Le LED pour ©clairer les b¢timents tertiaires ... LED...  Introduction Technologie...

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 1

    Le LED pour clairer les btiments tertiaires : Technologie mature ou le meilleur est venir ?

    La LED, quest-ce que cest?

    Caractristiques, avantages et inconvnients

    Bertrand Deroisy

    24 octobre 2014

    Laboratoire Lumire

    Centre Scientifique et Technique de la Construction

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 2

    Introduction

    Technologie LED

    Principales caractristiques Efficacit nergtique

    Spectre et rendu des couleurs

    Diagramme photomtrique

    Dure de vie et dimensionnement

    Gestion de lclairage

    Recyclage

    Conclusions et recommandations

    Contenu:

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 3

    Introduction

    Prix Nobel de Physique 2014

    Isamu Akasaki

    Hiroshi Amano

    Shuji Nakamura

    Pour invention de la diode

    lectroluminescente bleue.

    Vers la lumire blanche

    La rvolution LED

    Source: Nature

    Source: Le Monde / Sciences

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 4

    Introduction

    Le march des LEDS et lclairage

    La rvolution LED

    Source : Yol Dveloppement, 2013

    Secteur de lclairage: 20 45% du chiffre daffaire pour des produits LED (2013)

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 5

    Introduction

    Lclairage = poste de dpense nergtique le plus important!

    Consommation dnergie des btiments tertiaires

    Btiment neuf

    2013

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 6

    Introduction

    La part relative de lclairage augmente

    Consommation dnergie des btiments tertiaires

    Induit par le renforcement des rglementations nergtiques

    Btiment neuf

    2020

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 7

    75 % installations dclairage sont dpasses (Age moyen > 20 ans)

    Ratio de rnovation < 1.0 %

    (Objectif 2020 : 2 3%)

    Quelques chiffres

    Introduction

    Enorme potentiel dconomie dnergie en rnovation

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 8

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 9

    Jonction de matriau semi-conducteurs dops. Matriau cristallin solide dop P/N (donneur ou rcepteur dlectrons)

    Avec une alimentation lectrique, mission de photons dans une zone active.

    Spectre dmission quasi-monochromatique (~ type de matriau)

    Principe de fonctionnement

    Technologie LED

    Source : LIF LED Brochure, 2013

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 10

    Chip LED, le substrat, lalimentation, le botier mcanique,

    loptique primaire (la lentille),...

    Composantes

    Technologie LED

    Source : CREE

    Les chip LED sont des sources ponctuelles de haute brillance.

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 11

    Assemblage de chip/modules LED + lments optique

    Maitriser la conception optique des luminaires

    Luminaire LED

    Technologie LED

    IMPORTANT : Gestion optique et thermique du luminaire.

    Source : PHILIPS

    Diagramme photomtrique du luminaire

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 12

    chip led : Jusqu 200 lm/W

    modules led : 120 150 lm/W (10/2014)

    Efficacit nergtique luminaires led (10/2014): 50 100 lm/W

    (y compris lments optiques, mcaniques et lectriques)

    Chip LED / Module LED / Luminaire LED

    Efficacit nergtique

    Source : CREE

    Moyenne 105 lm/W

    Maximum 115 lm/W

    Minimum 92 lm/W

    Source : Donnes fabricant

    Exemple:

    Luminaire dalle

    encastre 60x60cm

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 13

    Efficacit nergtique luminaires :

    Exemple: Downlight

    DOE CALIPER Programme

    Snapshots (04/02014)

    Luminaires LED

    Efficacit nergtique

    Source : DOE / Snapshot Indoor LED Luminaires, April 2014

    Moyenne 57 lm/W

    Maximum ~ 100 lm/W

    Minimum ~ 10 lm/W

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 14

    Cest quoi une lumire blanche?

    Lumire dont le spectre contient

    une proportion de chaque longueur

    donde du domaine visuel.

    La qualit colorimtrique des LEDs

    Spectre et rendu des couleurs

    Diagramme colorimtrique CIE 1931 Source: OSRAM

    Courbe du corps noir

    Courbe Iso CCT

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 15

    Comment faire de la lumire blanche?

    1. Mlanger du Rouge/Vert/Bleu (RGB)

    La qualit colorimtrique des LEDs

    Spectre et rendu des couleurs

    Source: Toyoda Gosei Corp.

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 16

    Phosphorescence

    Comment faire de la lumire blanche?

    2. LED bleu + Phosphore

    La qualit colorimtrique des LEDs

    Spectre et rendu des couleurs

    Source: www.led-development.fr

    Remote Phosphor Technology

    Source : LED magazine

    Source : Philips

    http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAYQjB0&url=http://www.led-development.fr/Technologie-LED&ei=xXA-VIPUL4fXPYzUgKAB&bvm=bv.77412846,d.ZWU&psig=AFQjCNE1DUhykzCU7EgIuNf18qex3Aw02g&ust=1413460606053222http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAYQjB0&url=http://www.led-development.fr/Technologie-LED&ei=xXA-VIPUL4fXPYzUgKAB&bvm=bv.77412846,d.ZWU&psig=AFQjCNE1DUhykzCU7EgIuNf18qex3Aw02g&ust=1413460606053222http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAYQjB0&url=http://www.led-development.fr/Technologie-LED&ei=xXA-VIPUL4fXPYzUgKAB&bvm=bv.77412846,d.ZWU&psig=AFQjCNE1DUhykzCU7EgIuNf18qex3Aw02g&ust=1413460606053222

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 17

    CCT 3000K

    Le spectre de la lumire = Signature de la source

    La qualit colorimtrique des LEDs

    Spectre et rendu des couleurs

    Source : Mesures CSTC

    CCT 3000K / 4000K

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 18

    Comment obtenir un bon rendu des couleurs?

    La qualit colorimtrique des LEDs

    Spectre et rendu des couleurs

    Source: XICATO XSM Artist Series

    Ra = 82

    Demandez et vrifier le spectre dmission.

    Ra = 98

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 19

    Quid des indicateurs de qualit de la lumire?

    Temprature de couleur corrle (CCT)

    Indice de rendu des couleurs (CRI ou Ra)

    La qualit colorimtrique 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 mme valeur CCT peuvent avoir une perception visuelle diffrente Lindice CRI nest quune valeur moyenne du rendu de 15 couleurs standards

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 20

    Diagramme photomtrique

    Exemple : Lampe LED de remplacement culot E27

    Principe et stratgies

    Max 145 cd/klm Max 90 cd/klm

    400 lm 400 lm

    Les leds sont des sources ponctuelles directives. La rpartition du flux lumineux peut varier fortement

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 21

    Diagramme photomtrique

    Conception optique du luminaire : Dalle 60x60cm

    Pour confort visuel : sources non-ponctuelles et distribution plus diffuse favorable.

    Faisceau lumineux abrupte Faisceau lumineux orient Faisceau lumineux plus diffus

    45

    Angle de protection 30

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 22

    Diagramme photomtrique

    Conception optique du luminaire : Downlight

    Les LEDs sont mieux adapts pour lclairage daccentuation que les CFL

    Faisceau lumineux concentr Faisceau lumineux plus large

    MAIS Intensit lumineuse dans laxe identique

    Source : Osram

    Source : ZUMTOBEL

    CFL

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 23

    Dure de vie

    Quest ce que la dure de vie dune LED?

    Les Luminaires LED se dgradent progressivement .

    Source : Ridi Source : Paulmann

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 24

    Dure de vie

    Quest-ce que la dure de vie dune LED?

    La bonne gestion thermique dun luminaire est essentielle pour sa dure de vie.

    Source : MechaTronix

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    LEDs, caractristiques, avantages et inconvnients 24/10/2014 Page 25

    Dure de vie

    Causes multiples de dfaillance

    Diminution naturelle du flux lum