Postanowiłem wymienić oświetlenie blatów w kuchni. Nie było jakiegoś konkretnego powodu by tak uczynić - chociaż... może mieliśmy trochę za mało światła i zamiast dodawać kolejne halogeny pomyślałem o LED'ach?
Do bezpośredniego oświetlania blatów mieliśmy zainstalowane:
- 4 halogeny górne
- 3 halogeny w okapie
- 4 halogeny nad blatami
Jakie są koszty użycia oświetlania halogenowego:
4 + 3 + 4 = 11
sztuk halogenów
11 x 20W = 220W
wszystkie halogeny miały po 20W, co łącznie dawało 220W
1h => 0,220kW * 0,6zł =
0,132zł/h tyle kosztowała godzina używania oświetlenia halogenowego w kuchni
Jako cenę kilowatogodziny przyjąłem wartość wyliczoną z sumy wszystkich opłat wchodzących w skład rachunku za prąd (koszt kilowatogodziny, przesyłu, itp.) - tyle realnie kosztuje mnie kilowatogodzina.
Jaki są koszty użycia oświetlenia LED:
2 + 4 + 3 + 3 + 10 + 4 = 26
zainstalowałem łącznie 26 modułów i opraw LED, czyli tyle jest punktów światła
pomiar za prostownikiem wskazał pobór prądu: 2,36A
10,14V * 2,36A = 23,93W
przyjmuje 35W tak, by uwzględnić straty na transformatorze i prostowniku, chociaż zarówno prostownik jaki transformator są zimne, wiec uwzględniłem straty z dużym zapasem
1h => 0,035kW * 0,6zł=
0,021zł/h
0,132 / 0,021 = 6,29 -
czyli oświetlenie LED zużywa 6 razy mniej energii
0,132 - 0,021 = 0,111
różnica na godzinę w kosztach oświetlenia
300zł / 0,111zł = 2702 po tylu godzinach
używania oświetlenia zwróci się koszt zakupu oświetlenia LED, który szacuje ma 300zł (moduły LED, oprawy LED, koszty przesyłki, elementy elektroniczne)
2702h / 4h (dzienne użycie) = 676 dni co daje 1.9 roku
Światło w kuchni używane jest rano i po południu, oraz wieczorem. Każda czynność wymagająca precyzji jak krojenie czy zmywanie wymaga włączenia oświetlenia. Światło w kuchni generalnie wyłącza się po paru godzinach pracy. Dlatego przyjęte tu 4 godziny dziennie są rozsądną wartością, może lekko zaniżoną.
Zastosowane diody mają żywotność określoną na 50 000 godzin. Po tym czasie ich strumień świetlny zmniejszy się o 30%.
50 000 godzin / 4 godziny dziennie = 12 500 dni = 34 lata
Powinny minąć 34 lata, gdy diody będą nadawać się do wymiany.
Spadek strumienia świetlnego kształtuje sie na poziomie 2% na każde 3 000 godzin:
3 000 godzin / 4 godziny dziennie = 750 dni = 2 lata
Co 2 lata zmaleje jasność oświetlenia o 2%.
Warto dodać, że oświetlenie LED, które wykonałem, daje dużo więcej światła niż byłe oświetlenie halogenowe. Można było, oczywiści, dołożyć więcej halogenów, ale teraz mamy naprawdę tak jasno jak chcieliśmy i do tego ekologicznie :-)
Oświetlenie blatów jest zainstalowane głównie pod szafkami wiszącymi, które mają listwę maskująca na obrzeżach. Dzięki temu nie widać źródeł światła. Oświetlenie górne blatów zmodyfikowałem wstawiając zamiast żarówek halogenowych moduły LED, tak samo jak w oprawach okapu. Jest estetycznie, a modyfikacje nie rzucają się w oczy.
Nie użyłem elementów power LED, ze względu na ograniczoną wysokość miejsca montażu oświetlenia/ Diody o dużej mocy wymagają potężnych radiatorów, a takich w tym miejscu nie zamontuję. Do tego ogrzane powietrze gromadziło by się pod szafkami. Powstał by też problem z tym, że uzyskał bym punktowe źródła światłą, a chciałem mieć blaty oświetlone równomiernie. Duża ilość źródeł światła uodparnia również instalację na awarię.
Wnioski po kilku miesiącach:
Nowe oświetlenie jest super! Awarii uległ tylko jeden moduł LED, który naprawiłem:
Update 2014.11.06: Zepsuły się jeszcze dwie diody (po jednej sztuce w dwóch szeregach) - czyli nie świeciło się łącznie 6 diod. Przy łącznej ilości LED'ów wynoszącej 312 sztuk (26 modułów po 12 diod) ta awaria nie ma wpływu na oświetlenie. O to mi chodziło. Naprawiłem jak miałem czas i chęć, a nie dlatego, że nie ma światła... To oświetlenie jest odporne na niektóre awarie, a przed innymi jest chronione wielopoziomowymi zabezpieczeniami. Naprawę przeprowadziłem analogicznie do powyżej opisanej, co zajęło około 10 minut.
***
Opiszę teraz kolejne etapy budowania oświetlania LED w kuchni.
Wydawało mi się, że nie ma prostszej rzeczy do wykonania i... pomyliłem się. Choć tylko trochę. Budowa oświetlenia podwodnego rożni się od budowy oświetlenia w kuchni - występują różne cele.Teraz jak wiem ja to należy wykonać w pomieszczeniu jest to prosta czynność, ale musiałem najpierw zdobyć doświadczenie.
Wykorzystałem istniejące oprawy LED i ich okablowanie. Oczywiście przeprowadziłem najpierw oznaczenie kabli i standaryzację polaryzacji w oprawach. Dzięki temu z gotowych modułów wlutowałem prostowniki, które przy zasilaniu napięciem stałym były zbędne i do tego pracowała by w nich tylko połowa diod prostowniczych. W miejsca po mostkach Gretza zastosowałem zwory z drutu.
Wlutowanie mostków Gretza skutkuje jeszcze nie wydzielaniem przez nie ciepła na płytkę, czyli nie podgrzewają dodatkowo LED'ów.
Z opraw wymontowałem odbłyśniki, które były zbędne, a ograniczały miejsce i przepływ powietrza w oprawie. Modułów nie opłacało się wykonywać własnoręcznie. Laminat aluminiowy, LED'y 5730 połączone po trzy szeregowo (czyli mamy cztery rezystory, a każdy zasila trzy LED'y - prawidłowy układ ograniczenia prądu dla diod), korzystna cena - czego chcieć więcej?
Moduły z diodami 5730.
Oprócz opraw po halogenach z modułami LED wykorzystałem powyższe oprawy z LED'ami.
Prąd diod ograniczać będą więc rezystory zamontowane na kupionych elementach.
Wersja I
Niewiele myśląc (ze wstydem przyznaję), wykonam zasilacz stabilizowany, a jakże, na stabilizatorach liniowych. Ze względu na pobór prądu zasilacz wykonałem jako trójdrożny, rozkładając obciążenie po prawie 1A na każdy ze stabilizatorów. Zastosowany radiator pozwalał przy stosowanych napięciach na obciążenie do 1.5A.
Wybór stabilizatorów liniowych był celowy. Przetwornice prądu w roli zasilaczy sprawdzają sie doskonale, jednak moja praktyka wskazuje, że są bardziej podatne na awarie od stabilizatorów liniowych.
Przetwornice naprawiam ciągle, a uszkodzony stabilizator liniowy zdarza mi się naprawiać bardzo rzadko. W kuchni nie chcę mieć problemów z oświetleniem.
Dlatego jednym z priorytetów było stworzenie takiej konstrukcji, by była jak najmniej awaryjna. Rozłożenie obciążenia pomiędzy trzema stabilizatorami miało na celu również zwiększenie niezawodności; 2/3 oświetlenia powinno działać jeśli zawiedzie pojedynczy stabilizator.
Do kompletu trzy bezpieczniki zabezpieczające zasilanie stabilizatoróbw.
Wykorzystałem transformator, który zasilał część halogenów (konkretnie cztery):
Pomimo zmniejszenia pobieranej mocy pozostawiłem ten sam transformator, ponieważ przy tej różnicy w pobieranej mocy transformator nie był przewymiarowany tak, by miało to wpływ na straty. Transformatory generalnie pobierają tyle energii, ile odbiera się od nich po stronie wtórnej. Należało też uwzględnić charakterystykę poboru prądu, gdy za prostownikiem umieszczona jest duża pojemność. Miernik podłączony pomiędzy transformatorem a prostownikiem daje następujące wskazania (zakres 20A , AC):
Widoczne są trzy wartości, ponieważ podzieliłem wtedy oświetlenie tak, że można włączać rożne sekcje LED'ów. Pełną moc daje światło o takim natężeniu, że rzadko z niego korzystamy. Około 3A rozpraszane jest na prostownikach i stabilizatorach.
Obecnie oświetlenie podzieliłem na cztery sekcje:
1) Oświetlenie włączane zawsze standardowym, ściennym, przełącznikiem przy wejściu do kuchni. To jest główny włącznik podający zasilanie na transformator. W ten sposób włączane jest oświetlenie nad częścią blatów, gdzie przygotowuje się najczęściej posiłki.
2) Kolejnym włącznikiem usytuowanym już pod szafkami można włączyć oświetlenie części blatów z której korzystamy najrzadziej.
3) Następny włącznik obsługuje górne oprawy i wykorzystujemy to często.
4) Osobny włącznik zasila oświetlenie w okapie, co jest przydatne gdy się gotuje.
Niestety, transformator podawał za niskie napięcie do poprawnej pracy stabilizatorów. Nie sprawdziłem tego wcześniej. Stabilizatory się grzały, a napięcia nie stabilizowały. Zakładałem, że mniej obciążony transformator poda wyższe napięcie. Mogłem się domyśleć, że ponieważ żarówki halogenowe nie przepalały się, to transformator nie podaje za wysokiego napięcia, jak to się nie raz zdarza.
Zresztą ta opcja zasilania LED'ów była bez sensu. LED'y nie potrzebują stabilizowanego napięcia tylko ograniczenia prądu, który je zasila. Celowo napisałem ograniczony prąd, a nie stabilizowany.
Ponieważ jedyną dopuszczalną formą łączenia LED'ów jest ich zasilanie pojedyncze lub szeregowe, w żadnym przypadku równoległe, to ograniczeniem prądu były rezystory zamontowane w oprawach. Wystarczy wiec dostarczyć napięcie o takiej wartości, by nie przekroczyć mocy LED'ów.
Dlaczego łączenie równoległe LED nie jest akceptowalne przeze mnie? Ponieważ w krótkim czasie spowoduje spalenie modułów lub żarówek LED. Dlatego zwracałem taką uwagę na kupowane moduły i lampy LED - jak diody są połączone wewnętrznie.
Wersja II
Ponieważ napięcie podawane przez transformator pod obciążeniem nie wymagało większej korekty to tym razem wykonałem układ z prostownikiem i kondensatorami. Oczywiście bezpiecznik na zasilaniu jest!
Użyłem kondensatów o łącznej pojemności około 7000uF. Zebrałem takie, które tylko zajmowały miejsce. Zamiast jednego kondensatora low ESR zamontowałem kilka kondensatorów, w tym celowo kilka o małej pojemności.
Napięcie dokładnie dopasowałem odwijając uzwojenie wtórne z transformatora.
Wadą tej wersji były zastosowane diody prostownicze. Wieczorem, gdy wykonywałem układ, nie miałem innych diod niż chińskie określane na 3A... i żadnego mostka Gretza o dużej wydajności. Dlatego połączyłem po dwie diody równolegle. Oczywiście obciążenie tak połączonych diod nie rozkłada się idealne, ale do czasu kupienia prostownika o większej mocy wystarczyło.
Zmodyfikowałem ten układ, gdy kupiłem mostek Gretza o dużej wydajności. Musiałem go jednak podłączyć do radiatora, ze względu na wydzielane ciepło.
Wersja III
Tym razem mostek prostowniczy wykonałem na diodach Schottkiego. Diody dobrałem pod duże napięcie, tak by nie uległy przebiciu przy przepięciach. Umieściłem ja na radiatorze, ale są chłodne, prawie zimne.
Kupując elementy elektroniczne nie mogłem otrzymać warystora do umieszczenia po stronie wtórnej, więc zainstalowałem diodę Zenera dużej mocy (5A) z dobranym rezystorem zapobiegającym jej ewentualnemu zniszczeniu. Zainstalowanie rezystora spowodowało, że dioda może pracować ciągle i wielokrotnie - jeżeli zadziała to spowoduje przepalenie bezpiecznika (więc rezystor się nie będzie przegrzewać). Diodę zainstalowałem za mostkiem prostowniczym, przy kondensatorach.
Dopiero później dodałem warystor (przy stronie wtórnej transformatora), ale diody Zenera nie usuwałem :-) Dioda Zenera zadziała przy 24V (z ograniczeniem prądu), a jeżeli napięcie wzrośnie powyżej 30V AC zadziała warystor - choć ewentualne piki pochodzące od transformatora pierwszy zniweluje warystor.
Transformator po ustaleniu potrzebnego napięcia:
Napięcie przy minimalnym obciążeniu:
Napięcie przy pełnym obciążeniu.
Napięcie ustaliłem tak, by moc wydzielana na LED'ach była niższa od ich mocy nominalnej.
Lepiej jest dodać jeden lub dwa punkty światła niż przegrzać diody.
Zmierzyłem moc pobieraną przy włączaniu kolejnych obwodów światła. Pomiar napięcia DC dokonany za układem prostowniczym i filtrującym.
***
Jak widać oświetlenie pobiera:
- od 1,17A przy 10,58V => 12,4W
- do 2,36 przy 10,14V => 23,9W
Nominalny (wg. not katalogowy LED'ów) pobór prądu przez wszystkie LED'y mógł by wynieść 3,3A (nominalny, nie maksymalny).
Tak więc pobór prądu o wielkości 2,36A stanowi 71% katalogowego prądu LED'ów.
11 modułów pierwszego typu * 0,15A natężenia nominalnego =1,65A
15 modułów drugiego typu * 0,11A natężenia nominalnego = 1,65A
26 modułów łącznie = 3,3A
Oczywiście nie każdy moduł pobiera dokładnie o 71% prądu mniej. Występują różnice pomiędzy diodami, rezystorami, ale zmniejszone napięcie zasilania dotyczy wszystkich modułów, więc każdy z nich pobiera mniejszą moc (od mocy nominalnej).
Zmniejszenie napięcia skutkuje zmniejszeniem natężenia prądu, a co za tym idzie wydzielanej mocy na LED'ach, przez co świecą odrobinę słabiej, ale mniej się grzeją i będą działać dłużej i bardziej niezawodnie :-)
Zasilam moduły napięciem nie większym niż 10,6V. Jest to napięcie średnie, występujące wtedy gdy napięcie skuteczne sieci elektrycznej wynosi 230V. Rzadko napięcie dostarczane do domu dochodzi do 232V. Trzeba pamiętać, że napięcie zasilające LED'y po "przejściu" prądu przez transformator, mostek i kondensatory ma wartość 21,7 razy mniejszą od napięcia zasilajacego. Oznacza to, że wzrost napięcia o 2V w sieci elektrycznej spowoduje wzrost napięcia zasilającego LED'y o 0,09V. Analogicznie minimalne napięcie, które występuje u mnie (223V, czyli minus 7V w stosunku do 230V) zmniejszy napięcie zasilające o LED'y o 0,32V.
230V / 10,6V = 21,7
(sam transformator ma przekładnię 25,38:1)
2V / 21,7 = 0,09V
7V /21,7 = 0,32V
Ponieważ w instalacji elektrycznej mam zainstalowany przekaźnik napięciowy:
Napięcie skuteczne w sieci elektrycznej nie przekroczy 245V.
245V - 230V = 15V
15V / 21,7 = 0,69V
Czyli wzrost napięcia zasilajacego diody nie przekroczy 0,69V (przekaźnik napięciowy ma czas zadziałania wynoszący około 200ms).
Kolejnym zabezpieczeniem są jeszcze warystory. Po stronie pierwotnej transformatora zainstalowany jest warystor ograniczający napięcie skuteczne do 275V (przypominam o zabezpieczeniu w postaci przekaźnika napięciowego).
275V - 230V = 45V
45V / 21,7 = 2,07V
Jeśli do średniego napięcia zasilajacego wynoszącego 10,6V dodamy nawet 2,07V otrzymamy 12,67V, a to jest praktycznie napięcie katalogowe, którym te moduły LED mogą być zasilane.
Nota katalogowa LED'ów przewiduje napięcie przewodzenia dla pojedynczej diody od 2,8V do 3,2V. W modułach diody połączone są szeregowo po 3, co daje napięcie przewodzenia od 8,4 do 9,6. Oznacza to, że średnie napięcie zasilające LED'y jest minimalnie większe od napięcia potrzebnego do zadziałania LED'ów.
Krótkotrwałe piki napięcia (mikro przepięcia) też nie są niebezpieczne. Po stronie pierwotnej transformatora jest warystor(275V AC) i gasik(100om/100nF). Warystor ten tworzy zabezpieczenie klasy "D", a komplementarne zabezpieczenia "B" i "C" znajdują się w skrzynkach elektrycznych.
Po stronie wtórnej transformatora kondensator 100nF tworzy z uzwojeniem transformatora filtr dolnoprzepustowy. Do tego przy prostowniku (od strony transformatora) znajduje sie drugi warystor (30V AC), a za prostownikiem dioda Zenera (24V) i bateria kondensatorów (zarówno o pojemności liczonej w tysiącach uF jak i w setkach nF).
Tak więc zmiany w napięciu zasilającym nie wpłyną znacząco prąd zasilający LED'y. Ten prąd nie wzrośnie tak, by zniszczyć LED'y. Nawet nie zbliży się do prądu nominalnego LED'ów.
Tak więc nie potrzeba stabilizacji napięcia. Można by się pokusić o filtr tętnień (nie stabilizator) wykonany na tranzystorze, ale jak pokazałem powyżej nie ma potrzeby komplikować instalacji.
Warto zobaczyć jakie napięcie potrafi wytrzymać standardowa dioda świecąca:
***
Przy uzwojeniu pierwotnym zainstalowałem bezpiecznik, warystor i gasik w postaci dwójnika RC. Podłączenie energooszczędnego oświetlenia pod wyłącznik nadmiarowo-prądowy standardowo stosowany w domu może spowodować jego niezadziałanie, lub za późne zadziałanie. Poniższą płytkę umieściłem w małej obudowie elektrycznej przeznaczonej na dwa moduły, np. S-ki. Dzięki temu wiem, że obudowa posiada odpowiednie atesty, czyli nie obawiam się np.: uszkodzenia warystora wewnątrz tej obudowy.
Zastosowałem bezpiecznik 1A (mniejsze transformator toroidalny przepalał), a ten obwód oświetlenia jest zabezpieczony w skrzynce elektrycznej wyłącznikiem nadmiarowo-prądowym B6:
Podsumowując:
1) Napięcie ustaliłem odwijając uzwojenie wtórne transformatora.
2) Prąd diod świecących ograniczony jest przez rezystory w oprawach i modułach.
3) Starannie dobrałem moduły i oprawy LED, co opisałem dokładnie powyżej.
4) Straty na prostowniku wyeliminowałem wykonując mostek Gretza z diod Schottkiego.
5) Przepięcia ograniczyłem stosując:
- Gasik przy zasilaniu transformatora.
- Warystor przy zasilaniu transformatora.
- Warystor przy wyjściu transformatora.
- Diodę Zenera (z ograniczeniem prądu) przy kondensatorach.
Układ miał być jak najbardziej niezawodny co implikuje jego prostotę. Nie ma niepotrzebnego LED'om stabilizatora napięcia. Nie ma ściemniacza, sterowania PWM, są za to wyłączniki mechaniczne (pozostałe po oświetleniu halogenowym), a obwód jest podzielony na sekcje. Zasilanie jest zrealizowane na transformatorze, a nie na zasilaczu impulsowym.
Zastosowałem LED'y o kolorze zimnym i ciepłym, dzięki czemu uzyskaliśmy bardzo naturalną i przyjemną barwę światła. Kolory papryki zielonej, czerwonej, pomidora, ogórka, oliwek, mięsa, masła wyglądają naturalnie. Szkoda, że nie zmierzyłem natężenia światła przed demontażem halogenów. Teraz oceniamy, że mamy co najmniej dwa razy jaśniej (zmierzyłem od 800lx do 1300lx w najjaśniejszych miejscach).
Zasilanie LED tylko mostkiem Gretza wystarcza, by światło nie "migało" - częstotliwość pulsowania światła wyniosła by 100Hz.
Zainstalowane kondensatory oczywiście poprawiają jeszcze jakość oświetlenia, zmniejszając tętnienia. Jak przyślą przenośny oscyloskop to zamieszczę oscylogram. Zainstalowane kondensatory (przy tym poborze prądu) nie wygładzą zupełnie tętnień, ale za to mam małą impulsowa charakterystykę ładowania kondensatorów, obciążenie transformatora i mostka prostowniczego.
Moduły zamontowane są pod szafkami i osłonięte listwą meblową są niewidoczne.
***
Uaktualnienie: 2014.09.05
Sprawdziłem oscyloskopem tętnienia napięcia zasilającego LED'y. Okazały się zadziwiająco duże. Nie ma to większego znaczenia, ponieważ przy około 11V napięcia zasilajacego tętnienia zmierzyłem na poziomie 10%. Do tego po mostku Graetza tętnienia mają 100Hz, więc są nierejestrowane przez ludzkie oko. Skoro jednak już zabrałem się za ten temat to dołożyłem pięć kondensatorów po 2200uF (nie miałem jednego dużego na potrzebne napięcie). Do zamontowanych 7000uF dodałem więc jeszcze 11000uF. Zainstalowana pojemność jest znacznie większa, niż wynika to z zasady użycia 3-4uF na każdy 1mA.
Dołożyłem też kondensator 100nF zaraz przy zasilaniu diod prostowniczych (od strony wtórnej transformatora).
Przed zmianami:
Oscylogram wykonany przed zmianami. Minimalna moc oświetlenia.
Oscylogram wykonany przed zmianami. Prawie maksymalna moc oświetlenia.
Po zmianach:
Oscylogram wykonany po zmianach. Minimalna.moc oświetlenia.
Oscylogram wykonany po zmianach. Prawie maksymalna moc oświetlenia.
Tętnienia przed zmianami: moc LED min.: 0.6V
Tętnienia po zmianach: moc LED min.: 0.4V
Tętnienia przed zmianami: moc LED max.:1.0V
Tętnienia po zmianach: moc LED max. 0.7V
Oscylogram napięcia po stronie wtórnej transformatora. Widać spadek napięcia wynikający z krótkotrwałego poboru mocy z transformatora, gdy występuje duża pojemność za prostownikiem.
Oscylogram napięcia po stronie pierwotnej transformatora - włączenie zasilania.
Oscylogram napięcia po stronie pierwotnej transformatora - włączenie zasilania.
W wolnej chwili wykonam jeszcze:
- Szczegółowy oscylogram napięcia i prądu przy włączeniu zasilania (po stronie pierwotnej).
- Oscylogram prądu przed prostownikiem.
- Oscylogram prądu za prostownikiem.
***
Uaktualnienie: 2014.09.22
Dołożyłem jeszcze trzy kondensatory 3300uF lowESR i dławik 140uH/4A. Obecnie zainstalowane jest 9900uF + 18000uF = 28800uF, co daje praktycznie 10 000uF na każdy pobierany amper. Zainstalowałem w kolejności za prostownikiem: 9900uF, dławik, 18000uF (układ π).
Oscylogramy napięcia zasilajacego LED'y wyglądają teraz tak (pełny pobór prądu):
Napięcie zasilające LED, 5ms/podziałkę.
Napięcie zasilające LED, 2.5ms/podziałkę. Tętnienia 450mV.
Włączenie oświetlenia, pomiar "za kondensatorami". Start nie zaczyna się od 0V, ponieważ napięcie po wyłączeniu zasilania jest podtrzymywane przez pojemność kondensatorów - po wyłączeniu zasilania napięcie zmniejsza się do wartości, przy której przestają pracować (przewodzić) trzy połączone szeregowo LED (od 8,4V do 9,6V), a następnie jest zmniejszane przez upływność kondensatorów.
Moment włączenia oświetlenia (500mv i 25ms na podziałkę).
Moment włączenia oświetlenia (500mv i 5ms na podziałkę).
Wyłączenie zasilania (25ms/podziałkę).
Wyłączenie zasilania (500ms/podziałkę).
***
Dla porównania oscylogram napięcia dostarczanego przez
zasilacz elektroniczny do trzech żarówek halogenowych (każda o mocy 20W).
Jak widać napięcie p-p wynosi... 80V (RMS 20V).
Kolejne szczegóły przebiegu: podstawa czasu 2.5ms/podziałkę.
Podstawa czasu 25us/podziałkę.
***
Uaktualnienie: 2024.09.28
Informacja za wp.pl:
Kraków wymieni w ciągu roku około 4400 lamp ulicznych na modele LED (6.5% lamp w mieście).
Prezydent Krakowa Jacek Majchrowski podpisał umowę z warszawską firmą FB Serwis o wartości 31,9 mln zł (w 45 proc. dofinansowana ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej - czyli inwestycja w 100% z publicznych pieniędzy). Zakończenie inwestycji zapowiedziano na 30 września 2015 r.
Według dyrektora Zarządu Infrastruktury Komunalnej i Transportu w Krakowie Jerzego Marcinko nowe lampy będą zużywać od 60 do 70 proc. mniej energii, co przełoży się na mniejsze rachunki za oświetlenie miasta. Oszczędności mają wynieść około 700 000 zł w skali roku. Obecnie Kraków płaci za oświetlenie około 22 mln zł rocznie.
Władze miasta szacują, że zwrot inwestycji dla operatora miejskiego oświetlenia nastąpi w ciągu 14-18 lat.
Podaję tą informację jako przykład, że trzeba uważać, by wymiana oświetlenia na LED była opłacalna.
32 000 000 / 700 000 = 45,7 (lat)
Więc jak ta inwestycja może sie zwrócić w ciągu 14-18 lat? Jaka jest trwałość takich lamp? Na jak długo udzielono im gwarancji? Kiedy ta inwestycja zacznie przynosić zyski?
By jednak dogłębnie ocenić powyższe dane brakuje informacji jaki byłby koszt wymiany tego oświetlania na tradycyjne lampy, ponieważ jak rozumiem wymianie podlegają te lampy, które i tak musiały by być wymienione. Warto też porównać przewidywany koszt napraw oświetlenia tradycyjnego i LED w kolejnych latach.
***
Uaktualnienie: 2014.10.02
Wyniki dalszych pomiarów:
Rezystancja uzwojenia pierwotnego transformator toroidalnego mierzona prądem DC.
Rezystancja równoległa uzwojenia pierwotnego transformator toroidalnego mierzona prądem AC 100Hz.
Rezystancja szeregowa uzwojenia pierwotnego transformator toroidalnego mierzona prądem AC 100Hz.
Jeden z ważniejszych pomiarów, jakim jest zużycie prądu. Pomiar na wejściu 230V instalacji oświetlenia LED, przed bezpiecznikiem i gasikiem.
Napięcie sieci elektrycznej.
Z dwudziestu sześciu modułów LED włączonych jest dwadzieścia trzy (zapomniałem włączyć obwód z trzema oprawami) i moc pozorna wynosi 33,4VA.
0,1454 * 229,75 = 33,4VA
By poznać moc czynną zużywaną przez oświetlenie potrzebny jest współczynnik mocy(power factor), który jest miarą wykorzystania energii. Moc czynna jest to rzeczywista ilość energii zużywanej przez odbiornik. Współczynnik mocy oznaczamy cos phi (cosφ). W umowie z zakładem energetycznym (zawieranej przez firmy) podawana jest wartość tgφ, która najczęściej zawiera się w przedziale od 0,2 do 0,4. Odpowiada to wartością cos phi od 0,98 do 0,93. Przekroczenie tgφ0=0,4 powoduje wzrost opłat za moc bierną.
Dodatkowa opłata za moc bierną obecnie dotyczy firm, ale czy po wymianie liczników energii elektrycznej w 16 milionach gospodarstw domowych (na nowe, elektroniczne) opłata nie zostanie wprowadzona dla wszystkich odbiorców? Do 2020 roku rząd zakłada wymianę 100% liczników (unia rekomendowała 80%), więc już niedługo się przekonamy. Koszt wymiany liczników wynosie około 8 miliardów zł, a ich legalizacja będzie ważna 8 lat, a nie 15, jak dotychczas. Wprowadzenie tego systemu będzie kosztować każdego z 38 000 000 mieszkańców (od niemowlaka zaczynając...) ponad 200zł. Realnie dla odbiory licznik będzie kosztować ponad 400zł. Podobno taki licznik pozwoli mi zaoszczędzić nawet 6% energii, poprzez udostępnienie możliwości kontrolowania zużycia energii. Czy to oznacza że mój rachunek będzie niższy o 10zł? Wątpię, najpierw będzie trzeba spłacić w rachunku nowy licznik... a zresztą ja znam zużycie energii przez w naszym domu (zobacz poniżej licznik OWL).
Ciekawe, że prawo nie nakazuje montażu komputerów w samochodach wskazujących chwilowe zużycie paliwa - oczywiście lokalizowanych przy każdym przeglądzie..., a może wszystko jeszcze przed nami?
Czy takie liczniki nie powinny być obowiązkowym wyposażeniem samochodów elektrycznych? :-D
Nowe, inteligentne liczniki energii elektrycznej
Powyżej widoczne są wyniki pomiaru wykonane prostym miernikiem mocy. Bardziej ufam pomiarom Metrahit 28S, który był tylko 120 razy droższym urządzeniem..., ale potwierdzenie wyników zawsze jest mile widziane. Oczywiście przyjmuje, że zmierzona wartość 34,4VA za pomocą multimetru Metrahit jest bardziej realna. Mam jednak zmierzoną wielkość cos phi, a jej wartość potwierdzą oscylogramy zamieszczone poniżej.
Jeszcze pomiar bezprzewodowym licznikiem energii. Dzięki temu skontrolowałem poprawność pomiarów dokonywanych przez licznik OWL:
Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)
Po lewej stronie oświetlenie LED wyłączone, a po prawej stronie wskazanie przy oświetleniu LED włączonym. Różnica, czyli wskazany pobór mocy przez oświetlenie LED w kuchni wynosi 32W.
Oświetlenie pobiera maksymalnie 23,9W mierzone po stronie DC przed LED'ami. Pomiar po stronie pierwotnej wskazał 34,4VA, co przy zmierzonym współczynniku mocy daje wynik 34,4W.
Tak więc straty na transformatorze i prostowniku mają wielkość około 10W. Oznacza to, że zasilanie LED'ów odbywa się ze sprawnością około 70% i to bez użycia zawodnych przetwornic. Zasilacze małej mocy w układzie przetwornicy najczęściej nie posiadają układów biernych, lub czynnych, kompensujących współczynnik mocy, a do tego stanowią też źródło zakłóceń. Podawana w notach katalogowych sprawność dochodząca do 95% jest możliwa tylko w ściśle określonych warunkach i jest nie do uzyskania w układach rzeczywistych. Ja w super prostym, łatwym do naprawy układzie uzyskałem zmierzoną i potwierdzoną sprawność układu zasilania. Zastanówmy się co bym zyskał stosując przetwornicę o sprawności:
a) 80% -> moc po stronie pierwotnej 31W; zysk 3W
b) 90% -> moc po stronie pierwotnej 28W; zysk 6W
c) 95% -> moc po stronie pierwotnej 26W; zysk 8W
Zyskał bym kilka watów mocno komplikując układ, i to przy założeniu, że przetwornica w danych warunkach
faktycznie ma sprawność większą o mojego rozwiązania.
Niebieski wykres przedstawia pobieraną moc, a czerwony reprezentuje napięcie 230V. Widać, że choć pobór prądu jest pulsacyjny, to jednak zgodny z przebiegiem napięcia. Z indukcyjnością transformatora współgra tu pojemność kondensatora w układzie gasika.
Nałożone przebiegi prądu i napięcia 230V. Pulsacyjny pobór prądu wynika z użycia kondensatorów za prostownikiem.
Wyniki pomiarów automatycznych.
Wyniki pomiarów automatycznych.
Pomiary kursorami. Przy 50Hz jeden okres trwa 20ms, a z oscylogramu wynika, że pobór prądu następuje dwa razy w jednym okresie, łącznie przez 7,2ms (3,6ms+3,6ms). Oznacza to, że prąd jest pobierany pulsacyjne przez mniej niż 36% czasu .Dlaczego napisałem "mniej"? - ponieważ kursory ustawiłem tuż przy podstawie zboczy sygnału. Pomimo ich stromości można przyjąć, że od wyniki 7,2ms można odjąć 2ms, a wtedy pobór prądu występuje przez 26% okresu. Dlatego też transformator 80VA jest właściwy w tym układzie.
Pomiar prądu wykonałem mierząc napięcie na rezystorze wzorcowym 1Ω. Możemy w przybliżeniu określić pobór prądu w szczycie na poziomie 0,316A. Pomiar miernikiem RMS (do 100kHz) wskazał pobór prądu o wielkości 0,1454A. Pomiar oscyloskopem wskazał Vrms 152mV - zostaję przy pomiarze multimetrem, ponieważ ma większą dokładność. Ponieważ pomiar kursorami długości trwania pulsu wykonałem u podstawy tego przebiegu, a pomiar napięcia w najwyższym punkcie przebiegu, to uważam pomiary zbieżne i potwierdzone przez dwa przyrządy.
Wyniki pomiarów automatycznych kanału mierzącego napięcie.
***
Uwaga: należy unikać używania zwrotu "dioda LED", ponieważ LED jest skrótem od: light-emitting diode (ang.). Pisząc "dioda LED" piszemy "dioda dioda świecąca".
***
Update: 2015.02.28
Create: 2014.06.09
