le led pour éclairer les bâtiments tertiaires ... led... · introduction technologie led...
TRANSCRIPT
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 1
Le LED pour éclairer les bâtiments tertiaires :
Technologie mature ou le meilleur est à venir ?
La LED, qu’est-ce que c’est?
Caractéristiques, avantages et inconvénients
Bertrand Deroisy
24 octobre 2014
Laboratoire Lumière
Centre Scientifique et Technique de la Construction
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 2
◘ Introduction
◘ Technologie LED
◘ Principales caractéristiques Efficacité énergétique
Spectre et rendu des couleurs
Diagramme photométrique
Durée de vie et dimensionnement
Gestion de l’éclairage
Recyclage
◘ Conclusions et recommandations
Contenu:
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 3
Introduction
Prix Nobel de Physique 2014
◘ Isamu Akasaki
◘ Hiroshi Amano
◘ Shuji Nakamura
Pour invention de la diode
électroluminescente bleue.
Vers la lumière blanche
La « révolution » LED
Source: Nature
Source: Le Monde / Sciences
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 4
Introduction
Le marché des LEDS et l’éclairage
La « révolution » LED
Source : Yolé Développement, 2013
Secteur de l’éclairage: 20 à 45% du chiffre d’affaire pour des produits LED (2013)
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 5
Introduction
◘ L’éclairage = poste de dépense énergétique le plus important!
Consommation d’énergie des bâtiments tertiaires
Bâtiment neuf
2013
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 6
Introduction
◘ La part relative de l’éclairage augmente
Consommation d’énergie des bâtiments tertiaires
Induit par le renforcement des réglementations énergétiques
Bâtiment neuf
2020
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 7
◘ 75 % installations d’éclairage sont dépassées (Age moyen > 20 ans)
◘ Ratio de rénovation < 1.0 %
(Objectif 2020 : 2 à 3%)
Quelques chiffres
Introduction
Enorme potentiel d’économie d’énergie en rénovation
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 8
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 9
Jonction de matériau semi-conducteurs dopés. Matériau cristallin solide dopé P/N (donneur ou récepteur d’électrons)
Avec une alimentation électrique, émission de photons dans une zone active.
Spectre d’émission quasi-monochromatique (~ type de matériau)
Principe de fonctionnement
Technologie LED
Source : LIF LED Brochure, 2013
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 10
Chip LED, le substrat, l’alimentation, le boîtier mécanique,
l’optique primaire (la lentille),...
Composantes
Technologie LED
Source : CREE
Les chip LED sont des sources ponctuelles de haute brillance.
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 11
Assemblage de chip/modules LED + éléments optique
Maitriser la conception optique des luminaires
Luminaire LED
Technologie LED
IMPORTANT : Gestion optique et thermique du luminaire.
Source : PHILIPS
Diagramme photométrique du luminaire
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 12
chip led : Jusqu’à 200 lm/W
modules led : 120 à 150 lm/W (10/2014)
Efficacité énergétique luminaires led (10/2014): 50 à 100 lm/W
(y compris éléments optiques, mécaniques et électriques)
Chip LED / Module LED / Luminaire LED
Efficacité énergétique
Source : CREE
Moyenne 105 lm/W
Maximum 115 lm/W
Minimum 92 lm/W
Source : Données fabricant
Exemple:
Luminaire dalle
encastre 60x60cm
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 13
Efficacité énergétique luminaires :
Exemple: Downlight
DOE CALIPER Programme
Snapshots (04/02014)
Luminaires LED
Efficacité énergétique
Source : DOE / Snapshot Indoor LED Luminaires, April 2014
Moyenne 57 lm/W
Maximum ~ 100 lm/W
Minimum ~ 10 lm/W
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 14
C’est quoi une lumière blanche?
Lumière dont le spectre contient
une proportion de chaque longueur
d’onde du domaine visuel.
La qualité colorimétrique des LEDs
Spectre et rendu des couleurs
Diagramme colorimétrique CIE 1931 Source: OSRAM
Courbe du corps noir
Courbe Iso CCT
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 15
Comment faire de la lumière blanche?
1. Mélanger du Rouge/Vert/Bleu (RGB)
La qualité colorimétrique des LEDs
Spectre et rendu des couleurs
Source: Toyoda Gosei Corp.
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 16
Phosphorescence
Comment faire de la lumière blanche?
2. LED bleu + Phosphore
La qualité colorimétrique des LEDs
Spectre et rendu des couleurs
Source: www.led-development.fr
‘Remote Phosphor Technology’
Source : LED magazine
Source : Philips
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 17
CCT 3000K
Le spectre de la lumière = Signature de la source
La qualité colorimétrique des LEDs
Spectre et rendu des couleurs
Source : Mesures CSTC
CCT 3000K / 4000K
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 18
Comment obtenir un bon rendu des couleurs?
La qualité colorimétrique des LEDs
Spectre et rendu des couleurs
Source: XICATO XSM Artist Series
Ra = 82
Demandez et vérifier le spectre d’émission.
Ra = 98
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 19
Quid des indicateurs de qualité de la lumière?
◘ Température de couleur corrélée (CCT)
◘ Indice de rendu des couleurs (CRI ou Ra)
La qualité colorimétrique des LEDs
Spectre et rendu des couleurs
Source: Rong-Jun Xie, Naoto Hirosaki, "White light-emitting diodes using (oxy)nitride phosphors"
Ra = 82
ATTENTION : Des LEDs avec la même valeur CCT peuvent avoir une perception visuelle différente L’indice CRI n’est qu’une valeur moyenne du rendu de 15 couleurs standards
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 20
Diagramme photométrique
◘ Exemple : Lampe LED de remplacement à culot E27
Principe et stratégies
Max 145 cd/klm Max 90 cd/klm
400 lm 400 lm
Les leds sont des sources ponctuelles directives. La répartition du flux lumineux peut varier fortement
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 21
Diagramme photométrique
Conception optique du luminaire : Dalle 60x60cm
Pour confort visuel : sources non-ponctuelles et distribution plus diffuse favorable.
Faisceau lumineux abrupte Faisceau lumineux orienté Faisceau lumineux plus diffus
45°
Angle de protection 30°
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 22
Diagramme photométrique
Conception optique du luminaire : Downlight
Les LEDs sont mieux adaptés pour l’éclairage d’accentuation que les CFL
Faisceau lumineux concentré Faisceau lumineux plus large
MAIS Intensité lumineuse dans l’axe identique
Source : Osram
Source : ZUMTOBEL
CFL
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 23
Durée de vie
Qu’est ce que la durée de vie d’une LED?
Les Luminaires à LED se dégradent progressivement .
Source : Ridi Source : Paulmann
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 24
Durée de vie
Qu’est-ce que la durée de vie d’une LED?
La bonne gestion thermique d’un luminaire est essentielle pour sa durée de vie.
Source : MechaTronix
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 25
Durée de vie
◘ Causes multiples de défaillance
Diminution « naturelle » du flux lumineux émis
(influencé par le courant transmis et la température)
Ruptures mécaniques (solidité des connections)
Défaillance de composantes électroniques (ex. driver)
Vieillissement des optiques (p. ex. jaunissement lentille)
…
Norme IEC 62722-2-1 Luminaire performance – Part 2-1:
Particular requirements for LED luminaires,
Publication prévue début 2015
Durée de vie chip LED ≠ durée de vie Luminaire LED
Nota: Les essais prescrit dans la norme sont réalisés sur 25 % de la durée de vie assignée et 6000 h au maximum et ensuite extrapolés.
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 26
Durée de vie
◘ Maintient du flux (x) = Pourcentage entre le flux lumineux à un instant donné et le flux lumineux initial
(La lampe fonctionnant dans des conditions spécifiques)
◘ Proportions de défaillance (y) = Pourcentage y d’un nombre de lampes à LED qui n’atteint pas le flux lumineux
à la durée de vie assignée
◘ Durée de vie assignée (LxFy) (unité h) = Durée pendant laquelle une population de lampe génère au moins le
pourcentage de flux lumineux x et au plus le pourcentage de défaillance y.
Exemple : L80F10 – 50.000 h
Définitions (Suivant IEC 62612 : 2013) – Lampes LED
La règlementation européenne impose un maintient de flux minimal de 80% à 6000h (Commission Regulation EC N°1194/2012 12 December 2012)
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 27
Durée de vie
Distinction entre dégradation progressive et brutale
◘ Dégradation progressive (By) Exemple : L80B50 – 50.000 h
= Après 50.000h, au moins 50% des échantillons atteignent un flux
lumineux relatif de 80% du flux initial.
Par défaut une valeur B50 est supposée
◘ Dégradation brutale (Cy) Exemple : L0C10 – 50.000 h
= Après 50.000h, 10% des échantillons ne fonctionnent plus
Valeurs métriques recommandées:
L70B10 / L80B10 / L90B10 ou L70B50 / L80B50 / L90B50 et L0C10 / L0C50
Définitions (Suivant IEC 62612 : 2013 – ANNEXE E)
Les proportions de défaillance avec le facteur F correspond à la dégradation progressive et brutale combinée!
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 28
Durée de vie
Comment comparer des données produit? ◘ LLMF : Lamp Lumen Maintenance Factor
◘ LSF : Lamp Survival Factor
Exemple : Durée de vie assignée 50.000h
Et en pratique …le facteur de maintenance (MF)
Surdimensionner mène à des consommation d’énergie plus importantes! Pour dimensionnement : Facteur de maintenance MF = LLMF x LSF x LMF x RMF Exemple: L80B10 – 50.000h : MF = 0,85 x 0,77 x 0,90 = 0,59!
Lx By LLMF LSF LLMF x LSF
L80 B10 0,85 1 0,85 -
L80 B50 0,80 0,99 0,79 +8%
L70 B10 0,74 0,99 0,73 +16%
L70 B50 0,70 0,99 0,69 +23%
Référence
Source : Trilux
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 29
La gestion de l’éclairage
◘ Contrôle en courant à privilégier pour les leds.
Typiquement courant entre 350 mA ou 1A et basse tension (2 à 10 V)
Fournit un flux lumineux constant
Généralement les LEDs branché en série
Alimentation électrique des LEDs
h Source : LEDmagazine
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 30
La gestion de l’éclairage
◘ Modulation flux (‘Dimming’) Réduction du courant ou pulsions haute fréquence de courant (PWM)
Réduction importante des consommation d’énergie
Amélioration du confort visuel
Permet d’atténuer le surdimensionnement des installations
Améliore la durée de vie de l’installation
◘ Modulation du spectre
Modulation des LEDs
Les LEDS offrent la possibilité d’adapter le spectre de la lumière Quelle spectre de lumière lors du dimming?
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 31
La gestion de l’éclairage
◘ Fonction de la présence
◘ Fonction de l’apport de lumière naturelle
Principe et stratégies
X =
kW / m2 h
kWh / m2
X X FA FD
Présence/ Absence
Eclairage naturel
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 32
La gestion de l’éclairage
Quel potentiel d’économie?
14 %
30 %
10 %
6 %
Avec dimming Avec extinction
◘ Exemple : Espaces de bureaux
Système de gestion avec allumage manuel
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 33
Recyclage
◘ Les LED sont considérés pour le recyclage comme
des composantes électroniques.
Contiennent des matériaux précieux /dangereux (?)
Source: European Lamp Companies Federation
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 34
Conclusions et recommendations
◘ Performances des produits très variable
Informez-vous et comparez!
◘ Distribution de lumière importante pour le confort visuel
Bonne conception de l’éclairage (lumière direct/indirecte)
Attention à l’éblouissement
◘ Soyez vigilant à la qualité de la lumière
Rendu des couleurs, température des couleurs,…
◘ Utiliser une gestion intelligente de l’éclairage
Choisissez le bon système pour votre application
Le bon réglage du système est essentiel (‘commissioning’)
L’éclairage bâtiments tertiaires et LEDs
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 35
Source d’information – Site web CSTC
www.cstc.be
Publications éclairage : www.cstc.be/go/publications_eclairage
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 36
Sources d’information – Site IBE/BIV
Button
LEDs, caractéristiques, avantages et inconvénients – 24/10/2014 – Page 37
Merci de votre attention
Wooden LED bulb (Designer: Ryosuke Fukusada)