Uso da Tecnologia de Estado Sólido (LEDs) Autor: João Gabriel Pereira de Almeida Rio de Janeiro 24 de maio de 2005
O que é o LED (light emitting diode)*? Diodo semicondutor: dispositivo eletrônico que permite que a corrente elétrica flua em uma dada direção; Dois materiais ligeiramente diferentes unidos formando uma junção tipo P (cargas positivas) N (cargas negativas); Quando uma tensão é aplicada sob essa junção as cargas positivas e negativas se recombinam na região ativa liberando energia na forma de luz. *NLPIP Lighting Answers Volume 7 Issue 3 maio 2003. 2 / 43
O que é o LED (light emitting diode)*? Cápsula em epóxi: lentes em forma de domo, sem pintura, não difusa. Ligação de topo Suporte anódico Chip LED Suporte catódico com taça refletora Armação de chumbo e aço doce, condutores para solda Marca no domo indicando o catodo Terminal catodo, menor que o terminal anodo. *NLPIP Lighting Answers Volume 7 Issue 3 maio 2003. 3 / 43
4 / 43 Uso da Tecnologia de Estado Sólido (LEDs) História dos LEDs A publicação ao lado apresenta o curioso fenômeno da eletroluminescência descrito pelo Capitão H.J. Round em 1907, na Revista Electrical World.
História dos LEDs - inventado, em 1960, pela GE*; - IBM System 360, passa a usar os LEDs como indicadores de estado em 1964**; - em 1972 a Seiko apresenta seus relógios com uso de LEDS**; - em 1976 a HP apresenta sua calculadora com uso de LEDs no display**. * Homepage GELcore.com. **Homepage de E. Fred Schubert. 5 / 43
História dos LEDs - fabricado, em 1997, pela Nichia, o primeiro LED azul*; - Conversão teórica de até 100% (hoje está em torno de 60%)**; *Homepage de E. Fred Schubert. **Solid-state lighting: toward superior illumination Proceedings of the IEEE outubro 2005. 6 / 43
História dos LEDs 7 / 43
O que determina a cor de um LED? Basicamente o material utilizado como elemento semicondutor, por exemplo: Fosfato de alumínio, gálio e índio (AlInGaP): vermelho, laranja e amarelo; Nitrato de índio e gálio (InGaN): verde, azul e branco. 8 / 43
E o LED branco*? Basicamente existem três maneiras de produção da luz branca em LEDs: A partir de três unidades - RGB; LED Azul + fósforo; UV LED + fósforo (processo similar às lâmpadas fluorescentes). *Crossing the chasm Kevin Dowling LD+A Magazine novembro de 2005. 9 / 43
Principais Fabricantes (LEDs/lentes/produtos) 10 / 43
Ótica Secundária* Lentes encapsulantes (colimadores) que podem capturar até 95% da luz; Diversos ângulos e formatos de saída de luz (por exemplo, 4, 8, 25 e 45 graus); Principais fabricantes: Fraen Optics e Carclo UK. Itália, Polimer *Seminário sobre Aplicações em Iluminação com Luxeon Hotel Club Transatlântico - São Paulo maio de 2006.
V E R M E L H O L A R A N J A A Z U L B R A N C O A M A R E L O / V E R D E Uso da Tecnologia de Estado Sólido (LEDs) 12 / 43 Eficiência (lm/w)
Evolução: de indicador a iluminador*! Fluxo [lm] Potência [W] Eficiência [lm/w] Data 120 5 24 2002 300 7,5 40 2004 500 5 100 2005 1000 5 200 2020** 300 ou 400? *LEDs in the mainstream LEDs Magazine outubro de 2005. **Solid-state lighting: toward superior illumination Proceedings of the IEEE outubro 2005. 13 / 43
Evolução: de indicador a iluminador! Iluminador Indicador 14 / 43
Manutenção do fluxo luminoso*: Vida de Iluminação de LEDs 120 100 Saída de Luz Relativa (%) 80 60 40 20 LED Alta Luminosidade LED Branco de 5 mm 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Tempo (h) *NLPIP Lighting Answers Volume 7 Issue 3 maio 2003. 15 / 43
Manutenção do fluxo luminoso*: Dados de Manutenção do Lúmen 120 Fluorescente T5 Saída de Luz Relativa (%) 100 80 60 40 20 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 LED Branco de alta luminosidade Fluorescente T8 Fluorescente T12 Vapor Metálico LED Branco 5 mm Incandescente Halógena Horas *NLPIP Lighting Answers Volume 7 Issue 3 maio 2003. 16 / 43
Casos exemplos Iluminação semafórica: - foram primeiramente introduzidos em 1993; - baixa penetração devido a custos elevados e falta de padronização. 17 / 43
Iluminação de escritório: 18 / 43
Iluminação de escritório: 19 / 43
Iluminação automotiva*: *LEDs in the mainstream LEDs Magazine dezembro de 2005. 20 / 43
*LEDs in the mainstream LEDs Magazine dezembro de 2005. 21 / 43
Iluminação automotiva*: *LEDs in the mainstream LEDs Magazine dezembro de 2005. 22 / 43
Iluminação automotiva*: *LEDs in the mainstream LEDs Magazine dezembro de 2005. 23 / 43
Iluminação arquitetural: 24 / 43
Iluminação arquitetural: Prédio construído em 1821, com 59 janelas e estruturado em mourões e taipa, foi considerado o primeiro arranha-céu de Minas Gerais. Prédio Sobradão Minas Novas - MG 25/23
Iluminação pública: 26 / 43
Iluminação pública: Iluminação pública 27 / 43
Iluminação pública: 28 / 43
Iluminação pública*: Primeira instalação aconteceu nos EUA em 2003; Foram instaladas 30 luminárias; Luminária fabricada pela empresa Mooncell e batizada como Econo-Lum possuindo 36 LEDs de 1 W. *Philips takes control of Lumileds Lighting LEDs Magazine outubro de 2005. 29 / 43
Iluminação pública*: *Philips takes control of Lumileds Lighting LEDs Magazine outubro de 2005.
Iluminação pública: 31 / 43
Iluminação pública: 32 / 43
Iluminação pública*: Em julho de 2005 a Philips faz sua primeira instalação; Luminária com 6 LEDs de 3 W e 12 LEDs de 1 W todos da cor âmbar; *Philips takes control of Lumileds Lighting LEDs Magazine outubro de 2005. 33 / 43
Iluminação pública*: Em janeiro de 2006 a Indal faz sua primeira instalação. *Revista INDAL Noticias Abril de 2006. 34 / 43
Iluminação pública: 35 / 43
Principais vantagens: Redução dos custos operacionais; Facilidade de controle e de dimerização; Possibilidade de um maior controle sobre a TCC; Permite a mudança radical de conceitos/paradigmas: luminárias na ponta do braço? catenárias? outras soluções? 36 / 43
Redução poluição luminosa 37 / 43
Utilização de novas tecnologias de redes sem fio! Tecnologia de comunicação sem fio - ZigBee; Mais simples e mais barata que outras como o Bluetooth; As especificações ZigBee 1.0 foram ratificadas em dez/2004; Ótimas para aplicações com baixa taxa de transmissão; Ótimas para aplicações com baixo consumo de energia; Diversas empresas já estão desenvolvendo microcontroladores para LEDs de alta potência com ZigBee. 38 / 43
Utilização de novas tecnologias de redes sem fio! Participam da aliança empresas como: 39 / 43
Iluminação pública May 30 - June 1, 2006 - Las Vegas, NV 40 / 43
Problemas a serem solucionados: Financiamento para pesquisas: - nos EUA: DOE está investindo US$ 50 Milhões anualmente; - no Brasil: - trabalho Eletrobrás / RELUZ CEFET/MG R$600 mil; - P&D da CEMIG R$1,1 Milhão; - algum outro? 41 / 43
Outros problemas a serem solucionados*: Vida útil: Alguns fabricantes falam em valores inferiores a 20.000 h menor que a de alguns sistemas com lâmpadas fluorescentes/vs; Reciclagem: Toxibilidade: Ainda não foi devidamente estudado as possíveis metodologias para descarte e reciclagem dos LEDs; Alguns produtos fazem uso de materiais como o chumbo; existe ainda a questão da possibilidade de contaminação da água durante o processo de fabricação. *Are LEDs really the future? Jeffrey Boynton LD+A Magazine fevereiro de 2006. 42 / 43
Agradecimentos! João Gabriel CEMIG (31) 3299-2743 jalmeida@cemig.com.br jgpg@uai.com.br