LED - L éclairage efficace en énergie de l avenir

LED - L éclairage efficace en énergie de l avenir Tout autour de la lumière.

La diode électroluminescente (LED - Light Emitting Diode) est non seulement l une des lampes les plus effi caces en énergie disponible aujourd hui, elle permet également d ajouter une touche personnelle à la conception de l éclairage. La LED est un cristal de semi-conducteur qui émet de la lumière visible une fois traversé par un courant électrique. Un cristal mesurant juste quelques millimètres est placé sur un réfl ecteur qui conduit la lumière avec une exactitude extrême. Le réfl ecteur et le cristal sont fi xés sur un support comprenant les contacts électriques. Le support avec le cristal et le réfl ecteur est encapsulé de manière usuelle dans une résine époxy. La couleur de la lumière de la LED dépend de la composition du cristal. Par exemple, la lumière blanche est produite en convertissant la lumière d une diode bleue avec une couche fl uorescente.

Types de LED Le type T de LED est le modèle original. Puisque l enveloppe scellée ne permet pas d absorber la chaleur, ce modèle n est pas approprié pour les applications lumineuses de puissance élevée, mais seulement en tant qu indicateur de signalisation/d état. Avec le type SMD surface mounted device, le composant adhère directement à la carte électronique. Ici les niveaux de puissance peuvent être très différents. On peut associer un grand nombre de LEDs de faible puissance unitaire, des résistances série sont alors installées dans le luminaire, les ensembles LED-résistance peuvent ainsi être reliés en parallèle (comme pour les luminaires halogènes) et connectés à des transformateurs LED à tension constante. Avec le type SMD et des LEDs individuelles de forte puissance (ici un exemple de luminaire avec une effi cacité énergétique de 50 lm/w développé en 2003), les luminaires doivent être reliés en série à des transformateurs à courant constant (les positions de connecteur inutilisées doivent être équipées de ponts de court-circuit). Avec les nouvelles High Power LEDs de type SMD (ici l exemple d un luminaire développé en 2008 avec une effi cacité énergétique de 80-100lm/W) les luminaires doivent être également connectés en série à des transformateurs LED à courant constant (les positions de connecteur inutilisées doivent être équipées de ponts de courtcircuit).

L effi cacité énergétique L effi cacité des LEDs est en constante amélioration. Actuellement les meilleures Power-LEDs ont une effi cacité de 120 lm/w. Nous nous attendons à ce que le rendement lumineux des LEDs blanches augmente bien au-delà au cours des prochaines années, les rendant ainsi toujours plus attractives pour l éclairage général. La gamme des LED s étend des indicateurs de signalisation/d état jusqu aux nouvelles High Power LEDs. Comparaison des efficacités énergétiques LED Lampe fluorescente T5 Lampe fluorescente T8 Lampe à économie d énergie E27 Lampe à économie d énergie E14 Lampe halogène à basse tension Lampe halogène tension réseau Ampoule à incandescence Lumen/W 0 20 40 60 80 100 120 Vieillissement et durée de vie L intensité lumineuse d une diode luminescente diminue progressivement lorsqu elle fonctionne dans des conditions constantes. La durée de vie moyenne d une LED est très longue. La fi n de durée de vie d une LED ne signifi e pas que la LED est soudain défaillante, mais que sa luminosité diminue graduellement à 70% ou à 50% (selon le fabricant) de sa valeur d origine. La durée de vie d une LED se réduit fortement lorsqu elle est soumise à des courants ou des températures élevés. Les LEDs complètement défectueuses sont très rares. Ceci se produit en règle générale en raison de surcharge ou de raccordement incorrect. Les LEDs employées seulement à des fi ns de signalisation, par exemple comme indicateur de veille de téléviseur, peuvent avoir une durée de vie de plus de 100.000 heures (ce qui correspond à 11 ½ années de lumière ininterrompue). Une LED qui par intermittence est au repos, totalement éteinte, se correctement l échauffement du chip de la régénère pendant la pause, prolongeant LED, est décisif pour la durée de vie du ainsi sa durée de service. Aujourd hui, la LED luminaire. En d autres termes, la construction du luminaire, en particulier ses surfaces est déjà l une des sources lumineuses les plus rentables disponible, parce que de refroidissement, jouent un rôle primordial l entretien et le remplacement de lampe ne et détermine l espérance de vie de la LED. sont pas nécessaires. La conception d un luminaire et sa capacité, d évacuer Durée de vie des différentes sources lumineuses Ampoule à incandescence E14 / E27 Env. 1.000 h Halogène à bas voltage (no name) 500-2.000 h Halogène à bas voltage (produit de marque) 2.000-4.000 h T5 (Ø16mm) lampe fluorescente (6-13W) Env. 7.000 h T2 (Ø 7mm) lampe fluorescente Env. 8.000 h T8 (Ø26mm) lampe fluorescente à alimentation conventionnelle Env. 13.000 h Lampes économiques 4.000-19.000 h T8 (Ø26mm) lampe fluorescente à alimentation électronique Env. 20.000 h T5 HO (Ø16mm) lampe fluorescente (24-80W) Env. 24.000 h LED (selon le type de construction, de la commande, refroidissement ) 10.000-100.000 h et plus

Plus l environnement est froid, plus la LED est efficace. Températures Au niveau du chip La durée de vie de la LED est considérablement réduite lorsqu elle est exposée à des courants ou des températures trop élevés au niveau du chip. Sans refroidisseur la température du chip augmenterait jusqu à 200º C et la LED ne fonctionnerait que quelques minutes avant d être détruite. Températures au niveau du chip ARF, EH24, Flex ca. 80 C Eye ca. 70 C Stick/Twin-Stick ca. 60 C FlatLight ca. 40 C Dans le faisceau lumineux Comparaison de température de la surface éclairée La LED ne dégage aucune chaleur dans son faisceau lumineux, et est donc idéale pour les objets ou articles sensibles à la chaleur, tels que par ex. la nourriture. Température de la surface éclairée en C, au centre en dessous de la source lumineuse 300 275 250 200 175 150 125 100 75 50 25 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Distance à la surface éclairée en cm ARF 20 W halogène LED ARF 3x1W De l environnement Contrairement à la lampe fl uorescente, l intensité lumineuse de la LED augmente quand la température environnante, encore dite ambiante, est basse. Comparaison de l intensité lumineuse par rapport à la température ambiante Intensité lumineuse relative en % 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10-20 0 20 40 60 80 Température ambiante en C LED Lampe halogène Lampe fluorescente

Qu est-ce que la lumière Pour expliquer la plupart des phénomènes, la lumière peut être défi nie comme une onde électromagnétique. Notre perception des couleurs et de la clarté se base sur les ondes électromagnétiques dont la fréquence se situe dans la zone visible. Les ondes d autres fréquences n ont pas de couleur. Elles sont désignées par des mots qui décrivent avant tout dans quel but elles sont utilisées. La totalité de la plage de fréquence des ondes électromagnétiques s appelle le spectre électromagnétique et il s étend continuement des ondes les moins énergétiques, c est-à-dire les plus longues comme, par ex., la radio jusqu aux rayons les plus riches en énergie, les rayons X et les rayons gamma des noyaux atomiques. Le spectre de la lumière visible n englobe qu une petite partie du spectre global. Il s étend environ de 400 nm (violet) à 750 nm (rouge). Spectre de la lumière visible pour l homme ultraviolet infrarouge 400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm Terme familier Rayonnement gamma Rayons x Rayonnement ultraviolet Rayonnement infrarouge OUC télévision Ondes courtes Ondes moyennes Ondes longues Fréquence haute moyenne - basse Longueur (m) Radio Courants alternatifs 1 nm 1 mm 1 cm 1 m 1 km 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 Température de couleur / teinte de lumière 1000 K 2000 K 3000 K 4000 K 5000 K 6000 K 7000 K 8000 K 12000 K Source lumineuse Bougie Lampe à incandescence (40 W) Lampe à incandescence (100 W) Lampe halogène Tubes fluorescents (warm white) Tubes fluorescents (cool white) Lampe au xénon, arc électrique Soleil de midi Tubes fluorescents (lumière du jour) Ciel couvert Ciel bleu Température de couleur 1.500 K 2.680 K 2.800 K 3.000 K 3.000 K 4.000 K 4.500-5.000 K 5.500-5.800 K 5.600-7.000 K 6.500-7.500 K 8.000-12.000 K La teinte de couleur est indiquée en Kelvin (K). Plus la valeur en Kelvin est faible, plus la lumière est «chaude». Du jaune au rouge en passant par l orange. Plus la valeur Kelvin est haute, plus la lumière est «froide» (tend vers le bleu). La température de couleur d une source lumineuse est la température qu un matériau, par exemple le fi lament d une lampe ou la braise d un feu de cheminée devrait avoir pour que sa lumière donne la même impression de couleur que la source lumineuse réelle. 1 C = 274 K 2700 C = 2.973 K

Binnings ( anglais pour: classifi cation): différents tons de blanc de la LED Les LEDs de forte puissance blanches sont sujettes à des tolérances de production en raison de très petites fl uctuations de paramètres. Pour assurer l uniformité, les LED sont triées et classifi ées selon leur couleur et leur niveau d effi cacité énergétique. En conséquence, celles avec les valeurs semblables sont regroupées par lot de classe (Bin). Plus les tolérances sont étroites, plus la qualité du système se composant de plus d une LED est élevée. Pour l instant, il n est pas encore possible de fabriquer, à une température de couleur spécifi que avec une tolérance étroite. Tableau normalisé des couleurs 0.9 0.8 0.7 0.6 510 500 0.5 0.4 0.3 0.2 490 520 530 540 b 3 b4 a 1 b 2 b 1 a0 550 c1 c0 560 d1 570 580 590 600 610 620 640 700 ~780 Exemple: Binnings de LEDs blanches 0.41 0.39 0.37 0.35 0.33 0.31 0.29 0.27 CCT Bin 5 Y0 CCT Bin 4 YA X0 CCT Bin 3 X1 W0 WA CCT Bin 2 V0 CCT Bin 1 V1 Planckia n (BBL) 0.25 0.25 0.30 0.35 0.40 Un «Binning» comprend des LEDs avec des couleurs de lumière très proches. 0.1 0 480 470 460 450 380 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Température de couleur de différents luminaires LED Produit Type Température de couleur ARF, EH 24, Eye, Flexleuchte, Point, ON TOP, Futura Plus Stick, KB-12, Floor, EQ, ER, Q68, R68, DK 3, Vario warm white (ww) cool white (cw) warm white (ww) cool white (cw) 3.050-3.200 K 3.200-3.450 K 4.750-5.000 K 5.000-5300 K 3.100-3.500 K 3.250-3.600 K 5.150-5.650 K 5.200-5.650 K

Distribution spectrale de la lumière de différentes sources lumineuses Rendu des couleurs (Ra) Le rendu des couleurs est un critère de qualité important de la lumière. Une source lumineuse dont la lumière contient toutes les couleurs du spectre, par ex. la lumière du soleil, permet aux couleurs des objets éclairés de sembler naturelles. Selon le lieu d application et les tâches visuelles, la lumière artifi cielle doit garantir la perception des couleurs la plus correcte possible (comme avec la lumière naturelle). Pour cela, les propriétés de rendu des couleurs d une source lumineuse sont exprimées par niveaux par «l index général du rendu des couleurs» Ra qui sert d échelle. Une source lumineuse avec Ra = 100 montre toutes les couleurs de manière optimale. Plus la valeur Ra est faible, moins la couleur est bien rendue. Halogène, Ra 100 Lumière du soleil, Ra = 100 Rendu des couleurs pour différentes valeurs Ra 90-100 70-89 < 70 Lampe fluorescente T5 cw, Ra = 80-89 Indices de rendu des couleurs (Ra) des différentes lampes Lampe Indice de rendu des couleurs Lampe halogène 100 Lampe fluorescente T5 80-98 Lampes fluorescentes compactes 80-90 Luminaires LED ww (warm white) 80-90 Luminaires LED cw (cool white) ca. 70 Lampe fluorescente T8 50 60, rarement aussi 80 Lampes à vapeur de mercure à haute pression (par ex. l éclairage des rues) 40-59 Lampes à vapeur de sodium à haute pression (par ex. l éclairage des rues) 20-89 Lampes à vapeur de sodium à basse pression (par ex. l éclairage des tunnels) <20 LED cw, Ra = 70 LED ww, Ra = 90

Les plus équibrées sont les composantes es composantes spectrales rouge, verte et bleue d une source lumineuse, le meilleur est le rendu des couleurs. Selon la tâche visuelle, il est important de choisir la source lumineuse adaptée en se basant sur le rendu des couleurs. Les plus grandes exigences en matière de rendu des couleurs s imposent dans les entreprises de graphisme. Dans ce cas, seules les sources lumineuses ayant un indice de rendu des couleurs nettement supérieur à 90 peuvent être utilisées. Toutefois, pour assurer une vision correcte et agréable, un indice de rendu des couleurs inférieur à 80 ne devrait pas être utilisé dans les bureaux ou les usines. Dans les salons et les chambres, la où la vision en couleur n est pas une priorité, on peut négliger sans problème le rendu des couleurs et sélectionner la source lumineuse en fonction de l ambiance qu elle procure. Le rendu des couleurs est volontairement modifi é dans le commerce pour, par exemple, faire paraître la viande plus rouge. Un mauvais rendu des couleurs peut aussi avoir pour conséquence que des produits, par exemple des textiles, n aient pas la même apparence dans le magasin qu à la lumière du soleil. Presque toutes les LED blanches sont en fait des diodes émettant dans le bleu combinées avec un colorant luminescent tel que par ex. le phosphore (jaune). Ce processus de fabrication est employé pour environ 99% de toutes les LEDs pour l éclairage. Il est relativement simple et permet de produire avec un rendu des couleurs de Ra 70-90 (selon la couleur de lumière). Pour des LEDs pour des domaines spécifi ques tel que le domaine médical, on emploie le principe de mélange de couleur appelé RGB (red, green, blue). Trois chips LED de différentes couleurs ; rouge, verte, bleue sont associées dans un même boitier, de manière à produire en se combinant une lumière blanche. On parle ici de mélange additif de couleur. C est une méthode plus compliquée, mais le rendu des couleurs peut également être meilleur, jusque environ Ra 95.

Avantages de la LED Avantages de la LED Inconvénients de la LED haute effi cacité énergétique = faible consommation d énergie génération de chaleur minimale très longue espérance de vie (aucun coût de maintenance) petite taille/ fl exibilité pour la conception résistance aux chocs et aux vibrations très basse tension (SELV : safety extra low voltage) aucune émission UV / pas de blanchiment des objets éclairés aucune radiation IR / pas d échauffement des objets éclairés pas de papillotements prix relativement élevé la LED doit être triée en teinte de blanc pour certaines applications (voir Binning) la caractéristique de rendu des couleurs des LEDs à blanc froid sont insuffi santes pour certaines applications Domaines d applications des LEDs - Exemples Illumination sans UV Musées et éclairage de vitrines Eclairage de peintures Eclairage de comptoirs frigorifi és Luminaires médicaux Résistance aux chocs et vibrations Eclairage de véhicules à moteur Lampes de bicyclette Luminaires de travail Camions Camping-cars Bateaux Miniaturisé - faible échauffement Eclairage de meubles Eclairage de marquage et d orientation Affi chage Mélange de couleurs des LEDs Eclairage d ambiance Gastronomie Bien-être (wellness) Longue durée de vie Eclairage d urgence et de secours Eclairage de signalisation

Des luminaires particuliers nécessitent des transformateurs particuliers. Mise en œuvre des LEDs/Transformateurs Les luminaires LED ne peuvent pas être reliés aux transformateurs standard halogènes. En règle générale, tous les types de LED sont conçus pour fonctionner avec un courant constant : Chip/SMD LED 10... 30 ma 3mm/5mm LED 10... 50 ma Power LED 350... 1500 ma Il existe cependant deux possibilités différentes de mise en oeuvre par un raccordement en parallèle ou en série. Connexion en parallèle Transformateur à tension constante : 12VDC/24VDC pour LED Raccordement parallèle des luminaires comme pour les luminaires halogènes Des circuits de contrôle resp. des résistances d équilibrage sont situés à l intérieur du luminaire Utilisé avec de nombreuses LEDs de courant faible. Transformateur à tension continue constante Utilisé pour les luminaires LED Hera suivants: Stick, KB 12, EQ, ER, Q68, R68, Q-Pad, L-Pad Connexion en série Transformateur à courant constant : 350mA Raccordement en série des luminaires (les positions de connecteur inutilisées doivent être équipées de ponts de court-circuit) Les circuits de contrôle resp. les résistances d équilibrage ne peuvent pas être intégrés dans le luminaire, parce que le fort courant nécessiterait un refroidissement (problème de place) Utilisé pour les Power LEDs à fort courant de fonctionnement Transformateur à courant continu constant Utilisé sur les luminaires LED Hera suivants: ARF, EH 24, Eye, Point, ON TOP Variation de lumière des LEDs Il existe des transformateurs qui peuvent être utilisés pour la variation de lumière des LEDs. Cependant, ce n est pas aussi facile qu avec les transformateurs halogènes à découpe en phase ascendante ou descendante. Il existe des transformateurs LED variables qui comportent deux fi ls de commande supplémentaires pour une entrée 1-10V. La méthode la plus facile est d y relier un potentiomètre, qui permet alors seulement d ajuster la luminosité. Un commutateur Marche/Arrêt pour le conducteur principal est dans ce cas nécessaire. Une solution plus commode est le raccordement à par ex. un gradateur 1-10V encastrable, bien que cette méthode exige le câblage des fi ls de commande et du câble 230V jusqu à cet appareil. Plus pratique est l utilisation d un transformateur-variateur télécommandé. Le contrôleur télécommandé est déjà installé, relié au transformateur, et la télécommande, en exécution acier fi n, peut être facilement installée grâce au support mural fourni.

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