A fényforrások fejlődése október 20.

Átírás

1 A fényforrások fejlődése? Balázs László, PhD GE Lighting

2 Gyökerek Alessandro Volta tartós áramforrás, izzószál Humphry Davy izzószál ívfény

3 Világítás a XIX. században Edison előtt gázvilágítás ívlámpák 1792 W. Murdoch - az első gázlámpa 1804 F. A. Winsor - gázvilágítás szabadalom 1807 Utcai világítás - London Baltimore Párizs Pest 1891 Auer égő 1831 Faraday - elektromágneses indukció 1861 (Jedlik Ányos dinamo) 1865 Siemens - dinamo 1870 Jablocskov gyertya 1878 Brush ívlámpa izzólámpák 1820 de la Rue platina izzó 1872 Lodogin - szénrudas izzó 1879 Joseph Swan - szénszálas izzó...és még sokan mások

4 Miért Edison? Villamosenergia-hálózat párhuzamos kapcsolás nagy ellenállású izzó csavaros (Edison) foglalat javított hatásfokú dinamó mérőóra biztosíték

5 Spectrális sűrűség (W/(m 2 nm)) Hogyan működik az izzólámpa? Edison első izzólámpa szabadalma: termosztatikus áramkör-szabályozó Hőmérsékleti sugárzás: Stephan Boltzmann P A T 4 Planck E(, T) 2 hc 5 2 e hc kt T 2 > T hullámhossz (nm)

6 Spectrális sűrűség (W/(m 2 nm)) Fényáram, fényhasznosítás Fényáram (lumen, lm) v( ) E( ) AK m E( ) v( ) d v( ) az emberi szem spektrális érzékenysége hullámhossz (nm) Fényhasznosítás (lm/watt) P Edison szénszálas izzója: 1.4 lm/w

7 Az izzólámpa hatásfoka Izzólámpa 2700K V(λ) LER: Rendszer hatásfok: 154 lm/w 13 lm/w Hullámhossz (nm)

8 Spectrális sűrűség (W/(m2 nm)) Hatásfoknövelés izzószál töltőgáz feltaláló 2850K 1930 W spirál Kr 15 Bródy 2700K 1913 W spirál Ar 13 Langmuir 2500K 1910 W szál vákuum 10 Coolidge 1904 W szál vákuum 8 Just & Hanaman 2100K 1879 C szál vákuum 2 Edison hullámhossz (nm)

9 Dr. Just, F. Hanaman és a Tungsram

10 Spectrális sűrűség (W/(m2 nm)) Hatásfoknövelés lm W izzószál töltőgáz feltaláló 2850K 1930 W spirál Kr 15 Bródy 2700K 1913 W spirál Ar 13 Langmuir 2500K 1910 W szál vákuum 10 Coolidge 1904 W szál vákuum 8 Just & Hanaman 2100K 1879 C szál vákuum 2 Edison hullámhossz (nm)

11 Halogén izzó g Zubler, Mosby, 1959 volfrám párolgás oxihalogenidek képződése volfrám lerakódás +20% hatásfoknövekedés

12 Fénycső

13 A fénycsövek működése elektróda bura fénypor Hg UV emisszió Fénypor lumineszcencia

14 Fénycsövek hatásfoka CFL 2700K V(λ) LER: Rendszer hatásfok: 364 lm/w 60 lm/w Hullámhossz (nm)

15 Nagynyomású kisülőlámpák

16 Kerámia fém-halogén lámpa Al 2 O 3 kerámia fém-halogenid adalék (Na és ritkaföldfémek)

17 CMH hatásfoka CMH V(λ) LER: Rendszer hatásfok: 283 lm/w 90 lm/w Hullámhossz (nm)

18 Világító diódák

19 The evolution of LED technology red LED Nick Holonyak, GE 1993 Blue LED 1996 white phosphor LED Shuji Nakamura 2014 fizikai Nóbel-díj: Akaszaki Iszamu Amano Hirosi Nakamura Sudzsi

20 Kék LED + fénypor fénypor Kék LED Hullámhossz (nm) hullámhossz (nm)

21 Összesen LED célok betáplált teljesítmény cél előtét LED lm/w lm/w termikus hatásfok optika Forrás: USA DOE 2009 kisugárzott fény

22 LED hatásfoka LED 2700K V(λ) LER: Rendszer hatásfok: 319 lm/w 150 lm/w+ Hullámhossz (nm)

23 Fényhasznosítás kompakt fénycső LED lámpa izzó halogén izzó Forrás U.S. DOE SSL R&D Multy-Year Program Plan, 2011

24 A világítás részesedése a villamosenergia- fogyasztásból: Európa: 14% USA: 22% Föld: 19% International Energy Agency

25 A nagyteljesítményű LED piaca, 2010 Összes eladás: 1080 millió $ Általános világítás: 8% Általános világítás 890 Szórakoztató elektronika: 92% 9910 Szórakoztatóelektronika

26 Fajlagos költség ($/klm) Haitz törvénye fehér LED fénycső kompakt fénycső izzólámpa Forrás: USA DOE 2009 Idő, év 5

27 Piaci analógia: Az önálló cserepiactól az integrált rendszerek felé Vákuumtechnológia Rövid élettartamú alkatrészek Jelentős cserealkatrész-piac Félvezetők Hosszú élettartamú alkatrészek Moduláris felépítés vagy integrált rendszer Szűk cserealkatrész-piac

28 A forma evolúciója?

29 Az átalakulás jelei Nemzetközi szabadalmi bejelentések lámpatestgyártó fényforrásgyártó OLED LED egyéb lézerdióda OLED LED vezérlés 5 8 lámpatest vezérlés lámpatest fényforrás

30 Energia igény Price ($/kwh) Takarékosság Új fogyasztók Európa 2020 célok 20% megújuló energia 20% hatásfokjavítás 20% CO 2 csökkentés hours Idő, óra

31 Megújuló energia Szélturbina energiatermelés 1 hónap

32 Intelligens energiahálózat

33 AC/DC Edison Westinghouse =

34 Vissza a jövőbe

35 Energiapozitív közvilágítás Konzorcium: Szoftver Érzékelők Electrical connectivity Communication network Energia rendszer Adaptiv világítás Akkumulátor

36 Demonstrációs terület Energetikai berendezések 21 kwp Útvilágítás Napelemek 18 kwh Parkvilágítás 6,4 kw Budapest, KFKI campus 78 db parkvilágító lámpatest 113 db útvilágító lámpatest október

37 Adaptív világítás Antenna Mozgásérzékelők

38 Intelligens iroda kísérlet MTA TTK MFA

39 Folyosóvilágítás Pannon Egyetem

40 2003 OLED Hit Incandescent Milestone 4000K on BB 88 CRI 15 LPW 1200 Lumens OLED naturally suitable for diffuse lighting applications

41 2007 First Output of Roll-to-Roll Line

42 Light output Laser diode vs. Light Emitting Diode Laser diode LED Electric power Operates similar to LEDs 1000x more luminance (cd/m 2 ) vs. LED Nearly parallel beam Emits monochromatic light High efficiency entitlement Small size, low power (50mW) chips Safety concern at high power requires modulation

43 Laser diode applications compact light engines Pico projectors Automotive Entertainment Architectural BMW i experiment: Dynamic headlight Styling

44 Biokémiai fényforrások szentjánosbogár Luciferin: Luciferin + O 2 oxi-luciferin + h A biokémiai fénykeltés hatásfoka: 90% Egy 150lm/W LED hatásfoka: 20%

45