Kirjoittajan arkistot:Tero Nurmi

Mikroaaltosensorit: Näin tehostat valaistuksen toiminnallisuutta

Tässä tekstissä käsittelen mikroaaltosensoreita – siis liiketunnistimia – ja kerron, miten niitä voi hyödyntää valaistuksessa. Sensoreiden avulla voit luoda älykkäitä, helppokäyttöisiä valaistusjärjestelmiä.

Mikroaaltosensorit

Mikroaaltoliikketunnistimet toimivat hieman eri tavalla, kuin esimerkiksi tavallisemmin käytetyt passiiviset infrapunaliiketunnistimet. Mikroaaltosensori lähettää mikroaaltoja ja analysoi palaavan kaikukuvion. Mikäli liike muuttaa kuviota, sensori reagoi ja tässä tapauksessa sytyttää valon.

Mikroaaltosensoreiden kyky havainnoida liikettä on yhtä hyvä riippumatta ilman lämpötilasta. Infrapunasensoreiden tunnistuskyky ja -herkkyys saattaa olla altis ympäröivän lämpötilan aiheuttamille muutoksille. Pöly ja savu voivat vahingoittaa infrapunasensoria, ja niillä onkin tavallisesti lyhyempi käyttöikä, kuin mikroaaltosensoreilla.

Mikroaaltosensorin elinikä on noin 50 000 tuntia ja sensorit on täysin pölyn- ja savunkestäviä.

Esimerkki mikroaaltosensorin tunnistusalueesta. Monessa tuotteessa alue pystytään itse määrittelemään dip-kytkimen avulla.

Mikroaaltosensorit pystyvät havaitsemaan liikettä myös joidenkin ohuiden materiaalien läpi, mikäli ne eivät sisällä metallia, esimerkiksi lasi tai jopa ohuet seinät. Tämä antaa paljon lisämahdollisuuksia tunnistimen asennukseen, sillä sen voi sijoittaa pois näkyviltä tai valaisimen sisään.

Säästä energiaa useammalla kuin yhdellä tavalla

Perinteisen ON-OFF-toiminnon lisäksi sensorimme tarjoavat useampiakin tapoja säätää valaistusta. Valittavana on myös 2-step- ja 3-step-himmennys, jotka tuovat käyttömukavuutta ja monipuolisuutta erilaisiin valaistusta vaativiin tiloihin. Voit myös luoda laajempia verkostoja valaisimistasi sensorienvälisen langattoman viestinnän avulla.

Osassa tuotteistamme on liiketunnistimen lisäksi sisäänrakennettu päivänvalotunnistin, joka auttaa hyödyntämään päivänvalon mahdollisimman hyvin ja silti ylläpitämään riittävän valotason esimerkiksi aamu- ja iltahämärässä. Tätä kutsutaan englanninkielisellä termillä ”daylight harvesting”.

Wikipedian mukaan useat tutkimukset viittaavat, että ”daylight harvesting”-toiminnan avulla energiaa voi säästää 20-60%. Suurimmat säästöt saavutetaan tiloissa, joissa päivänvalolla on suuri merkitys valaistukseen esimerkiksi suurien ikkunoiden läpi.

Käyttämällä mikroaaltosensoreita ja päivänvalotunnistimia säästät energian lisäksi myös valaisinta itseään: elinikä pitenee väistämättä, mikäli valaisimet ovat pois päältä silloin, kun niitä ei todellisuudessa tarvita.

Päivänvalosensori tunnistaa tilan valontason ja säätää valaisinten valoa tarpeen mukaan.

Lukemattomia vaihtoehtoja valaistusolosuhteiden parantamiseksi

Asianmukainen valaistus tekee lukemisesta ja kirjoittamisesta miellyttävämpää, parantaa turvallisuutta, ja sillä voi olla jopa positiivisia terveysvaikutuksia. Missä sensoreita kannattaa sitten käyttää, jos niistä tahtoo parhaimman mahdollisen hyödyn irti?

Osa sensorimalleistamme on irrallisia ja ne kytketään ledivirtalähteeseen. Meillä on myös sensoreita, jotka on valmiiksi integroitu driveriin. Eri mallit antavat enemmän vaihtoehtoja, kun suunnitellaan valaisimien ja tunnistimien asennusta.

Alla näet muutaman esimerkin mahdollisuuksista, joita tämänkaltainen älykäs valaistuksenhallintateknologia sisältää.

Parveke: On/Off — Varasto: 3-step himmennys — Toimisto: Daylight Harvesting

Ravintola: DALI ledivirtalähde — WC: 3-step dimming — Huoltoasema: ryhmäohjaus, Daylight Harvesting

Konferenssitila: Ryhmäohjaus — Maanalainen parkkialue: 2-step himmennys — Porraskäytävä: RF langaton ohjaus

Tuotteiden ja ominaisuuksien yhdistelmät ovat siis lukuisat. Löydät tarkemman listan eri tuotetyypeistä sekä muuta lisätietoa tarjoamistamme sensorivaihtoehdoista nettisivuiltamme.

Klikkaamalla nappia taas pääset lataamaan pienen esitelmän sensorituotteistamme.

Lataa tästä

LED-moduulien kytkeminen verkkovirtaan

Edellisessä blogipostauksessani kerroin, miten yksittäinen ledikomponentti liitetään verkkovirtaan. Esimerkissä kytkinCOB-ledin ledivirtalähteeseen. Prosessi on pitkälti samanlainen yhdistettäessä ledimoduuleja sähköverkkoon. Joitakin eroja kuitenkin on.

SMD-ledimoduulin liittäminen verkkovirtaan

Aivan kuten COB-komponentti, myös moduuli tarvitsee sopivan virtalähteen, jotta liittäminen verkkovirtaan onnistuu (katso oppaamme virtalähteen valintaan). Moduulin positiivinen napa kytketään virtalähteen positiiviseen napaan ja negatiivinen negatiiviseen, jotta saadaan muodostettua suljettu virtapiiri.

Toisin kuin yksittäistä ledikomponenttia kytkettäessä, voit joutua yhdistämään useita moduuleita samaan virtalähteeseen. Tässä tapauksessa käytetään sarjaankytkentää. Tämä tarkoittaa sitä, että tarvitset tällöinkin ledin ja virtalähteen muodostaman suljetun virtapiirin. Ensiöpuoli muodostetaan kuten COB:n kanssa. Toisiopuolella taas ensimmäisen ledimoduulin (vasemmanpuoleisin moduuli kuvassa 1) positiivinen napa liitetään virtalähteen positiiviseen napaan ja negatiivinen napa seuraavan moduulin positiiviseen napaan. Näin jatketaan, kunnes viimeisen moduulin (oikeanpuoleisin kuvassa 1)  negatiivinen napa kytketään virtalähteen negatiiviseen napaan. Kaikki nämä kytkennät on nähtävissä kuvassa 1.

Kuva 1. Ledimoduulien liittäminen verkkovirtaan virtalähteen avulla.

Miten muita liitäntöjä tehdään? Sarjaan kytkentä siis tarkoittaa sitä, että edellisen moduulin negatiivinen napa kytketään seuraavan positiiviseen napaan. Virtalähteen ulostulojännite taas kertoo, kuinka monta moduulia kyseiseen virtalähteeseen voi kytkeä. Kuvan 1 tapauksessa yksi ledivirtalähde ajaa kolmea ledimoduulia. Jos moduulin jännite on esimerkiksi 12V, tulisi virtalähteen ulostulojännitteen siis olla vähintään 36V. Käytännössä täytyy kuitenkin ottaa myös toleranssit huomioon eli sekä ledin toleranssi että virtalähteen maksimijännite. Ne huomioiden 40V virtalähde voisi olla sopiva tässä tapauksessa.

Tällä tavoin myös useita COB-ledejä voi kytkeä sarjaan. Tämä voi tulla kysymykseen esimerkiksi silloin, kun tarvitaan erityisen paljon valoa.

Miten kytkentä tehdään käytännössä?

Ledimoduulien fyysisen liitännän muodostamiseen on neljä vaihtoehtoa:

  1. Pikaliitin (kuva 2.)
  2. Juottaminen
  3. Wire-to-board -liitin
  4. Board-to-board -liitin

Pikaliittimet ovat melko yleisiä. Ne juotetaan piirilevyyn aaltojuotosprosessissa kokoamisen jälkeen. Johdot yksinkertaisesti työnnetään liittimiin, aivan kuten COB-ledien juotosvapaissa pitimissä.

Kuva 2. Pikaliitin (2-napainen).

Juottaminen on vaihtoehto silloin, jos piirilevyssä on erilliset juotoskontaktit juottamista varten. Juottaminen on usein edullisempi vaihtoehto.

Numerot 3 ja 4 ovat erikoistapauksia, jolloin kaksi modulia liitetään yhteen. En käy niitä tässä läpi, vaan käsittelen tällaista tilannetta jossain myöhemmässä tekstissä.

Voit jättää kommentin, mikäli aihe herättää kysymyksiä! Kommentointilinkki löytyy tekstin otsikon yläpuolelta.

Jos olet kiinnostunut lukemaan enemmän myös Arrant-Lightin uudistuneista aLED-moduuleista, klikkaa tästä.

Yksittäisen LED-komponentin kytkeminen verkkovirtaan

Olen kirjoittanut kaksi julkaisua, joissa keskityn LED-komponenttien liittämiseen verkkovirtaan: käyn läpi sekä yksittäisen COB-ledin, että ledimodulin kytkennän verkkovirtaan.

Perinteisiin valaisutapoihin verrattuna ledien kytkeminen verkkovirtaan poikkeaa aiemmasta. Ledit tarvitsevat tasavirtaa toimiakseen, vaihtovirta ei saa lediä syttymään. On olemassa myös vaihtovirtalla toimivia ledejä, mutta en käsittele niitä näissä kirjoituksissa.

Tässä julkaisussa keskityn yksittäisten COB-ledien kytkentään. Moduulien kytkemisestä voit lukea seuraavasta postauksestani.

LED-virtalähde

Kytkeäksesi COB-ledin verkkovirtaan, tarvitset LED-virtalähteen, joka on oikeastaan AC/DC-muuntaja. Se muuttaa sähköverkon vaihtojännitteen/-virran ledille sopivaksi tasajännitteeksi/-virraksi. Tiedon ledin tarvitsemasta virrasta saat valmistajan tarjoamasta datalehdestä. Mikäli tarvitset apua virtalähteen valitsemiseen, voit lukea aiheeseen liittyvän oppaamme.

Kuva 1. Esimerkki AC/DC-muuntajasta, LED-virtalähteestä. Tämä virtalähde on ELT:n valmistama ja siinä on kytkimiä, joilla valitaan sopiva syöttövirta.

COB-ledin kytkeminen verkkovirtaan

Kun kytket COB-ledin verkkovirtaan tarvitset suljetun virtapiirin, jotta sähkövirta virtaa ledikomponentin läpi. Sähköisesti COB-ledi on diodi: virta voi kulkea vain yhteen suuntaan. Tämä tarkoittaa siis sitä, että ledin positiivinen (+) juotoskontakti tulee liittää virtalähteen positiiviseen napaan. Samalla tavalla negatiivinen (-) juotoskontakti liitetään virtalähteen negatiiviseen napaan. Katso Kuva 2 alta.

Tällä tavalla luot suljetun virtapiirin, joka syöttää virtaa ledin läpi niin, että se syttyy ja antaa valoa. Tätä suljettua virtapiiriä, jonka virtalähde ja COB muodostavat, kutsutaan virtalähteen toisiopuoleksi.

 

Kuva 2. COB-AC verkkoliitäntä

Ensiöpuolella virtalähde kytketään sähköverkkoon. Virtalähteen navat ensiöpuolella ovat vaihe ja nolla. Ne liitetään verkon vaiheeseen ja nollaan. Jos virtalähteessä on johdot, tavallisesti sininen on nollajohdin ja ruskea vaihejohdin. Joissain virtalähteissä on myös maadoitusterminaali, joka yleensä kytketään johdolla valaisimen runkoon. Suljettu virtapiiri tarvitaan kuitenkin myös ensiöpuolella: verkon ja virtalähteen muodostamana.

Virtalähteen ensiöpuolen liitämiseksi verkkovirtaan tarvitaan yleensä jonkinlainen riviliitin.

 

Picture of a terminal block

Kuva 3. Esimerkki riviliittimestä, jolla LED-virtalähde voidaan kytkeä sähköverkkoon.

Kaksi vaihtoehtoa

COB-ledin kytkeminen fyysisesti LED-virtalähteeseen voidaan tehdä kahdella tavalla:

  1.  Johdot juotetaan kiinni COB:n juotoskontakteihin
  2.  Käytetään ledipitimiä, joissa on sähköinen kontakti, eivätkä näin vaadi juottamista

Johtoja käsin juotettaessa käytetään juotoskolvia, joka korkeaa lämpötilaa hyödyntäen sulattaa juotosaineen, esimerkiksi tinan. Jäähdyttyään tina muodostaa liitoksen johdon ja juotoskontaktin välille. Tähän tarvitaan kaksi johtoa, yksi plus- ja yksi miinuspuolelle.

Toinen vaihtoehto on käyttää juotosvapaata liitintä. (ks. kuva 4.)

Kuva 4. Juotosvapaa liitin / ledipidike sähköisellä kontaktilla.

Tällainen liitin tekee käytännössä saman, kuin juottaminen. Myös tässä tapauksessa tarvitaan sähköinen kontakti, mutta säästät juottamisen vaivan, sillä johdot yksinkertaisesti työnnetään liittimen terminaaleihin – positiivinen positiiviseen ja negatiivinen negatiiviseen. Löydät napojen (+/-) merkinnät liittimestä.

Verrattaessa näitä tapoja kannattaa huomioida, että teoriassa liittimen toiminnan mahdollistavat jouset voivat löystyä ajan mittaan ja kosketushäiriöitä saattaa siten ilmetä. Liittimien käytö on myös usein hieman kalliimpaa juottamiseen verrattuna.

Seuraavassa tekstissäni käyn läpi LED-moduulin kytkemisen.

OLED markkinat kasvavat 15-kertaisiksi seuraavan viiden vuoden aikana – Ovatko valaisinvalmistajat valmiina?

UBI Researchin tekemän tutkimuksen mukaan, maailman OLED-valaistuksen markkinat kasvavat 1.6 miljardiin Yhdysvaltain dollariin seuraavan viiden vuoden aikana. Tänä vuonna markkinoiden arvioidaan olevan noin 135 miljoonaa dollaria.

OLED-markkinoiden tilanne rinnastuu täysin LED-markkinaan vuonna 2007. Kun esittelimme asiakkaillemme Citizenin LEDit vuonna 2007, moni piteli COB LEDiä kädessään ensimmäistä kertaa. Moni epäili silloin uutta teknologiaa, mutta on vaikea kuvitella tämän päivän valaistusmarkkinoita ilman LEDiä.

Ne, jotka olivat rohkeita ja lähtivät suunnittelemaan LED-valaistusta, hallitsevat nyt markkinoita. Vaikka LED-komponentit olivat silloin kalliita, ennen hintojen laskua tehty suunnittelutyö oli korvaamatonta monille asiakkaillemme.

Taipuisa OLED-paneeli

Taipuisa OLED-paneeli

Nyt esittelemme OLED-paneeleja ensimmäistä kertaa useille asiakkaillemme. Monet ovat epäileviä, eivätkä usko että OLED tulee koskaan yleistymään valaistuksessa. Jotkut yritykset saattavat jättää OLEDin kokonaan huomiotta ja toiset alkavat suunnitella OLED-valaisimia.

Ne, jotka aloittavat nyt, ovat muita edellä kun markkinat kasvavat.

LG Display ilmoitti maaliskuussa investoivansa uuteen OLED-paneeleja valmistavaan tehtaaseen. Uusi tehdas on ensimmäinen 5. generaation OLED-valaistuspaneelitehdas maailmassa. Se tullaan rakentamaan Etelä-Koreaan Gumin kaupunkiin.

Alustava kapasiteetti tulee olemaan 15 000 lasisubstraattia kuukaudessa. Kapasiteettia pystytään lisäämään tarvittaessa.

LG odottaa että uusi tehdas parantaa sen kilpailukykyä hinnoittelussa merkittävästi. Lisäksi uusi tehdas lisää LG:n tietotaitoa ja parantaa tuotteiden laatua entisestään.

Uuden tehtaan kapasiteetti lisää LG:n joustavuutta eri kokoisten paneelien valmistamisessa. Tämä tarkoittaa että LG pystyy valmistamaan kaiken kokoisia paneeleita, myös erittäin suuria.

OLED-paneelit koostuvat useasta orgaanista materiaalia sisältävästä kerroksesta, jotka ovat itsevalaisevia. Valaistuksessa OLED kuluttaa vähemmän tehoa ja tuottaa vähemmän lämpöä kuin perinteinen valaistus. Se on ympäristöystävällistä ja lähimpänä luonnollista valoa. Johtuen sen ohuudesta ja taipuisuudesta, se soveltuu eri käyttökohteisiin ja -tarkoituksiin mahdollistaen uusia markkinoita valaistuksessa.

Jos tarvitset apua ideointiin, ota yhteyttä minuun, niin aloitetaan suunnittelu yhdessä!

Source: http://www.lgdisplay.com/eng/prcenter/newsView?articleMgtNo=4981

Valaisimen eliniän vaikutus investoinnin kannattavuuteen

LED valaisinten valinnassa kiinnitetään yleensä huomiota virrankulutukseen. Hyötysuhde ja sitä kautta virrankulutus on lähtökohtaisesti tärkein valintakriteeri. Mutta kiinnitätkö huomiota valaisimen elinikään? Mitä jos paremman hyötysuhteen valaisin onkin eliniältään lyhyempi? Tämä tarkoittaa, että voit joutua uusimaan valaisimen paljon nopeammin. Tämä lisää kustannuksia ja syö samalla kertynyttä säästöä sähkölaskussa.

LED-valonlähteen elinikä

LED-valonlähteiden elinikä on perinteisiin valonlähteisiin verrattuna pitkä. Kun perinteinen hehkulamppu tai loisteputki tulee elinikänsä päähän, sitä ei voi enää normaalisti käyttää. Se joko palaa tai alkaa välkkyä. LED sen sijaan himmenee ja on, ainakin teoriassa, ikuinen.

Tästä johtuen LED-valonlähteiden elinikä mitataan hieman eri tavoin kuin perinteisen valaistuksen. Perinteisen valaistuksen osalta elinikä tarkoittaa kirjaimellisesti elinikää. LEDien osalta elinikä  kertoo, missä vaiheessa valoteho laskee alle halutun määrän.

LED valonlähteiden eliniän mittaamisen olennainen termistö:

  • L70, L80, LXX = Kuinka suuri osa valon määrästä on vielä jäljellä. Esim. L70 tarkoittaa, että tässä vaiheessa valonlähde tuottaa vielä 70% alkuperäisestä valomäärästä. Jos valonlähde tuotti alun perin 1000 luumenia, niin tässä vaiheessa sama valonlähde tuottaa vielä 700 luumenia.
  • B50, B60, BXX = Kuinka suuri osa valonlähteistä on annetun arvon alapuolella. Esim. B50 tarkoittaa sitä, että 50% valaisimista ei täytä enää annettua arvoa.

Yleensä elinikä ilmoitetaan näiden kahden yhdistelmänä. Esim. L70B50: 60 000h tarkoittaa, että 60 000 käyttötunnin jälkeen 50% valaisimista antaa vielä vähintään 70% alkuperäisestä valosta.

aLED Moduulin elinikäennuste

aLED Moduulin elinikäennuste

Elinikä voidaan myös ilmoittaa käyttäen pelkkää L-lukua. Esim. L70: 60000h. Tällöin ei varsinaisesti oteta kantaa kuinka iso osa valaisimista antaa vielä halutun 70% alkuperäisestä valotehosta.

Eliniän huomioiminen valaisinten hankinnassa

Ajatellaan, että olet valaisemassa tilaa, jossa on 1000 valaisinta. Sinulla on kaksi vaihtoehtoa valaisinratkaisuksi: vaihtoehto A ja vaihtoehto B. Tilassa, jota olet valaisemassa, on nyt loisteputkivalaistus. Valaisimina 58W T8 valaisimet. Vaihtoehdot ovat alla:

  • Vaihtoehto A
    • Valoteho:4000 luumenia
    • Hyötysuhde 150 lm/W
    • Teho: 26.7 W
    • Elinikä L70B50: 50 000 tuntia
    • Hinta 120€/valaisin
  • Vaihtoehto B
    • Valoteho 4000 luumenia
    • Hyötysuhde 130 lm/W
    • Teho: 30.8 W
    • Elinikä L70B50: 90 000 tuntia
    • 120€/valaisin

Valinta kallistuu helposti vaihtoehtoon A. Se kuluttaa vähemmän sähköä, tehon ollessa noin 4 wattia pienempi. Esimerkiksi tuhannen valaisimen kokonaisuudessa tämä tekee 4kW, jolloin säästö sähkölaskussa alkaa vuositasolla olla jo varsin merkittävä.

Kun tiedät valaisinten käyttötunnit päivässä, voidaan laskea sähkön kulutus vuodessa ja verrata sitä vanhaan ratkaisuun. Oletetaan että valaisimet ovat käytössä 16 tuntia päivässä.

Tällöin saadaan seuraavat luvut:

  • Käyttötunnit/vuosi: 16h*365= 5840 tuntia/vuosi
  • Sähkön hinta: 0.1€/kWh
  • Perinteinen (58W loisteputkivalaisin)
    • Sähkönkulutus vuodessa: 1000*58W*5840h=338720000Wh= 338720kWh
    • Sähkölasku: 338720*0.1=33 872.00€
  • Vaihtoehto A:
    • Sähkönkulutus vuodessa 1000*26.7W*5840h=155928000Wh=155928kWh
    • Sähkölasku: 155928*0.1= 15 592.80€
  • Vaihtoehto B
    • Sähkönkulutus vuodessa 1000*30.8W*5840h=179872000Wh=179872kWh
    • Sähkölasku: 179872*0.1=17 987.20€

Molemmat LED vaihtoehdot pudottavat sähkölaskun puoleen. Vaihtoehto A pudottaa sähkölaskua hieman B:tä enemmän, nimenomaan paremman hyötysuhteensa ja tästä johtuvan pienemmän tehonsa ansiosta.

Lyhyellä, yhden vuoden tähtäimellä vaihtoehto A on siis paras vaihtoehto. A vaihtoehto laskee sähkölaskua kolmisen tonnia enemmän vuodessa.

Harvoin tämän kokoluokan investointeja tehdään kuitenkaan yhden, kahden tai edes viiden vuoden tähtäimellä, vaan on syytä laskea pidemmän ajan vaikutukset.

Kun otetaan huomioon elinikä, muuttuvat asetelmat hieman.

Lasketaan ensin, mikä on elinikä käyttökohteessa. Kun valaisimet ovat käytössä 16 tuntia vuorokaudessa, niin vuosituntimäärä on 5840 tuntia, kuten yllä laskimme.

Tästä saadaan muunnettua valaisinten eliniät helpommin luettavaan muotoon:

  • Vaihtoehto A:
    • 50 000h/5840h=8.6 vuotta
  • Vaihtoehto B:
    • 90 000h/5840h=15.4 vuotta

A-vaihtoehto pitää siis uusia kahdeksan vuoden jälkeen, kun B-vaihtoehto kestää samalla investoinnilla 15 vuotta.

Kun lähdetään tarkastelemaan kokonaissäästöä valaisinten vaihdosta, näyttää laskelma tältä:

Sähkön säästö valaisinten vaihdon jälkeen

Sähkön säästö valaisinten vaihdon jälkeen

Käyttöaika Vaihtoehto A Vaihtoehto B
1  17 582.29 €  14 447.26 €
3  52 746.88 €  43 341.78 €
5  87 911.47 €  72 236.31 €
10  55 822.93 €  144 472.62 €
15  143 734.40 €  216 708.92 €
20  111 645.87 €  168 945.23 €

Kuten ylläolevasta laskelmasta ja kaaviosta voi huomata, on vaihtoehto A kannattavampi lyhyellä tähtäimellä. Mutta jo kymmenen vuoden aikajaksolla tilanne muuttuu. Vaihtoehto A pitää korvata uusilla valaisimilla, kun Vaihtoehto B:tä voi vielä käyttää vuosia vuotta.

Kun siis katsotaan valaisininvestointia pidemmällä aikajänteellä, nousee valonlähteen elinikä merkittävään osaan

Valaisimen valinnassa tulee siis kiinnittää huomiota paitsi sen energiatehokkuuteen, myös elinkaaren pituuteen. Mitä kalliimpi valaisin ja mitä isompi investointi, sitä merkittävämpi tekijä pitkä elinikä on.