Η εφαρμογή των LED στον φωτισμό δρόμων και οι προοπτικές εξοικονόμησης ενέργειας

Abstract

Η παρούσα εργασία αφορά την μελέτη της προοπτικής εξοικονόμησης ενέργειας με χρήση νέας τεχνολογίας φωτιστικών φωτοεκπεμπουσών διόδων ή κοινώς LED. Η τεχνολογία στερεάς κατάστασης φωτισμού SSL ανοίγει νέους ορίζοντες και προοπτικές στον φωτισμό αυτοκινητόδρομων και αστικών δρόμων. Η μελέτη μας αρχίζει με την εισαγωγή σε βασικές έννοιες φωτισμού, καθώς και με την ανάλυση των υπαρχουσών τεχνολογιών λαμπτήρων που χρησιμοποιούνται στον οδοφωτισμό. Στην συνέχεια παρουσιάζουμε με λεπτομέρεια όλες τις πτυχές της τεχνολογίας των φωτιστικών LED ως ημιαγωγοί . Δίνουμε μεγάλη έμφαση στην διαχείριση της παραγόμενης θερμότητας από τα LED, παρουσιάζοντας τις επιπτώσεις της στην διάρκεια ζωής αλλά και στην απόδοση του κυκλώματος. Στην συνέχεια παρουσιάζουμε τα στοιχεία που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη, ώστε μια μελέτη φωτισμού δρόμου να θεωρείται ενεργειακά αποδοτική, οπτικά κατάλληλη και περιβαλλοντικά φιλική (ανάλυση φαινομένου φωτορύπανσης). Επιπρόσθετα δίνουμε μεγάλη έμφαση στην σημασία της επιλογής της κατάλληλης εκπομπής ακτινοβολίας ή αλλιώς θερμοκρασία χρώματος (ανάλυση μεσοπικής φωτομετρίας). Το φάσμα εκπομπής ακτινοβολίας της φωτεινής πηγής έχει συνδεθεί με αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία και κυρίως, στην καταστολή της παραγωγής και έκκρισης της ουσίας μελατονίνης. Συνεχίζοντας, με βάση το ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ 13201 επιλέξαμε τέσσερις συχνές για τα ελληνικά δεδομένα κατηγορίες φωτισμού και με βάση τις παραμέτρους τους, καθορίσαμε τυπικές γεωμετρίες δρόμου για την κάθε μια. Έχοντας ως βάση αυτές τις διαστάσεις, διενεργήσαμε προσομοιώσεις σε μια σειρά από παραλλαγές των τυπικών δρόμων και συντάξαμε τους χάρτες αποτελεσμάτων ικανότητας των φωτιστικών LED. Ως επέκταση υπολογίσαμε και το ποσοστό της εξοικονομούμενης ενέργειας σε κάθε κατηγορία φωτισμού για τις περιπτώσεις των τυπικών δρόμων. Τέλος σχολιάζουμε και συνοψίζουμε τα αποτελέσματα μας, δίνοντας παράλληλα ερεθίσματα για προέκταση της υπάρχουσας ανάλυσης.

The purpose of the current thesis is to examine the potentials of energy savings in road lighting, with the implementation of the all new LED technology. The Solid State Lighting technology opens up and widens new horizons in the way we perceive lighting technology. Our study begins with an introduction to illumination fundamentals and with the analysis of the current road-way lighting technologies. Next we fully analyze the LED lighting technology covering all of its aspects. We stress as of extreme importance the heat dissipation management issue of the LED, underlining the setbacks that can be induced in LEDs’ lifetime and efficacy. Moreover, we present the necessary data and variables that should be considered when designing a new roadway/street lighting project. A street lighting project in order to be successful needs to be energy efficient, optically appropriate and eco-friendly. Extra attention has been given upon the light pollution phenomenon and we proposed ways of management. In advance, we underlined the importance of the Correlated Color Temperature, which describes the spectral power distribution of the irradiant. The higher the CCT is, the more the implications are, concerning health issues, and specifically melatonin suppression. Furthermore, according to EU EN 13201, we chose four different lighting categories, which are quite often in the Greek territory. Based on their lighting requirements we created four different road geometries, which posed as typical roads. Based on them, we conducted several computer based simulations in a range of altered typical streets, and created the result maps of LED performance. In addition we calculated the potential energy savings ratio for each lighting category, in terms of its typical street geometry. Finally we discussed and commented on our results as well as giving hints for future research