AGPI Mini colloque Avril 2010 Particularités des diodes électroluminescentes à haute puissance et leur utilisation dans les appareils d éclairage Chrisnel Blot Président du laboratoire Spectralux Une diode électroluminescente, abrégée sous les sigles DEL ou LED (de l'anglais light-emitting diode), est un composant électronique capable d émettredelalumière lorsqu il est parcouru par un courant électrique. Une diode electroluminescente ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens et produit un rayonnement à partir d une transformation d énergie. Elle fait partie de la famille des composants optoélectroniques. Le terme SSL pour Solid State Lighting est fortement utilisé par les américains pour désigner les diodes électroluminescentes. 1
Prolifération de produits à DEL Catégories de produits à DEL 2
Intérieur résidentiel et commercial MR11, MR16, GU10 Luminaire d entrepôt Luminaire de gymnase Luminaire encastré (plafonnier) Tube à DEL (linéaire) Luminaire de garage et stationnement Projecteur de scènes Extérieur Projecteur Luminaire fonctionnel de rue Luminaire de stationnement Luminaire décoratif DOE CSA / UL IESNA ANSI 3
DOE: Department of Enregy USA CALiPER: Commercially Available LED Product Evaluation and Reporting Program Prolifération des produits à DEL dans l industrie de l éclairage Absence totale de normalisation sur les composants des produits à DEL Manques de données techniques disponibles sur les premiers produits à DEL Développement de nouvelles méthodes de test pour les premiers produits à DEL Tests préliminaires effectués par le programme DOE/CALIPER Collectes de donnés sur les premiers produits à DEL Publication des performances des premiers produits à DEL Amélioration des performances des produits à DEL selon le dernier rapport du DOE IESNA, UL, ANSI IESNA LM-79-08 Approved Method for Electrical and Photometric Measurement of SSL Products IESNA LM-80-08 Approved Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources RP-16-05- Addendum A (2008) Section of Light Emitting Diodes LM-xx Electrical and Photometric Measurement of High Power LEDs (en développement) TM-21 Lumen Depreciation Lifetime Estimation Method for LED Light Sources Characterization of LED Light Engines and Integrated LED lamps for Electrical and Photometric Properties as a function of Temperature (en développement) LM-xx- Photometric testing of roadway and street lighting luminaires (en développement) ANSI C78-377 (chromaticity) ANSI C82.SSII Power Supply ANSI C82.77-2002 Harmonic Emission Limits ANSI C78.09 82 Fixture Safety Specification UL 8750 Safety 4
IESNA LM 79 08 Photomètre à miroir Sphère d intégration d' Ulbricht 5
Appareil d éclairage au complet sans dissocier les composants Photométrie absolue par opposition à Photométrie relative Période de stabilisation inconnue (préchauffage avant les mesures) Problème de l échantillonnage Test absolu (contrôle de qualité) Critère de performances basé sur l efficacité lumineuse (lumen/watt) IES LM 79 08 Contenu des résultats des essais sur les produits à DEL Caractéristiques électriques Caractéristiques photométriques - Tension à l entrée (volts) - Courant à l entrée (ampères) - Puissance à l entrée (watts) - Facteur de puissance (FP) - Fréquence (Hz) - Taux de distorsion harmonique (THD) non requis - Flux lumineux total (lumens) - Efficacité lumineuse (lumen/watt) - Coordonnées chromatiques (x, y) - Température de couleur (CCT en K) - Indice de rendu de couleur (CRI) - Fichier IES (matrice des intensités lumineuses) 6
IES LM-80-08 Responsabilité du fabricant des diodes de faire les mesures dans un laboratoire indépendant et accrédité par le National Voluntary Laboratory Accreditation Program (NVLAP) Notions de T s (Point de la localisation du thermocouple spécifié par le manufacturier de la diode) Notions de L 50 (moment où le flux lumineux de la diode est à 50% de sa valeur initiale) Notions de L 70 (moment où le flux lumineux de la diode est à 70% de sa valeur initiale). 7
Durée minimale du test 6000 heures ou 250 jours Durée maximale 10,000 heures ou 417 jours recommandée dans le but de prédire les lumens à partir des modèles mathématiques Mesures électriques, photométriques et colorimétriques à diverses températures Ts(55 C), Ts(85 C) et Ts(TBD C) Durée du test vs progression continue et rapide des diodes Aucune corrélation directe entre ces mesures et la dépréciation du flux lumineux des diodes dans les luminaires Lumens par watt 2004 à 2020 8
Méthode de test des fabricants : (Alimentation pulsée, 10 msec) Méthode de test LM-79 : (Alimentation continue et stable) Notion de lumens froids vs lumens chauds Performances des diodes vs Performances du luminaire Dissipateur passif vs dissipateur actif Manque de détails sur les conditions des tests effectués par les fabricants de diodes pour supporter leur publication Facteur du régulateur commercial Baisse du flux lumineux (lumens) Baisse de l efficacité lumineuse (lumen/watt) Diminution de la durée de vie Changement des propriétés colorimétriques (x, y), CCT, CRI Coût de remplacement non prévu 9
Source: Lighting Research Center (LRC) Source: http://www1.eere.energy.gov/buildings/ssl/images/luminairereliability_figure1.jpg 10
Pour les luminaires intérieurs seulement Aucune normalisation pour les luminaires extérieurs à date Intégration des DEL parfois inadéquate dans des optiques conçus pour des lampes conventionnelles (fluorescentes, décharge haute intensité) Distribution photométrique inappropriée après intégration Volume du luminaire trop petit pour faciliter la dissipation thermique Installation dans des sites hostiles à la technologie des DEL Vie prématurée des DEL à cause d une mauvaise intégration Coût d achat parfois élevé Période de garantie inférieure à celle du retour sur l investissement 11
Utilisation de diodes plus performantes en lumen par watt Développement de nouveaux systèmes optiques conçus pour les diodes Meilleur rendement photométrique Maitrise de la nouvelle technologie (gestion thermique, modulation,.) Produits conformes à des normes d éclairage dans certaines applications Produits conformes à des normes de sécurité (CSA/UL) Économies potentielles d énergie Réduction potentielle ti des coûts d entretien ti Coûts d achat moindres avec meilleur retour sur l investissement Effets bénéfiques pour l environnement Impacts sociaux, physiologiques et psychologiques Arrivée agressive de nouveaux joueurs dans l industrie de l éclairage Réaction mitigée et biaisée des dinosaures de l industrie de l éclairage Nouvelle technologie accompagnée de défis majeurs même pour les fabricants de luminaires les plus expérimentés Changement de structure et de méthode de travail chez les fabricants de luminaires (nécessité absolue d un vrai chef d orchestre de l ingénierie) Réorganisation des chaines de montage et d assemblage Contrôle de qualité plus exigeant avec les produits à DEL Ralentissement des projets d éclairage (décideurs en mode de réflexion) Changement du modus operandi des organismes de contrôle et de normalisation 12
Évolution rapide et progressive de cette technologie Réticence des décideurs et des acheteurs Changement de mentalité et du modus operandi des organismes de contrôle et de normalisation Tendance des manufacturiers de luminaires de développer de plus en plus des produits à DEL performants et stables à des coûts réduits Intérêt grandissant de plusieurs organismes à favoriser la pénétration de cette technologie dans l industrie i de l éclairage l via des subventions Besoin de formation et d éducation pour mieux saisir cette technologie Nécessité de développement de nouveaux programmes incitatifs par pour favoriser la pénétration de cette nouvelle technologie Sensibilisation des gouvernements à l utilisation de cette technologie Monsieur Gilbert Desmarais, Directeur Général, AGPI Tous ceux et celles qui ont participé p à la réalisation de ce colloque DOE/CALiPER Summary of Results: Round 9 of Product Testing Hydro-Québec Ressources Naturelles du Canada NIST (National Institute Standard of Technology) pour les échanges d information avec le laboratoire Spectralux Lighting Research Center pour les échanges avec Spectralux Tous ceux et celles qui croient dans l avenir de cette technologie promotteuse et qui favorisent son utilisation à bon escient Collègues de Spectralux 13