Implementarea Led Urilor In Iluminatul Public

Cuprins

Cap. 1 Elemente introductive

1.1. Sisteme fotovoltaice

1.1.1. Energia solara

Soarele reprezintă sursa de energie a Pământului, contribuind la menținerea temperaturii planetei. Fără acesta, pământul ar avea o temperatură de aproape 0 grade Kelvin, temperatură la care încetează orice mișcare (inclusiv a electronilor).

Soarele este o sursă, aproape inepuizabilă, de energie, în sens că radiația soarelui ne va mai încălzi și oferi energie încă 4-5 miliarde de ani de acum încolo. într-un singur an, el trimite spre pământ de 20.000 de ori energia necesară întregii populații a globului, mai exact, primim de la soare anual o cantitate de energie de 15177*1014 kWh.

Fig. 1.1. Interactiunile dintre energia solara, atmosfera si suprafata terestra

Radiația globală ajunsă de la Soare la nivelul solului într-o o zi senină, reprezintă suma dintre radiația directă și radiația difuză. Radiația solară directă depinde de orientarea suprafeței receptoare. Radiația solară difuză poate fi considerată aceeași, indiferent de orientarea suprafeței receptoare.

Fig.1.2. Diferenta dintre radiatia difuza si directa la sol

Radiația solară este influențată de modificarea unghiului format de direcția razelor soarelui cu planul orizontal, unghiul de înclinare a axei Pământului și latitudinea geografică.

După cum se vede în figura 1.2, radiația solară diferă semnificativ de la o zonă geografică la alta.

România este o țară cu un potențial energetic solar acceptabil. Există zone în care fluxul energetic solar anual, ajunge până la 1450… 1600kWh/m2/an, în zona litoralului Mării Negre și Dobrogea, ca și în majoritatea zonelor sudice. În majoritatea regiunilor țării, fluxul energetic solar anual, depășește 1250.. 1350kWh/m2/an. Aceasta indică un potențial energetic care ar justifica folosirea energiei solare pentru a produce energie utilizabilă.

Fig. 1.3. Harta schematică a radiației solare în România

1.1.2. Celulele și panourile fotovoltaice

99% dintre celulele fotovoltaice au fost realizate din siliciu, element chimic din familia cristalogenilor, cel mai abundent din natură după oxigen (27, 6%). Siliciul se găsește în formă naturală în compuși precum silica ( nisip, quartz, cristobalit etc. ) sau silicații (feldspat, caolin etc.), nefiind un element toxic.

Datorită faptului că siliciul are 4 electroni pe ultimul strat, pentru a realiza elemente electronegative (de tip N) sau electropozitive (de tip P), acesta este dopat cu elemente de valență superioară (fosfor), respectiv cu elemente de valență inferioară (bor). Prin acest procedeu se alcătuiesc semiconductoarele de tip N, respectiv semiconductoarele de tip P. Prin punerea în comun, în aceeași rețea cristalină în maniera de a avea conductivitate electrică, a unui material de tip N cu un material de tip P se obține o joncțiune PN. O celulă fotovoltaică este alcătuită dintr-o joncțiune de acest tip, doi electrozi, o grilă conducătoare și un strat antireflexie .

Fig.1.4. Structura și principiul de funcționare al unei celule PV cu Si

O celulă PV transformă o parte din energia radiativă primită de la soare în electricitate, pentru lungimile de undă cuprinse în spectrul vizibil și foarte puțin din ultraviolete și infraroșii. Acest fenomen se datorează faptului că electronii din materialul de tip N absorb energia fotonilor proveniți din radiația solară, devenind liberi în rețeaua cristalină. Datorită existenței câmpului electric creat de joncțiunea PN, acești electroni liberi se deplasează către electrodul pozitiv, dând naștere unei diferențe de potențial.

Cu toate că procesul de producție a siliciului pur este foarte energofag (consumatoare de multă energie), energia consumată la fabricarea celulelor solare, în funcție de tehnologia utilizată, se poate recupera în 1,5 până la 7 ani. Dacă se ia în considerare că durata de viață a panourilor solare este de peste 20 ani, bilanțul energetic rezultat este pozitiv .

Siliciul pur, în continuare, poate fi prelucrat în mai multe feluri, în urmă căreia, rezultă diferite aspecte, eficiențe, costuri finale. Se disting 3 tipuri principale de celule fotovoltaice pe bază de siliciu, folosite la scară mare din punct de vedere comercial:

– monocristaline;

– policristaline;

– amorfe.

Monocristalinele se obțin sub formă de bară prin turnarea siliciului pur. Aceste bare sunt feliate în plăci foarte subțiri cu un fierăstrău special constând dintr-o sârmă lungă pe care s-au aplicat particule de diamant și care este înfășurată pe cilindri ce se rotesc. Un bloc este complet secționat în plăcuțe de cca 0,18…0,28 mm la o singură trecere. Praful rezultat în urma debitării este inutilizabil și reprezintă până la 50 % din material. Acest proces tehnologic asigură cel mai ridicat nivel de eficiență a conversiei fotoelectrice, dar este și cea mai costisitoare variantă.

Fig.1.5. Celulă din siliciu monocristalin

Policristalinele se obțin în urma unui proces de producție mai puțin ieftin. Siliciul pur se topește într-un cuptor cu inducție după care se toarnă într-un recipient de formă pătrată în care se supune la un proces de răcire cât mai lent posibil în cursul căruia vor apare cristale cât mai mari posibil. Recipientul are dimensiunile 50*50 cm, masa solidificată având înălțimea de 30 cm. Blocul, astfel solidificat, se taie în mai multe blocuri mai mici cu lungimea de 30 cm. La marginea cristalelor se poate observa unele defecte, diferențe între cristale. Ca urmare a acestor defecte, celulele fotovoltaice fabricate prin această metodă sunt mai puțin eficiente decât cele monocristaline, cel puțin teoretic.

Fig.1.6. Celulă din siliciu policristalin

Structura amorfă se obține prin depunerea unui film extrem de subțire de siliciu pe o suprafață de sticlă, sau pe un substrat realizat dintr-un alt material. În acest caz, solidificarea atomilor nu se realizează într-o structură cristalină ci sub forma unei rețele atomice cu dispunere neregulată, denumită structură amorfă. În această rețea atomică apar și numeroase defecte, care diminuează performanțele electrice ale materialului. Grosimea stratului amorf de siliciu, obținut prin această metodă este mai mică de1μm.

Datorită costului redus, celulele fotovoltaice cu siliciu amorf se utilizează preponderent la fabricarea echipamentelor cu putere redusă, cum sunt ceasurile sau, calculatoare de buzunar.

Fig.1.7. Celulă din siliciu amorf

Celulele fotovoltaice au de obicei o suprafață foarte mică. Curentul și tensiunea generate de o singură celulă sunt mici. Celulele fotovoltaice sunt conectate în serie pentru a genera o tensiune suficient de mare pentru a se putea lucra ușor cu ele, astfel formând module fotovoltaice. Acestea sunt legate la rândul lor în paralel pentru a genera curenți cât mai mari.

Mai multe module formează un panou fotovoltaic. Un panou fotovoltaic poate ajunge să genereze puteri de ordinul waților la ordinul sutelor de wați, în funcție de numărul de celule și de eficiența tehnologiei folosite. Cele mai utilizate/comercializate panouri fotovoltaice sunt cele cu 36-38 celule în total. Acestea generează în general o tensiune de între 12-24V. Aceste panouri sunt ușor utilizabile datorită faptului că trebuie doar stabilizată tensiunea și astfel se stochează ușor în baterii.

Acesta trebuie să facă față unor condiții de lucru neprielnice, pentru aceasta, panourile sunt încapsulate în materiale rezistente la condiții meteo neplăcute, ceea ce înseamnă totul de la îngheț la încălzire extremă, ploaie și grindină. Aceste sisteme sunt componentele de bază ale instalațiilor, adică, de obicei se cumpără panouri individuale, mai repede decât module sau celule individuale.

Fig.1.8. Panouri fotovoltaice formând o matrice de panouri

Randamentul unei celule PV este definit ca raportul dintre puterea electrică furnizată la bornele sale și puterea radiației incidente:

(1.1)

Puterea electrică disponibilă la bornele unei celule PV variază în funcție de: intensitatea radiației solare, temperatura celulei, unghiul de incidență al razelor solare, caracteristicile constructive ale celulei și condițiile meteorologice.

Răspunsul spectral al unei celule PV este eficacitatea cu care aceasta transformă energia radiației solare în electricitate. Eficacitatea sa depinde în cea mai mare măsură de proprietățile materialului din care este fabricată.

Tabel 1.1. Randamentul celulelor PV și domeniul lor de aplicabilitate

1.1.3. Avantajele si dezavantajele panourilor fotovoltaice

Panourile solare fotovoltaice sunt o parte imperios necesara in producția de energie electrică și devin tot mai importante, cu creșterea necesarului de energie din surse "verzi".

Avantajele panourilor fotovoltaice:

Costuri mici de întreținere- După instalarea inițială nu este nevoie de reparații, deoarece nu există parti mobile, care trebuie să trebuie intretinute sau inlocuite și, odată ce ați terminat instalarea sistemului ,acesta nu mai sint necesare cheltuieli de intretinere si reparatii, spre deosebire de generatoare electrice sau turbine.

Durată lunga de viata- Acest lucru a fost dovedit de-a lungul ani și majoritatea producătorilor oferă o garanție de aproximativ 25 ani, dar durata de viata este cu mult mai mare.

Eficiența – Panourile fotovoltaice reprezinta varianta optima de transformare a energiei solare în energie electrică și sunt foarte utile în zonele unde spatiul este limitat.

Costuri reduse de instalare.

Rezistenta indelungata la expunera la radiatia solara.

Prietenoase cu mediul înconjurător. Acest lucru este valabil mai ales pentru panouri monocristaline care nu contin materiale toxice și sunt, de asemenea, ofera posibilitatea posibilitatea de a conserva combustibilii fosili și nu emit gaze nocive pentru mediu.

Dezavantajele sunt reprezentate de:

Pretul ridicat – Achizitia diferitelor tipuri de panouri fotovoltaice reprezinta o investitie destul de mare facuta pentru energia electrica datorita preturilor ridicate ale panourilor solare.

Sursa intermitenta – Datorita limitarii acesului din cauza fluxului zi – noapte sau conditii meteo nefavorizabile la sursa de lumina solara cu care functioneaza aceste panouri fotovoltaice, nu sunt suficiente doar panourile fotovoltaice si este necesara si conectarea la alte surse de energie in functie de tipul aplicatie pentru care sunt utilizate.

Costurile ridicate de stocare de energie – Sistemele de stocare de energie, cum ar fi bateriile vor echilibra diferenta dintre cerere și energie produsa, făcând energia solară mai stabila, dar aceste tehnologii sunt, de asemenea scumpe.

1. 2. Iluminatul cu led

1.2.1. Principiul de functionare

Un LED (din engleză light-emitting diode, însemnând diodă emițătoare de lumină) este o diodă semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p-n. Efectul este o formă de electroluminescență.

Acest concept este demonstrat de circuitul din figurã. Putem face urmatoarea observație: recombinarea electron-gol este un proces care are lor în orice diodă sau tranzistor.

Diferenta dintre un LED și o diodă obișnuită este că în diodele clasice, această recombinare eliberează energie sub formă de căldură – nu sub formă de lumină (adica într-un alt domeniu al spectrului). Într-un LED, aceste recombinări eliberează energie sub forma de lumina. Recombinarea generatoare de căldură se numește neradiativă, în timp ce recombinarea generatoare de lumină se numește radiativă. În realitate, în orice diodă au loc ambele tipuri de recombinări. Când majoritatea recombinărilor sunt radiative, avem un LED.

Curentul direct injectează electroni în regiunea sărăcită de purtători, unde ei se recombină cu golurile în mod radiativ sau neradiativ. Prin urmare, recombinările neradiative “consumă” din electronii excitați necesari recombinării radiative, ceea ce scade eficiența procesului. Acest fapt este caracterizat prin eficiența cuantică internă, , parametru care arată ce fracție din numărul total de electroni excitați produce fotoni.

Raționamentul de mai sus poate fi formalizat astfel: puterea luminoasă, P, este energia per secundă, adică numărul de fotoni înmulțit cu energia unui foton, . Numărul de fotoni este egal cu numărul de electroni injectați, N, înmulțit cu eficiența cuantică internă. Astfel:

Pe de altă parte, numărul de electroni (N), înmulțit cu sarcina unui electron (e), pe secundă, reprezintă intensitatea curentului electric:

Deci, puterea luminoasă radiată va fi:

Dacă masurăm în eV și curentul I in mA, atunci puterea P va fi măsurată in mW.

Homostructuri și heterostructuri

Semiconductorii de tip n și de tip p sunt realizați pe același semiconductor intrinsec. Joncțiunile p-n realizate în acest fel se numesc homojoncțiuni, iar un asemenea semiconductor homostructură. Există două construcții de baza pentru un LED:

LED cu emisie de suprafața (SLED);

LED cu emisie laterală (ELED);

Regiunea sărăcită de purtători și zona învecinată, în care se recombina electronii cu golurile, este numita regiunea activă. Lumina produsă prin această recombinare este radiată în toate direcțiile, dar ea reușește să iasă din dispozitiv doar printr-o fereastră practicată in electrodul superior sau deschizătura practicată într-o margine . Toate celelalte direcții posibile, în cazul SLED, sau direcția opusă, în cazul ELED, sunt blocate.

O homostructură are două dezavantaje principale. Primul este acela că regiunea activă este prea difuză, ceea ce reduce eficiența dispozitivului. Recombinările electron-gol au loc pe o arie largă, situație care impune o densitate mare de curent pentru a susține puterea radiată la nivelul dorit. Al doilea este că fasciculul de lumină radiat este prea larg, ceea ce face extrem de ineficient cuplajul luminii într-o fibra optică. Aceste două motive fac ca, practic, să nu se folosească homostructurile in construcția LED-urilor.

LED-urile comercializate sunt realizate pe heterostructuri, adică dioda este realizată pe mai mulți semiconductori, fiecare având o bandă interzisă diferită.

Cu aceste heterostructuri, sunt introduse două concepte de bază: confinarea recombinării electron-gol într-o regiune activă foarte redusă și ghidarea luminii radiate într-o singură direcție.

Confinarea este obținută plasând un semiconductor cu o bandă interzisă mică între două straturi semiconductoare cu banda interzisă mai mare. În figura 10 se arată că semiconductorul GaAs, a cărui banda interzisă este , este plasat între două straturi de semiconductor AlGaAs, care are .

Așa cum se poate vedea in figura , electronii injectați din semiconductorul AlGaAs de tip n se confruntă cu o bariera de potențial la joncțiunea dintre semiconductorul GaAs și semiconductorul AlGaAs de tip p. Această barieră reflectă electronii înapoi în regiunea activă. Același mecanism se aplică și golurilor.

Conducția luminii într-o singură direcție este obținută prin faptul că semiconductorul GaAs are un indice de refracție, 3.66, mai mare decât straturile invecinate de AlGaAS, 3.2. În acest fel, regiunea activă funcționează similar cu miezul unei fibre optice.

Structura descrisă mai sus este numită heterostructură dublă. Cele mai multe LED-uri comercializate utilizează heterostructuri triple, pentru a îmbunătați eficiența radiației și confinarea luminii radiale.

Configurația spațială a radiației unui LED

Cele două tipuri de LED-uri au configurații spațiale ale radiației diferite. SLED-ul radiază lumina ca o sursă Lambertiană, ca in figura.

Distribuția spațială a puterii radiate este descrisă de formula:

1.2.2. Spectrul radiației unui LED

Lungimea de undă radiată depinde de banda interzisă a semiconductorului. Nu putem schimba banda interzisă, prin urmare, pentru a obține o altă lungime de undă trebuie să alegem un alt semiconductor. O energie dorită se obține utilizând un semiconductor compus din mai multe elemente. De exemplu, banda interzisă pentru GaAs este de 1.42 eV, dar dacă folosim AlGaAs putem obține o bandă interzisa între 1.42 și 1.92 eV. Valoarea exactă depinde de raportul ingredienților. Astfel, pentru un semiconductor compus din 37 % AlAs și 63 % GaAs, este egal cu 1.92 eV. Dacă scădem cantitatea de AlAs, scade și . În tabelul de mai jos sunt prezentate benzile interzise și lungimile de undă a unora dintre cei mai populari semiconductori.

Tabel 1.2. Benzile interzise si lungimile de unda pentru semiconductori

1.2.3. Caracteristicile electrice

Caracteristicile electrice – tensiune directă, capacitate și curent invers – sunt comune oricărei diode. Fabricanții specifică uneori tensiunea în functie de curentul direct.

Capacitatea, C, este inerentă unui LED. Există două surse ale aceestei capacități:

capacitatea asociată joncțiunii p-n, numită capacitate de încarcare;

capacitatea asociată cu timpul de viața al purtătorilor în regiunea activă, numită capacitate de difuzie;

Această capacitate limitează abilitatea de modulație a LED-ului prin restricționarea benzii. De exemplu, fabricantul Mitel Semiconductor AB (Jarfalla – Suedia) specifică pentru un SLED o capacitate de 20 pF și o bandă de 200 MHz (la o lungime de undă de vârf de 865 nm) și 200 pF ăentru un SLED a cărui bandă este de 125 MHz (la o lungime de undă de vârf de 1320nm). Acesta este intervalul tipic de valori pentru capacitatea unui LED.

Curentul invers este cauzat de purtătorii minoritari. Aceștia sunt produși de energia termică. Acest curent este măsurat la o anumită tensiune inversă.

1.2.4. LED-uri ca surse de lumină

Diodele emițătoare de lumină

Există o varietate largă de surse de lumină care se pot utiliza în scopul iluminării. Categoria tratată in aceasta lucrare o reprezinta LED-urile.

Diodele emițătoare de lumină deschid calea uni eficacitați in iluminare, precum și unei eficiențe în ceea ce privește consumul energiei electrice. Pentru dioda InGaN, eficiența totală scade o dată cu creșterea lungimii de undă. Așadar, cu toate că LED-urile roșii și LED-urile albastre au atins o eficiență record, eficiența LED-urilor verzi este redusă dramatic. LED-urile verzi nu sunt utilizate în producerea luminii albe datorită aceste eficiențe scăzute.

În schimb, soluția practică este de a utiliza un fosfor, de obicei Ce, dopat YAG, plasat direct pe LED-ul albastru în scopul realizării unui element de lumină aproximativ albă.

Această metodă a devenit foarte eficace, în ciuda faptului că randarea de culoare este oarecum slabă datorită fosforului, care are un maxim larg în zona galbenă și o zona de cădere in regiunea roșie.

Fosforul trebuie plasat uniform, cu aceeași grosime, într-o matrice de silicon astfel încat sa stea fix, insă dezavantajul este că dacă devine prea gros va constitui un impediment luminii emise de el însuși. Funcționalitatea se pastrează, astfel ca lumina albastră sa fie absorbită, iar lumina galbenă emisă. Însă lumina galbena emisă din direcția opusă întâmpină probleme, întrucât aceasta trebuie emisă din interiorul LED-ului și implicit trebuie să treacă prin stratul de fosfor (care este dens și prezinta un grad de împrăștiere destul de ridicat).

În ciuda dificultaților acestei metode, are un foarte mare succes datorită simplitații în comparație, de exemplu, cu utilizarea separată a LED-urilor roșii, verzi (porțiunea verde a spectrului include, de asemenea, lumina galbenă) și albastre, combinate în scopul realizării unei lămpi albe.

Lentile și amestecul culorilor

LED-ul poate fi plasat la un capăt al unei baghete de index foarte refractiv. Întreaga lumină emisă de LED va fi capturată de fața de intrare a baghetei și canalizată catre fața de ieșire. Acolo, un plastic sau o porțiune de polimer poate fi poziționat astfel încat să aibă încastrat un strat de vopsea.

Aceasta va trebuie să fie foarte sensibilă la lumina emisă de catre LED și să emită, de asemenea, lumina, pe o lungime de undă mai mare, cu eficiența cuantică internă mai mare de 80 %. O lentilă sau altă structură cu rol de extracție va fi poziționată după polimer (în mod ideal cuplată optic cu acesta), astfel încat lumina emisă de pe stratul de polimer să iasă în aer în emisferă dinainte.

Lumina va fi emisă izotrop în mediul polimeric (care este de preferat să fie polistiren sau toluen de polivinil). Se ia în calcul și lumina emisă spre emisfera din spate.

Reflecția internă totală (RIT) are efect în lateralul baghetei, prin urmare nu va scăpa lumina pe fețele laterale. Partea din spate este îmbracată cu o oglindă, cu o mică deschizătura astfel încat lumina LED-ului să pătrundă, iar mărimea ideală a baghetei este determinată de considerentele de cost, dar cu ințelegerea faptului că cu cât mai mare va fi zona de LED a baghetei, cu atât eficiența va crește.

Pentru a se realiza un cost redus, se utilizează un mediu fluorescent plasat pe LED care are rolul de a schimba culoarea radiației emise. Există anumite vopseluri care sunt mixate în polimeri cu aplicații care să convertească lumina albastră în lungimi de undă verzi, oranj sau roșu. Aceste așa numite fibre de schimbare a lungimilor de undă sunt confecționate din polistiren vopsit, dar aceleași vopseluri pot fi mixate in acrilici, poliviniltroluen sau orce alt plastic potrivit.

Alegând concentrația ideală de doar 30 % a luminii albastre emisă de LED, 70 % din aceasta poate fi absorbită și convertită în lungimi de undă corespunzătoare culorilor verde și roșu, așadar realizând o lumină albă sau un sistem de iluminat RGB, cu caracteristicile spectrale de ieșire dorite, date de caracteristicile spectrale de emisie a vopselei, precum și a spectrului LED-ului.

LED-uri pentru sisteme de iluminat (LED-urile SSL)

Iluminarea în stare solidă (Solid State Lighting) prin intermediul LED-urilor (SSL LED’s) reprezintă utilizarea de diode semiconductoare anorganice, în stare solidă pentru producerea de lumină albă în scopul iluminarii. Asemenea tranzistorilor și semiconductorii anorgaci, LED-urile SSL reprezintă o tehnologie disruptivă ce are potențialul de a înlocui tuburile cu vid sau cu gaz (cum ar fi cele utilizate în lămpile incandescente tradiționale), utilizate în scopul iluminării.

Eficiența sporită și versabilitatea asigurată de către LED-urile SSL, în detrimentul tuburilor tradiționale cu vid sau gaz va asigura:

reduceri substanțiale în ceea ce privește consumul de energie electrică;

reduceri substanțiale în ceea ce privește poluarea cu carbon sau derivatele acestuia;

îmbunatațire substanțiala în ceea ce privește experienta vizuală umană generală;

creearea de noi tehnologii ale semiconductorilor cu beneficii vădite în ceea ce privește competivitatea economică;

crearea unei industrii cu totul nouă în domeniul optoelectronicii, cu multe locuri de muncă, de calitate înaltă;

economii substanțiale pentru consumatorul de rând, fie el persoană fizică, persoană juridică sau minicipalitate;

1.2.5. Durata de viață

O caracteristică primară și foarte importantă a unei surse de iluminat o reprezintă, fară doar si poate, durata de viață a acesteia. Aceasta poate fi (și este), definită în mai multe feluri, depinzând de sursa de lumină.

În era “incandescentă” a lui Edison, durata de viață era definită ca fiind momentul în care 50 % dintre becuri cedează. În cazul LED-urilor SSL, durata de viață poti fi considerată uneori durata medie dinainte de cedare, dar recent este considerată ca fiind 50 % din nivelul de depreciere a lumenului. Indiferent de cum se masoară, duratele de viață pentru LED-urile SSL sunt lungi, ceea ce reprezintă un factor important în ceea ce privește pentetrarea LED-urilor în cadrul aplicațiilor de semnalizare (semafoare, afișaje, automatizări, iluminat etc), care au costuri mari pentru munca de înlocuire (manoperă) și consecințe majore în ceea ce privește siguranța în cazul în care cedează.

Desigur că, prețul siguranței și cel al înlocuirii variază mult cu aplicația în care sunt folosite LED-urile, și acest fapt determină un spectru de nevoi pentru durate de viață variate. În anul 2007 durata de viața a LED-urilor SSL era de 20000 de ore, iar în anul 2012 a ajuns la 100000 de ore, satisfăcându-se astfel și cele mai solicitante aplicații.

Cap. 2 Iluminatul public

2.1. Elemente constitutive ale unui sistem de iluminat public

2.1.1. Corpuri de iluminat

　　　　Corpurile de iluminat pentru exterior se clasifică în două categorii:

corpuri pentru iluminat stradal;

proiectoare pentru iluminatul suprafețelor mari și îndepărtate;

　　　　Corpurile de iluminat stradal sunt de tip direct (figura 2.1). Pentru zonele rezidențiale și spațiile verzi se utilizează corpuri de iluminat cu distribuție semidirectă și directă-indirectă pentru a realiza o iluminare a ambientului (figura 2.2).

Figura 2.1 Corp de iluminat strada Figura 2.2 Corp de iluminat pentru zone rezidențiale

　　　　Pentru analiza construcției unui corp de iluminat stradal s-a ales ca exemplu corpul de iluminat tip TIMLUX S/2X (IEP 2/2X) produs de Luxten Lighting Company.

　　　　Corpul de iluminat exterior propus este cu dublă izolație electrică, fiind testat și certificat ca un produs electric executat în clasa a II-a de protecție la electrocutare.

　　　　Este dotat cu dulie ceramică înalt termorezistentă tip E40. Dulia ceramică port-lampă E 40 este așezată pe un subansamblu port-dulie reglabil în funcție de poziția lămpii (pentru ca centrul optic al lămpii să poată fi adus în centrul optic al reflectorului corpului de iluminat). Subansamblul port-dulie se înfiletează pe o garnitură neoprenică și etanșeizează compartimentul optic de compartimentul accesoriilor și exterior. Singura cale de comunicare între aceste compartimente este prin filtrul de bronz-carbon activ situat pe centrul subansamblului port-dulie, ce va filtra aerul ce se schimbă între compartimentul optic si compartimentul accesoriilor, astfel evitându-se formarea condesului.

　　　　Corpul de iluminat propus funcționeaza la 230 V, 50 Hz și este compensat. Factorul de putere minim este 0,95.

　　　　Variații bruște de temperatură între -40° C și +40° C nu afectează siguranța și funcționarea corpului de iluminat stradal. Corpului de iluminat propus i-a fost verificată comportarea la șocuri și vibrații permanente, atât din punctul de vedere strict electric-funcțional, cât și mecanic.

　　　　Corpul de iluminat prezentat beneficiază de o construcție modulară. Din acest motiv, grupul de alimentare, lampă și ansamblul port-dulie pot fi schimbate fără scule speciale, ori de câte ori este necesar.

　　　　Pentru analiza unui corp de iluminat pentru zone rezidențiale și spații verzi s-a ales ca exemplu corpul de iluminat tip TIMLUX P (SELUX) produs de Luxten Lighting Complany. Corpul a fost testat și certificat ca un produs electric executant în clasa întâi de protecție la electrocutare. Corpul de iluminat ambiental are reflectorul precum și suportul din aluminiu turnat acoperit cu poliester pulverizat, disponibil în diverse variante de culori. Dispersorul este tronconic prismatic din policarbonat antivandal și rezistent la radiații ultraviolete.

　　　　Corpul de iluminat propus funcționează la 230 V, 50 Hz și este compensat. Factorul de putere minim este 0,95. Condensatoarele de compensare sunt cu dieletric solid pentru 250 V c.a. și au o durată mare de viață. Toate corpurile de iluminat sunt dotate cu siguranță fuzibilă.

2.1.2. Stâlpii de iluminat stradal

　　　　Stâlpii de iluminat stradal au înălțimi cuprinse între 6 și 15 m. Din punctul de vedere al naturii materialului din care sunt realizați, aceștia pot fi din beton armat, lemn sau din oțel.

　　　　Pentru analiza unui stâlp de iluminat s-a ales ca exemplu gama de stâlpi metalici octogonal produși de Luxten Lighting Company (figura 2.3).

Figura 2.3 Stâlpi octogonali

　　　　 Stâlpii de iluminat metalici octogonali se realizează pentru linii electrice subterane și pentru linii electrice aeriene. Toate componentele sunt executate iîn conformitate cu ele mai exigente standarde internaționale. Stâlpii sunt realizați din oțel cu diverse grosimi. Protecția anticorozivă este asigurată prin zincare termică (la cald) cu dezactivare, grosimea stratului de zinc este de minim 0,070 mm. Pentru alimentarea prin linii electrice subterane stâlpul este prevăzut cu o fereastră de vizitare.

　　　　Sistemul de prindere al corpului de iluminat pe stâlp (consola) cu unu – patru brațe este realizată din țeavă de oțel trasă, cu diametrul exterior de 60 mm. Înalțimea consolei este de la 500 la 2500 mm, lungimea brațului de la 500 la 2000 mm, iar unghiul de înclinare poate varia de la 0° la 30°.

　　　　Stâlpii de iluminat ambiental au înălțimi cuprinse între 0,5 și 5 m. Din punctul de vedere al naturii materialului din care sunt realizați, aceștia pot fi din beton armat, oțel sau din material plastic.

　　　　Pentru analiza unui stâlp de iluminat ambiental s-a ales ca exemplu gama de stâlpi ambientali din material plastic produși de Luxten Lighting Company. Corpul stâlpului este realizat din două straturi, unul din material plastic și unul de poliuretan, amplasate pe o structură metalică zincată stabilizat iîmpotriva U.V. , executat prin injectare la joasă presiune în matriță vidată. Corpul de iluminat poate fi montat direct (figura 2.4) sau prin intermediul consolelor cu unu, două sau trei brațe (figura 2.5).

Figura 2.4 Montaj direct Figura 2.5 Montaj prin intermediul consolelor

2.1.3. Prelungiri metalice (console)

　　　　Sistemul de prindere al corpului de iluminat pe stălp (consola) poate fi realizat de la unul până la patru brațe din țeavă de oțel trasă, cu diametrul exterior de 60 mm. Înălțimea consolei este de 500 la 2500 mm, lungimea brațului de la 500 până la 2000 mm, iar unghiul de înclinare poate varia de la 0° la 30°. Protecția anticorozivă este realizată prin zincare termică cu dezactivare, grosimea stratului de zinc este de minim 0,070 mm.

2.1.4. Necesitatea realizării unui sistem de iluminat public

　　　　Iluminatul public reprezintă unul din criteriile de calitate ale civilizației. Realizarea unui serviciu de iluminat public contribuie la creearea unor condiții mult mai bune pentru desfașurarea activității populației, prin scăderea riscurilor de accidente rutiere cât și prin scăderea numărului de agresiuni împotriva persoanelor.

　　　　Un studiu realizat de catre P. Lemaigre Voreaux arată că numărul de accidente corporale pe timpul nopții crește cu diminuarea nivelului de luminanță al sursei de lumină (figura 2.6).

Figura 2.6 Numărul de accidente în funcție de luminanța medie Figura 2.7 Numărul de agresiuni în funcție de iluminarea orizontală

　　　　În ceea ce privește agresiunile contra persoanelor, un studiu serios a fost efectuat de către J.C. Narinier în aglomerații aparținând orasului Lyon. Metoda a constat în a asocia fiecărui delict definit prin dată, oră, adresă, valoarea nivelului de iluminare a locului respectiv și unele considerații privind zona înconjurătoare. Astfel s-a ajuns la curba din figura 2.7. se poate constata că pentru o iluminare de 15 – 20 lx, se reduc considerabil agresiunile, intimidarea delicvenților și crește eficiența forțelor de ordine publică.

　　　　Corpurile de iluminat public, cu randamente ridicate și cu curbele de distribuție a intensității luminoase corespunzătoare, echipate cu lămpi de vapori de sodiu de înaltă presiune, permit pe de o parte asigurarea unui bun iluminat al căii rutiere pentru securitatea conducătorilor auto și pe de alta parte un iluminat suficient al trotuarelor pentru protecția pietonilor contra agresiunilor.

2.2. Lampi electrice clasice

2.2.1. Clasificarea lampilor electrice

　　　　Fenomenele care stau la baza funcționării electrice sunt radiația termică și luminescența.

　　　　În lămpile bazate pe radiația termică, emisia de radiație optică și, în principal, luminoasă, este datorată unui corp solid, adus la incandescență de un curent electric. Corpul incandescent poate funcționa în vid sau în atmoferă de gaz inert, iar temperatura de lucru joacă un rol esențial în obținerea eficacitații sursei.

　　　　Fenomenul de luminescență constă în emiterea de catre o substanță a unei radiații electromagnetice a cărei intensitate (pentru anumite lungimi de undă sau pentru intervale spectrale restrânse) este mai mare decât cea a radiației termice emise de către substanță, la aceeași temperatură. Radiația luminescentă poate avea loc indiferent de starea de agregare a substanței.

　　　　În funcție de cauza care provoacă radiația, în construcția lămpilor electrice prezintă interes electroluminescența și fotoluminescența.

　　　　Fotoluminescența este produsă prin absorbția fotonilor, adică sub acțiunea unei radiații electromagnetice. Dintre fenomenele de fotoluminescență, interesează în mod deosebit fluorescența, care reprezintă o fotoluminescență ce persistă un timp extrem de scurt ( sub ) după excitarea substanței solide cu radiație electromagnetică. În lămpile cu descărcare electrică se folosește fluorescența unor substanțe solide, denumite luminofori, sub acțiunea radiației descărcării (în principal, radiația de rezonanță), in vederea creșterii ecifacitații luminoase și / sau a modificării compoziției spectrale a radiației.

　　　　Funcționarea anumitor lămpi are la bază folosirea unor radiații mixte cum sunt: electroluminescență + fotoluminescență, electroluminescență + radiație termică sau electroluminescență + radiație termică + fotoluminescență (fluorescență).

　　　　În consecință, ținând seama și de caracteristicile mediului radiant, în tehnica iluminatului se folosesc următoarele categorii de lămpi:

　　　　a) Lămpi cu incandescență – bazate pe fenomenul de radiație termică. După mediul în care funcționează elementul radiant termic (filamentul), se deosebesc:

Lămpi cu vid;

Lămpi cu gaze inerte;

Lămpi cu halogeni;

　　　　b) Lămpi cu descărcare electrică în gaze sau în vapori metalici – bazate pe fenomenul de luminescență. Cele mai utilizate lămpi sunt:

Lămpi cu vapori de mercur la joasă presiune și la înaltă presiune;

Lămpi cu vapori de sodiu la joasă presiune și la înaltă presiune;

Lămpi cu vapori de mercur și halogenuri metalice;

　　　　c) Lămpi cu lumină mixtă, cea mai răspândită fiind lampa cu descărcare electrică în vapori de mercur la înaltă presiune, cu luminofor și cu filament incandescent încorporat în lampă, cu rol atât de element radiant termic, cât și de element de stabilizare a curentului de descărcare (balast).

2.2.2. Parametrii principali ai lămpilor electrice

　　　　Parametrii care servesc pentru compararea diverselor tipuri de lămpi, în vederea stabilirii sursei de lumină care urmează a fi folosită într-o instalație de iluminat, precum și pentru aprecierea avantajelor și dezavantajelor acestora, se pot grupa în trei categorii: parametri tehnici de bază, parametri tehnico-economici și parametri de exploatare și cost. Încadrarea unui parametru în una din cele trei categorii nu este strictă deoarece nu se poate face mereu o distincție netă între un parametru tehnic (fizic) și un parametru de exploatare.

　　　　Valorile nominale ale parametrilor sunt prevăzute în standarde sau în normele interne de fabricație. Deoarece producția de lămpi este o producție de masă, în care intervin fluctuații atât în privința proprietaților și dimensiunilor materialelor folosite, cât și în privința procesului tehnologic de fabricație, standardele sau normele respective prevăd, de asemenea, abaterile admisibile de la valorile nominale ale parametrilor.

2.2.3. Parametri tehnici de baza

　　　　Puterea nominală P absorbită de la rețea determină consumuș de energie electrică și servește ca bază pentru evaluarea eficacitații sursei;

　　　　Tensiunea nominală trebuie să corespundă rețelei (circuitului) la care se conectează lampa;

　　　　Fluxul luminos emis la funcționarea lămpii în condiții nominale servește pentru aprecierea eficacitații sursei, dar influențează și stabilirea numărului de surse de lumină necesare într-o instalație de iluminat;

　　　　Distribuția spectrală (culoarea radiației) este indicată prin temperatura de culoare și, eventual, prin coordonatele tricromatice;

　　　　Durata de funcționare D este reprezentată prin intervalul de timp, exprimat în ore, în care lampa funcționează, în condiții date, până la înlocuirea sa, datorită pierderii totale sau parțiale a posibilitații de funcționare. Durata poate reprezenta o funcționare neîntreruptă sau o sumă de intervale de funcționare a lămpii, de la punerea în funcțiune și până la scoaterea din exploatare. Durata este un parametru care se definește static pentru un lot de lămpi;

　　　　Durata totală este determinată de pierderea capacitații de funcționare prin arderea filamentului sau imposibilitatea amorsării descărcarii electrice. Durata medie se determină pentru un lot de lămpi și reprezintă intervalul de timp în care ies din funcțiune 50 % din numărul lămpilor din lotul supus încercării. Durata medie este o dată importantă de catalog și este impusă de standarde. Durata garantată exprimă timpul în care trebuie sa funcționeze orice lampă livrată de fabrică dacă sunt respectate condițiile de exploatare impuse (ea este, evident, inferioară duratei medii);

　　　　Durata utilă este determinată de scăderea fluxului luminos al lămpii până la o anumită limită, care poate fi 70 – 80 % din fluxul luminos inițial, după care exploatarea lămpii nu mai este avantajoasă;

2.2.4. Parametri tehnico-economici și de exploatare

　　　　Eficacitatea luminoasă este cel mai important parametru al unei lămpi, creșterea eficacitații luminoase a lămpilor constituind indicatorul principal al nivelului tehnic al fabricii producătoare și, în același timp, principala direcție de îmbunatațire a fabricației. Aceasta se explică prin faptul că o parte însemnată din producția de energie electrică a unei țări se consumă pentru iluminat și deci cea mai neînsemnată creștere a eficacitații luminoase are ca rezultat, la nivelul oricărui utilizator și la scară națională, o importantă economie de energie electrică și costuri mai scăzute de exploatare a instalațiilor de iluminat, concomitent cu îmbunatățirea iluminatului la locurile de utilizare.

　　　　Eficacitatea luminoasă se obține împărțind fluxul luminos emis de lampă la puterea electrică P absorbită de la sursa de alimentare (rețea):

　　　　La o putere dată a lămpii, creșterea eficacitații luminoase se realizează prin creșterea fluxului luminos, obținându-se, în acest fel, la aceeași putere consumată, o îmbunătățire a iluminatului fără creșterea consumului de energie electrică.

　　　　Adaptarea la instalația de iluminat este determinată de gama de puteri în care se fabrică lampa, de dimensiunile corpului luminos, de schemele de conectare la rețea.

　　　　Stabilitatea fluxului luminos în timp și valoarea luminanței lămpii sunt parametri care influențează igiena vederii. Valori necorespunzătoare ale acestor parametri pot duce la oboseala vederii și la reducerea performanțelor activității vizuale prin așa numitul efect de orbire (reducerea sau pierderea temporară a capacitații de a distinge obiectele observate).

　　　　Redarea culorilor obiectelor iluminate este evaluată prin indicele de redare a culorilor.

2.2.5. Proprietățile colorimetrice ale surselor de lumină

Proprietățile (calitățile) surselor de lumină din punct de vedere calorimetric se prezintă sub două aspecte:

aparența culorii radiației emise de sursă (sursa privită din exterior);

redarea culorilor obiectelor iluminate, care afectează aparența culorii acestor obiecte;

Culoarea radiației poate fi apreciată prin cromaticitatea sa (coordonatele tricromatice sau lungimea de undă dominanta, puritate, etc).

În practică, aparența culorii radiației unei surse este evaluată indicând temperatura de culoare , masurată in K, definită ca temperatura radiatorului integral (corpului negru) care emite o radiație cu aceeași cromaticitate ca și radiația considerată.

Corpul negru este un tip special de radiator termic, iar distribuția spectrală a radiației sale poate fi calculată folosind legea lui Planck. Culoarea corpului negru poate fi roșie la T = 800-900 K, alb-gălbuie la 3000 K, albă la circa 5000 K și bleu-pal la 8000-10000 K. Pe diagrama de cromaticitate este trasată curba CN care conține cromaticitatea corpului negru la diferite temperaturi.

Orice sursă de lumină care are o cromaticitate pe această curbă poate fi specificată printr-o temperatură de culoare, de exemplu: lampa cu incandescență (2700-2900 K), lumina soarelui (5300-5800 K), lumina zilei (soare, cer senin: 5800-6500 K), cer albastru senin (10000-26000 K).

Sursa nu trebuie să fie neapărat un radiator termic pentru ca cromaticitatea ei să se situeze pe curba corpului negru și astfel să i se atribuie o anumită temperatură de culoare. Dar numai dacă o sursă este radiator termic (de exemplu, o lampă cu incandescență) temperatura ei de culoare dă o informație asupra distribuției sale energetice spectrale, aceasta fiind efectiv identică cu cea a corpului negru la aceeași temperatură.

Pentru sursele netermice (cum sunt, de exemplu, lămpile fluorescente), temperatura de culoare servește numai ca un ghid convenabil privitor la aparența culorii.

Strict vorbind, temperatura de culoare nu trebuie folosită pentru a specifica o cromaticitate care nu se află pe curba corpului negru. Totuși, culoarea radiației unei astfel de surse poate fi apreciată prin temperatura de culoare corelată (proximală) reprezentând temperatura corpului negru la care culoare acestuia este cea mai apropiată de culoarea radiației sursei.

2.2.6. Redarea culorilor obiectelor iluminate

Este eronat să se considere culoarea ca o calitate invariabilă a unui obiect sau material. În realitate, perceperea de către organul vederii a obiectelor care nu constituie surse primare de lumină are un caracter concomitent obiectiv și subiectiv, datorându-se fluxului luminos trimis de acestea, prin reflexie sau prin transmisie, în direcția ochiului. Deoarece factorii de reflexie/transmisie sunt, în general, mărimi selective (dependente de lungimea de undă), în direcția ochiului vor fi trimise cu preponderență radiațiile cu anumite lungimi de undă specifice obiectului, care ar trebui să se regăsească, în proporție convenabilă, în spectrul sursei care îl iluminează, deoarece culoarea percepută corespunde lungimii de undă a radiației incidente pe retină.

Prin urmare, factorii care afectează crearea senzației de culoare sunt: compoziția spectrală a luminii primite de obiecte de la sursele de lumină primare, proprietățile (selective) reflectante sau de transmisie ale obiectelor și, în final, organul vederii.

Aptitudinea radiației luminoase a surselor de lumină de a conferi culori obiectelor iluminate este cunoscută sub numele de redarea culorilor. Mai precis, redarea culorilor este o expresie generală care indică efectul unei surse de lumină asupra aspectului de culoare al obiectelor iluminate, acest aspect fiind comparat, conștient sau inconștient, ceu cel al acelorași obiecte iluminate de către o sursă de referință, adică de o sursă despre care se crede că permite perceperea obiectelor respective în culoarea lor adevărată.

Aptidudinea de redare a culorilor de către o sursa de lumină se apreciază convecțional prin indicele (indexul) de redare a culorilor care este o măsură a corespondeței dintre percepțiile vizuale ale obiectelor iluminate de sursa de lumină considerată și de sursa de referință căreia i se atribuie indicele . Se evaluează diferențele (distorsiunile) medii la distingerea culorilor unui grup de 8 eșantioane de culori-test din toate zonele spectrului vizibil, indicele fiind cu atât mai mic cu cât diferențele sunt mai mari (< 100). Se stabilește următoarea corespondeță:

redare foarte bună, reală, conducând la un iluminat funcțional;

redare bună(iluminat agreabil);

redare moderată, acceptabilă (iluminat acceptabil);

Semnificația indicelui de redare a culorilor devine incertă pentru < 40.

2.3. Lampi de iluminat cu LED

　　　　Avantajele utilizării corpurilor de iluminat cu LED-uri (CI-LED) față de soluțiile folosite până acum pentru iluminatul public, sunt evidențiate printr-o comparație a performanțelor acestora în tabelul 2.1.

2.3.1. Economia de energie

　　　　Randamentul sistemelor de iluminat cu LED-uri este superior lămpilor cu incandescență și respective lămpilor cu descărcare in gaz, adică la aceeași putere consumată produc cu mult mai multă lumină sau, altfel spus, pot produce aceeași lumină ca și lămpile obișnuite la o putere consumată mult mai mică, economisindu-se astfel energia și reducând factura de energie electrică.

2.3.2. Durata de viață

　　　　Dispozitivele LED clasice au o durată de viață de 100 000 ore, pentru o scădere a gradului de iluminare la 80 %, iar pentru modulele cu LED-uri înglobate în corpurile de iluminat, se garantează minim 50 000 ore. Această durată foarte ridicată a CI-LED conduce la costuri reduse de mentenanță a sistemului de iluminat și oferă oportunitatea reducerii costurilor reale de investiii. Spre comparație, lămpile cu incandescență au o durata de 1000 – 2000 ore, iar lămpile compacte fluorescente ajung la 8000 – 15000 ore.

2.3.3. Eficiența luminoasă ≥80 Lm/W

　　　　Sistemele cu LED-uri produc mai multă lumină pe watt consumat decât lămpile obișnuite. Controlul strict al dispersiei luminii realizat prin sistemul optic cu lentile pentru focalizarea fasciculului de lumină de formă dreptunghiulară asigură nepoluarea luminoasă. Lentilele au rolul de a reduce pierderile de lumină și elimină riscul de orbire provocat de strălucirea luminilor.

Figura 2.8. Distribuția luminii emise de CI-LED

2.3.4. Culoarea

　　　　Sistemele cu LED-uri pot emite nuanța de lumină – culoarea dorită fară utilizarea unor filter de culoare. Lumina caldă. Neutră sau rece obținută, este foarte apropiată de lumina naturală, arată adevărata culoare a obiectelor și sporește confortul și vizibilitatea pe timp de noapte.

2.3.5. Parametrii de functionare

Timpul de pornire – oprire

　　　　Din momentul alimentării CI-LED luminează practice instantaneu la intensitate maximă, fără a avea întârzieri și suportă foarte bine regimurile pornit-oprit, spre deosebire de lămpile cu vapori metalici sau cele cu vapori cu sodium.

Tensiunea de alimentare, intensitatea luminoasă și factorul de putere

　　　　CI-LED lucrează la o tensiune de alimentare în gama 85 – 264 V c.a. Fiecare modul are o intensitate luminoasă constantă indiferent de fluctuațiile tensiunii de rețea.

　　　　Sistemele CI-LED au factorul de putere mai mare de 0,98 (acesta este 0,5 pentru lămpile cu sodium) ceea ce reduce substanțial pierderile suplimentare în rețea și se obține reducerea consumului de energie electrică.

2.3.6. Design-ul CI-LED

　　　　Structura modulară a sursei de iluminat ermite o întreținere ușoară dar și o construcție simplă a CI-LED acesta având o formă aerodinamică, greutate scăzută și rezistență sporită la impact și șoc. Performanțele CI-LED depind de temperatura mediului ambiant. Din această cauză corpurile de iluminat public cu LED includ un radiator de aluminiu pentru răcirea modulelor, obținându-se astfel un nivel de eficiență ridicat.

2.3.7. Impactul asupra mediului

　　　　Implementarea soluțiilor cu LED-uri pentru iluminat implică și o serie de beneficii în domeniul mediului și dezvoltării durabile:

Consumul redus contribuie la reducerea poluării și la conservarea combustibililor fosili ținând cont că peste 70 % din energia electrică consumată în România este produsă prin tehnologii de ardere a combustibililor fosili cu efecte dezastruoase asupra mediului;

Durata de viață de trei ori mai mare duce la reducerea deșeurilor provenite de la lămpile uzate;

În construcția și utilizarea LED-urilor nu se folosesc materiale toxice precum mercur, plumb sau tungsten spre deosebire de tuburile fluorescente, lămpile cu vapori de mercur și cele de sodiu, respective cele cu incandescență;

　　　　CI-LED au un preț relativ mare pe unitatea de produs, dar dacă se ia în considerare durata lor de viață de peste 3 ori mai mare și economia de energie, se constată că iluminatul cu LED este competitive față de celelalte tipuri de iluminat.

Cap. 3 Implementarea LED-urilor in iluminatul public

3.1. Descrierea situatiei actuale

Zona vizata proiectului cuprinde toata intinderea Campusului Universitatii Politehnica Bucuresti prezentata in figura 3.1.

Fig. 3.1. Harta Campusului UPB

Pe toata intinderea campusului, iluminatul se face atat pe alei principale cat si pe alei secundare ce fac legatura intre cladirile componente.

Iluminatul se efectueaza cu stalpi mari de iluminat stradal cu o singura lampa (8 m) si cu stalpi mici de iluminat rezidential sau parcuri publice cu o singura lampa ( 3 m) conform tabelului 3.1.:

Tabel 3.1. Numarul stalpilor din Campusul UPB

Distanta dispunerii stalpilor mari este de 50 m, iar pentru stalpii mici de 15 – 20 m atat cu dispunere simetrica cat si aleatoare in conformitate cu necesitatea de iluminat a spatiilor din campus.

3.2. Descriere situatie viitoare

3.2.1. Tipurile de lampi

In tabelul 3.2. sunt prezentate tipurile de lampi actuale cat si mai multe variante de lampi de iluminat cu LED pentru fiecare tip de stalp.

Tabel 3.2. Tipurile de lampi clasice si cu LED

3.2.2. Cost energetic pentru lampile cu vapori de mercur si lampile cu LED

Pentru situatia existenta in care se utilizeaza lampile de iluminat clasice efectuam un calcul pentru consumul energetic din Campusul UPB:

(3.1.)

Se realizeaza o medie de ore de functionare pentru sezonul de iarna si de vara si se opteaza pentru functionarea medie intre orele 19:00 – 7:00 adica un total de 12 ore/zi.

Stalpi mici

N=451

P=125 W

T=12 h/zi

E=125*12*451=676,5 kWh/zi

Stalpi mari

N=44

P=250 W

T=12 h/zi

E=250*12*44=132 kWh/zi

Consum energetic total/zi

Et=676,5+132=808,5 kWh/zi

Consum energetic total/luna

Et/luna= 808,5*30= 24255 kWh/luna

Conform pretului actualizat la 27 februarie 2015, pretul pe kWh este de 0,5395 lei.

Pret consum lunar= 24255 * 0,5395 = 13085,5725 lei

Pentru a avea o imagine clara asupra costurilor actuale putem urmari tabelul 3.4 ce prezinta costurile lampilor, costurile consumului mediu pe an in lei la o functionare de 4380 h/an si a costurilor de mentananta ce este aproximat la 10% din costul de achizitie al lampilor.

Tabel 3.3. Costurile lampilor claisce

Tabel 3.4. Costul situatiei existente, pentru lampi clasice

Echivalentul in euro a sumei de 168383.592 lei este de aproximativ 37.420 euro.

Tabel 3.5. Costurile lampilor cu LED

Tabel 3.6. Costurile totale pentru fiecare lampa cu LED

Tabel 3.7. Costurile totale pentru variantele de combinatii lampi LED pentru stalpi mici si mari

Tabel 3.8. Variantele avantajoase d.p.d.v. al costului pentru lampile cu LED

3.2.3. Prezentarea caracteristicilor lampilor cu LED pentru cele trei variante favorabile alese

[L1] Corp LED iluminat stradal 180W cu lupa

Fig. 3.2. Lampa LED

Caracteristici tehnice

Culoare: Alb 6000K

Tensiune: AC 170V – 265V

Putere: 180W

Luminozitate: 16600 lm

Dimensiuni aproximative: 880 x 340 x 120 mm, 8.5kg

Pentru exterior – protectie IP65

Material aluminiu

Garantie 2 ani

[L2] Corp LED iluminat stradal 126W

Fig. 3.3. Lampa LED

Caracteristici tehnice

Culoare: Alb 6000 K

Tensiune: AC220V

Putere: 126W

Luminozitate: 11350 lm

Dimensiuni aproximative: 750 x 305 x 80 mm, 12 kg

Prindere: 50 – 60 mm

Pentru exterior – protectie IP65

Material aluminiu

Garantie 2 ani

[l2] BEC LED CORN 5730 35W, Dipai

Fig. 3.4. Lampa LED

Caracteristici tehnice:

Culoare: Alb Rece

Tensiune: AC220V

Putere: 35 W

Luminozitate: 3190 lm

SOclu: E27

Tip SMD: 5730, 176 buc

Dispersor: fara

Iluminare (grade) :360

Dimensiuni (cm) :8.5 x 22

Dimabil: Nu

Material plastic si aluminiu,

Eficienta (lm/W) :80

CRI: >75

Clasa energetica: A

Inlocuieste becurile clasice cu peste 200 W.

Durata medie de utilizare 10-15.000 ore

Garantie :2 ani

[l3] BEC LED ILUMINAT STRADAL 36W

Fig. 3.5. Lampa LED

Caracteristici tehnice:

Culoare: Alb Rece

Tensiune: AC220V

Putere: 36 W

Luminozitate: 3900 lm

Soclu: E27

Tip SMD: SAMSUNG 5630

Dispersor: Clar, protectie umiditate

Iluminare (grade) :360

Dimensiuni (cm) :93 x 26

Dimabil: Nu

Material Aluminiu

Eficienta (lm/W) :110

CRI: >85

Clasa energetica: A

Inlocuieste becurile economice de 150W.

Durata medie de utilizare 25-30.000 ore

Garantie: 3 ani

3.3. Calcul de amortizare

In cazul analizat, investitia in iluminatul Campusului Politehnica Bucuresti a fost efectuata la implementarea sistemului de iluminat actual. Se doreste analiza amortizarii in timp a noii investitii de iluminat cu LED.

Din calculele efectuate mai sus reiese ca cele mai avantoajoase tipuri la lampi cu LED sunt:

[L2] Corp LED iluminat stradal 126W cu [l2] BEC LED CORN 5730 35W, Dipai

[L2] Corp LED iluminat stradal 126W cu [l3] BEC LED ILUMINAT STRADAL 36W

[L1] Corp LED iluminat stradal 180W cu lupa cu [l3] BEC LED ILUMINAT STRADAL 36W

In tebelul de mai jos se calculeaza costul total de functionare pe an a sistemului actual avand in vedere atat cei 44 de stalpi mari cu lampi de 250W cat si cei 451 de stalpi mici cu lampi de 125W. Costul de mentenanta se efectuaza ca fiind 10% din valoarea de achizitie a lampilor.

Tab. 3.9. Costul de consum pe an pentru lampile cu vapori de mercur

Pentru fiecare din variantele posibile de lampi cu LED se efectueaza un calcul de amortizare similar cu cel efectuat pentru situatia exitenta, insa la costul total din primul an fiind inclus si costul lampilor cu un cost de mentenanta de 4%.

Tab. 3.10. Varianta 1 a costul de consum pentru lampile cu LED

Tab. 3.11. Varianta 2 a costul de consum pentru lampile cu LED

Tab. 3.12. Varianta 3 a costul de consum pentru lampile cu LED

Fig. 3.6. Graficul costului total pentru variantele calculate de consum

Din Fig. 3.6. se observa evolutia cheltuielilor de mentenanta si consum pentru sistemele de iluminat cu lampi cu LED cat si pentru sistemul de iluminat existent cu lampi cu vapori de mercur.

Pentru varinta a treia de iluminat cu LED se observa un cost mai mare in primul an fata de costul total de consum anual al lampilor cu vapori de mercur, insa si acesta are o amortizare rapida in primii 2 ani.

Amortizarea se poate observa clar in Fig. 3.7. unde suma costurilor totale pentru iluminatul cu lampi cu LED pe anul I si II este mai mica decat costul de consum si mentenanta pe doi ani a sistemului actual cu lampi de vapori de mercur.

Fig. 3.7. Costul total al primilor doi ani

Pentru a alege cea mai eficienta varianta de iluminat cu lampi cu LED am reprezentat mai jos costurile totale pentru cele trei variante alese de iluminat cu LED. Se observa ca din punct de vedere al costurilor varianta a treia, cu lampi de iluminat de 180W respectiv 36W, este cea mai costisitoare, insa datorita diferentelor mici de cost dintre cele trei variante, rapiditatea amortizarii si eficienta lampilor se considera a fi cea mai potrivita dintre cele trei variante.

Fig. 3.8. Costul total a celor trei varinate de iluminat cu LED exprimat procentual