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TRANSCRIPT
CIEN – 02 juin
L’électronique dans les systèmes d’éclairage
La révolution en cours
Bernard Duval – Délégué Général
Les LED et l’électronique la révolution en marche
• Eclairage et développement durable
• Normalisation et réglementation en éclairage
• Enjeux énergétiques dans le bâtiment
• Normalisation Led : sécurité et performances
• Directives européennes en éclairage
• Enjeux technologiques des Led
• Eclairagisme
• Performances environnementales
• Conclusions
Développement durable et qualité de l’éclairage
Besoins humains. Visibilité. Performance. Confort. Santé, Sécurité. Bien être. Ambiance. Qualité esthétique. Communication
Architecture. Environnement. Forme. Composition. Style. Design
Economie. Coûts initiaux. Coûts exploitation. Législation. Normes. Energie
QUALITE
Bénéfices « santé » d’un bon éclairage !
• Amélioration de la performance visuelle et confort
• Réduction fatigue visuelle, douleurs oculaires, maux de tête
• Amélioration du niveau de vigilance pour réduire l’insécurité,
faciliter les déplacements, réduire les accidents
• Corriger les attitudes posturales (TMS)
• Qualifier l’environnement, les ambiances, le bien-être, faciliter les
relations sociales
• Augmenter le potentiel santé des personnes jeunes et âgées
• Améliorer les conditions de vie et du bénéfice santé pour les
personnes handicapés
• Action positive sur le rythme circadiens (sécrétion mélatonine)
Besoins en normes !
Des normes pour des consommateurs en demande de confiance • Substitution de lampes à incandescence et fluocompactes
• Qualité de lumière
• Performances environnementales : énergie, fin de vie
Des normes pour les pouvoirs publics
• Protéger les consommateurs et assurer une libre circulation
des produits
• Répondre aux exigences énergétiques
Besoins en normes !
Des normes pour les professionnels de l’éclairage
• Fiabilité et sincérité des données techniques
• Normalisation des composants : alimentation, protocole
de communication et connectique
• Promouvoir les meilleures technologies
• Protéger leurs produits contre les produits non-conformes
et présentant des risques de sécurité
Structure de la normalisation Norme d’éclairage intérieur des lieux de travail
• 260 types de locaux : tertiaire, écoles, commerces, industrie, santéTrois critères principaux d’éclairage
E - Performance
UGR - Confort IRC - Qualité
• E - Eclairement moyen à maintenir et uniformité sur la tâche visuelle (en lux)
• UGR - Indice d’éblouissement
• IRC - Indice de rendu des couleurs
Norme
Valorisation des espaces et création d’ambiance lumineuse
• Méthode du projet d’éclairage
• L’apport de l’éclairage architectural
• L’apport des systèmes d’éclairage
- perception des espaces de travail
- mieux utiliser la lumière du jour
- créer de nouvelles ambiances
Le challenge énergétique de l’éclairage
Aux bureaux passez à l’éclairage électronique –Ballasts et système de gestion !
Optimisation énergétique de l’éclairage
W.t =E.S.t
ECLAIRER JUSTE !
S = Surface (m²)
W.t = consommation (Wh)
E = Éclairement (lux - norme) Temps de fonctionnement (h)
u.M.η
u = Facteur d’utilisation η = Efficacité lumineuse (lm/W)
M = Facteur de maintenance de l’installation
Que représente la consommation de l’éclairage aujourd’hui?
LycéeBureau Primaire
• 35 % bureaux• 58 % enseignement secondaire et supérieur• 73 % enseignement primaire
Réduire la puissance installée
Pertes ballast(W)
Efficacité lumineuse de la lampe (lm/W)
Rendement de l’optiquePourcentage (%)
Réduire la puissance installée
Encastré 418= 13 W de perteRéflecteur 258= 18 W de perte
Encastré 418= 5,5 W de perteRéflecteur 258= 6 W de perte
IC
HF
Economie de 57% (418)Economie de 66% (258)
Réduire la puissance installée
Indirect
Direct haut rendement
Rendement ≤ 50 %
Rendement > 90 %
Rendement + 80 %
Réduire la puissance installée
T8: 75 à 88 lm/W
T5: 85 à 114 lm/WT5 (Ø 16 mm)
T8 (Ø 26 mm)
Jusqu’à 38 % d’efficacité en plus
CONSOMMATION D ’ENERGIE
Lux
Temps
E MAINTENU
E INITIALECLAIREMENT
APPORTS LUMIERE DU JOUR
PUISSANCE APPELEE
Lux
Temp
ECLAIREMENT REGULE MAINTENU CONSTANT
APPORTS LUMIERE DU JOUR
CONSOMMATION D ’ENERGIE
PUISSANCE APPELEE
Gérer l’apport de lumière naturelle
Gestion du temps d’allumage
- 50%• Filaire: 2500 h/an
• TC + DM + CP: 50% de réduction du temps d’allumage (1 250 h/an)
Télécommande Détection de
Mouvement
Celulle photoélectrique
4 X 18w
13,99
10,86
2 X 55w
W / m²
19,09
3 X 14w THR
8,56
4 X 14w
3,48
2,46
4,55
2,25
W / m²/100 lux
34,98
27,15
47,74
21,40
kWh / m²/an*
Commande filaire
RT 2005
4 X 18w
13,99
10,86
2 X 55w
W / m²
19,09
3 X 14w THR
8,56
4 X 14w
3,48
2,46
4,55
2,25
W / m²/100 lux
34,98
27,15
47,74
21,40
kWh / m²/an*
17,88
13,88
24,40
10,94
kWh / m²/an*
Gestion du temps d’allumage
RT 2005
RT 2010
123 kWh/m²/an ep
28 kWh/m²/an ep
Commande filaire Eclairer juste !
L’EXEMPLE DU BUREAU
Norme d’éclairagisme
Eclairement moyen = 500 lux
Qualité de lumière IRC > 80
Limitation éblouissement UGR < 19
Conception neuf – RT 2005 Rénovation de l’éclairage dans les bâtiments - Arrêté mai 2007
W/m² ≤ 12Consommation < Consommation
de référence
W/m² ≤ 14Puissance maxi à installer
Système de gestion
Détecteur de présence
Gestion lumière du jour
Luminaire ballast électronique
Rendement luminaire > 55 %
Lampe efficacité lum. > 65 lm/W+ système de gestion
Energie
Ferromagnétique Électronique Electronique avec variation
+ 25 %
- 20% - 30% - 40% - 50%
VAR
IATI
ON
MA
NU
ELLE
Dét
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ence
+G
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man
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Lum
ière
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TIO
N
SAN
S VA
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TIO
N
Nouvelles technologies de l’éclairage Les systèmes de gestion
• La directive EuP (2005/32/EC) est une directive cadre qui fixe les conditions générales pour l’éco-conception des produits consommateurs d’énergie (« EcoDesign requirements for Energy using Products »)
• Avec la directive EuP plusieurs règlements vont permettre à terme d’exclure du marché les produits les moins efficaces en terme d’efficacité énergétique
• 2 règlements en cours pour l’éclairage tertiaire (intérieur et extérieur) et l’éclairage général dans l’habitat
Qu’est ce que la directive EuP ?
Lampes domestiques et équipements d’éclairage professionnel
Les nouvelles dispositions réglementaires de la directive européenne EuP – 18 mars 2009
Mesures règlementaires d’application dans tous les pays de l’union européenne
Bannissement du marché des lampes les plus énergivores pour l’éclairage :
- dans l’habitat
- tertiaire (y compris éclairage extérieur)
Les classes énergétiques par type de lampes dans l’habitat
A Lampe fluocompacte
B Halogène très haute efficacité
C Halogène haute efficacité
D Halogène classique
E Halogène/Incandescence
F Incandescence
Règlement EuP pour l’éclairage domestique
> ~ 80 W
> ~ 65 W> ~ 45 W> ~ 7 W
Règlement EuP pour l’éclairage domestique
HAL
CFLi
GLS
2009 2016
HAL
CFLi
GLS2‘‘1 St
250‘ St
150‘ St
LED
A terme, un marchédominé par les
lampes éco-énergétiques (plus
de 80%)
Mesure d’exécution EuP pour l’éclairage domestique
Changements pour le marché Vers l’éclairage à leds dans l’habitat ?
Tubes T12 -> Bannissement
Tubes halophosphate 640 -> Bannissement
Lampes Dates prévues
La directive EuP en tertiaire Les exigences réglementaires
Une opportunité pour le développement des leds !
Sodium Haute Pression / Iodure Métallique culot à vis -> Iodure E27 et E40 de faible qualité (aucune HCI ou HQI n’est affectée)-> SHP standard E27/E40
Nouvelle étude par la commission Européenne
Sodium HP Pug-in / Retrofit ( subst. Fluo ballon) -> Bannissement
2010
2012
2014
2015
2012
Mercure HP (Fluo-ballon) -> Bannissement
Iodure E27/E40 -> Bannissement des quartz E27/E40
2015
2017
Calendrier des exigences « lampes »
Règlement EuP pour l’éclairage professionnel
Sécurité électrique des LEDs – Normes CEI
Des normes pour répondre aux exigences essentielles de conformité aux directives européennes DBT / CEM
Normes de sécurité électrique
• Définitions des LEDs et modules de led en éclairage général (1)
• Lampes à led auto-ballastées (2)
• Modules de led (3)
• Appareillages pour modules de led (4)• Luminaires incorporant des led (5)
(1) IEC 62504 TS Ed. 1 Terms and definitions for LEDs and LED modulesIEC 61231 – ILCOS Code
(2) IEC 62560 Ed 1 : Self-ballasted LED-lamps for general lighting services > 50V(3) IEC 62031 LED module safety(4) IEC 61347-2-13 LED control gear – Safety(5) IEC 60598-1 – Luminaires Part1 : General requirements and tests
Performances des LEDs – Normes CEI
Normes de performances électriques
• Appareillages électroniques CC/CA pour modules de LEDs (1)
• Appareillages pour LEDs (2)
• Appareillages pour module de LEDs – DALI (3)
(1) IEC 62384 A1 Ed. 1 : DC or AC supplied electronic control gear for LED modules
(2) IEC 62384 LED control gear – Performance(3) EMC - IEC 61547 – Immunité / IEC 61000-3-2 – Harmoniques / EN 55015
(RFI)(3) IEC 62386-207 Ed.1 LED module control gear - Performance
(DALI)(4) Centre beam intensity of reflector lamps
Normes à créer pour caractériser les LEDs !
• Photométrie (4), colorimétrie
• Efficacité lumineuse, durée de vie
MERCI
La normalisation des systèmes d’éclairage à LEDEtat des lieux 5 enjeux technologiques
• Efficacité lumineuse
• Qualité de la lumière
• Photométrie et optique
• Durée de vie
• Performances environnementales
Des LEDs de plus en plus efficaces !
2007: Efficacité lumineuse de 138 lm/W avec une efficacité énergétique de 58%
Meilleure LEDFaible Puissance
Meilleure LEDForte Puissance
L’efficacité dépend de plusieurs paramètresLongueur d’onde
Longueur d’onde (nm)
Effi
caci
této
tale
(%)
Courant
Courant (mA)
Effi
caci
té(lm
/W)
Flux
(lm
)
Température de la jonction
Température (°C)
Qua
ntité
de lu
miè
re re
lativ
e (%
)
La surface du chip
Surface (mm2)
Effi
caci
té(%
)
Efficacité lumineuse réelle des LEDs !
Efficacité lumineuse (lm/W)
Sur la puce de 65 à 100 lm/W (LEDs de puissance)
+ système optique → - 20 %
+ alimentation → - 5 à - 15 %
+ incorporation → - 5 à - 20 %
Efficacité lumineuse réelle du système à leds : de 35 à 72 lm/W !
Un processus de normalisation est nécessaire
. Mesure du flux lumineux
. Mesure de la puissance totale consommée
Enjeux qualité de lumièrePhotométrie et colorimétrie à la CIE
Publication CIE 127 – 2007 : Measurement of LEDs
Publication CIE 177 – 2007 : Color rendering of white LEDs light
sources
Enjeux : Qualité de la lumière• IRC • CCT• Blanc chaud
– Dérive CCT– Dégradation du phosphore– Multi couche – Terminologie 2700 ou 3500 K ?
• Homogénéité (Mac Adam ellipse 3)
• Apparence
Enjeux : Phosphore• L’enjeux du Blanc• Effet thermique:
– Dérive en CCT• Compléter le spectre • Nouvelle méthode de repose
du phosphore • IRC >80 CW/ WW
Illustration : Laurent Massol led.fr
Enjeux : OptiqueOptique conventionnelle• Une optique secondaire
diminue de 15 à 20% le rendement
• Volumineux• Difficilement efficace pour les
boitiers multichip Elément Micro optique• Proposer pour application de
volume• Faible encombrement– Adapter au boitier
Micro-optique monolithique• Plus d’assemblage• Intégrer a la fabrication • Correction ou compensation
des couleurs
Enjeux : Durée de vie
• 3 paramètres spécifient la durée de vie– Tj (composant), Tc (Module),
Ta(luminaire)– Courant– % Quantité de flux
• Garantie des luminaires– MTTF composants– Burning
• Condition réelle d’utilisation des applications ou luminaires– Tj de la LED est + haute que
25°– Mesures faites dans un
environnement stable (après 2 h de fonctionnement)
Les LEDs ne sont pas « froides » !!!
LEDs magazine 51 week news letter November 2007
Temps (h)
Flux
rela
tif (%
)
Etanche Semi étanche Ouvert
Spot à LED 26 W
La durée de vie des LEDsAffirmation: Affirmation: La durLa duréée de vie de de vie d’’une une jonction est supjonction est supéérieure rieure àà 50 000 h50 000 h
Cela dCela déépend aussi de la mpend aussi de la mééthode thode dd’’extrapolation utilisextrapolation utilisééee……
JELMA journal No.495JELMA journal No.495
Temps (h)
Flux
rela
tif (%
)
JELM
A journal N
o.495 (April 2008)
Linéaire
Logarithmique
Durée de vie des LEDs
Durée de vie (h)• Variable suivant les types de diode et les conditions de fonctionnement• Durée de vie économique fondée sur la chute du flux lumineux dans le temps
(+- 50 000 heures)
• Un processus de normalisation est nécessaire
- définition de la durée de vie
- méthode de mesure
La température affecte les performancesSpectre
Courant (mA)
Inte
nsité
rela
tive
(a.u
.)
20 °C40 °C
Intensité lumineuse
Durée de vie
Température de jonction (°C)
Dur
ée d
e vi
e (h
)
Ch. Electriques
Tension (V)
Cou
rant
(mA
)
LED A LED CLED B
Tc Change…
La qualité est un enjeux majeur !Des différences notables entre différentes LEDs du
même fabricant (dans la même série)…
the Lumina Project, Technical Report #1, 2 août 2007
Quelques questions légitimes…
Avons nous une capacité de production
suffisante ?
Est-ce que le consommateur acceptera
cette transformation du marché ?
Quels sont les impacts sociaux ?Marché Mondial (200
GLS70%
Halogen5%
Fluo20%
LBC4%
HID1% Incand. 35%
Incand. 70%
Eclairagisme et LEDs
De l’éclairage de valorisation et d’accentuation à l’éclairage général
- les éclairages à led devront répondre aux normes d’éclairagisme
. NF EN 12464 1/2 – Eclairage des lieux de travail
. NF EN 12193 – Eclairage des installations sportives
. NF EN 13201 – Eclairage public
Evaluation des risques par rapport aux rayonnements
• Pas d’émission UV / IR pour les LEDs
• Dans le visible, travaux en cours et normalisation : . CIE : TC 6.57,6.14, 6.55 (LEDs) HB blue light hazards . IEC TC 34/76, CIE Div 6 – CIE Standard S 009. IEC 62471-1 2006 Photobiological safety on lamps / luminaires. IEC 62471-2 CD Guide for safety issues for non-laser sources
Performances environnementales
Energie (1)- éclairage domestique : Incan → LFC → LED → marquage énergétique- progrès à faire en efficacité lumineuse, qualité de lumière- marché produit « éclairage professionnel » en développement
Eco-conception (1/2)- pas de plomb ni de mercure dans les LEDs- miniaturisation, gradation et éclairage dynamique- système d’éclairage électronique
Fin de vie de la LEDs (3)- led = composant électronique / lampe → collecte, recyclage obligatoire
Directives européennes (1) EuP – Energy using Products(2) RoHS – Restriction Of the use of certain Hazardous
Substances in electical and electronic equipment(3) WEEE – Waste Electronic and Electrical Equipment
Mais quelles sont les limites de la technologie ?
Laboratoire – Projection (blanc froid)Commercial – Projection (blanc froid)Commercial – Projection (blanc chaud)
Laboratoire (blanc froid)Commercial (blanc froid)Commercial (blanc froid)Faible puissance (blanc froid)
Efficacité maximale (blanc froid)Efficacité maximale (blanc chaud)
US DoE, SSL R&D MYPP, Mar 2008, Fig. 4-7 Année
Effic
acité
Lum
ineu
se (l
m/W
)
Et après les LEDs ?
Equivalent à une lampe 80W
Haute qualité de couleursFlexible, Pliable…Propriétés mécaniques excellentesFaible poidsFaibles dimensionsFaciles à fabriquer
Une efficacité en croissance rapidePremière annonce années 70General Electric: 15 lm/W Janvier 2005Philips-Novaled: 32 lm/W Juin 2006Osram: 40 lm/W Septembre 2006Univ. Displ. Co: 63 lm/W Octobre 2006Univ. Displ. Co: 100 lm/W Juin 2008A suivre…
Conclusions (1) Données techniques sincères et fiables• Flux, efficacité lumineuse• Qualité de la lumière : IRC, Tk • Durée de vie • Consommation
Développement de la normalisationAmélioration des performances d’éclairage• Efficacité• Cout• Contrôle• Intégration dans des systèmes d’éclairage
Support des initiatives régionales et locales
Conclusions (2)
Faire obstacle aux produits non-conformes et présentant
des risques pour la santé et la sécurité des consommateurs
Promouvoir les performances des meilleures technologies à LEDs
Répondre aux défis énergétiques présents et à venir
Encourager les acteurs à développer des produits LEDs
Accélérer la compétitivité économique de l’éclairage électronique
SantéVieillissement populationPersonnes handicapées visuelsRéduction stress et fatigue visuelleMeilleure ergonomie du poste de travail
Valeurs socialesAmélioration cadre de vieRenforcement des liens sociaux (animation)Augmentation des activités de nuit et des services
Performances économiquesAugmenter les performances tout en consommant moinsApproche en coût globalMise à disposition des meilleures technologiesDévelopper les services énergétiques
Les nouveaux enjeux de l’éclairage
MERCI
Contact : [email protected]
Tél : 01 45 05 70 80
Site AFE : www.afe-eclairage.com.fr
Crédit photos et remerciements à Laborelec, The Ligting Association, Frédérique Le Houedec Ledon Lighting GmbH, Philips, Osram, Tridonic Atco et au professeur Georges Zissis
MERCI