetési költség mértéke, a helyi építési szabályozási, tűzvédelmi, energetikai előírások részletei. „Fontos az, hogy csúcstechnológiát használjunk a tervezési, kivitelezési és üzemeltetési folyamatok során. Ez komoly be-

26

Világítástechnika

fektetést igényel ugyan, de ennek megtérülése is garantált: a tervezés során olyan digitális modellt építünk, mely nemcsak látványterveket és tervdokumentációt biztosít, de a dinamikus épületenergetika elemzések, gyártmánytervek és költségkimutatások során is elengedhetetlenül szükséges. A számítógépek használata egyrészt segít abban, hogy könnyen kezelni tudjuk az épületszerkezetek és elemek geometriai kialakítását; másrészt lehetővé teszi azt is, hogy megfelelő tervezési döntéseket hozva nemcsak szép, de jól működő és költségtakarékosan üzemeltethető épületek születhessenek.” 5 „Ha fontos számunkra a jövő, akkor nem hagyhatjuk figyelmen kívül a fenntartható fejlődés irányelveit. Építészetünk is kifejezi a fenntartható jövőt szem előtt tartó törekvéseinket. Ez nem azt jelenti, hogy felrakunk néhány kollektort vagy napelemet a tetőre, hanem azt, hogy az egész épületet – a kezdeti, koncepcionális tervfázistól kezdődően – úgy formáljuk meg, hogy az híven tükrözze és kihasználja a helyszín és az éghajlat adottságait, teljesítse a funkcionális és használati elvárásokat és előírásokat és figyelembe vegye a költséghatékony üzemeltetési kritériumokat is. A KAPSARC intézet esetében a fenti tervezési irányelveknek és munkafolyamatoknak köszönhetően 42%-kal sikerült csökkentenünk az épület éves energiafogyasztását.”6

szoftverfejlesztő cégek saját fejlesztési keretek között igyekeznek olyan kiegészítőket ajánlani, melyek az algoritmikus tervezési munkamódszereket hivatottak támogatni. Ezek a saját fejlesztésű algoritmikus programkiegészítők legtöbbször korlátozott funkcionalitással bírnak. A poligonokkal történő modellezés nem teszi lehetővé a másod- és harmadfokú görbék, illetve ezekből képzett felületek pontos és gyors ábrázolását, szerkesztését. Ilyen feladatokra sokkal jobban használható az ún. NURBS (nem uniform, racionális B-spline) modellezés, melyet elsősorban gépészmérnöki és ipari formatervezést segítő alkalmazások használnak, itt ugyanis nagy pontossággal kell reprodukálni komplex görbéket és felületeket. Egy NURBS-felület pillanatok alatt poligonná alakítható, ugyanakkor egy poligonból gyakorlatilag reménytelen – illetve nagyon sok munkát igénylő feladat – NURBS generálása. Javasolt tehát olyan számítógépes alkalmazást használni algoritmikus tervezés céljára, mely támogatja a natív NURBS modellezést.

8. ábra KAPSARC Energia Kutató Intézet, Riyadh, Szaúd-Arábia – Zaha Hadid Architects

9. ábra Dong Housing Development, Koppenhága, DK – Bjarke Ingels Group (BIG)

A KAPSARC intézet egy olyan élő, fejlődő organizmushoz hasonlít, mely sejtek osztódásaként keletkezett. Térbeli, hexagonális kiindulási formát használva, térbeli kristályszerű elemeket generálva, a helyi éghajlati és környezeti adottságokat figyelembe véve állítottuk elő az épületet a sivatagban, az Arab-félszigeten. A hatszögletű térkapcsolatok lehetővé teszik azt, hogy a tervezési program minden részletét figyelembe vegyük, illetve teljesítsük. A külső, áttört épületburok olyan mikroklímát biztosít, mely védelmezi az alatta elterülő épületet a sivatagi éghajlat nagy hőmérséklet-ingadozásától. A belső terek – a huzamos tartózkodásra tervezett laboratóriumok, pihenő- és közlekedőzónák egyaránt – természetes világítást kapnak. Az árnyékolóval ellátott előterek és teraszok olyan puffer zónát alkotnak, mely segít mérsékelni a nagy napi hőmérséklet-ingadozás belső téri komfortra gyakorolt hatásait.

9.b. ábra

Algoritmikus tervezőeszközök Számos olyan számítógépes alkalmazás készült, mely az algoritmikus tervezői munkafolyamatokat hivatott segíteni, ilyen pl. a Dassault által fejlesztett Solidworks és Catia, a Bentley által fejlesztett Generative Components, az Autodesk által fejlesztett Dynamo, vagy a Vectorworks által fejlesztett Marionette. Az általános, vagy a mérnöki tervek során használható algoritmikus eszközök nem minden esetben nyújtanak hatékony megoldást építész tervezők számára. Az építész tervezési és tervdokumentációs folyamatok, a szakági tervezőkkel folytatott együttműködés és tervmegosztás, a hatósági előírásoknak és kivitelezőknek szánt tervcsomagok kidolgozása és karbantartása professzionális BIM (épületinformáció-modellező) platformot igényel. Egyes

27

10. ábra Rhinoceros, Grasshopper, ARCHICAD kétirányú, élő kapcsolat: algoritmikus BIM – Robert McNeel & Associates, GRAPHISOFT A Robert McNeel & Associates által fejlesztett Rhinoceros (Rhino) és Grasshopper talán a legelterjedtebb szabad vonalvezetést használó, NURBS modellező és az algoritmikus módszereket is támogató számítógépes alkalmazás. A Grasshopper grafikus felhasználói felületének köszönhetően matematikai, illetve programozási ismeretek nélkül aknázhatjuk ki az algoritmikus tervezés nyújtotta lehetőségeket.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

„A legkedveltebb tervezés során használt alkalmazásunk a Rhino; annak ellenére, hogy ez nem egy BIM (épületinformációmodellező) alkalmazás. Jelenleg a Graphisofttal közösen dolgozunk egy olyan tervezői munkakörnyezet megvalósításán, mely élő kapcsolatot biztosít a Rhino és az ARCHICAD között. Ez lehetővé teszi, hogy algoritmikus tervezői eljárásokat BIM munkakörnyezetben használhassunk bármely tervezési fázis során.”7 „Az ARCHICAD a Graphisoft által fejlesztett professzionális BIM alkalmazás. A kétirányú Grasshopper–ARCHICAD-kapcsolat lehetővé teszi azt, hogy az építészek a fejlett és sokoldalú algoritmikus eljárásokat használjanak, miközben rendelkezésükre áll minden olyan tervfeldolgozást, csapatmunkát, interaktív tervbemutatást és dokumentálást biztosító eszköz, amelyet egy professzionális BIM platform nyújthat.”8

Együttműködés társtervező mérnökökkel Ez az esettanulmány azt szemlélteti, hogy miként lehet az építész tervező által megálmodott, algoritmikus eszközök segítségével modellezett projektet BIM-alapokon feldolgozni és ezzel együtt bepillantást nyújt a szakági tervezőkkel – épületenergetikusokkal, gépészekkel és világítástechnikai szakmérnökökkel – folytatott, BIM-alapú tervmegosztási folyamatokba is.

11. ábra Épületburok, térháló, panelkiosztás, 3D-rács tartószerkezet, árnyékoló szerkezet egyetlen BIM modellben – Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

A Grasshopper segítségével a tervezők egy térhálót fektettek a korábban létrehozott NURBS felületmodellre. Ez lehetővé tette azt, hogy a komplex NURBS modellt egységesen kiosztott, csoportokba sorolható sík elemekkel képezzék le. Az azonos színű felületelemek méretei megegyeznek, melyek a gyártási folyamatokat és költséget is optimalizálják. A Grasshopper és a Rhino fontos előnyei közé sorolhatjuk azt is, hogy minden Rhino NURBS felületmodellen végzett változtatást azonnal és automatikusan lekövet a térhálókiosztás. Ez a modellkapcsolat tehát nem szűnik meg azután sem, miután a térhálót generáltuk, ráadásul a teljes projektfájl mérete nem több mint 200 kB! A következő lépésben a NURBS-felületre generált, sík térháló egységek segítségével parametrikus árnyékoló paneleket helyezünk le. Ezek a panelegységek az aktuális elhelyezés és tájolás, továbbá a napállás alapján változtatják helyzetüket, ami a benapozás ellen optimális védelmet biztosít. A földrajzi fekvés, valamint a nappályadiagram bemenő adatait ARCHICAD-ben fogjuk meghatározni és hozzárendelni a panelekhez a következőkben. Az élő, kétirányú Grasshopper–ARCHICAD-kapcsolatnak köszönhetően parametrikus árnyékoló szerkezeteket oszthatunk ki a térháló pontjait felhasználva. A kétirányú kapcsolat a tervezési fázis minden szakaszában elérhető és rendelkezésre áll, tehát akár a kiviteli tervdokumentáció készítése során is „büntetlenül” módosíthatjuk a NURBS-felületet – a kétirányú kapcsolat, valamint a BIM munkakörnyezet automatikusan lekövetik az összes érintett változást a térhálóban, a panelek kiosztásában, elhelyezésében és tájolásában is. Minden olyan változás, melyet ARCHICAD BIM környezetben végzünk, hatással lesz a Rhino–Grasshopper modellre és viszont. A bemutatott projekt ARCHICAD fájl mérete mindös�sze 13 MB. Ez a kis fájlméret lehetővé teszi azt, hogy a modellszerkesztési és -frissítési műveletek elvégzéséhez egy átlagos számítógép-konfiguráció is tökéletesen megfelel. A terv kidolgozása során felhasználhatunk parametrikusan konfigurálható ARCHICAD-elemeket. A helyszín földrajzi jellemzőinek és tájolásának megadása után lehetőségünk van olyan parametrikus árnyékoló panelek betervezésére, melyek az adott napállást követve változtatják az árnyékoló lamellák helyzetét. Az ARCHICAD professzionális BIM munkakörnyezete lehetővé teszi a NURBS-alapokon nyugvó épületmodell tervdokumentációjának – metszet, homlokzatok, alaprajzok stb. – előállítását és tervlapokra helyezését, továbbá készíthetünk modell alapú anyag-, elem- és költségkimutatásokat is a tervezés bármely szakaszában. Látványtervek és mobil eszközökön megtekinthető, interaktív BIMx tervbejárás is bármikor előállítható.

A szabad vonalvezetéssel tervezett magas épület térhatároló szerkezetén először külső árnyékolókat helyezünk el, miközben optimalizáljuk a gyártási költségeket és segítjük a kivitelezési munkákat is az árnyékolók geometriájának egységesítésével. Ez után szó lesz arról is, hogy miként használható a BIM munkamódszer a természetes és mesterséges világítás illesztési problémájának optimális megoldásához. Az ismertetendő épületet és az alkalmazott munkafolyamatokat Michele Calvano és Mario Sacco (ArchiRADAR) olasz építészek készítették.9 Ez a projekt első díjat nyert a GRAPHISOFT által meghirdetett „Algoritmikus tervezés BIM környezetben” pályázaton. A koncepcionális, szabad vonalvezetéssel létrehozott geometria Rhinoceros alkalmazással készült. A Rhino segítségével egyszerűen, grafikus felhasználói felületen hozhatunk létre NURBS-görbéket és képezhetünk ezekből felületeket. A grafikus kontrollfogópontok használatával, 3D-nézetben szerkeszthető, módosítható és igazítható a létrehozott felület. A Grasshopper a Rhino algoritmikus tervezési eszközöket biztosító kiegészítője. Lehetővé teszi azt, hogy az építészek grafikus kezelőfelületen – matematikai ismeretek nélkül – matematikai 12. ábra A Grasshopper használatával parametrikus jellemzőkkel láthatjuk szabályokat és generatív eljárásokat rendeljenek el a Rhino modelleket – Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR hozzá a Rhinóban készített modellhez.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

28

Világítástechnika

lemzőinek vizsgálatára is. A Ladybug és a Honeybee Rhino kiegészítők lehetővé teszik a Rhino modell Energy Plus alkalmazásban történő elemzésének elkészítését. Az ARCHICAD is lehetővé teszi építészek által is könnyen elvégezhető energetikai kimutatások elkészítését, továbbá lehetőség van az energetikai modell egyéb alkalmazásokkal történő megosztására is (pl. PHPP, iSBEM, VIP-Energy, gbXML, illetve az ún. „zöld” IFC formátum használatával).

13. ábra Grasshopper–Rhino – ARCHICAD kétirányú, élő kapcsolat, BIM-alapú munkakörnyezet – Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

Természetes és mesterséges világítás illesztése

Egy épület belső tereinek természetes világítási lehetőségei – az épület energetikai jellemzőivel együtt – az építész tervező döntései révén meghatározásra kerülnek. A mesterséges világítás tervezése egy jóval későbbi tervfázisban, a kiviteli tervek előállítása során történik. Ezt a világítástechnikai mérnök – tehát nem az építészmérnök – végzi. A BIM-alapú tervfeldolgozás lehetővé teszi azt, hogy az építész által létrehozott „épületinformáció-adatbázis” részét képezze a szakági tervezők – pl. világítástechnikai szakmérnökök – által létrehozott tervinformáció is. Ez alapvető feltétele annak, hogy az építész tervezés eredményeként kialakult természetes világítás jellemvonásait alapul véve meghatározzuk és dinamikusan szabályozzuk a mérnökök munkája során tervezett mesterséges világítás karakterisztikáját. 14. ábra Parametrikus ARCHICAD árnyékoló elemek generatív kiosztása és elhelyezése Az eltérő tervezési fázisban, eltérő terve– Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR ző személy által előállított épületinformációt egységesen és egyetlen modellben kell kezelnünk ahhoz, hogy pl. a természetes és mesterséges világítás dinamikus illesztésének kérdésére olyan választ adhassunk, melyet az épület üzemeltetése során is hatékonyan használhatunk. Az építészek által használt BIM-alapú számítógépes alkalmazások – önmagukban – ugyan nem alkalmasak szakági tervezésre; de alkalmasak arra, hogy az eltérő alkalmazást használó szakági tervezők munkájának eredményét koordinált módon kezelni tudják. OPEN BIM-alapú tervfeldolgozás eseté15. ábra Teherhordó vázszerkezet létrehozása (TEKLA Structures) és a modell ellenőrzése ben lehetőség nyílik a társtervezők által vég(Solibri Model Checker) – Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR zett módosítások – új, törölt és módosított elemek – pontos követésére és dokumentálására, továbbá elektronikusan hitelesített revíziós lista is Az ARCHICAD BIM terv szabadon megosztható szakági készíthető. társtervező mérnökökkel is .IFC és .BCF fájlformátum haszAz építészek számára fontos az általuk tervezett épület benálatával (OPEN BIM). Az épület térháló-geometria modellje napozásának és természetes világítási lehetőségeinek vizsmegosztható szerkezettervező mérnökökkel. Az itt bemugálata, hiszen az építészdöntések eredményeként alakul ki tatott példában TEKLA Structures alkalmazás használatával a koncepcionális tervezés (épület tömegformálása, tájolása, készült el a térbeli rácsostartó szerkezeti vázlata. A szerkeablakok, bevilágítók mérete, elhelyezése stb.). A természetes zettervezők által kidolgozott teherhordó váz geometriáját világítás tervezését ugyanakkor nem az építészek végzik, ők és javasolt csomópontjait az építész tervezőkkel is meg lehet kézhez kapják a társtervező mérnökök által végzett munka osztani. Elvégezhető a gépészeti rendszerek és a szerkezeti eredményét. A világítástechnikai mérnökök munkájából az elemek ütközésvizsgálata, mely további tervegyeztetés alapépítészeket elsősorban a lámpatestek száma, színe, formája jául is szolgálhat. és befoglaló geometriája érdekli, mert ezek befolyásolják az A Grasshoppper algoritmikus eszközeivel előállított épület belsőépítészeti kialakítását. Rhinoceros modell használható az épület energetikai jel-

29

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

látványtervek előállítása során a mesterséges fényforrások és lámpatestek a gyártói jellemzőket figyelembe véve viselkedjenek. A társtervező mérnökök olyan programokat használnak, melyek képesek a szakági tervezési követelményeket és a helyi szabványokat is figyelembe venni. Számos kisebb és nagyobb szoftverfejlesztő cég kínál megoldásokat szerkezettervezőknek, épületgépészeknek és villamos tervezőknek. A BIM-alapú munkafolyamatok előnyeit minden alkalmazás igyekszik egyre jobban kihasználni. Ez nemcsak a tervegyeztetés során nyújt számos előnyt, de költséghatékony és kézenfekvő megoldást nyújt számos olyan tervezési és üzemeltetési problémára is, mint pl. 16. ábra Szakági tervezés BIM-alapokon – Graphisoft ARCHICAD és DDS-CAD Building a természetes és mesterséges világítás illesztése és költséghatékony üzemeltetése. Nézzünk erre egy konkrét példát. A Data-Design Systems (DDS) több olyan számítógépes megoldást kínál, mely kifejezetten épületek szakági tervezése során használható (épületgépészet, megújuló energiát hasznosító rendszerek tervezése, villamos és világítástervezés stb.). Minden DDS alkalmazás támogatja az OPEN BIM-alapú munkafolyamatokat, mely lehetővé teszi azt, hogy a szakági tervezők által előállított tervezési adatok – adatvesztés és koordinációs hibák nélkül – a központi épületinformációs modell részét képezhessék. Az épületvillamossági és világítástechnikai 17. ábra Építész, vázlatos látványtervek gyors készítéséhez, egyszerűsített világítástechnikai tervezők számára ajánlott DDS-CAD Electrical11 beállítások – Graphisoft ARCHICAD programcsomag 2D és 3D munkakörnyezetet is nyújt, a tervezés és tervdokumentálás minden fázisában használható, továbbá modellalapú tervkapcsolatot kínál a sokak által használt DIAlux12 és Relux13 programokkal is. Támogatja továbbá a buildingSMART14 által gondozott, nyílt, modellalapú tervmegosztásra és egyeztetésre fejlesztett .IFC15 és .BCF16 standardokat is, melyek az OPEN BIM-alapú munkamódszerek során használatosak. Ez a munkamódszer lehetővé teszi azt, hogy az építész tervező által – a tervezés kezdeti fázisában – használt, algoritmikus tervezési munkamódszer eredményeként létrejött dinamikus árnyékoló modul; valamint a világítástechnikai mérnök által – a kiviteli tervfázis során – készített villamos-, ill. mesterséges világítási rendszer minden részlete egyazon központi BIM-adatbázis részét ké18. ábra Fotorealisztikus látványtervek készítéséhez IES fotometrikus adatokat használó pezze. Az egységes, központi BIM-adatbázisban világítótest-beállítások – Maxon Cinema 4D minden olyan bemenő adat rendelkezésre áll, mely a természetes és mesterséges világítási A lámpatest geometriai jellemzőinek kezelését az építész BIM rendszerek illesztése során szükséges lehet. alkalmazások kezelni is tudják, sőt a geometrián túl megadható néhány olyan – nagyon leegyszerűsített – fényforrásjellemző is, mely a látványtervek előállításához segítséget nyújthat. Összegzés Az elmúlt évek során – a számítógépek számítási teljesítményének növekedésével – a fotorealisztikus látványtervek és Az algoritmikus tervezési folyamatok a természetben megszámítógépes animációk előállítására használatos programok figyelhető szabályrendszert használnak. Matematikai összeis fejlődtek. Ezek az alkalmazások sem használhatóak mesterséfüggések és paraméterek használatával impozáns épületforges világítás tervezésére, ugyanakkor az építész látványtervek mákat generálhatunk. A formai kialakításon túl használhatjuk készítése során most már lehetőség nyílik arra, hogy a világítóezeket az összefüggéseket arra is, hogy elvégezzük a természetest-gyártó cégek adatbázisát (IES fotometrikus adatokat tartes és mesterséges világítás illesztését, optimalizáljuk az épület talmazó fájl) használhassuk. Ez segít abban, hogy az építész energiafogyasztását, építési és üzemeltetési költségeit.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

30

Világítástechnika

19. ábra Épületvillamossági és világítástervezés BIM-integrációval – DDS-CAD Electrical, DIAlux

20. ábra Külső, moduláris árnyékoló elemek generatív képzése, Grasshopper–ARCHICAD – Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR Az épület tervezésének kezdeti szakaszában hozott építészdöntések akár 80%-ban meghatározhatják a megépült épület energetikai és természetes világítási jellemzőit. Ez tulajdonképpen azt jelenti, hogy ha – energetikai és természetes világítási szempontokat tekintve – rossz döntéseket hozunk a tervezés kezdeti szakaszában, akkor azt a későbbi szakaszok során már nem lesz módunkban építészi eszközökkel korrigálni (tájolás, tömegformálás stb.). Az algoritmikus tervezési módszerek nagyban segíthetnek energetikai és természetes világítás szempontjából is jobb tervezésdöntések meghozásában. A szakági mérnökök az építészterveket és koncepciót alapul véve tervezik meg az épület világítási, hűtési, fűtési, szellőzési rendszereit. Megfelelő tervkoncepció kialakításával optimalizálni lehet a mesterséges világítási és épületgépészeti rendszerek teljesítményigényét, ami az épület fenntartási és üzemeltetési költségeinek csökkentését is jelenti. A koncepcionális tervek tehát nemcsak az épület formai kialakítását, de a mesterséges világítás energiafogyasztását és az épület energetikai jellemzőit, továbbá fenntartási költségeit is alapvetően meghatározzák. „Az épületeket ma már elláthatjuk dinamikusan változó jellemzőkkel, melyet akár a »viselkedés« jelzővel is illethetünk. Az épületburok valós időben képes követni a környezeti változásokat, mindezért a tervezőknek nemcsak megtervezni kell az épületet, de fel kell készíteniük azt a megfelelő »viselkedésre« is, azaz a változások valós idejű követésére. A számítógépes programok fejlődésének köszönhetően az épületek dinamikus viselkedésének megtervezése jóval egyszerűbb algoritmikus és generatív tervezési eljárások használatával. Matematikai összefüggések és paraméterek

31

használatával adhatjuk meg az épületek viselkedésének szabályait. Ez lehetővé teszi azt, hogy bonyolult, de közvetlen kapcsolatot hozzunk létre a környezet dinamikusan változó jellemzői és a komplex építészterv között. Azt a személyt, aki a kapcsolat létrehozásáért, továbbá a két oldalról érkező adathalmaz kezeléséért felelős, hívhatjuk »algoritmikus« tervezőnek. A feladata az épület formájának meghatározásán túl a kivitelezési és gyártási munkafolyamatok ellenőrzése is.”17 Az algoritmikus tervezői eszközök segítséget nyújthatnak az épület geometriájának formálása, a transzparens szerkezetek, ablakok számának, méretének és elhelyezésének meghatározására, a fix vagy dinamikus árnyékolási rendszerek kialakítására. A BIMmunkakörnyezet használata lehetőséget nyújt a szolárnyereség dinamikus elemzésére, mely segít a fűtési és természetes világítási – sokszor szemben álló igényeinek – optimális kezelésére. A BIM-alapú tervezés és az algoritmikus eljárások alkalmazása lehetővé teszi az árnyékoló rendszerek optimális kiépítését a helyi éghajlati és földrajzi adottságok figyelembevételével. Megoldható a természetes és mesterséges világítás dinamikus illesztése a helyi éghajlati adottságok, az épület formai kialakítása, a belső tér funkciója, konkrét használata, valamint a moduláris árnyékoló rendszer sajátosságainak figyelembevételével. Az itt ismertetett BIM-alapú, algoritmikus tervezési munkamódszer egyedi építészeti formák kialakításán túl segít optimális energetikai tulajdonságokkal rendelkező épületek tervezése, építése és üzemeltetése során is.

Irodalomjegyzék 1 Arturo Tedeschi, “AAD: Algorithms-Aided Design" (2014) ISBN 978-8895315-30-0 2 Michael Hansmeyer: Building unimaginable forms, www.michaelhansmeyer.com 3 Michael Hansmeyer: Building unimaginable forms, www.michaelhansmeyer.com 4 The Autopoiesis of Architecture by Patrik Schumacher (Zaha Hadid Architects) 5 Shajay Bhoosan, Computational Design Group, Zaha Hadid Architects 6 DaeWha Kang, Associate, Zaha Hadid Architects 7 Jakob Andreassen, BIM Manager, Bjarke Ingels Group, www.big.dk 8 Baróthy Laura, terméktervező, Graphisoft, www.graphisoft.com 9 www.archiradar.it 10 www.dds-cad.net/ 11 www.dds-cad.net/products/dds-cad-electrical/ 12 www.dial.de/en/home/ 13 relux.com/en/ 14 buildingsmart.org/ 15 www.buildingsmart-tech.org/specifications/ifc-overview/ 16 www.buildingsmart-tech.org/specifications/bcf-releases/ 17 Mario Sacco, Architect, ArchiRADAR, www.archiradar.it

Dr. Filetóth Levente okl. építészmérnök www.egt.bme.hu/filetoth

Lektor: Dr. Majoros András prof. emeritus

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Erbeszkorn Lajos

Szemünk, retinánk hosszú távú védelméről Az emberi szem és a működése is nagyon bonyolult. A LED-technológiák fejlődése nagyon világos, de alapvetően nem természet közeli fényforrásokat eredményezett. Egészséges-e a számunkra az észlelés a „white” LED-világításkor hosszú távon? The human eye and its working, too is very complicated. The developments of LEDs technologies result very bright but fundamentally unnatural light sources. Under the circumstance, during a long period of time is the visual sensation of white LED lighting safe for us?

BEVEZETÉS Az emberi szem a természeti környezethez optimalizálódott, ezáltal az életben maradás feltételeit biztosította az egyének számára. Napjainkban a természettudomány gyors fejlődése olyan új fényforrásokat alkot, amelyek spektrumai sokszor jelentősen eltérnek a természetben mérhetőektől. Az emberi szem nagyon bonyolult szerv. Egészséges működésének megismerése – ennek következtében – nem egy egyszerű feladat. Az orvosi könyvek zöme a szembetegségeket ismerteti. A tényleges, egészséges működés vizsgálatát viszont állatkísérletek (egér, patkány, majom), valamint emberisejt-tenyészetek viselkedésének megfigyelései előzik meg. A tulajdonságok genetikailag rögzítettek, gyors változásukra, megváltoztatásukra nincs mód. A világítástechnika számára az átlagemberek (kivételek a színtévesztők, azaz a népesség közelítőleg 10%-a) által érzékelt fény érzékelésének hatásfokáról (láthatósági függvények) a fény fizikai jellemzőinek függvényében szabványosított szemtulajdonságokat alkottak [1 és 2]. Ezek a különböző helyeken, más-más időpontokban mért mérési eredmények összehasonlításának viszonylag objektív lehetőségét biztosítják.

A PUPILLA SZEREPÉRŐL Már az ősember is megtanulta, hogy a saját jól felfogott érdekében ne nézzen a Napba. Tükröződő erős fényhatásokra a fej elfordítható, a szemgolyók a szemenként négy mozgatóizommal a retinán éles képet adó területről az ingerlően nagy megvilágítást a perifériára tolják, a szemhéj gyorsan lecsukható. Ezek jelentős részben tudatos tevékenységek. A pupilla átmérőjének a fény hatására történő változása azonban a tudatunktól független működésű. A pupilla átmérőjét – amelyen keresztül a fény a szembe hatolhat – a szemlencse előtt lévő szivárványhártya szabja meg (1. ábra). A szivárványhártya belső szélén elhelyezkedő, a pupilla csökkenő átmérőjét létrehozó, körkörös záróizmot a paraszimpatikus idegrendszer vezérli, míg a szivárványhártya külső széléhez csatlakozó szimpatikus idegek a körben, sugárirányban elhelyezkedő, a pupilla tágítását előidéző izmokat ingerlik [3]. A két izomcsoport egyensúlyi helyzete alakítja ki a pupilla méretét. A pupilla méretének vezérlését a retinában elhelyezkedő, fényre érzékeny ganglionsejtek jelei alapján szabályozza az idegrendszer.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

A pupilla átmérőjének szélső értékei egyénektől függenek, de általában 2 és 8 mm között változnak, azaz a fény számára szabad felület közelítőleg 3-tól 50 mm2ig (napfényes táj – csillagos égbolt) változik. A pupilla összehúzódása tehát a másodperc töredéke alatt közel egy nagyságrenddel is csökkentheti a retinára jutó 1. ábra A pupilla izmainak vezérlése fény mennyiségét. A szivárványhártyát vezérlő fényérzékeny ganglionsejtek spektrális érzékenységét a bennük található melanopsin, másként elnevezve OPN4 határozza meg [4]. A 2. ábrán az OPN4 normált, relatív spektrális érzékenységét tüntettem fel a fényfotonok hullámhosszának függvényében. Összehasonlításul ez a diagram tartalmazza mind a CIE által szabványosított világosra és sötétre adaptált szem érzékenységi görbéket, valamint az elmúlt évtized biológiai, orvosi kutatásai alapján megállapított, a szemre különösen veszélyes fény-foton tartományt [5].

2. ábra A láthatósági függvények: V(λ), V’(λ); a pupillaátmérőt vezérlő ganglionsejtek érzékenysége, valamint a retina károsodási valószínűségét mutató görbe

A NAP SUGÁRZÁSA A Nap sugárzási spektruma deleléskor jól közelíthető – a légkör abszorpciójától eltekintve – a Planck-eloszlás 6000 K sugárzási görbéjével, amelynek a különböző hőfokhoz tartozó energiaeloszlásait a 3. ábra szemlélteti [5]. Ezek a görbék egyenletesen, folyamatosan változnak. Az abszcissza skálázása nm, az ordináta relatív érték C T*[(µW/mm2)/nm], ahol a CT az adott hőmérséklethez tartozó normáló tényező értéke. A normálás eredménye, hogy a görbesereg az 555 nm-nél keresztezi egymást, szemléletesen mutatva a szem legérzékenyebb tartományában az energiaviszonyokat. A hagyományos módon kialakított spektrométerekkel a fotonok hullámhossz szerinti spektrumát mérik, amelyeknél a mért spektrumra vonatkoztatott sávszélesség állandó, pl. 10 nm. Ennek következtében az energiaeloszlás energia szerinti rendezéséhez mind az abszcisszát, mind az ordinátát át kell számolni. Vegyük először a kis fotonenergiájú 780 nm-es értéket. Adjunk hozzá 5 nm-t és vonjunk ki 5 nm-t, akkor ezek az értékek (785 és 775 nm-ek) jelentik a spektrumra vonatkoztatott sávszélességhatárokat. Számoljuk át ezeket a hullámhosszban megadott értékeket az (1) összefüggés szerint [6]: E [eV] = 1239,84 / λ [nm]

32

(1)

Világítástechnika

Képezzük a két érték különbségét, az eredmény 21 meV. A nagy fotonenergiájú, 380 nm-es határon is hasonlóképpen végrehajtva a számítást 86 meV adódik. Tehát a kis energiájú fotontartományban a felbontás közelítőleg négyszer jobb, mint a veszélyesebb, nagy energiájú részen.

jutott a szembe.) Szomorú tény, hogy az ElectronicsWeekly [8] szerkesztőgárdája erre a tényre már 2012-ben felhívta a figyelmet. A „white” LED-ek hasonló spektrumokkal továbbra is forgalomban vannak. Az okostelefonok stb. kereskedelmi célokból a minél világosabb képernyővel büszkélkednek, bár ma már kezdik beépíteni az éjszakai üzemmódot, amikor a kék, zöld, piros megvilágítás arányait jelentősen megváltoztatják, csökkentve jelentősen a kék és növelve a vörös tartomány teljesítményét. Persze az adott fotonok energiája változatlan, és nem lehet tudni, mire képesek nappal, és ennek milyen következményei lesznek évtizedek múlva.

3. ábra Az 555 nm értékre normált Planck-görbék, amelyekhez az emberi szem az idők során alkalmazkodott

A „KÉK” SZÍNÉRZETET KELTŐ LED-EK VESZÉLYE Igazoltan a nagy energiájú, kék színérzetet keltő fotonok a szemen keresztül nagyon erőteljesen befolyásolni tudják az emberi szervezetet (biológiai ritmus, sőt a retina tartós károsodása). Egy példa: Egy átlagos színérzékelő csap 6 µm átmérőjű, 25 µm hosszú, a térfogata közelítőleg 700 µm3. A szem a veszélyes „kék” fény tartományban a retinán éles képet tud alkotni. A csapot a szem 25 mm fókusztávolságú képalkotó rendszerén 10 m-re kivetítve, az ott egy 2,5 mm átmérőjű foltnak felel meg. Fordítsuk meg a fény útját. Ha a 10 méteres távolságból lencsével fókuszálunk a szem felé (fehér fény észleletű kézilámpa) és a szemnél, a pupillánál 60 lux megvilágítás jön létre, akkor – becslésem alapján – az éleslátás területén (akkomodációtól függően!) a fókuszpontban 60-90 °C, azaz a koagulációhoz szükséges hőmérsékleti tartomány létrejöhet. Ezután már csak az illető gyorsaságán, biológiai védekezésén múlik, hogy hány csap, vérér károsodik. Az éleslátás területének (fovea centralis) átmérője kb. 1,5 mm. Erről a területről közvetlenül az agyhoz csatlakozó csapok száma a mechanikai méretek, eloszlásuk alapján 50 000 tájékára becsülhető. A sok apró károsodás az évtizedek alatt csak halmozódik, és a szem felbontóképessége csökkenni fog.

A FEHÉR FÉNY ÉSZLELETŰ MEGVILÁGÍTÁSOKRÓL Hasonlítsuk össze a Nap 6000 K-es sugárzási görbéjét a manapság rendkívüli módon terjedő fehér fény észleletű LED-ek spektrumával (4. ábra). Egyrészt feltűnő a 450 nm-es tartomány dominanciája, amely az este megváltozott anyagcsere-folyamatok következtében különösen veszélyes a retinára, másrészt a 480 nm-nél kialakított „völgy”, amely érdekes módon megfelel a pupillaátmérőt vezérlő melanopsin érzékenységi maximumának (2. ábra). Az eredmény: maradjon meg a tágra nyitott pupilla, mert annál világosabbnak észleljük az adott megvilágítást, az okostelefont, monitort, tv-képernyőt. Hát nem érdekes? (A műanyagból készült napszemüvegekkel hasonló a helyzet, amikor azokat még nem látták el UVszűrő réteggel. Az elsötétített szemüveg következtében a pupilla kitágult, és ezért jelentősen több ártó UV-sugárzás

33

4. ábra A LED-ek spektrumai minimális energiasugárzással a pupillát vezérlő ganglionsejtek érzékenységének maximumánál

KÖVETKEZTETÉS A fényforrások jellemzésekor a sugárzási spektrumukat kellene meghatározni, lehetőleg állandó energiaértékű sávszélességgel. Ezt eltárolva utólag tetszőleges biológiai paraméter éppen a legjobbnak tartott súlytényezővel kiszámolható. Célszerű lenne a modern fényforrások sugárzási spektrumait a Planck-eloszlásokhoz, a természetes megvilágításokhoz közelíteni. A legjobban megközelített Planck-görbe adná a színhőmérséklet értékét. A pupilla természetes és gyors ös�szehúzódását gátló spektrumú, a 480 nm környezetében alig sugárzó, de „kék” fotonokban bővelkedő LED-es fényforrásokat a kereskedelemből ki kellene tiltani. IRODALOMJEGYZÉK [1] CIE láthatósági függvények 1931, 1978 [2] CIE 191:2010 Recommended System for Mesopic Photometry Based on Visual Performance [3] http://stanfordmedicine25.stanford.edu/the25/pupillary.html [4] Daisuke Kojima és a többiek: UV-Sensitive Photoreceptor Protein OPN5 in Humans and Mice, Published: October 17, 2011, http://journals.plos.org/ plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0026388 [5] Zentralverband Elektrotechnik und Elektroindustrie e.V. Fachverband Licht, VDE Prüf- und Zertifizierunginstitute Gmbh (2014 április) [6] Nussbaum, A., Phillips, R. A.: Modern optika mérnököknek és kutatóknak, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1982. 371. oldal [7] Erbeszkorn Lajos: A fény keletkezése, keltése, érzékelése, biológiai hatásai, avagy a fény jellemzésére miért nem a fotonenergiát használjuk? Világítástechnikai Évkönyv 2014-2015, 18–21. oldal [8] ElectronicsWeekly.com: Ensuring safety in LED lighting, by Staff, 8th November 2012

Erbeszkorn Lajos okl. villamosmérnök okl. nukleáris elektronikaszakos szakmérnök ny. mérésügyi főtanácsos VTT-tag [email protected]

Lektor: Dr. Wenczel Klára

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Molnár Károly Zsolt, Nádas József

Egy lámpa fénye nem világít rá annak minden tulajdonságára

A VIII. LED Konferencián azonos szerzők „Nem mind lámpa, ami fénylik” című előadása alapján Összehasonlítottunk egy egyszerű szerkezetű professzionálisan megépített lámpatestet egy nagyon hasonló, de nagyon olcsó típussal. Utóbbit szupermarketekben árulják. Az IP65 jelölés ellenére a világítótest beázik. Furcsa, egyenetlen LED-kiosztással és betáplálással rendelkezik. Kiugróan magas hőmérsékletű pontjai a LED-ek élettartamára is negatív hatással lehetnek. A világítótest vibrál is. Ugyanakkor fényárama, színtani adatai a vártnak megfelelők. A jelentősen olcsóbb termék lényegesen rosszabb minőségűnek tűnik, az egyforma jelölések és a minőséget sugalló vizsgálati jelek ellenére. E jelenségre kívánjuk a szakmabeliek és rajtuk keresztül a fogyasztók figyelmét felhívni. We compared a simple construction but professionally built luminaire with a very similar, but very cheap type. The latter is available in supermarkets. Despite the marking IP65 this luminaire is leaking. It has a strange and uneven LED array and “power supply”. This has extremely high temperature points, it may negative affect the lifetime of LEDs. The luminaire flickers also. At the same time measured luminous flux and colorimetric data of luminaire are as expected. The significantly cheaper product appears to significantly worse quality, despite it have suggestive quality test marks. We want to draw attention to this phenomenon, for professionals and through them to consumers.

1. BEVEZETŐ Amikor egy közismert nemzetközi üzletlánc egyik áruházában vásárolunk, akkor joggal feltételezhetjük, hogy az általuk forgalmazott termékek valamilyen előminősítésen mentek keresztül, tehát biztosak lehetünk abban, hogy az általunk vásárolt termék minden követelménynek megfelel. Igaz ez mind az élelmiszerekre, ruházati és háztartási kellékekre, de igaz ez a műszaki termékekre is, beleértve a világítási eszközöket. Örömmel fogadjuk, és talán természetesnek is tartjuk, hogy ezen üzletekben olcsóbb termékekkel találkozunk, mint a professzionális termékeket forgalmazó szaküzletekben, ugyanakkor bízunk abban, hogy a kisebb ár nem jelent jelentős minőségbeli csökkenést. Éppen ezért elgondolkoztató lehet számunkra, ha egy széles körű termékválasztékkal rendelkező üzletlánc kínálatában olyan termékkel találkozunk, ami kinézetre és műszaki adatlapja alapján kísértetiesen hasonlít egy másik termékre, miközben ára annak csak egyharmada. A közelmúltban mi rábukkantunk az egyik nemzetközi üzletlánc termékkínálatában egy olyan – ipari rendeltetésű por- és páramentes – LED-es világítótestre, amely kinézetben kísértetiesen hasonlít más gyártó termékéhez, de ára annak valóban csak egyharmada.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

1. ábra Balra a vizsgált olcsó világítótest, jobbra egy nagyon hasonló, közismert hazai típus Érdeklődésünket felkeltette ez a tény, és kíváncsiak voltunk arra, hogy az árkülönbözet csak kereskedelmi tényezőknek tudható-e be, vagy van különbség a két világítótest (1. ábra) műszaki paraméterei között is. Ennek eldöntéséhez – a szemrevételezésen túl – fénytechnikai, színtani, elektromos és termikus méréseket végeztünk az Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Mikroelektronikai és Technológia Intézetében, ill. IP-vizsgálatot hajtottunk végre a két „konkurens” világítótesten. Ezek eredményeit, ill. az ezekből levonható következtetéseket szeretnénk megosztani ebben a cikkben.

2. VIZSGÁLATOK 2.1. Jelölések A vizsgálatok alapján megállapítottuk, hogy a drágább – professzionálisnak mondható – világítótest műszaki paraméterei megfeleltek mind a termékismertetőjében szereplő adatoknak, mind a vonatkozó szabványkövetelményeknek, ill. szakmai elvárásoknak. Ugyanez azonban nem mondható el az olcsóbb termékről, így cikkünkben nem kívánunk kitérni a „jobbnak ítélt” világítótest műszaki paramétereire, hanem csak azon észrevételeinket szeretnénk kiemelni, amelyek az olcsóbb termékre vonatkoznak. Ezt a terméket egy kiskereskedelmi üzletlánc forgalmazza Németországban, melynek termékválasztékában az élelmiszerektől kezdve a ruházati cikkeken keresztül a műszaki termékekig minden megtalálható. A forgalmazó a reklámkatalógusában a világítótest képén és árán kívül közli a termék néhány adatát, és kiemelten szerepelteti azt a logót, miszerint a termék a TÜV által bevizsgálásra került. A világítótest csomagolásán belüli adatlapon, ill. a terméken további adatokkal is találkoztunk, melyek arra engedtek következtetni, hogy olyan termékkel állunk szemben, melynek műszaki értékelése kellő szinten megtörtént. Ezek alapján jogosan bízhatunk abban, hogy a világítótestet megvásárolva egy üzembiztos, biztonságos és jó műszaki paraméterekkel rendelkező lámpa birtokosai leszünk. A termék adatlapján, ill. dobozán megtalálható minden olyan műszaki adat, amire a felhasználónak szüksége lehet. Ezen adatok – bár minden szükséges információt tartalmaztak – elhelyezése történhetett volna szerencsésebben is, mert bizonyos adatok takarásban vannak, így nehezen észrevehetők. A műszaki paramétereket (fényáram, fényeloszlás, színtani tulajdonságok, elektromos paraméterek, IP-védettség) mérésekkel ellenőriztük, és megállapítottuk, hogy a közölt adatok többnyire megfeleltek a valóságnak.

2. ábra Az IP65-ös világítótest egyértelműen beázott

34

Világítástechnika

Ezalól talán csak az IP-védettség volt kivétel, amit a forgalmazó IP 65-nek jelölt, ugyanakkor a vizsgálat során a világítótest beázott, amit a 2. ábra is igazol. Bár nem kívánjuk kétségbe vonni az esetleges minősítő intézet állásfoglalását, de ezek alapján felmerül a kérdés, hogy az IP-vizsgálat milyen módon történt? 2.2. Elektromos betáplálás Újabb meglepetés ért minket akkor, amikor eltávolítottuk a világítótest búráját – amit egyébként nem rögzített békazár. Első látásra két dolog tűnt fel: A világítótestben nem volt meghajtóegység, csak egy egyenirányító Graetz-híd, egy zavarszűrő kondenzátor, egy 4 csatornás áramelosztó elektronika és néhány tisztázatlan rendeltetésű MOSFET volt felületi forrasztással felszerelve arra az alaplapra, ami a LED-eket is tartalmazta, és ugyanide csatlakoztatták a hálózati csatlakozóvezeték végeit is. Ez utóbbi egyébként érintésvédelmi szempontból kérdéses lehet, főként, ha figyelembe vesszük, hogy a békazárak hiányában a búra leeshet, így a 230 V-os csatlakozás közvetlenül megérinthetővé válik. A szerelvénylap tehát egy alumíniumlemez volt, amire forrasztással kerültek rá mind a LED-ek, mind az azok meghajtását szolgáló elektronikus alkatrészek. A világítótest más elektromos működtető alkatrészt nem tartalmazott. A LED-ek meghajtása tehát a lehető legegyszerűbb elektronikával történt, ami önmagában még nem lenne baj, de elgondolkoztató, hogy vajon más gyártók miért nem törekednek erre az egyszerűségre, és miért építenek be világítótesteikbe drágább elektronikai meghajtó áramköröket. A másik szembetűnő dolog a LED-ek egyenetlen elosztása volt a szerelvénylapon. A betáplálástól távolodva a LED-ek egyre sűrűbben helyezkedtek el, amint azt a 3. ábra is bizonyítja. Kezdetben nem értettük ennek jelentőségét, de a fotometriai mérések fényt derítettek a valódi okra. Megmértük

3. ábra A betáplálás közelében (fent) ritkább, míg a világítótest másik végén (lent) sűrűbb LED-kiosztás

4. ábra A 4 csatornás áramosztó egyre kisebb teljesítményt biztosít a csatornáknak, a fényáram ennek megfelelően csökken a betáplálástól távolodva

35

ugyanis mindkét vizsgált világítótest esetében a szerelvénylapon elhelyezett LED-ek fényáramát egyenként, és kiderült, hogy míg a drágább világítótestben az egyes LED-ek fényárama közel azonos, addig az olcsóbb termékben az egyes LED-tokozatok fényárama a betáplálási ponttól távolodva folyamatosan csökkent. A LED-ek „besűrítésére” tehát azért volt szükség, hogy az egyenetlen fényeloszlást kompenzálják. Az elektromos mérések azt is igazolták, hogy a folyamatos fényáramcsökkenés egyik oka az volt, hogy az említett 4 csatornás áramelosztó elektronika a 4 csatornára eltérő feszültséget kapcsolt, így a LED-ek eltérő teljesítménnyel üzemeltek. Ennek szerepe egyébként érthetetlen. Mindenesetre a mérések igazolták, hogy a LED-ek „sűrítésével” a fényáramegyenetlenséget egészen jól sikerült kompenzálni a világítótestben. A fényáram és teljesítmény változását az egyes LEDek esetében a 4. ábra tartalmazza. 2.3. Hőmérsékleti viszonyok A fényáram egyenlőtlen eloszlásának ezen kompenzációja rendkívül leleményes mérnöki megfontolásra utal, ugyanakkor még mindig nyitva maradt előttünk a kérdés, hogy a LED-ek megtáplálásának ezen módjával – vagyis minimális alkatrész-felhasználással, azoknak a hordozólemezre való felületi forrasztásával – megfelelő konstrukció érhető-e el. Erre a kérdésre a termikus mérések adtak választ.

5. ábra Hőkamerás felvételek összehasonlítása. A professzionális világítótest (balra) kiegyensúlyozott, az olcsóbb világítótest (jobbra) kiugróan magas értékű diagramja. (Itt a 72,7 °C-os csúcsot szándékosan nem ábrázoltuk az összehasonlíthatóbb lépték miatt) Mindkét világítótest szerelvénylapjáról hőkamerás felvételeket készítettünk, és ezeket összehasonlítottuk. Méréseink alapján megállapítottuk, hogy mindkét vizsgált világítótest szerelvénylapjának átlagos hőmérséklete 38 °C környékén volt (lásd 5. ábra), ami teljesen megfelel az elvárásoknak. A professzionálisnak mondható termék esetében a tápegység közelében tapasztaltunk ennél nagyobb hőmérsékletet is, ami a 6. ábra alapján nem haladta meg a 46,5 °C-ot, míg az olcsóbb termék esetében a hőmérséklet-eloszlás teljesen egyenlőtlen volt. Bár a szerelvénylap átlagos hőmérséklete itt is 38 °C körül alakult, ugyanakkor az áramelosztó környéke jelentősen melegebb volt a szerelvénylap többi részénél. Itt 72,7 °C-ot is sikerült mérnünk a 7. ábrának megfelelően. Az infrakamerás felvételek mutatják, hogy az áramelosztó környékén a LEDtokok hidegebbek, mint maga az alaplemez, vagyis szinte a LED-ek hűtik az alaplemezt, bár ennek pont fordítva kellene történnie.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Az egyenetlen hőeloszlás felveti azt a kérdést, hogy vajon a betáplálás közelében lévő LED-ek nem mennek-e hamarabb tönkre, mint a távolabb lévők. Ha igen, akkor a világítótest élettartamánál a rosszabb értéket kell figyelembe venni, de ennek megtörténtére nem utal az adatlapon jelzett 25 000 óra. 2.4. Színtani tulajdonságok Mindezek után felmerült bennünk az a kérdés, hogy vajon az egyenlőtlen 6. ábra A professzionális világítótest legmelefényárameloszlás és termigebb pontja a tápegység közelében 46,5 °C kus kialakítás nincs-e hatással a LED-ek színtani tulajdonságaira. Ennek ellenőrzésére mindkét világítótest esetében megmértük az egyes LED-tokozatok színtani paramétereit, és azokat az Luv-színrendszerben ábrázoltuk. Ezek alapján meghatároztuk az egyes LEDek színkoordinátáinak az átlagtól való eltérését, ami alapján kiszámítottuk az egyes LED-ekre vonatkozó SDCM (Standard Deviation of Colour Matching – a színi egyezés szabványos eloszlása) index értékeit. Kellemes meglepetés ért minket, mikor megállapítottuk, 7. ábra Az olcsóbb világítótest hogy a két világítótest legmelegebb pontja az áramosztó, 72,7 °C, esetében ezen paraméter a nyíllal jelölt hideg pontok a LED-ek tekintetében nincs jelentős különbség, vagyis mindkét világítótest színtani paraméterei hasonlóak, és az egyes LEDek színi eltérése csekély. Ezt támasztja alá a 8. ábra is. 2.5. Vibrálás A pusztán csak Graetz-hidas egyenirányítású táplálásból közvetlenül következik, hogy a LED-ek 100 Hz-en vibrálhatnak. A világítótestet bekapcsolva ez szemmel kevésbé ugyan, de érzékelhető, amit természetesen egy nyomtatott cikkben nem tudunk bemutatni, de a 9. ábrával igyekszünk szemléltetni. Videofelvételen a vibrálás jól látható. Ez a jelenség azért lehet káros, mert a villogás – még ha szemmel nem is tűnik fel nagyon – az emberek gyorsabb kifáradásához és ingerültséghez vezethet.

8. ábra Hasonló SDCM-ábrák: professzionális világítótest (a), olcsóbb világítótest (b) jelentkezik, így a felhasználó a vásárláskor joggal hiszi, hogy jelentősen olcsóbban professzionális minőségű terméket vesz. Ez nemcsak azért káros, mert a fogyasztót gyakorlatilag becsapják, hanem rontja a valóban professzionális termékek megítélését is. A laikus felhasználó ugyanis – miután később szembesül a felmerülő problémákkal – nem (csak) a konkrét termékről fog negatív értékítéletet kialakítani, hanem fennáll a lehetősége annak, hogy általánosságban a LED-es világítást fogja elítélni.

9. ábra A világítótestről készült felvétel egyszerre tartalmaz interferenciát a képkiolvasással (előtérben), és az egyes csatornák eltéréseit (háttérben) A szakembereknek tehát össze kell fogniuk, és hatékonyan fel kell lépniük egyrészt a nem megfelelő minőségű termékek forgalomba hozatala ellen, másrészt folyamatos tájékoztatással fel kell hívni a lakosság figyelmét arra, hogy mely termékek megbízhatóak, és melyek nem. Ezzel nemcsak a felhasználókat, de a becsületes gyártókat és forgalmazókat is védik.

Molnár Károly Zsolt tanársegéd, Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki karán

2. KONKLÚZIÓ Nádas József

Befejezésül jelezni szeretnénk, hogy ennek a cikknek nem az a célja, hogy egy konkrét világítótestet kritizáljunk, hanem az, hogy felhívjuk a figyelmet arra, hogy a látszólag hasonló professzionális és professzionálisnak tűnő termékek között lényeges minőségi különbség lehet. Ezek a különbségek a vásárlásnál nem tűnnek fel, és negatív hatásuk is csak később

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

tanársegéd, Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki karán

36

Biztonságtechnika Nádas József, Dr. Novothny Ferenc

Led és az áramütés elleni védelem A LED-világítás ma már a mindennapi élet része. Maga a LED törpefeszültségről működik, így nem is gondolunk arra, hogy alkalmazása életveszélyt is okozhat. Pedig a működtetéshez rendelkezésre álló feszültség legtöbbször a 230 V váltakozó feszültségű közcélú hálózat, ami köztudottan életveszélyes feszültségű, áramkörbe kerülés halálos is lehet! A cikkben sorra vesszük az egyes műszaki megoldások áramütés elleni védelem szempontjából kritikus alkalmazását. Rámutatunk a barkácsolás, a silány minőségű gyártmányok és a hamisítványok alkalmazásának veszélyeire.

1. ábra

The LED lighting today already part of the everyday life. Himself the LED is an extra low valtage equipment. Why does he cause mortal danger after all? The operating being available many times 230 V AC. of public network, what may cause electric shock generally known. We take it one after the other in this article the single technical solutions in terms of the protection against the electric shock. We point out the dangers of the DIY (do-ityourselv). We point out the danger of the application of the trashy product and the forgery. Az első gondolat a téma elhangzásakor, hogy a LED egy igazán törpefeszültségű félvezető eszköz, azaz: „Miért is kellene foglalkozni az áramütés elleni védelemmel?” A valóság meg az, hogy 230 V-os életveszélyes feszültség áll rendelkezésünkre működtetéséhez. Ezért villamos környezetünk úgy van kialakítva, hogy feszültség alatt lévő (ún. aktív) rész csupasz kézzel még szándékosan se legyen érinthető (a dugaszolóaljzatba még a csecsemő se tudja bedugni az ujját!). Feszültség alatt még szakemberek se végeznek munkát. Laikusoknak is csak bizonyos tevékenység van megengedve, úm. az olvadóbiztosító- és a fényforráscsere. De ezek a villamos szerkezetek úgy vannak kialakítva, hogy segédeszközzel (azaz olvadóbiztosítóval a kezében) véletlenül nem kaphat a személy áramütést, azaz ha becsavarja pl. az izzót, mire az az érintkezőhöz ér, a becsavaró személy már nem tud feszültség alatt lévő részhez érni! Vegyük sorra az egyes LED-es villamos szerkezeteket kifejezetten az áramütés elleni védelem szempontjából.

LED-tápegységek A leválasztott (elválasztott) tápegység galvanikus leválasztást takar (nem lehet autotranszformátor), alkalmazásának előnyei: (1) nem jelent veszélyt az emberekre, (2) széles feszültségskálán működik. Az elválasztott tápegység (isolated driver) biztonságos, de kevésbé hatékony, azaz a nem izolált táplálású LED-cső fénye valamivel nagyobb. Az elválasztott tápegységű LED-csövek drágábbak, bonyolultabb az áramkörük. Az 1. ábrán látunk különböző tápegységeket. A korrekt kialakítású tápegységek I-es vagy II-es ÉV osztályúak, és a szekunder oldaluk SELV, azaz érintésvédelmi törpefeszültségűek, leválasztó transzformátorral jelölten. Erre kell odafigyelni, a többi ábrán lévő, és kereskedelemben

37

2. ábra (beleértve az internetet is) kapható megoldás áramütés elleni védelem szempontjából nem biztonságos. A LED-es világítás fejlődése elérte a szekunder oldali egyenfeszültségű kisfeszültség értékeit is (pl. 250 V=)! A 2. ábrán láthatunk egy ilyen meghajtót és a hozzá tartozó LED-panelt. Ezt persze lámpatestbe szánták, amire persze igaz, hogy szakemberek szerelik, de mi lesz a helyzet, ha a lámpatestben LED-modult szeretnének cserélni, vagy törött búrát akarnak cserélni, vagy tisztítani (karbantartani)? Ha a 2. ábrán látott LED-panelt egyszerűen a lámpatestbe beszerelik, akkor a jelen konstrukciós kialakítás (már csak a csatlakozás módja miatt sem) nem alkalmas a laikusok által végrehajtható LED-modul-cserére (fényforráscsere)! A lámpabúra cserére való alkalmassá tétele gyakorlatilag megoldható, ha a búra levétele után a búrát a kezében fogó személy véletlenül se érhet aktív részhez, azaz a forraszvégek, csatlakozók burkoltak! Villamos szakemberek számára a 250 V egyenfeszültség, illetve a 230 V váltakozó feszültség kisfeszültségnek számít, azaz az üzemi munkára az MSZ 1585 „Villamos berendezések üzemeltetése” szabvány előírásai a mérvadóak! Miután előfordulhatnak igen nagy kapacitással bíró (tartalékvilágítási funkció) lámpatestek is, feszültség nélküli munkavégzésnek csak a leválasztás utáni kisütött kondenzátor melletti munkát tekintjük! A használati utasításban kell rögzíteni, hogy csak szakemberek nyúlhatnak az olyan konstrukciókhoz is, melyben akkumulátorokkal a tartalékvilágítási funkció automatikus megvalósítása is ki van alakítva!

Veszélyes LED-tápegységek A 3. ábrán villásdugós steck házak láthatók. A villát külön adják hozzá és a beszerelt villát (rögzítési pontok híján inkább „beledobott”) tápegység támasztja meg belülről. Hogy ne

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

és a 230 voltos LED-lámpákkal, valamint az MR16 halogénizzókkal is kompatibilisek! A legszörnyűbb, hogy a cseréhez laikusok számára oktatófilmet is javasolnak, amelyben kifejezetten csak villanyszerelők által elvégezhető munkafolyamatot reklámoznak, 5. ábra (vezetékelvágás, csupaszítás, bekötés). Laikusok számára életveszélyes!

LED-CSÖVEK Gyártanak professzionális, az eddigi fénycsövekkel csereszabatos, biztonságos LED-csöveket! Ezek együttműködnek a meglévő lámpatestekkel, nem kell kivenni a fénycsőelőtétet, azzal együttműködve üzemelnek. Magán a csövön sajnos nem látszik semmi különös! A csere egyszerű, mint régen: ki kell venni a fénycsövet, és a helyére be kell tenni a fénycsőnek látszó LED-csövet! 3. ábra nagyon lötyögjön az egész, néha összeragasztják ragasztópisztollyal vagy kétkomponensű polimer alapú ragasztóval. Üresen is kaphatók barkácsolás céljára, belegondolni is rossz, hogy milyen következményekkel járhat egy kicsit is erőszakosabb bedugaszolás.

LED-SPOTLÁMPÁK Eredetileg GU5.3 fejű 12 V-os halogénlámpákhoz készültek, melyeket SELV III. ÉV. osztályú elektronikus transzformátorról üzemeltettek. A LED-korszakban LED-fényforrást adnak hozzájuk, ami GU10 fejű AC 230 V-os. Mivel a két foglalat nem kompatibilis, ezért ún. „átalakító készlet”-et adnak hozzá a forgalmazók, amely egy hálózati feszültségű GU10 foglalatot takar 10-15 cm egyszeresen szigetelt vezetékkel. Ezeken a nagyon egyszerű, gyűrű alakú, álmennyezetben rugóval rögzülő fém lámpatesteken (4. ábra) semmilyen védővezetőnek

6. ábra Egy másik részükhöz (6. ábra) át kell alakítani a lámpatestet. Ezzel természetesen elveszik a lámpatest CE jele, és ilyenre a szakemberek se vállalkoznak, mert akkor nekik kell nyilatkozatot adniuk a szabványokban megkövetelt biztonság igazolására. Erre nemigen fogunk találni vállalkozót! Ha pedig nem szakember huzalozza át, akkor az barkácsolás. Az áramütés veszélye sajnos több szempontból is fennáll. Az interneten meg lehet nézni, hogy a barkácsolók miképp huzalozzák át az otthoni lámpatesteket (6. ábra). Ez az átalakítás olyan szempontból is veszélyes, hogy létezik egyoldalról, kétoldalról és kétoldali keresztcsaposan betáplált változat, de a lámpatest áthuzalozása csak egyféleképp történhet meg. Az egyes változatok szerelési útmutatója szintén a NET-ről (7. ábra). LEDcső-csere esetén gondosan utána kell járni, hogy milyen betáplálású csőre csinálta a „szaki” az áthuzalozást. (Ki fog erre emlékezni? A tulajdonos?)

4. ábra kialakított csatlakozópont nincs! Súlyosbíthatja a helyzetet, hogy az ezekbe való hidegtükrös halogénlámpát helyettesíteni hivatott GU10 fejű LED a jobb hűtés miatt palástján körben fém hűtőbordás szokott lenni, és a fejébe egy ötforintosnyi NYÁK van belepattintva, amelybe a 230 V csatlakozik! Egyes weboldalak úgy hirdetnek ilyen terméket, hogy az egyszerre alkalmas a 12 V (III. ÉV. osztályú) és a 230 V (I. ÉV. osztályú) lámpa alkalmazására, és a felhasználó szabadon döntheti el, hogy melyiket rakja bele! A süllyeszthető spotlámpakeretek a hagyományos 5 cm-es fejátmérőjű 12 voltos LED-spotokkal

5. ábra

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

7. ábra

LED-NEON 230 V-ról üzemelő flexibilis LED-sor („LED Neon”, „Neo Neon”, szakemberek által csúfolva csak „lőcs”) sorba kötött LED-ek szilikonnal körbeöntve (8. ábra). Bár magában a szilikontestben is kialakulhat zárlat, de a betáplálás, toldás és a lezárás problémás. A méterben, bejelölt helyeken elvágható lőcs betáplálása és a toldása fémtüskékkel valósul meg, amelyet a szilikonban végigvezetett rézsodratba kell beleszúrni, az elemi vezetőszálak közé, mechanikailag. Ez a nem kis erőt és ügyességet kívánó művelet – a NET-es videón – csőfogóval, mint használatos villanyszerelési szerszám van megoldva (9. ábra). Egy hőre zsugorodó műanyag hüvely fogja össze a toldott darabokat vagy a kötést. A gyártók maguk is javasolják,

38

8. ábra

hogy ragasszuk meg a benyomott érintkezőt, meg a lezáró plexit is, hogy ne csússzon szét a „tákolmány”. Ehhez kis kiszerelésű tubusokban lehet is venni ragasztót. Sajnos, a gyakorlatban ez sem elég, kívülről még egy átlátszó zsugorcsővel is meg kell erősíteni! Ez gyári körülmények között, szakemberek által végrehajtva is kényes technológia, a csatlakozás biztos megvalósítása célszerszámot igényel! Otthon a konyhaasztalon a barkácsolás balesetveszélyes, a csatlakozó meg életveszélyes!

11. ábra

9. ábra

LED-SZALAG Ritkásan vannak benne a LED-ek, olcsóbb megoldás, ragasztható, vágható, toldható, hajlítható, csőbe húzható (10. ábra). Áramütés elleni védelem szempontjából a tápegység a kérdés, amennyiben az AC oldali védőérintkező vagy a kettős szigetelés jele megtalálható, és a DC oldal SELV száraz helyiségben tetszőlegesen elhelyezhető. Csak az a baj, hogy a

12. ábra érdemel az olyan konstrukció, amely esetén e két részből álló fej a tápegységnél egy mozdulattal szétcsavarható vagy szétpattintható, de szerencsére ez elég ritka. A hamisítványok laikus szemmel teljesen hasonlóak az eredetihez (11. ábra.), a feliratokról már nem is beszélve! Lényeges különbség, hogy korrekt gyártmányokon nincsenek hozzáférhető aktív forraszvégek, csatlakozók stb.! Számos hamisítvány életveszélyes, mint a 12. ábrán látható „kukorica” LEDhamisítvány is. Összefoglalóul az javasolható, hogy LED-világítást is szakemberrel szereltessünk! Vásárolni, meg LED-fényforrást is attól a gyártótól vásároljunk, akitől eddig is vásároltunk, mert a LED egy trend, az áttérés folyamatos és a legnagyobb kincs a megbízhatóság!

10. ábra különleges követelményeket a laikusok nem ismerik, így kerülhetnek akár 50 V-os megoldások is jakuzzik alá stb.! Különleges elhelyezésekhez különleges előírások tartoznak! Ezért kell szakemberre bízni itt is a feladatot!

ÉLETVESZÉLYES HAMISÍTVÁNYOK Sajnos, mint minden sikeres terméket, a LED-ek piacát is nemcsak a silány termékek, hanem a hamisítványok is ellepik. Különösen kedvező helyzetet teremt a megtévesztésre az internetes vásárlás! A silány, kedvező árfekvésű termék sokszor veszélyes, elég, ha arra gondolunk, hogy primitív áramkorlátozó áramkör, ha egy graetz egyenirányító után kondenzátor és egy ellenállás az „előtét”, ezzel a hálózati feszültség kijut a LED-ekre, a frontoldali NYÁK-ra, a vezetékek vagy a táp elmozdulása esetén pedig a hűtőbordára is. Külön említést

39

Dr. Novothny Ferenc (PhD) okl. villamosmérnök-tanár, egyetemi docens, igazgatóhelyettes Óbudai Egyetem, Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Villamosenergetikai Intézet MEE-tag [email protected]

Nádas József tanársegéd, Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki kar

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Szakmai előírások Kosák Gábor

A magyar világítástechnikai szabványosítás 2016-17-ben A magyar világítástechnikai szabványosítás a Magyar Mérnöki Kamara, az Európai Unió és a Világítástechnikai Társaság támogatásának köszönhetően sikeres másfél évet zárt. A magyar világítástechnikai szabványosítás szerve az MSZT/ MB 838 Világítástechnika bizottság. Az MB 838 a nemzetközi és európai szabványosító bizottságok, az IEC és CENELEC TC 34 és albizottságai tükörbizottsága, ezenkívül a TC 76, Optikaisugárzás-biztonság és lézerberendezések és TC 97 VILLAMOS Létesítmények repülőterek világítási és jelzőberendezéseihez IEC és CENELEC bizottságok, valamint a CEN/TC 169 és az ISO/ TC 274 fény- és világításbizottságok tükörbizottsága. Az MB 838 bizottság feladata a részvétel az európai és nemzetközi szabványosításban, a tárgykörébe tartozó európai szabványok bevezetése a magyar szabványállományba. A bizottság arra törekszik, hogy minél több szabványt magyar nyelven is be tudjon vezetni, ezzel is támogatva a magyar kis- és középvállalkozásokat. Az MMK, az EU és a VTT támogatásának köszönhetően több fontos szabvány esetében ez sikerült is. Az MSZ EN 12464-1 Fény és világítás. Munkahelyi világítás. 1. rész: Belső téri munkahelyek című szabvány legújabb 2012es kiadásának magyar nyelvű változata elkészítését a Magyar Mérnöki Kamara támogatta. A főbb műszaki változások az előző kiadáshoz képest a következők: – a természetes fény jelentőségének figyelembevétele: A világítási berendezést úgy kell tervezni, hogy megfeleljen az adott feladat vagy tér világítási követelményeinek anélkül, hogy pazarolná az energiát. A látási feladat végrehajtásához szükséges világítás egy részét vagy teljes egészét a természetes fény szolgáltathatja, ami potenciális energiamegtakarítási lehetőséget jelent. Azonban a világítási követelményeket általában attól függetlenül kell alkalmazni, hogy a világítást mesterséges fény, természetes fény vagy a kettő kombinációja hozza létre. A világítási követelményeket nem lehet alárendelni az energiamegtakarítási szempontoknak; – a legkisebb megvilágítás meghatározása a falakon és a mennyezeten; – a cilindrikus megvilágítás meghatározása, és részletes tájékoztatás a térbeliség érzékeltetéséről (modellezésről); – a megvilágítás egyenletességének feladatokhoz és tevékenységekhez rendelése; – a „háttérterület" meghatározása és a világítási követelmények előírása erre a területre; – a megvilágítási rácspontok meghatározásának összhangba hozása az EN 12464-2-vel; – új fénysűrűségi határértékek megállapítása a képernyős környezetben használt lámpatestekre, a képernyős megjelenítő meghatározásának összhangba hozása az ISO 9214307-tel. Formai változás, hogy a szakaszok elején eddig szakaszszám nélküli általános megállapítások most önálló szakaszszámot kaptak (4.2.1., 4.3.1., 4.5.1. stb., Általános megállapítások), ezáltal a többi szakasz számozása eggyel megnő. Az MSZ EN 12464-2 Fény és világítás. Munkahelyi világítás. 2. rész: Szabadtéri munkahelyek című szabvány 2014-es

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

kiadása egyelőre sajnos csak angol nyelvű változatban áll rendelkezésre. Az MSZT keresi a lehetőséget a magyar nyelvű változat elkészítésére, és ehhez vár támogatókat. Az MSZ EN 1838 Alkalmazott világítástechnika. Tartalékvilágítás című szabvány legújabb 2014-es kiadásának magyar nyelvű változata elkészítését a Magyar Mérnöki Kamara támogatta. A főbb műszaki változások az előző kiadáshoz képest a következők: – A kiemelt helyek megvilágításának felsorolását pontosították és bővítették, valamint a külső megvilágítást is pontosították a biztonságos hely kiterjedtségének megfelelően. A tűzriasztási jelzésadó helyek és az elsősegélynyújtó helyek megvilágítása mára már következetes, tekintet nélkül azok elhelyezésére, és a működtetett készülékekre van meghatározva. – A biztonsági jelzések színe és formája a felülvizsgált ISOformátumnak megfelelően megváltozott. – Néhány ország A-eltérése megváltozott. MSZ EN 60598-2-22 szabvány. Az EN 1838 Alkalmazott világítástechnika. Tartalékvilágítás szabvány új kiadása megjelent magyar nyelvű szabványként is, és ehhez kapcsolódva a Magyar Szabványügyi Testület az Európai Unió támogatásával kiadta az MSZ EN 60598-2-22:2015 Tartalékvilágítási lámpatestek magyar nyelvű változatát. Az előző, szintén magyar nyelvű kiadás több mint 15 évig volt érvényben. Az azóta eltelt időben rengeteg változás történt, emiatt az új kiadás erősen különbözik elődjétől. Ez a kiadás a következő jelentős műszaki változásokat tartalmazza összevetve a legutolsó kiadással: – 22.3. Szakkifejezések és meghatározásuk, kiegészítés a tartalékvilágítási lámpa tényleges fényáramára és a független, hordozható tartalékvilágítási lámpatestre vonatkozó meghatározásokkal; – 22.6. Jelölés, frissítés a nem cserélhető lámpákra vagy akkumulátorokra vonatkozó követelmények bevezetésével; – 22.7. A lámpatestek szerkezete, javított követelmények annak igazolására, hogy a töltésjelző megfelelően csatlakozik-e az áramkörhöz, valamint egyéb pontosítások a működtető eszköznek és a különálló szerelvénydoboznak a tartalékvilágítási lámpatesthez kábellel való csatlakoztatásához; – 22.13. Tartóssági és melegedési vizsgálatok, javított követelmények annak biztosítására, hogy a lámpatest nem válik veszélyessé; – 22.16. Funkcionális biztonság, a fénytechnikai vizsgálatok teljes felülvizsgálata az ISO-val és a CIE-vel való összhang céljából; – 22.18. Átkapcsolási művelet, a fejezetben leírt vizsgálati előírások átkerültek az IEC 61347-2-7 szabvány 21. fejezetébe, ezért most csak az IEC 61347-2-7-ben jelenleg megadott vonatkozó követelményekre hivatkoznak; – 22.20. A független tartalékvilágítási lámpatestek akkumulátortöltői, a fejezetben leírt vizsgálati előírások átkerültek az IEC 61347-2-7 szabvány 22. fejezetébe, ezért most csak az IEC 61347-2-7-ben jelenleg megadott vonatkozó követelményekre hivatkoznak; – A melléklet, magában foglalja a nikkel-fém-hidrid akkumulátorokat és az IEC 61951-1-ben megadott cellatípusokra való hivatkozást; – B melléklet, kisebb változások az osztályozásban; – C melléklet, a felülvizsgált szöveg miatt a C1. ábra törölve; – Új E melléklet, a független, hordozható tartalékvilágítási lámpatestre vonatkozó kiegészítő követelmények.

40

Ebben az új kiadásban a Rendelkező hivatkozások szakaszt fejezetté alakították 22.2. számozással, ezért az ez utáni fejezetek számozása egy számmal nagyobb lett az előző kiadáshoz képest. Ezt a szabványt együtt kell olvasni az IEC 60598-1 Lámpatestek. 1. rész: Általános követelmények és vizsgálatok szabvánnyal. MSZ EN 60598-2-3:2016 szabvány. Az EN 13201 Útvilágítás szabványsorozat részeinek új, 2015-ös kiadása hamarosan magyar nyelvű MSZ-szabványként is megjelenik, ehhez kapcsolódva a Magyar Szabványügyi Testület az Európai Unió támogatásával kiadta az MSZ EN 60598-2-3:2003 Lámpatestek. 2-3. rész: Kiegészítő követelmények. Közvilágítási lámpatestek szabvány 2012-ben megjelent A1 módosításának magyar nyelvű változatát, egyesítve a 2003-as kiadással MSZ EN 60598-2-3:2016-ként. Az A1 módosítás főbb változtatásai: A lámpatest használati útmutatójának az üvegrészek leesése elleni védelem kiválasztott módszeréhez tartozó legnagyobb szerelési magasságra vonatkozó tájékoztatást kell tartalmaznia. Az üvegből készült fedelek üvegtörése által okozott sérülés elleni védelemről szóló 3.6.5. szakasz szövegét teljesen átdolgozták. Az új előírások szerint az 5 m-t meghaladó szerelési magasságú lámpatesteknél az üvegből készült fedeleket: – olyan üveg alkossa, amely apró darabokra törik, vagy – olyan üveg alkossa, amelynek ütéssel szembeni ellenállása nagy, vagy – olyan eszköz védje, amely megtartja az üvegcserepeket törés esetén (pl. védőháló). A fenti követelmények teljesülésének ellenőrzésére új vizsgálatokat adnak meg. MSZ EN 13201 Útvilágítás szabványsorozat. A 2003-ban kiadott EN szabványsorozatot felváltja a 2015-ben kiadott új sorozat, amely MSZ EN szabványsorozatként 2016 novemberében jelent meg, és jelenleg a magyar nyelvű változata készül közösen a Világítástechnikai Társaság támogatásával és az MSZT saját költségén. A szabványsorozatot teljesen átszerkesztették, olyan jelentősen megváltozott, hogy az útvilágítást tervezőknek újra meg kell tanulniuk használatát. Az MSZ CEN/TR 13201-1:2015 Útvilágítás. 1. rész: Irányelvek a világítási osztályok kiválasztásához című szabvány jelentős változását jelzi, hogy az előző kiadás 17 szakkifejezéséhez képest az új kiadás 20 szakkifejezést tartalmaz, de csak 11 fogalom azonos, vagy részben azonos. Az előző kiadás a világítási osztályok kiválasztásához először meghatározta a közforgalmú területre vonatkozó világítási helyzetek sorozatát, majd ehhez választotta a világítási osztályok tartományát, majd a világítási osztályt. A felülvizsgált új kiadás tartalmazza a világítási osztályok kiválasztásának egyszerűsített útmutatási rendszerét. Felsorolja a különböző világítási helyzetekre – gépjárműforgalmú területek, konfliktus területek és gyalogosforgalmú/kis sebességgel használt területek – vonatkozó legfontosabb jellemzőket. E jellemzők magukban foglalják a tervezési sebességet, a forgalom nagyságát és összetételét, az út teljes beosztásának rendeltetését, valamint a környezeti feltételeket. Számos esetben a közterületek egynél több közlekedési területet tartalmaznak, például gyakran található olyan úttest, amely gyalogúttal vagy kerékpárúttal szomszédos. Mivel azonban a különböző közlekedési területek használóinak különböző vizuális igényei vannak, a kiválasztási eljárás során az ennek megfelelő, vonatkozó jellemzőket kell figyelembe venni.

41

Az egyszerűsített eljárás elhagyja az A-melléklet világításihelyzet-táblázatait. Ehelyett a szabvány 5. fejezete a gépjárműforgalomra vonatkozó M világítási osztály kiválasztásának jellemzőit ismerteti, a 6. fejezet a konfliktusterületek C útvilágítási osztály kiválasztásának jellemzőit ismerteti, valamint megadja az M világítási osztályokhoz alkalmazandó C világítási osztályokat. Hasonlóan a 7. fejezet a gyalogosforgalmú és kis sebességgel használt területek P világítási osztályainak kiválasztásának jellemzőit adja meg. Az új kiadás az adaptív útvilágítás létesítéséhez is ad útmutatást. Az A melléklet példákat ismertet az M és P világítási osztályokra. A B melléklet alternatív módszert ajánl a világítási osztályok kiválasztására. Az MSZ EN 13201-2:2016 Útvilágítás. 2. rész: A világítási jellemzők követelményei című szabvány. Az EN 13201-2:2003 szabványhoz képest a következő jelentősebb változtatások történtek: – a dokumentum átszerkesztése; – a bevezetés háttér-információkkal történő kiegészítése; – a fogalmak és meghatározásuk naprakésszé tétele; – több világítási osztály egyesítése; – a TI rövidítés fTI szimbólummal való kicserélése; – több világítási osztály elnevezésének megváltoztatása; – a fényerősség osztályok elnevezésének megváltoztatása; – a szabvány új, tájékoztató jellegű C melléklettel való kiegészítése a C és P osztályok rontó káprázás értékelésének tekintetében. Az MSZ EN 13201-3:2016 Útvilágítás. 3. rész: A világítási jellemzők számítása című szabvány magyar nyelvű kiadására egyelőre még nem került sor, reméljük, hamarosan mód nyílik rá. Az MSZ EN 13201-4:2016 Útvilágítás. 4. rész: A világítási jellemzők mérési módszerei című szabvány. A szabványnak ebben a változatában végrehajtott jelentősebb változtatások a következők: – a különböző mérési célok egyedi követelmények útján való pontos meghatározása a műszerjellemzők, a mérési költségek és a ráfordított idő optimalizálása érdekében; – a sztatikus és dinamikus mérési követelmények alaposabb összehasonlítása; – az ILMD-re (képalapú fénysűrűségmérő eszközre) vonatkozó egyedi követelmények megadása, amikor az ILMD fénysűrűségmérőként kerül felhasználásra; – a mérési bizonytalanság értékelése; – a követelményekkel vagy a tervezési elvárásokkal való ös�szehasonlítás megvalósítása a mérés kiterjesztett mérési bizonytalanságának figyelembevételével; – iránymutatás nyújtása a küszöbérték-növekmény és az útszél-megvilágítási hányados mérésére vonatkozóan; – javaslat az útvilágítási létesítmény tervében megadott tűrések értékelését segítő algoritmusra; – az egyedi jellemzők fogalmának leírása az előírtaktól eltérő feltételek mellett végzett mérések értelmezhetősége érdekében; – a fénytechnikai minőségi jellemzők szimbólumaira kidolgozott szabály továbbfejlesztett változatának leírása az ugyanazon, de eltérő jelentéssel bíró jellemzőkre kapott értékek közötti összetéveszthetőség elkerülése érdekében; – az adaptív útvilágítás mérőrendszereire vonatkozó megfontolások ismertetése; – útmutatások nyújtása a mérési bizonytalanság értékelésére.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Az MSZ EN 13201-5:2016 Útvilágítás. 5. rész: Energiahatékonysági jellemzők címmel a szabványsorozat új tagjának kiadására került sor. Az új szabvány célja, hogy meghatározza az útvilágítási létesítmények energiahatékonysági jellemzőit, ehhez módszert ad az útvilágítási létesítmények energiahatékonysági jellemzőinek kiszámítására a kiszámított fajlagos teljesítménysűrűségi mutató (PDI) DP és a kiszámított éves energiafelhasználási mutató (AECI) DE segítségével. A fajlagos teljesítménysűrűségi mutató (DP) azt az energiamennyiséget mutatja meg, amely az útvilágítási létesítménynek ahhoz kell, hogy teljesítse az EN 13201-2ben előírt, vonatkozó világítási követelményeket. Az éves energiafelhasználási mutató (DE) az adott év során felvett villamos teljesítményt határozza meg, még abban az esetben is, ha a vonatkozó világítási követelmények az éjszaka vagy az évszakok során változnak. E mutatók felhasználhatók az ugyanazon útvilágítási projektre vonatkozó különböző útvilágítási megoldások és technológiák energiahatékonyságának összehasonlítására is. A különböző útgeometriával vagy különböző világítási követelményekkel rendelkező útvilágítási rendszerek energia-

hatékonyságát nem lehet egymással közvetlenül összehasonlítani, mivel az energiahatékonyságot többek között a megvilágítandó terület geometriája éppúgy befolyásolja, mint a világítási követelmények. A szabványok megjelenése után a Magyar Szabványügyi Testület fórumot rendez a szabványsorozat részei, különösen a magyarul is elérhető részek ismertetésére 2017. június 8-án az MSZT székházban. A fórumra vonatkozó információk ügyében keressenek meg engem az alábbi elérhetőségen: g.kosak@ mszt.hu, illetve a fórumra vonatkozó információk az MSZT honlapján is elérhetők lesznek (www.mszt.hu).

Kosák Gábor MSZT/MB 838 Világítástechnika Műszaki Bizottság titkára

Hírek

Az OSRAM lezárta a Ledvance eladását Sikeresen lezárult a Ledvance egy kínai konzorciumnak történő eladása, miután a felek megszerezték az összes szükséges jóváhagyást az illetékes hatóságoktól. A végleges eladási ár mintegy 500 millió euró volt, de az OSRAM a védjegyek használatával kapcsolatban a következő évek során további 100 millió eurós bevételre számít. Az OSRAM igazgatóságának a Ledvance értékesítésére vonatkozó határozata az általános fényforrás üzletág előtt nyitva álló stratégiai opciók intenzív elemzése alapján született meg. „A stratégiai átalakulást jelentő tranzakció sikeres zárása mérföldkő az OSRAM számára. High-tech cégként még aktívabban tudunk a jövőben részt venni a dinamikusan növekvő piacokon”, mondta Olaf Berlien, az OSRAM Licht AG vezérigazgatója. Az OSRAM Felügyelő Bizottsága 2016. július 26-án hagyta jóvá az értékesítést. A Ledvance vevője egy kínai konzorcium, melynek stratégiai befektetőként az IDG Capital (IDG), pénzügyi befektetőként a Yiwu Állami Eszközkezelő Központ (Yiwu), valamint egy kínai fényforrásgyártó társaság, az MLS Co., Ltd. (MLS) a tagja. A tranzakcióval az OSRAM fontos lépést tett a három pilléren nyugvó stratégiájának megvalósítása

felé, melynek fókuszában a Specialty Lighting (SP – Speciális világítás), Lighting Solutions & Systems (LSS – Világítási megoldások és rendszerek) és az Opto Semiconductors (OS – Opto félvezetők) állnak. Az ügylethez kapcsolódóan az OSRAM és az MLS egy szándéknyilatkozatban rögzítették, hogy az MLS a LED-chipeket az OSRAM új, a malajziai Kulimban létesült üzemétől vásárolja.

Az OSRAM-ról

A müncheni központú OSRAM globális vezető szereppel rendelkező világítástechnikai gyártó, amely több mint 100 éves múltra tekint vissza. Termékportfóliója magában foglalja a félvezető technológiára épülő infravörös és lézervilágítási alkalmazásokat. A termékek rendkívül széleskörűen, úgymint a virtuális valóság, az önálló autós megoldások, a mobiltelefonoktól az intelligens, valamint kapcsolt világítástechnikai megoldásokig terjedő, különböző épületekben és városokban megvalósuló alkalmazásokban kerülnek felhasználásra. A vállalat piac- és technológiavezető a járművilágítás terén világszerte. Az OSRAM (a Ledvance vállalatot leszámítva) 24 600 embert foglalkoztat világszerte, és a 2016-os üzleti évben (szeptember 30-ig bezárólag) 3,8 milliárd euró árbevételt ért el. A társaság a frankfurti és müncheni tőzsdén jegyzett vállalat (ISIN: DE000LED4000; WKN: LED 400; tőzsdei azonosítója: OSR) További információk: www.osram.com.

Kádár Aba köszöntése 2017. február 14-ére – szokásos szemináriumi napjára – a VTT kötetlen beszélgetést hirdetett Kádár Abával. A szemináriumra az átlagosnál többen érkeztek. Nádas József szemináriumokért felelős alelnök bevezető szavai után megjelentek kérdéseket tehettek fel. Néhányan Kádár Abával kapcsolatos élményeiket is elmondták. A jó hangulatú beszélgetés végén megjelentek tortával, pezsgővel köszöntötték Kádár Abát, a VTT tiszteletbeli tagját 90. születésnapja alkalmából.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Az ünnepelt

42

Köszöntés pezsgővel és tortával

Hírek Finisben az IEC 62305 3. kiadása A villámvédelmi szakemberek körében jól ismert, hogy 2006 óta már Magyarországon is az MSZ 274-et felváltó MSZ EN 62305 szabványsorozat szabályozza a villámvédelemmel kapcsolatos műszaki követelményeket. A szabványsorozatot az IEC TC 81 villámvédelmi műszaki bizottsága dolgozta ki, ezen belül az egyes részterületekért különböző albizottságok, munkacsoportok a felelősek. Az IEC-ben kidolgozott szabványokat a CENELC átveszi, és EN jelzettel európai szabványként jelenteti meg az esetleges módosításokkal együtt. Az európai szabványokat ezt követően a tagállamok saját nemzeti szabványokként is kiadják. A munkabizottságok tehát először az IEC szabványjavaslatokat készítik el, amelyek majd nálunk is nemzeti szabványként megjelennek.

Biztonságos 2. típusú, V20 sorR]DWMHOć túlfeszültség-védelmi eszköz 1+2. típusú, V50 sorR]DWMHOć túlfeszültség-védelmi eszköz

CserçOKHWü betétek biztonságos, rázkódás elleni védelemmel

C

M

Y

CM

160 A-ig elüWçW biztosító nélkül

MY

CY

CMY

K

Dr. Berta István professzor úr köszönti a bizottságot a BME-n Az IEC TC 81 műszaki bizottság az IEC 62305 szabványsorozat megjelenését követően a szabvány korszerűsítésével folytatta a munkáját. Ennek eredményeként jelent meg 2009-ben a szabványsorozat 2. kiadása, amely elsősorban kisebb pontosításokkal, kiegészítésekkel látta el az előző kiadást. A munka természetesen a 2. kiadás megjelenésével sem állt meg, hiszen szükség volt a szabvány további korszerűsítésére. Ezt elsősorban a szabványsorozat 1. kiadásában bevezetett meglehetősen bonyolult kockázatelemzési eljárás egyszerűsítése és az időközben megjelent új eljárások beépítése tette szükségessé. A szabvány kidolgozásának érdemi része már a vége felé közeledik, hiszen a 3. kiadás tervezett 2018-as megjelenésének határidejét másképpen nem lehetne tartani. Az ennek a munkának egy fontos részét végző nemzetközi munkabizottság ülésére került sor 2017. február 21. és 22. között a BME Villamos Energetika Tanszékén. A munkabizottság feladata a villámvédelmi rendszer előírásainak részletes magyarázatát tartalmazó útmutató kidolgozása. A bizottság magyarországi programjának szervezésében a BME Villamos Energetika Tanszékén kívül az OBO Bettermann Kereskedelmi és Szolgáltató Kft. vett részt. Dr. Szedenik Norbert

43

Kódolás a hibás összeépítés ellen Felhasználói információk QR-kód leolvasásával Soft-releaseérintkH]üN

Feszültség- és típuskódolás HALOGEN

FREE

www.obo.hu

V20_50_1_2._új_jav.pdf 1 2017.03.09. 13:18:12

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 1 - 2

Beszámoló a 6. Lumen V4 konferenciáról

az ókortól egészen a napjainkban is használt eredményekig; a kapcsolódó értekezés jó bevezető és összefoglaló lehet a témában kevésbé szakavatott kollégák és kolleginák részére is.

A Lumen V4 konferencia a Visegrádi Országok Világítási Konferenciája, amelyet idén immáron 6. alkalommal rendeztek meg. A konferenciát a részt vevő országok (Cseh Köztársaság, Lengyelország, Magyarország és Szlovákia) kétévente, felváltott helyszínen rendezik meg; az eseménynek idén szeptember 13. és 16. között a lengyelországi Karpacz adott otthont. Az idei Lumen V4 nagy eltérése a korábbi évektől az volt, hogy a hagyományokkal szakítva az előadások nem a nemzetiségek saját nyelvén, hanem angolul kerültek megtartásra, az előadásokhoz tartozó cikkeket pedig szintén angol nyelven kérték a szervezők. Ennek oka, hogy a konferencia kiadványa IEEE-nyilvántartásba került. Az idegen nyelv kötelező használata azonban sajnos okozott némi nézeteltérést és vitát, így nem kizárt, hogy a következő Lumen V4 már ismét az eredeti formában, vagyis a nemzetiségek saját nyelvén és tolmácsok segítségével kerül megtartásra. Mindazonáltal a lengyelek kitettek magukért, s a minden napra tervezett szociális események – hegyi túra, grillparti, gálavacsora stb. – és kiváló vendéglátás mellett se gyomor, se szellem nem maradt éhesen. A nyitó szekció után 6 tudományos témakörbe sorolt előadás-sorozat vette kezdetét mindösszesen 27 előadással és a szünetekben megtekinthető 29 konferenciaposzterrel. A közel 300 oldalas, angol nyelvű konferenciakiadványban megtalálható a kapcsolódó teljes tudományos cikkanyag, így jelen írásban az elhangzott előadásoknak csak egy rövid kivonata kerül bemutatásra.

A szekció első előadása az utcai világítás hatékonyságát taglalta, úgymint a fényforrás spektrális eloszlása, a megvilágított tárgy geometriája és az emberi szem észlelőképessége függvényében. Azonos megvilágítás mellett adott színű felület láthatósága függ az alkalmazott fényforrás típusától; kis méretű tárgyak esetében ez az észlelhetőségét, illetve nagy felületek esetében az emberi szem alkalmazkodását nagymértékben befolyásolhatja. A következő előadásban szilárdtest-fényforrásokat alkalmazó intelligens utcai világításhálózatokról esett szó. Az előadás főként az intelligens hálózat technikai megvalósítási lehetőségeit, illetve az intelligens rendszerben rejlő lehetőségeket taglalta. A továbbiakban a Poznańban kísérleti céllal telepített intelligens hálózatról számoltak be. A teszt során alkalmazott rendszer mozgásérzékelők segítségével figyeli a forgalmat, és ennek megfelelően fokozatosan kapcsolja fel, illetve le a LED-es lámpatesteket. A vizsgált környezetben a több mint egyéves üzemeltetés során 80% feletti energiamegtakarítás volt elérhető. A szekció záró értekezése az utcai világítás fotometriai mérései és azok kiértékelése során alkalmazott háló felbontását vizsgálta. Lokálisan kiugró értékek esetén a korábbi számítási kapacitáshoz tervezett háló felbontása elégtelen lehet. A rács 8-szoros sűrítésével akár 20%-os eltérés is tapasztalható, ennél nagyobb sűrűség viszont már nem változtat a kapott eredményeken.

Nyitó szekció A konferencia témáinak aktualitását már a nyitó előadás is kellően előrevetítette: a Bialystoki Műszaki Egyetem munkatársai orvosi endoszkópok fényforrásának korszerűsítési lehetőségeit vizsgálták. A gyógyászatban használt lámpák színvisszaadására szigorú előírások vonatkoznak; emiatt a LED-esítés ezen a területen legalább annyi kihívást, mint amennyi előnyt tartogat. A kutatások során a kívánt spektrumot 13 darab (11 monokróm, 1 melegfehér és 1 hidegfehér) LED fényének színkeverésével állították elő, a jelen fázisban pedig a besugárzás eloszlását vizsgálták az optikai szálakat lezáró, színkeverést végző optika felületén, a színkeverő geometriája szerint. Richard Kittler folytatta a bevezető előadásokat, aki a természetes fény és megvilágítás méréstörténetét magyarázta

Nyitó szekciót vezetik (balról jobbra): Piotr Pracki, Zaymus Vince, Petr Baxant és Dariusz Sawicki

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Utcai világítás

Kültéri világítás A szekció elején olyan új, osztályozási/besorolási rendszer tervezete került bemutatásra, amely a mezopos látásra vonatkozó közvilágítás tervezését segíti elő. Ezután a LED-es világítótestekben fellépő optikai veszteségekről volt szó. Nem elegendő a nagy fényhasznosítású LED alkalmazása; a kívánt megvilágítási karakterisztikát biztosító másodlagos optikát is úgy kell megválasztani, hogy azon a lehető legkevesebb visszavert, illetve elnyelt fény legyen. A szilárdtest-fényforrások melegedés okozta munkapontés fényhasznosítás-változását egy valós köztéri lámpatest multi-domain szimulációja demonstrálta. A lámpatest termikus modellje CFD-szimuláció eredménye, a LED-ek elektromos, termikus és radiometriai/fotometriai modellje pedig a LED izotermikus munkaponti adataiból származtatható. Az ELDO-ban végzett lámpatest szintű szimuláció alapján a lámpatest üzemi fényárama akár 6-8%-ot is változhat az éves hőingadozás során. Alapvető közvilágítási koncepciókról is szó esett, főleg esztétikai és várostervezési szempontokat tekintve, továbbá kiemelve, hogy a közvilágítás elsődleges célja az ember, a tulajdon és a közlekedés biztonságának fenntartása, nem pedig az energiafelhasználás minimalizálása. A szekció zárásaként egy új díszvilágítási megoldás alapötlete hangzott el. Egy, a számítógép által dinamikusan létrehozott, majd kivetített megvilágítási séma megkönnyítheti a világítási rendszer tervezését, amely a rendelkezésre álló, egyébként esetenként igen drága 3D-szoftverekkel akár több száz órás időtartamot is igénybe vehet. A technikával akár új, még nem létező lámpatest is betervezhető, de akár épületek időszakos vagy hosszú távú tényleges dísz-, díszítő világítása is lehetséges.

44

Beltéri világítás és energiahatékonyság A témakör kezdő előadásán a veszprémi Pannon Egyetemen folyó festékanyag-öregítési kísérlet 4000 órás eredményeiről számoltak be. Az összesen 448 minta különböző típusú és színű történelmi festékanyagokból áll, különböző lakkokkal fedve, vagy lakk nélkül. A mesterséges öregítéshez használt kamrában 10 000 lux megvilágítás mérhető, 4500 K színhőmérséklet mellett. Az öregített és öregítetlen minták közötti eltérések részletesen a kapcsolódó cikkben olvashatók. A szekció következő előadásában lakóházak energiahatékonyság-kiértékelésére kidolgozott szlovák szabványjavaslatot hallhattunk, mely a már meglévő szabványokat hivatott kiegészíteni. A beltéri világítás korszerűsítésének lehetőségeit a Varsói Műszaki Egyetem egyik tanszékén végzett vizsgálatokkal mutatták be. Az nZEB (közel nulla energiaigényű épület) szabvány szerinti 10 kWh/m2 határértékeket fluoreszcens, illetve szilárdtest-fényforrásokkal sem sikerült elérni, azonban a számítások alapján a megvilágítás jelentősen növekedne a betáplált teljesítmény számottevő csökkentése mellett is. A retrofit megoldások hátrányairól hallhattunk a szekció záró előadásán. A kísérlet során egy diffúzorbúrával körbevett hagyományos izzólámpát helyettesítettek kompakt fénycsővel, illetve retrofit LED-del, majd megmérték a fényáram térbeli eloszlását. A retrofit LED-lámpa hasonló karakterisztikát mutatott, mint a hagyományos izzólámpa, a kompakt fénycső azonban a vizsgált diffúzorral együtt nem bizonyult alkalmasnak.

Dr. Gašparovský Dionýz a szabványújítás mellett érvel

forgó tükörrendszer – álló fotométer) goniométer típusokat hasonlítottak össze mérési eredményeik alapján a veszprémi Pannon Egyetem és a pozsonyi Szlovák Műszaki Egyetem együttműködésében. A két vizsgált LED-es lámpatest esetében (Philips CoreLine Recessed RC120B; Hofeka CLIP 28 LED) 1% körüli mérési eltéréseket tapasztaltak a két laboratórium eredményei között, amely az eljárás mérési bizonytalanságán belül van. Az előadás-sorozatot igen érdekes értekezés színesítette tovább: a Brnói Műszaki Egyetemen különböző fényforrások gyártása és ártalmatlanítása során keletkező ökológiai lábnyom mértékét becsülték meg, a fényforrások anyagösszetétele és a közép-európai anyaggyártási eljárások alapján.

Természetes világítás A szekció bevezető előadása a természetesfény-szimuláció technikai kérdéseit taglalta. A kapcsolódó cikk a laboratóriumi mű-nap és mű-ég paraméterezését írja le; a nappali direkt megvilágítás érték függését a Nap viszonylagos helyzetétől és a légkör zavaró hatásaitól, illetve a direkt és diffúz megvilágítások együttes figyelembevételét a számítások során. Az éjszakai égbolt fényességének meghatározásához készítettek modellt a Comenius Egyetem munkatársai. Az új modell segítségével szimulációkat végeztek SkyGlow Simulator program segítségével a cseh Olomouc városról; az éjszakai fényszennyezés hatásait tiszta és borús égbolt esetén is bemutatták. A Szlovák Tudományos Akadémia laboratóriumi mesterséges égboltja az 1970-es évek óta áll használatban, az építmény azonban most teljes felújításon megy keresztül. A munkálatok részeként a 8 méter átmérőjű, drótköteleken függő, vasbeton félgömb speciális fotometriai bevonatot kapott, valamint új LED-es lámpatesteket telepítettek a megvilágítására. A felújítás céljai az energiahatékonyság és a spektrális visszaadás növelése, illetve a 15 fajta CIE Szabványos Égbolt megvalósításának lehetővé tétele. A téma utolsó előadásában Natalia Sokół lakóterületek természetes megvilágításának várostervezési szokásairól és szabványairól beszélt. A PhD értekezés részleteként bemutatott kutatás egyik eredménye szerint a természetes világítás szabványosítása és oktatása egyaránt fejlesztésre és modernizálásra szorul.

Káprázás

Beltéri világítás és fotometria Az Ostravai Építőmérnöki Kar egyik tantermében telepített intelligens, megvilágításra szabályozott rendszer bemutatásával kezdődött a szekció. A konstans megvilágítást a szoba közepén a mennyezetre elhelyezett megvilágításszenzor, valamint 4 dimmelhető lámpatest hivatott biztosítani. A rendszer működését a munkaasztalokra, illetve az épület tetejére elhelyezett további 6 szenzorral vizsgálták napsütéses és felhős időben egyaránt. Lámpaforgató (forgatható fényforrás – álló érzékelő) és Dr. Szabó Ferenc LED-es lámpatestek tükrös (függőleges tengely goniométeres vizsgálatáról beszél körül forgatható fényforrás és

45

A káprázás meghatározása és mérőszámmal való kifejezése szabadtéri és beltéri területeken eltérő módon történik. Ezen mértékrendszerek egyeztetésére javasolt egységes szemantikai káprázás értékről tartották a téma első előadását. Fénysűrűségkontraszt és kontrasztanalízis területén a jelenleg rendelkezésre álló módszerek túlegyszerűsítettek és elnagyoltak; a Brnói Műszaki Egyetem munkatársai új módszert javasoltak komplex kontrasztanalízis elvégzésére, melyet valós mérési eredményeken mutattak be. Homogén fénysűrűségű és nagy fénysűrűség-gradiensű fényforrások vizsgálatának hibalehetőségeiről beszélt Sebastian Slominski a Varsói Műszaki Egyetemről. A problémafelvetést LED-es lámpatest diffúzorral és diffúzor nélkül elvégzett mérésein keresztül demonstrálta. A továbbiakban az UGR (Unified Glare Index) meghatározásáról volt szó. A rendelkezésre álló mérési és kiértékelési módszerek nem a mai koncentrált – pl. LED-es vagy kompakt fénycsöves – fényforrásokhoz alkalmazkodnak, illetve nem is használják ki a korszerű CCD/CMOS érzékelők és a számítási

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

A szekció utolsó, és egyben a konferencia záró előadásán Marek Bálský bemutatta, hogyan lehetséges hagyományos digitális fényképezőgépeket megvilágítás mérő műszereként alkalmazni; a nyers formátumú képek a szenzor által rögzített színkoordináta-mátrixokat tárolják, ezekből az értékekből pedig numerikus matematikai szoftverek – mint például a Volfram Alfa – segítségével gyorsan és egyszerűen kiszámítható az adott képponthoz tartozó lefényképezett felület megvilágításértéke. Az előadások közötti szünetekben további 29 posztert tekinthettünk meg, szerzőik személyes társaságában. A poszterekhez tartozó cikkek szintén megtalálhatóak a konferencia kiadványában. A következő Lumen V4 konferencia a Cseh Köztársaságban kerül megrendezésre, két év múlva. A fényképeket készítette: Nádas József mérnöktanár, Óbudai Egyetem

Dr. Piotr Pracki átadja a Lumen V4 vándorszobrot és a következő LV4 szervezését

Hegedüs János Hegedüs János PhD-hallgató BME Elektronikus Eszközök Tanszéke MEE-VTT-tag [email protected]

teljesítmény folyamatos fejlődését. A Brnói Műszaki Egyetem munkatársai az általuk fejlesztett műszer (LDA – LumiDISP) mérési eredményein mutattak be rövid esettanulmányt, hangsúlyt fektetve a látótér és a káprázást okozó fényforrások helyzetére.

Elkészült Szeged Megyei Jogú Város Világítási Mesterterve A VTT keretein belül megalakult munkabizottság 9 hónapos munkával elkészítette a Szeged MJV Világítási Mestertervét. A munka eredményeképpen a mellékleteivel együtt 187 oldalas anyag jött létre, amelynek csak a tartalomjegyzéke meghaladná a rendelkezésre álló helyet. Éppen ezért csak a legfontosabb elemeket emeljük ki. • A közvilágítással kapcsolatos fogalomrendszer teljes körű definíciója • Térinformatikai megközelítés (konfliktustérkép, zónákra felosztás) • Gyártófüggetlen követelményrendszer a közvilágítási lámpatestek kiválasztására • Közvilágításirendszer-vezérlési lehetőségek teljes körű áttekintése • Fényszennyezés-korlátozás teljes körű leírása • Nem szabványos helyzetek kezelésére előírások • Tervezői felelősség előtérbe helyezése • Korszerűsítési ütemezési javaslat • LED-es fejlődés előrejelzései alapján elérhető megtakarítás és megtérülés prognosztizálása

Az anyag több forrásra támaszkodott, ezek közül a legfontosabbak • EDF DÉMÁSZ–FŐMTERV SZEGED Város Közvilágítási Korszerűsítési Tanulmányterve (elsősorban adatforrásként használtuk) • Budapest Világítási Mesterterv (a budapesti mesterterv fontos mintaként szolgált, azonban a szegedi mesterterv jó néhány területen jóval részletesebb) • MSZ EN 13201:2015 útvilágítási szabvány (a legfrissebb 2015ös szabványt használtuk!) • VTT LED-fényforrású közvilágítási lámpatestekre kidolgozott követelményrendszer • Szerzők több évtizedes tapasztalatai A Mestertervet a VTT tagjai 2017. január 10-én vitatták meg. A Mesterterv elkészítésében Mancz Ivette, Major Gyula, Horváth Dezső és Schulcz Gábor vett részt.

LUX EUROPA 2017 Világítás a modern társadalomért

A konferencia témái: – Emberközpontú világítás – Világítási technológiák – Szabványok és előírások – Mérés és fotometria – Energiahatékonyság

– Természetes világítás – Fényszennyezés – Belső terek világítása – Szabadterek világítása – Díszvilágítás – Mezőgazdasági világítás

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Konferencia helyszíne: Ljubljana, Szlovénia. Időpontja: 2017. 09. 18-20. Jelentkezési határidő: 2017. április 15. – 2017. augusztus 1. További tudnivalók a VTT honlapján: www.vilagitas.org, ill. a konferencia honlapján találhatók: www.luxeuropa2017.eu

46

Winter Package workshop a HYPE szervezésében 2017. március 17-én első alkalommal került sor régiónkban olyan eseményre, mely a World Energy Council (WEC) fiatalokat tömörítő szervezeteinek együttműködésével jött létre. A magyarországi HYPE (Hungarian Young Professionals in Energy) és a FEL Romania workshopja napjaink energiapolitikájának kiemelt témáját, az Európai Unió új energiacsomagját mutatta be az érdeklődők számára, kiemelve azokat az aspektusokat, melyekben a WEC munkabizottságok vagy nemzetközi programok révén is aktív. Az angol nyelvű szakmai nap közel 30 fő részvételével zajlott, sok esetben az időkereten túlmutató diszkussziót kiváltva. A nap nyitásaként a házigazda HYPE képviseletében Holló Gergő mutatta be a 2012-ben létrejött hazai szervezetet. A 15 (jellemzően műszaki és gazdasági végzettségű) tagot tömörítő HYPE a WEC víziójához igazodva egyik céljának tekinti a fenntartható energetikai fejlődés elvének Magyarországon történő terjesztését, valamint a jövő energetikai szakemberei fejlődésének elősegítését. Az energiacsomagot bemutató felvezető előadást dr. Kelemen Hajnalka, a MAVIR jogi főmunkatársa tartotta. A sok kérdést indukáló szakaszban áttekintette az Európai Unió különböző energiacsomagjainak fejlődési ívét, rámutatva arra, hogy azok komplexitása egyre nagyobb feladatot állít a jogharmonizációval foglalkozók elé. Míg az 1996/92/EK direktíva húsz évvel ezelőtt mindössze 30 oldalból állt, addig az új csomag terjedelme már százas nagyságrendű oldalban mérhető csak. Az új politika szükségességét indokló szakmai kihívások közül elsősorban a piac-összekapcsolásra, a határkeresztező áramlásokra és az elosztott energiatermelés egyre jelentősebb hatásaira helyezte a hangsúlyt. A workshop harmadik prezentációját Pirjo Jantunen, a FEL100 (Future Energy Leaders) finn elnöke tartotta, fókuszálva a WEC által működtetett tehetséggondozó programra. A 2007ben még FELP (Future Energy Leaders’ Programme) néven indított program célja az energetikai szektorban dolgozó fiatal szakemberek bevonása a WEC globális tevékenységébe, személyes tapasztalataik, ismeretek és képességeik hasznosítása révén. A 2013 óta 100 főben maximalizált létszámú „elit” tagjai a szervezet bővítése mellett munkacsoportokba tömörülve szakmai feladatok megoldásán is dolgoznak, évente cserélve a tagság harmadát a frissesség megtartása érdekében. Szintén a FEL-100 program vezetőségi tagjaként érkezett Budapestre Filipe Mota da Silva, aki saját szakterületéről, az energetikai iparban teret nyerő digitalizációról kezdeményezett beszélgetést a résztvevőkkel. Összefoglalta azokat a fő irányvonalakat (big data, blockchain, digital twin stb.), melyek révén a jelenleginél jobban felhasználóközpontú szemlélet

Pirjo Jantunen alakulhat ki az iparág vállalatainál. A felvezetett lehetőségek és akadályok mentén kialakuló vitának csak az ebédszünet vetett véget. A délutáni program keretében az egyes előadók már elsősorban a Winter Package hétköznapi életre gyakorolt hatásait vizsgálták részben saját munkahelyi tapasztalataik, részben pedig a WEC szakmai bizottságaiban zajló munka alapján. A sort Pintácsi Dániel nyitotta, a kapacitáspiacok és a megújuló energiaforrások támogatásának témájával. Részletesen tárgyalta a kapacitáspiacokra való belépés feltételeit (pl. CO2kibocsátás), melyek sok esetben döntéskényszer elé állítják a vállalatokat. Jó példa erre, hogy a kibocsátási határértékek miatt a gázturbinás erőműveknek is csak egy része (becsülten a 36-37%-os hatásfok fölöttiek) lesz jogosult a támogatásokra. Andrei Covatariu a FEL Romania által az energiacsomagról készített szakvéleményt ismertette. Országuk szempontjából két problémás területet azonosítottak, az épületek energiahatékonyságát, illetve az energiaszegénységet. Utóbbi illusztrációjaként bemutatta, hogy míg a lakossági villamosenergia-árak tekintetében az EU-n belül Magyarország és Románia sereghajtó, addig a havi kiadásokon belüli részarányt tekintve az első négyben találhatók. Dr. Hartmann Bálint a WEC energiatárolással foglalkozó szakcsoportjának eredményeit ismertette a 2016 őszén kiadott World Energy Resources tanulmány segítségével. A korábban az Elektrotechnika hasábjain (2016/1-2. szám) is bemutatott új módszertanok mellett elsősorban a rövid és középtávú kitekintésre helyezte a hangsúlyt; új üzleti modellekre, a power-to-gas megoldások térnyerésére és az elektromos járművekkel teremtett szinergiára is szükség van ahhoz, hogy tartós sikereket érhessen el a technológiai ág. A workshop záró előadását Gerse Pál tartotta, témája felölelte a magyarországi forrásoldali kapacitástervezés helyzetét és nehézségeit. Az új energiacsomag kapcsán itt ismét előtérbe került a kapacitáspiacok kérdése, mely kapcsán eltérő vélemények hangzottak el az Európa különböző országaiból érkezett résztvevőktől. Dr. Hartmann Bálint

Pro Lumine Innovatív Világítás Tervezése díj A Világítástechnikai Társaság, a Magyar Mérnöki Kamara Elektrotechnikai Tagozata és a Magyar Világítástechnikáért Alapítvány meghirdeti a

PRO LUMINE INNOVATÍV VILÁGÍTÁS TERVEZÉSE DÍJ 2016 pályázatát a legszínvonalasabb innovatív világítási tervek elismerésére „Belsőtéri világítás” és „Szabadtéri világítás” kategóriában. A pályázat letölthető a VTT honlapjáról: http://www.vilagitas.org

47

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Beszámoló a VIII. LED Konferenciáról 2017. február 7-8-án az Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Karának Tavaszmező utcai G épületét az egyetemi hallgatók mellett a VIII. LED Konferencia előadói, kiállítói és hallgatói töltötték meg. A kétnapos konferencia szervezői idén a LED-ek alkalmazástechnikáját tűzték ki fő témaként. Az előadások négy szekciót töltöttek meg, és a hagyományoknak megfelelően a konferencia teljes időtartama alatt megtekinthető volt a szakmai kiállítás. Szekcióülésen

Az elnökség A konferenciát Nagy János, a Világítástechnikai Társaság elnöke nyitotta meg. Beszédében felidézte az első LED konferenciára szánt gondolatait, az azóta történt változásokat, és elmondta, hogy az idei jelentkezések és az érdeklődés továbbra is azt bizonyítja, hogy bőven akadnak még kérdések, amelyek a szakmai közösséget foglalkoztatják, és amelyek felvetésének és megvitatásának a konferencia továbbra is teret biztosít.

Ezt a sokoldalúságot az első szekció önmagában is bemutatta. Dr. Borsányi János vezetése mellett az előadók beszéltek színlátásról, OLED-ek öregítési vizsgálatáról, gazdasági vonatkozásokról, érintésvédelemről és egy világítási mestertervről. A második szekcióban, melynek vezetője Némethné dr. Vidovszky Ágnes volt, szerepet kapott a közvilágítás üzemeltetői és gyalogos szemmel, az intelligens világítási rendszerek, a beltéri növénytermesztés és a sportvilágítás, valamint betekintést kaptunk egy új H2020-as európai projektbe. A második napot indító szekcióban speciális alkalmazhatósági kérdések tárgyalásán vezetett minket Forgó Krisztián. A tavalyi konferencia után idén is hangsúlyos szerepet kapott egy moderált kerekasztal-beszélgetés, amely szintén ebben a szekcióban kapott helyet és időt. A beszélgetés fő kérdése az volt, hogy mit hoz nekünk a világítástechnikai ipar átalakulása. A kérdésre gyártók, üzemeltetők, kutatók képviselői: Bajcsy Ferenc, Bessenyei Tamás, Csulak Ferenc, Gaál János, Hoffman Péter, dr. Kovács Béla, Pap Zoltán, dr. Poppe András és Szabó Ervin a konferencia résztvevőivel, a megjelent szakmai közösséggel együtt keresték a válaszokat. A beszélgetést a VTT és a TrendFM szeptemberben indult közös műsorának szerkesztőműsorvezetője, Érczfalvi András moderálta.

Kérdések és válaszok A moderátor és a közönség Az elnöki nyitószavak után a fogadóintézmény meghívott képviselői: dr. Vajda István DSc, az Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Karának dékánja, valamint dr. Lendvay Marianna, a Mikroelektronikai és Technológiai Intézet igazgatója, az Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Karának oktatási dékánhelyettese köszöntötték a megjelenteket. Ahogy azt a LED Konferenciákon megszokhattuk, a hallgatóság idén is széles palettáról választhatott az előadások témái között, a LED-ek sokoldalúsága idén is egyértelműen tükröződött a programból.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

A negyedik szekcióban a múzeumvilágítással és pigmentöregítéssel kapcsolatos nemzetközi kutatások eredményeiről, a mérési bizonytalanság terjedéséről, valamint beltéri és emberközpontú világításról hallhattunk, a szekciót Zaymus Vince vezette. Azt gondolom, az évindító szakmai rendezvény idén is elérte a célját: képet kaptunk aktuális kutatásokról, ipari eredményekről, választ kaptunk korábbi kérdésekre és elindultak új beszélgetések, felmerültek új kérdések is. Ezekre a kérdésekre pedig várjuk a válaszokat, találkozzunk egy év múlva ismét, a IX. LED Konferencián! Urbin Ágnes

48

Egyesületi élet Ipar 4.0 az ABB szemszögéből

2017. 02. 08-án került sor az „Ipar 4.0 az ABB szemszögéből – a digitalizáció és az ipari robotok forradalma” – című szakmai előadásra. 2017. 02. 16-án ülésezett az MEE Szegedi Szervezet vezetősége Osztatlan sikert aratott Szegeden is „YUMI”, a kétkarú „emberbarát” robot: Nagy várakozás előzte meg a meghirdetett szakmai előadást és bemutatót, melynek címe: „Ipar 4.0 az ABB szemszögéből – a digitalizáció és az ipari robotok forradalma”. Előadók: Szabó Mihány – Értékesítési és marketingvezető, ABB. Kft., Gazsi Péter – Értékesítési mérnök, ABB. Kft. és Németh Tamás – Projektmérnök, ABB. Kft. A rendkívüli érdeklődést mutatta az is, hogy szinte zsúfolásig megtelt a rendezvény helyszíne. Külön említésre érdemes a fiatalok nagyszámú részvétele, köztük a Szegedi Szakképzési Centrum Déri Miksa Szakgimnáziuma és Szakközépiskolája 4 diákja és az intézményvezető helyettese is. Első előadónk Szabó Mihály – értékesítési és marketingvezető, aki átfogó képet adott az ABB. munkájáról úgy nemzetközi, mint hazai vonatkozásban. Több mint 100 országban az ABB. Csoport 135 000 munkatársa dolgozik a partnereknek nyújtott magas színvonalú egyedi műszaki igényeknek megfelelő megoldásokon. Magyarországon 1200 helyszínen több mint 50 000 villamosipari berendezést telepítettek már. Az előadó elmondta, hogy az ABB. a világ egyik vezető vállalata az ipari digitális technológiák területén. Egyik előadónk, Szabó Mihály

Hírek Szegedről munkát végző emberrel együttműködve. A hallgatóságot lenyűgözte a mai korunk szülötte és valamennyien nagy örömmel próbálkoztunk a robot programozásával és irányításával, mindezt több-kevesebb sikerrel.

Vezetőségi ülés meghívott vendéggel, stratégiaalkotással, beszámolókkal:

2017. február 16-án kibővített vezetőségi ülésre került sor. Meghívott vendégként az ülésen részt vett Mitykó Csaba, a Szegedi Szakképzési Centrum Déri Miksa Szakgimnáziuma és Szakközépiskolája intézményvezető-helyettese. A meghívás az iskola és az MEE szervezetünk együttműködésének jegyében történt. A tárgyi oktatási intézménnyel való együttműködés megvalósítása volt az egyik fontos napirendi pontunk, melynek első eredményeit máris rögzíthettük. Úgymint közös rendezvényszervezés, egymás rendezvényein való kölcsönös részvétel, „Mi a pálya” rendezvényen részvétel, „Szakmai éjszakák”-on való bemutatkozás, MEE Múzeum, illetve Iskola látogatás – mindezt a fiatalok szakmába és a közösségi munkába való még aktívabb bevonása céljából.

Mitykó Csaba /balról/ és Nagyiván Ferenc

A hallgatóság Gazsi Péter – értékesítési mérnök és Németh Tamás – projektmérnök a hallgatóság nagy örömére a robotokról és azoknak a negyedik ipari forradalomban betöltött helyéről, szerepéről adott tájékoztatást. Ez utóbbit jelzi a címben szereplő „Ipar 4.0” kifejezés is, amely az ember-robot együttműködésének kor„YUMI”, a robot, programozás közben szakát jelzi. Előadóink bemutatták „YUMI”-t, a világ első kollaboratív – együttműködő – robotját. A név az Angol „Te és Én” szóból az együtt dolgozó két félre utal. „YUMI” elsősorban apró alkatrészek összeszerelésére alkalmas, minden korlátot, védőberendezést mellőzve közvetlen közelében, a

49

Pipicz Mihály/balról/, Lakatos István és Dobi László Másik kiemelkedően fontos téma a 2017–2020-as időszakra vonatkozó „Stratégia tervezet” pontosítása és véglegesítése volt. A résztvevők a tervezetet minden részletre kiterjedően megvitatták, illetve pontosították, majd jóváhagyták előzetesen a meghatározott prioritásokat, a kitűzött céljainkat, ötleteinket és a stratégiai akciókat. A vezetőség az előzetesen jóváhagyott anyagot valamennyi tagtársunk részére megküldi, hogy annak a március 16-i beszámoló taggyűlésen való jóváhagyásáig megfelelő idő álljon tagtársaink rendelkezésére annak tanulmányozására, véleményük és állásfoglalásuk kialakítására. A vezetőség a továbbiakban pontosította még a 2017. I. félévi munkaprogramot, áttekintette a 2016. évi gazdasági munka eredményeit, tájékoztatást hallgatott meg a 2016. novemberi OETT Munkájáról, az MEE Elnökség legutóbbi üléséről és a 2017. január 24-i MEE Dél-Alföldi régi vezetőinek megbeszéléséről. Arany László, Szeged

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Nekrológ dr. Tajthy Tihamér 1931-2017

Megrendülve tudatjuk az Elektrotechnika olvasóival, hogy dr. Tajthy Tihamér március 9-én, méltósággal viselt betegségében 86. életévében elhunyt. 1957-ben szerezte meg villamosmérnöki oklevelét az erősáramú szakon. A diploma megszerzése után két évig a VILLENKI tudományos munkatársa volt, ahol munkaköre többek között erőművekben, alállomásokban, transzformátorokban túlfeszültség-eloszlási vizsgálatok volt. 1962-ig az Észak-dunántúli Áramszolgáltató Vállalat hálózatfejlesztési főosztályán a vállalat túlfeszültségvédelmének megszervezése, irányítása, iparági túlfeszültséglevezető javítóműhely kialakítása, továbbá a 120 kV-os hálózatfejlesztés volt a feladata. 1961-ben doktorált transzformátortekercselések túlfeszültségállóságának vizsgálata tématerületen. 1962-1965 között egy Kairó közeli Műszaki Főiskola erősáramú képzésének kialakításán dolgozott, ahol előadásokat tartott és megszervezte az erősáramú villamos üzemmérnök képzést. 1969-től 1979-ig a Magyar Villamos Művek Trösztnél, majd 1989-ben történt nyugdíjazásáig a Villamos Energiaipari Kutató Intézetben dolgozott, ahol speciális szakterülete volt az ipari szennyezések által okozott környezetvédelmi modellezés. 1985-től másodállásban volt a BME Villamosmérnöki Karán, a Villamosművek, majd jogutódján, a Villamos Energetika Tanszéken, ahol 2010-ig oktatta a Villamosművek és környezet, ill. Villamosenergia-piac tantárgyakat. Tanított a Paksi Műszaki Főiskolán és a Kandó Kálmán Műszaki Főiskolán, ahol előadásokat tartott. Több előadást tartott hazai és külföldi konferenciákon, mérnöktovábbképző tanfolyamokon. Szakcikkei, tanulmányai száma százon felüli. A Műszaki

Petri Pál

1922-2017 „Négyéves múltam, amikor megélénkült amúgy csendes bajai utcánk. A túloldali járda és a kocsiút macskakövei közt lépcsős gödröket ástak a sárga homokba, és a kátránytól büdös, csaknem fekete oszlopokat állítottak fel. Csodálkozva néztem a lábakra csatolt furcsa szarvak segítségével az oszlopokra fürgén felmászó embereket, s kacagtam, amikor kacsázva az egyik oszloptól a másikig mentek. Az oszlopokra szigetelők kerültek, fölül három barna, lejjebb öt fehér, és azokra acélhuzalokat feszítettek. A velünk rézsút szemben lévő oszlopra lámpát is szereltek. Miután tél vége felé ennek a lámpának a fénye először ragyogott fel, a gázlámpagyújtogató nem jött többé.” (Bajai Híráram, 1996) Így kezdődött Petri Pál kapcsolata az elektromos árammal, az áramszolgáltatással. Pali bácsi – így szólíthattam atyai jó barátomat évtizedeken keresztül – 1922. március 16-án született Baján, s amint a fenti visszaemlékezéséből kiderül, igen korán rácsodálkozott az elektromos áramra, és egy kiváló fizikus tanárnak köszönhetően egyenes út vezetett a Budapesti Műszaki Egyetemre. Már 1941 nyarán, első évfolyamosként nyári gyakorlatát a bajai BAVÁK(DÁV)-nál – a DÉMÁSZ elődje – töltötte, és így korán megismerkedett a szakma szépségeivel. Tervezéssel, hálózatépítési gyakorlattal töltötte a nyarakat, mígnem 1944-ben tagja lett annak az egyetemista csapatnak, akiket a tanáraikkal együtt a front elől vittek Németországba, és így ott folytathatták tanulmányaikat. (A program célja az volt, hogy átmenekítsék a háború utáni időszakra a végzős műszaki egyetemistákat.) 1945 októberétől már a BAVÁK/DÉMÁSZ alkalmazottja, és ez a kötődés az 1982-es nyugdíjba vonulásáig meg is maradt.

Elektrotechnika 2 0 1 7 / 3 - 4

Könyvkiadónál 1982-ben Korszerű Meddőteljesítmény Gazdálkodás címmel szerkesztésében kiadott könyv nívódíjat kapott. Az MEE Déridíj tulajdonosa. Szinte haláláig folyamatosan dolgozott, 1990-2000 között a Műszaki Lexikon energetikai és atomtechnikai szócikkeit lektorálta, 2010-ig a Környezetvédelmi Miniszté-rium munkatársa volt. Tevékenysége kiterjedt a technikatörténeti érdekességek tanulmányozására is, így a Magyar Királyi Posta járműtelepén az 1900-as évek elején alkalmazott, villamos hajtású, akkumulátoros csomagszállító járműveit kutatta, eredményeit az Elektrotechnika folyóiratban tette közkinccsé. Tajthy doktor az ÉDÁSZ-nál szerzett helyismeretét, szakmai kapcsolatait az országos áramszolgáltatás összes vállalatánál eredményesen hasznosította és a fontos témákban az optimális megoldásokat szakmai, műszaki irányelvekben rögzítette. Bármilyen kérdésben bármikor kész volt a szakmai vitákban közreműködni és álláspontját közérthetően, meggyőző erővel képviselni. Fiatalabb kollégáit folyamatosan segítette, nemcsak saját feladataira koncentrált, hanem az MVMT és az ipari-fogyasztói partnerek is bármikor számíthattak szakismeretére, tanácsaira. Személyisége, kiemelkedő műszaki kultúrája, elkötelezettsége és nyitottsága közismert volt az iparág valamennyi szakterületén. Neve a hazai energetikai mérnök társadalom számára egyet jelentett a tudományterület szeretetével, a folyamatos megújulással és a szakmai tisztességgel. A műegyetemi évfolyamtársai összetartója volt, évente szervezte az évfolyam-találkozókat. Kezdeményezője és társszerzője volt a „Visszatekintés a Budapesti Műszaki Egyetem Villamosmérnöki Karán a „viharos” 1952.-1957. években végzett tanulmányainkra" című dokumentumnak. Életpályája szolgáljon példaképpen az új villamosmérnök generációnak. Temetése 2017. április 20-án lesz 12 órakor a Rákoskeresztúri Újköztemető szóróparcellájában. MEE elnöksége 1951 és 1955 között Baján volt főmérnök, majd 1955 végétől az 1951-ben megalapított DÉMÁSZ vállalat főmérnökévé nevezték ki Szegeden. 27 évig volt a vállalat főmérnöke, műszaki vezérigazgató-helyettese, amely időszakot „A 27 év számvetése” című írásában örökítette meg. Ez volt az az időszak, amikor valamennyi áramszolgáltató vállalat az extenzív időszakát élte meg. A DÉMÁSZ villamos hálózata a 27 év alatt 6600 km-ről 23 000 km-re nőtt, a csúcsteljesítmény 34 MW-ról 500 MW-ra emelkedett, és az ügyfelek száma is 200 000ről 589 000-re nőtt. Ehhez az időszakhoz kötődött a három megyében lévő erőművek integrálása a DÉMÁSZ-hoz. Magamon is tapasztaltam, másoktól is tudom, hogy érdeklődése a kor haladtával sem csökkent szakmánk iránt, mindig is feladatának érezte a képzésünket, és a tudásunkat fejlesztendő, a legváratlanabb helyzetekben is voltak olyan kérdései, amelyekre a gyomrunk összeugrott. Erre a tapasztalatátadásra kiváló terep volt az MEE, ahol számos szakmai és egyéb előadással gazdagított bennünket. Aktivitását elismerésekkel is díjazta az egyesületünk, birtokosa volt a Bláthy-díjnak, amelyet 1993-ban és az MEE Életpálya Díjnak, amelyet 2000-ben kapott egyesületünktől. Érdekes színfoltja volt egyesületi életünknek, amikor 90 éves korában egy 20 perces riportfilmben mesélte el a híres 1944-es fagúlás dunai átfeszítés történetét. A mesélés soha nem állt távol Pali bácsitól, a 3 évfolyamot megért Bajai Híráram újságot 35 cikkel gazdagította. (Jut eszembe… sorozat ifjúságom és pályám emlékeiből) Örök hálával tartozunk Petri Pál gyémántdiplomás villamosmérnöknek, a műszaki értelmiségi lét igaz értékeit felmutató életútjáért, kivételes humán érzékenységéért, generációkra ható példamutatásáért, az utódok iránt érzett felelősségéért, a múlt iránti tiszteletünk fenntartásáért. Hiezl József

50

2017. május 30-június 01. Sümeg, Hotel Kapitány

Jelentkezés, részletek: www.mee.hu/vedelmes2017 oldalon Kapcsolat: [email protected]

YAR ELE K AG M

YESÜL ET EG AI

C OTE HNIK TR

19 0 0

Mutasd meg, hogy céltudatos MŰSZAKI vagy! A lényeg, hogy amit elképzeltél, az MŰKÖDJön a valóságban! Mutasd meg, hogy nem csak fejben vagy penge, de gyakorlatban is! Felkészítő Tanárok hajrá!

Hiszen egy tehetséget felfedezni és segíteni, sokszor nehezebb, mint tehetségesnek lenni! A Tanárok munkáját külön díjazzuk.

Jelentkezz és töltsd fel az ötleted 2017. május 30-ig!

Ha MŰKÖDsz , bekerülsz egy adatbázisba, ahonnan az elektrotechnika, elektronika és informatika szakterület meghatározó cégei válogatják leendő szakembereiket.

http://muszakivagyok.hu/mukodj Tel.: 06-1-788-0520