iONLED - Basiscursus LED voor Salespartners (De techniek achter LED verlichting)

Deze introductiecursus is bedoeld voor Salespartners van iONLED. Om een volwaardig gesprekspartner te zijn van potentiële klanten kan inhoudelijke kennis de beslissende factor zijn om over te gaan naar LED verlichting.

Deze cursus heeft de volgende onderwerpen.

  1. Introductie
  2. Begrippenlijst
  3. Basis, wat is licht
  4. Kwaliteitsbepalingen
  5. Kleur en kleurechtheid
  6.  Led en warmte
  7. Drivers
  8. Retrofit of een nieuw armatuur
  9.  Slim aansturen van LED Verlichting
  10. Normen
  11. Toekomstvisie

Bij sommige onderwerpen worden vragen gesteld in het hoofdstuk zelf, aan het einde van deze cursus wordt jouw basiskennis getest.

1. Begrippen

Wat zijn Lumen?

De hoeveelheid licht die een lichtbron uitgestraald wordt in de wetenschap uitgedrukt in Candela (cd). Candela is de hoeveelheid licht die door een lichtbron in een bepaalde richting (dat wil zeggen binnen een bepaalde ruimtehoek) wordt uitgezonden.

Naast de Candela is er ook de Lumen (lm). Lumen is de eenheid voor lichtstroom, en geeft de totale lichthoeveelheid aan die een lichtbron uitstraalt per tijdseenheid, ongeacht waar naar toe. Dat kan dus heel geconcentreerd zijn (denk aan een laser), maar ook heel verspreid (denk aan een traditionele gloeilamp die vrij opgesteld staat).

Wat zijn Luxen?

Lux (Lx)

De volgende eenheid is de lichtsterkte, uitgedrukt in Lux (lx). Lux staat voor de lichthoeveelheid per oppervlakte eenheid (bijvoorbeeld vierkante meter), ongeacht de hoeveelheid gebruikte lichtbronnen, de kleur van het licht of de structuur van het oppervlak waar het licht op schijnt. Bijvoorbeeld op de vloer of op de werkplek. Waar we Lux meten, is afhankelijk van de gestelde normen. Op een tennisbaan of werkplek gelden andere normen!

Lumen/Watt verhouding - lm/W

Geeft de efficiency van een lamp aan. Hoe hoger deze waarde des te minder stroom er nodig is om licht te maken. Let er wel op dat deze waarde wordt bepaald van de lichtbron of armatuur als geheel, de led zelf heeft een hogere waarde.

Er is altijd verlies door bijvoorbeeld drivers en optieken. Zo zijn er leds met 180lm/W, maar gemeten vanuit de lichtbron nog 140lm/W over hebben. Fabrikanten zijn verplicht de waarde van de lichtbron te vermelden.

Powerfactor - PF

De power factor geeft de relatie aan tussen het opgenomen vermogen en het vermogen dat men gebruikt om de led te laten functioneren. Er is namelijk nog een verlies in de ledlamp aan drivers.

Een ledlamp van 100 Watt heeft bijvoorbeeld een PF van 0.95. Dit betekent dat er 5% meer vermogen wordt verbruikt dan 100 Watt. De driver heeft in dit geval 5W nodig om te functioneren, wat neerkomt op 105W totaal vermogen wat de led lamp verbruikt.

Blindstroom

Het demagnetiseren van de spoel en het opladen van de condensatoren heet schijnbaar vermogen, deze wordt niet opgenomen in de driver of de led en gaat over de nullijn retour. Dit is blindstroom, belangrijk om rekening mee te houding bij retrofit.

Zeker omdat bij oudere panden de nuldraad dunner uitgevoerd kan zijn, bij te veel blindstroom kan dat leiden tot warmteontwikkeling, met kortsluiting, en dus ook brand, tot gevolg.

Retrofit

Het vervangen van een conventionele lichtbron naar led met behoud van armatuur. U vervangt de huidige armaturen niet en bouwt deze om zodat deze geschikt is voor LED lichtbronnen. Retrofit wordt voor gebruikt in TL armaturen, waarbij de VSA verwijderd wordt, zodat de LED TL (LED Tube) werkend gemaakt wordt.

We doen dit vaak bij nieuwere armaturen, waarbij het zonde is deze te verwijderen.

Wat is UGR?

Unified Glare Rating (Verblindingswaarde), een berekende waarde voor de mate van verblinding van armaturen.

Wat is SDCM / McAdam?

Standard Deviation Color Matching (SDMC) is een maatstaaf voor onderling kleurverschil bij verlichting. De kleurtolerantie wordt uitgedrukt in verschillende MacAdam stappen.

Deze term zal je niet vaak tegenkomen, maar als het genoemd wordt, dan kan je het in elk geval plaaten!

Dali

Dali staat voor Digital Addressable Lighting Interface en wordt toegepast in een netwerk waarbij ieder armatuur een eigen ID krijgt en daarmee individueel aan te sturen en in te regelen is. DALI bestaat uit een 2-draads aansturing welke los van de voedingen loopt en is uit te breiden met bewegings- en lichtsensoren.

DIALux

Een tekenprogramma waarmee alle lichtberekeningen gemaakt kunnen worden die nodig zijn voor een lichtontwerp zodat een onderbouwd advies aan de eindgebruiker gegeven kan worden.

CRI - CQS

CRI (Color Rendering Index) - CQS (Color Quality Scale)

De CRI is een index voor het bepalen van hoe natuurgetrouw kleuren worden weergeven door het licht van een lamp, met als referentiewaarde een halogeen- of gloeilamp. Als alternatieve opvolger van de CRI is er de CQS, waarbij een aantal verbeteringen zijn doorgevoerd voor het bepalen van de kleurkwaliteit. Dit is echter nog geen gestandaardiseerde norm.

Hoe hoger de CRI waarde, hoe kleurechter de lichtoutput.

Stel je wilt kleding kopen en je wilt de echte kleur zien. Als klant loop je vaak naar buiten om de echte kleur te kunnen bepalen. Maar als je zorgt dat er lampen hangen met een hoge CRI waarde, dan benader je het daglicht en lijkt de kleur bijna hetzelfde als buiten. Helemaal echt gaan kunnen we nog niet benaderen.

De kleur van LED in Kelvin (K)

Kleurtemperatuur van de lichtbron wordt uitgedrukt in Kelvin (K). Warm wit ligt rond de 3000K en daglicht op 6000K.

COB - LED

De COB-led (Chip On Board) is een hoogvermogen led, bestaande uit 1 printplaat met daarop hele kleine maar felle leds die niet met het blote oog waarneembaar zijn.

SMD LED

De SMD-led (Surface Moutend Device) is 1 led op een printplaat, kan in hoog- of laagvermogen zijn en is minder gevoelig voor warmteontwikkeling dan een COB-led.

In het onderstaande plaatje zie je dat de LED Chips op een plaatje gemonteerd zijn, een zogenaamde PCB.

E-VSA

Elektronisch Voor Schakel Apparaat, herkenbaar door het ontbreken van een starter bij tl-verlichting.

VCA of C-VSA

Conventioneel Voor Schakel Apparaat, herkenbaar aan de losse starter bij tl-verlichting.

Wat is Lux?

  • Lux is de hoeveelheid licht aan die de lichtbron uitstraalt.
  • Lux is de hoeveelheid licht er op de oppervlakte wordt uitstraalt.

Vraag 1: Wat zijn Lumen?

  • Lumen is de lichtopbrengst ter hoogte van het bureau.
  • Lumen is de lichtuitstraling bij de lichtbron.
  • Lumen is de kleur van de lichtbron.

Vraag 2: Wat is Lux?

  • Lux is de hoeveelheid licht aan die de lichtbron uitstraalt.
  • Lux is de hoeveelheid licht er op de oppervlakte wordt uitstraalt.

2. Wat is licht

Introductie

Licht is elektromagnetische straling in het frequentiebereik dat waarneembaar is met het menselijk oog, soms foutief met inbegrip van infrarood licht (met een iets lagere frequentie) en ultraviolet licht, met een iets hogere frequentie.

Bij licht spreekt men meestal over de golflengte in vacuüm en lucht die bij een frequentie hoort, omdat in de meeste toepassingen met de golflengte gewerkt wordt. De golflengte is, anders dan de frequentie, afhankelijk van de stof waar de straling doorloopt.

Het zichtbare spectrum strekt zich uit over golflengten van ongeveer 380 nm (nanometer) (violet) tot 780 nm (rood) in vacuüm en lucht. In vacuüm plant licht zich, zoals alle elektromagnetische straling, voort met de lichtsnelheid. Lichtkwanta, die in de kwantumoptica een rol spelen, worden fotonen genoemd.

Bron: Wikipedia

Wanneer zien we licht?

Licht is een straling welke pas zichtbaar wordt op moment van reflectie. Dat kan reflectie door stof-vocht- of vuildeeltjes in de lucht zijn, maar ook vaste materie als stoelen, beeldschermen en kleding.

Zo kunnen we in stoffige lucht lichtstralen waarnemen, de stofdeeltjes reflecteren het licht van een theaterspot wat wij waarnemen als lichtstralen.

Verschillende lichtbronnen

Er is een onderscheid in drie soorten lichtbronnen. De warmtestralers, ook wel zwarte stralers genoemd, zijn onder andere de zon, gloei- en halogeenlampen. De gasontlading lampen zijn fluorescentie (tlverlichting), kwik- metaalhalide- en natriumlampen. De fosforstralers, beter bekend als de led. Een halfgeleider welke licht uitstraalt als daar een elektrische stroom doorheen loopt.

De keuze van een lichtbron wordt bepaald voor het doel, wet- en regelgeving en wensen van de eindgebruiker. Vanzelfsprekend wordt led de standaard, mede door het uitfaseren van andere lichtbronnen. De goede efficiency en toepassingsmogelijkheden dragen bij aan de populariteit van led.

Verschillen tussen Lumen, Lux en luminantie

Steeds meer worden lichtbronnen uitgedrukt in de eenheid Lumen, waar men voorheen gewend was aan een wattage. Dat komt doordat bij traditionele verlichting de verhouding tussen Lumen en Watt gelijk was, en niet gebonden aan een merk of soort lamp.

Lumen is de lichtsterkte die een lichtbron uitstraalt en is niet zichtbaar. De straling die van een lamp afkomt tot die een oppervlak raakt, bijvoorbeeld een bureau, noemt men lichtintensiteit en wordt in Candela weergeven.

Het licht wat op het bureau komt wordt gemeten in Lux, 1 Lux = 1 Lumen per m2 . De verlichtingssterkte wordt gemeten met een Luxmeter. De straling van het bureau tot ons oog noemt men de luminantie, de eenheid is Candela per m2 . Deze wordt gemeten met een luminantie meter.

Lichtspectrum

Licht is een straling, de zichtbare straling van licht is uit te zetten in een grafiek die loopt van 380 tot 760 nanometer. Vóór het zichtbare gedeelte is Uv-straling aanwezig, na het zichtbare deel infrarode straling.

In het lichtspectrum van een lichtbron is te herleiden hoeveel van welke straling er aanwezig is. Dat kan belangrijk zijn om de hoeveelheid blauw licht te bepalen, deze is namelijk schadelijk voor de ogen. Ook kan men in een spectrale test de dominante kleur van een lichtbron zien en onder andere de CRI- en voor specifiek led de CQS-waarde bepalen.

3. Kwaliteitsbepaling

LB-normering

De LB-normering zien we steeds vaker bij specificaties van lampen staan. Dit geeft een goede indruk van de kwaliteit. De L-waarde geeft de hoeveelheid lichtterugval aan na een bepaalde tijd. Een L70 na 50.000 uur geeft aan dat er na 0.000 uur nog 70% licht over is. Een L90 na 50.000 uur geeft aan dat er na 50.000 uur nog 90% licht over is, kwalitatief dus een stuk beter.

Naast de L-waarde is ook de B-waarde van belang. Waar de L-waarde de hoeveelheid lichtterugval na een bepaalde tijd weergeeft staat de B-waarde voor het percentage leds wat minder opbrengst heeft dan bij L bepaald. De B-waarde gaat uit van een worst-case scenario. Is de B-waarde niet vermeld dan hanteren we B50.

Rekenvoorbeeld:

Een armatuur met 3.000 Lumen output heeft een L70B50 na 50.000 uur. Na 50.000 uur hebben we 70% licht over, ofwel 3.000 – 30% = 2.100 Lumen. De B-waarde geeft aan 50% van de leds geeft minder dan 70% licht, waardoor de lichtopbrengst lager wordt dan de 2.100 Lumen.

Opvolger van de LB- norm, de LBC norm

Er wordt momenteel in Duitsland gewerkt aan de LBC-normering, die gaat nog een stap verder dan de LB norm en is bedoeld om fouten bij het maken van lichtplannen te verminderen. De L blijft de lichtterugval na bepaalde tijd, net als bij de "oude" norm.

De B staat voor het percentage leds dat minder licht geeft dan bij de L-waarde vermeld. De C staat voor het uitvalspercentage van individuele leds na bepaalde tijd.

Voorbeeld: L70-B20-C2

L70 = na 50.000 uur nog 70% lichtbehoud
B20 = na 50.000 uur heeft 20% van de leds minder dan 70% opbrengst
C2 = na 50.000 uur is er 2% totale uitval

Met de LB of LBC norm kunnen we de onderhoudsfactor uitrekenen. Door deze onderhoudsfactor goed toe te passen hebben we de zekerheid dat er na vijf of tien jaar nog steeds voldoende licht is conform de normeringen.

Onderhoudsfactor:

Met deze waarden kunnen we de onderhoudsfactor van het armatuur uitrekenen. Een realistisch lichtplan voldoet aan de CIE 97:2005 en houd rekening met de LBC factor, armatuurrendement, ruimterendement, armatuur onderhoudsklasse, etc. Dit geeft de meest realistische situatie weer.

Vraag bij het lichtontwerp of de adviseur de CIE norm of vaste onderhoudsfactor heeft gebruikt, en waarom daar de keuze voor gemaakt is.

Kwaliteit bestaat uit…

Kwaliteitsbepaling gaat niet alleen over de led maar is een samenspel van de led chip met driver, koeling, optiek, lenzen, thermische- en mechanische behuizing. Een goed voorbeeld van een kwaliteitsLED is Samsung of Cree. Voor drivers is dit Philips of Meanwell.

Tegenwoordig maken ook Chinese Kwaliteitsproducten. Belangrijk is dat er een goed kwaliteitscontrole is. Deze controle is bij gerenommeerde merken meer gewaarborgd.

Grafiek: Kwaliteit is een samenspel van meerdere factoren, beoordeel altijd het armatuur als geheel!

Led binning

Bij de productie van individuele leds zijn er toleranties op het gebied van onder andere kleur en opgenomen vermogen. Zelfs binnen een batch (serieproductie van leds) zijn onderlinge toleranties mogelijk. De SDCM is hierin de standaard voor kleurafwijking, en staat voor Standard Deviation Colour Matching. Deze waarde wordt ook wel uitgedrukt in MacAdam steps, hoe hoger hoe slechter. 

Met andere woorden: er is een kleurtolerantie voor led chips, ook als die uit eenzelfde batch komen. 

< 3 SDCM stappen: onderling geen kleurverschil zichtbaar

< 5 SDCM stappen: Onderling kleurverschil nauwelijks zichtbaar

> 6 SDCM stappen: Onderling kleurverschil goed zichtbaar

De SDCM stappen staan in het LM-79-08 testrapport (spectrale rapport) van de lichtbron. 

Afb: Hoge SDCM stappen in de praktijk. Bron: Gunneman Group. 

Het grootste risico voor kleurafwijkingen vinden we bij retrofit oplossingen van led verlichting en bij de productie van Chinese armaturen en lichtbronnen. De leds met de laagste categorie SDCM zijn beduidend duurder, en vinden we meestal in de betere led armaturen terug.

Hoge kleurafwijkingen zien we ook bij bekende merken. Gemiddeld ligt de waarde bij nieuwe lichtlijnen rond de 3, bij retrofit led tubes loopt dit op tot 6.

THD (Totale Harmonische Vervuiling)

Alle led verlichting op de markt met een vermogen boven de 25Watt moet een test ondergaan om de vervuiling van het elektriciteitsnetwerk tegen te gaan. Is deze vervuiling te groot dan mag de verlichting niet worden verkocht. Er zit dus een kwaliteitsrisico bij de lampen onder de 25Watt en dan met name in led verlichting voor de consumenten markt. 

Een hoge THD zorgt namelijk voor pieken op het lichtnet, waardoor er (met name bij inschakeling) problemen kunnen ontstaan door een te hoge stroom. Ook kunnen kabels oververhit raken. 

Harmonische vervuiling is er altijd en komt voor in systemen als led- en tl-verlichting, radio’s, computers, dimmers, inductieovens, etc. 

Minimaliseer het risico door een led lamp te kiezen met een goede driver. Een goede driver is beter in staat om met de condensatoren de ruis te beperken. Meer hierover in Hoofdstuk 6: Drivers.

4. Kleur en kleurechtheid

Hoe zien wij kleur?

Om kleur goed te kunnen waarnemen zijn zowel de spectrale samenstelling als de hoeveelheid licht van belang. Kleur bestaat uit drie basiskleuren, namelijk rood, groen en blauw. Door een mix van deze kleuren kunnen we alle kleuren maken die er zijn, behalve zwart. Zwart is daarmee geen keur. Als we groen, blauw en rood licht mengen krijgen we wit. Gaan we materie (zoals verf) mengen in rood, groen en blauw krijgen we zwart. 

In het donker zijn kleuren slecht waarneembaar. Het menselijk oog zal zich dan aanpassen (adaptie) op voldoende zicht in het donker. We kunnen dan nog wel goed details onderscheiden en het zicht is in grijstinten. Het volledige aanpassingsproces van licht naar donker neemt ongeveer een half uur in beslag. De adaptie van donker naar licht duurt ongeveer een minuut. Om die reden is er bijvoorbeeld bij de ingang van tunnels meer licht nodig dan bij de uitgang om onze ogen de tijd te geven zich aan te passen zonder het overige verkeer in gevaar te brengen.

Overdag en bij voldoende licht (vanaf ongeveer 500Lux) zijn kleuren goed waarneembaar. Kleuren zien wij omdat de kleur van een object, bijvoorbeeld een rode koffiebeker, de kleur rood reflecteert en de andere kleuren absorbeert. Aangezien we alleen de luminantie (zie hoofdstuk 2) zien, is de beker in onze ogen rood. 

CRI- en CQS waarde

Dit zijn belangrijke waarden. CRI staat voor Color Rendering Index en is een maatstaaf voor het bepalen van de kleurechtheid van een lichtbron. De CRI is een maatstaaf die weergeeft hoe goed kleuren worden weergegeven. Aan deze maatstaaf hangt een referentiewaarde, in dit geval een halogeen- of gloeilamp.

Bij het bepalen van de CRI is er keuze tussen een referentie gemeten op 8- of 13 kleuren.

Belangrijk is dat R9, referentie 9, rood is. De kleur rood is bij veel lichtbronnen laag, hetgeen de volledige CRI waarde naar beneden bijstelt. De gemiddelde waarden is Ra. Zo staat een CRI van 85 gelijk aan 85Ra. Door met name de opkomst van led verlichting wordt tegenwoordig op 15 punten te meten. De test is daardoor uitgebreider en geeft een meer realistisch vergelijk van de verschillende lichtbronnen. 

Voor binnenverlichting is een CRI-waarde van minimaal 80 vereist, in sommige situaties een CRI van minimaal 90. Denk hierbij aan musea en spuitcabines. Bij buitenverlichting mag met een lagere CRIwaarde worden gewerkt, maar houd echter wel rekening in situaties met cameratoezicht. Het is dan aan te raden een hogere waarde aan te houden van minimaal 80Ra om personen beter te kunnen identificeren.  

De CQS (Color Quality Scale) zal hoogstwaarschijnlijk de opvolger worden bij het beoordelen van kleurkwaliteit bij led verlichting. De CQS is nog in ontwikkeling, meer daarover in de toekomst.  

Kelvin waarden

De Kelvin waarde geeft de kleur van de lichtstroom aan en vinden we terug in het verloop van daglicht.

De waarden lopen van rood naar blauw. Zo wordt warm wit aangeduid met 2700 tot 3000 Kelvin. Volledig daglicht heeft een Kelvin waarde van 5000 tot 6500 Kelvin. Door kleurbepaling kan het doel van de verlichting worden gerealiseerd. Bijvoorbeeld lagere Kelvin waarden om sfeer in een ruimte te creëren en hogere Kelvin waarden voor werkomgevingen.

 

 Er is een combinatie van CRI en Kelvin waarden. De driecijferige code op verlichting geeft zowel de CRI als de Kelvin waarden aan. De eerste letter is de CRI-waarde, de laatste cijfers de kleurtemperatuur. 

Biologische klok en productiviteit verbetering

Steeds vaker zien we vormen van daglichtregeling waarbij kleur en felheid vooraf zijn ingesteld. Bij warm licht maakt het lichaam melatonine aan, dat stimuleert het lichaam om de dagactiviteiten om te zetten in nachtactiviteiten. Het dag-nachtritme kunnen we deels sturen, meer daarover in Hoofdstuk 8: Slim aansturen van led verlichting. 

5. LED en warmte

Warmteontwikkeling bij led

Van gloei- en halogeenlampen is bekend dat er 92% van de energie verloren gaat in de vorm van warmte. Bij led lampen denken veel mensen nog dat er geen warmte vrijkomt, het tegendeel is echter waar. Ook bij led lampen is er warmteontwikkeling, zo’n 60 tot 70% van de energie wordt omgezet in warmte. Om de kwaliteit en levensduur van de led te kunnen waarborgen dient deze warmte te worden afgevoerd via een printplaat en ook daarna via een goede warmtegeleider zoals aluminium.

De efficiency van een led lamp wordt bepaald door de mate waarin het opgenomen vermogen zoveel mogelijk in licht omgezet wordt en zo min mogelijk aan warmte verloren gaat. Des te meer licht we halen uit een led lamp, des te hoger de Lumen/Watt verhouding is. In principe is een led lamp met een hoge lm/W verhouding een lamp die minder warmte geeft dan een lagere lm/W led lamp.

Let op! We rekenen altijd met een lm/W verhouding van een lichtbron of armatuur, nooit als individuele led!  

Soorten led, hoog- en laagvermogen versies

Grofweg is er een keuze in hoog- en laagvermogen leds. De hoogvermogen led is herkenbaar als COB (Chip On Board) of als SMD (Surface Moutend Device) led.

De COB-led is een hoogvermogen led, bestaande uit 1 printplaat met daarop hele kleine maar felle led ’s die niet met het blote oog waarneembaar zijn. Voordeel is het lichtbeeld, er zijn in dit geval geen lichtpuntjes waarneembaar. Een COB-led kan kwalitatief goed zijn maar dan wel bij goede koeling, hoogvermogen leds produceren relatief veel warmte. Desondanks zijn ze wel efficiënt, dat komt voornamelijk door de opbouw van de led. De warmte concentreert zich op een veel kleiner vlak dan bij een SMD-led.

De SMD-led is 1 led op een printplaat, kan in hoog- of laagvermogen zijn en is gevoeliger voor vlekvorming. Hiervoor is een optiek, lens of opaal afdekking nodig om dit tegen te gaan. Hoogvermogen SMD-leds zijn vaak klein en worden veelal toegepast in de goedkopere lampen en armaturen vanwege de lagere productiekosten.

De laagvermogen led systemen zijn duurder en kwalitatief vaak beter omdat bij een laagvermogen led de koeling beter is. Dat resulteert in een langere levensduur en minder lichtterugval na bepaalde tijd.  

Koeling

De led moet zijn warmte goed kwijt kunnen, zowel op de grondplaat als aan het armatuur. Daarvoor is goede koeling nodig. Is deze koeling onvoldoende dan is er een hogere lichtterugval en neemt de levensduur van LED af. Dit verval kan tot we 80% schelen in de levensduur.

Zo kan een LED chip van Samsung 135.000 uur mee gaan. Echter bij temperatuur boven de 55 graden maar onder de 85 is dit aantal uren al terug naar 80.000. Gaat de temperatuur nog hoger of zelfs boven den 105 graden neemt de levensduur af naar slechts 22.000 uur. 

Hoe te koelen

Allereerst is er koeling nodig op de plaats waar de led op de grondplaat vastzit. Dat kan een printplaat (PCB) of aluminium zijn. Vervolgens is het van belang hoe goed deze grondplaat zijn warmte kan afgeven aan de omgeving dan wel het armatuur.

Steeds vaker zien we bij armaturen dat de leds direct op het aluminium gemonteerd worden, daarmee zijn beduidend betere koelresultaten te realiseren. Leds gemonteerd op PCB plaat hebben vaak een 30% lichtterugval, bij montage op aluminium is dit vaak 10% (L70 vs L90, zie ook Hoofdstuk 3: Kwaliteitsbepaling).  

In onderstaand voorbeeld een 120W high-bay in COB en SMD-uitvoering. De afbeelding geeft een indruk van het benodigde formaat printplaat bij montage van COB of SMD met de bijbehorende warmteafgifte. De COB chip is beduidend kleiner, maar heeft wel een groter koellichaam nodig. Bij een SMD variant kan door de betere koeleigenschappen het armatuur kleiner gehouden worden.  

SMD-leds worden veel gemonteerd op een PCB-plaat (Printed Service Board), een printplaat waar de leds machinaal op worden gesoldeerd. Dat is prima, alleen de warmteverdeling moet hierop wel gelijk zijn. Gebruiken we weinig leds met relatief veel vermogen dan is de warmteverdeling op deze pcb ongunstig. Het is dan beter om een laagvermogen led te gebruiken, de warmte wordt dan beter verdeeld tussen de led en de printplaat. De printplaat moet vervolgens ook de warmte kwijt. Dit gebeurt door de PCB op een aluminium profiel te plaatsten.

Goede ledlampen hebben een aluminium profiel als buitenkant, zodat de omgevingstemperatuur de lamp kan koelen. Goedkopere varianten hebben een plastic omhulsel, plastic is immers goedkoper dan aluminium en daarmee hebben ze alleen een goede warmteafvoer van led naar grondplaat. Als het aluminium deze warmte niet kwijt kan is er alsnog een koelprobleem. In onderstaand voorbeeld een led tube als vervanger van tl-verlichting. Boven een lamp met aluminium body, en uitgebreide driver. Onder zit de aluminiumplaat in een plastic koker en de driver in de eindkap. 

Werktemperatuur

De werktemperatuur is bij led van grote invloed op de levensduur. De geadviseerde werktemperatuur is afhankelijk van de gekozen koeling, driver, led en behuizing. Hiervoor is ook weer de regel, beoordeel het als geheel en niet als individueel component. De zwakste schakel bepaalt de levensduur van de led. 

Lage temperatuuromgevingen zijn ideaal voor leds. Koel- en vriescellen zijn bij uitstek geschikt, dat gaat vrijwel altijd goed omdat de leds goed de warmte kunnen afgeven. Aangezien er al minder warmte ontwikkeld wordt dan bij conventionele verlichting, zal de koeling ook minder vermogen nodig hebben om de temperatuur te handhaven. Een win-win situatie!

Bij relatief warme omgevingen wordt de situatie anders. De meeste led verlichting heeft een maximale werktemperatuur van 50 graden. 

6. Drivers

Intro

Drivers zijn naast de led chips een belangrijk onderdeel van led verlichting. Belangrijk is dat deze twee componenten op elkaar zijn afgestemd. In Grofweg 60% van alle garantiegevallen betreft het een defect aan de driver, niet aan de leds.  

Sturen op stroom of spanning

Leds kunnen we aansturen op stroom of spanning. Veel consumenten verlichting werkt op stroom, 12v en 24v zijn hierin het meeste gebruikt. Veiliger, maar bijkomend nadeel is dat er bij grotere afstanden verliezen kunnen optreden. De professionele systemen hebben een sturing op stroom, veelal 350 of

700mA. De stroomhoeveelheid is dan afhankelijk van de belasting en kan variëren tussen 20v en 50v.  

Electrische condensator

Een belangrijk component van de driver is de Elco, of wel Electrische Condensator. Deze Elco is nodig om de rimpelspanning af te vlakken. Deze rimpel ontstaat bij de overgang van wisselstroom (AC-ingang driver) naar gelijkstroom (uitgang driver naar led DC).

Een Elco is een component dat elektrolyt bevat, wat verdampt bij een hoge temperatuur. Een hoge temperatuur is daarom funest voor een Elco. De Elco heeft een temperatuur gradatie, dat is de maximale werktemperatuur. Alle 10 graden daaronder is een verdubbeling van de levensduur, waarbij de aangeduide temperatuur op de Elco staat voor 10.000 uur.  

De printplaat krijgt een bepaalde werktemperatuur. De print is bij retrofit in de lamp gemonteerd en ook armaturen zijn vaak met driver geïntegreerd. Een COB-led, die meer warmte produceert, kan de levensduur van de Elco in dit geval nadelig beïnvloeden. Een COB-led met 100.000 branduur is prachtig, maar als de driver een 85 graden Elco heeft en de driver 65 graden wordt is de levensduur van de driver beduidend korter dan de levensduur van de led (85gr = 10.000 uur, 75gr = 20.000 uur, 65 gr 40.000 uur). Daarom is het belangrijk om het armatuur als geheel te beoordelen.  

Dimmen

De driver is de bepalende factor of een lamp of armatuur goed te dimmen is en hoe dit dient te gebeuren. Zo zijn er drivers die werken met DALI, 0-10V of triac dimmer (faseafsnijding).  

Ook belangrijk…

Hoe is de driver aangesloten op de led? 

Praktijkcase: de klant monteert led tubes als vervanger van de bestaande tl-verlichting. Als de verlichting wordt ingeschakeld gaat de radio storen, de verlichting gaat uit en de radio doet het weer. 

In dit geval liep een draad langs een printplaat met SMD-led aan de achterkant van de led tube. Deze draad wordt beïnvloed door het magnetische veld van de leds en wordt zo een geleider. Een soort extra antenne. Deze stoort op de FM-frequentie van de radio, maar kan ook invloed hebben op andere signalen als WiFi, Bluetooth, etc. 

 

7. Retrofit of nieuw armatuur?

Intro

In de nieuwbouw werken we vaak met nieuwe systemen. Bij renovatie is er vaak sprake van een retrofit oplossing, maar is dit altijd verstandig?

In 2011 zijn de eisen voor verlichting herzien. Het kan zijn dat we in de oude situatie een kantoor moesten verlichten op 500Lux, waar dat nu alleen op de werkplek 500Lux moet zijn. De achtergrond mag naar 200Lux, een nieuw systeem is dan een aanrader. Het zal qua aanschaf duurder zijn maar zich terugverdienen door een lager stroomverbruik p/m2 .  

Lichtplan

Een belangrijk onderdeel, bij zowel nieuwbouw als retrofit. Met een DIALux plan ga je een project aan op basis van feiten en niet van inschattingen. Bij grote projecten wordt ook aangeraden een oplevermeting uit te laten voeren conform de NEN:1891. Hierin wordt gecontroleerd of de opgeleverde installatie voldoet aan het gemaakte ontwerp.  

Retrofit met led tubes:

Bij tl-verlichting hebben we naast de lichtbron een fitting houder (G13), bedrading en een voorschakel apparaat (VSA). Als we alleen de lamp vervangen, blijven de bestaande fittingen aanwezig.

Houd ook rekening met de ouderdom van de VSA ‘s. Een conventioneel exemplaar (met starter) is eenvoudig zonder ombouwen om te zetten naar led door het uitwisselen van de starter met een dummy starter. De VSA zal nauwelijks vermogen opnemen maar wel deel uitmaken van het systeem. Als de VSA defect gaat dan zal de led tube ook uitgaan. Ook draagt de VSA bij aan de THD en voor vervuiling op het elektriciteitsnetwerk kunnen zorgen. 

Er zijn ook retrofit tubes die compatibel zijn met elektronische VSA systemen, zonder starter. Op het moment van schrijven is er nog geen led tube die 100% compatibel is met alle typen E-VSA ’s. Het gaat in deze situaties vaak mis als er twee lampen op een ballast zitten, ombouwen is in dit geval de enige optie. 

TIP: Raadpleeg altijd een expert als het gaat om retrofit bij led tubes. Zaken als blindvermogen, lichtopbrengst, val gevaar en ombouw zijn te belangrijk om te negeren. 

LED panelen

Een zeer veel gebruikte LED armatuur is LED panelen als vervanger voor inbouw armaturen, ook bij kantoren.

Wij zien vaak dat er alleen op prijs bepaald wordt en er vanuit de leverancier geen duidelijkheid is in zaken als UGR-waarden. Een te hoge UGR heeft risico op te hoge luminantie, met verblinding tot gevolg. Dat kan weer leiden tot hoofdpijn en verhoogd ziekteverzuim.

De NEN-EN 12464 zegt dat er bij werkplekken op kantoor een UGR van maximaal 19 mag worden gebruikt. Veel led panelen die wij in de praktijk tegen komen hebben een UGR van 22 en mogen niet worden gebruikt in kantoor omgevingen.

Bij een groot aantal reguliere webshops zijn zowel de kwaliteit als de UGR-waarden twijfelachtig of worden niet vermeld.

Retrofit van high-bay armaturen

Advies is niet doen. Deze lampen hebben bijna altijd een spiegel voor reflectie die haaks staat op de lichtbron. De lamp werkt samen met de spiegel om een egaal lichtbeeld te realiseren. Een led lamp is niet in staat om hier een egaal beeld van te maken.

Daarmee voldoen we in 90% van de gevallen niet aan de eisen. Ook hier geldt: laat u goed adviseren.  

Nadelen retrofit tl-verlichting

  • Lichtopbrengst bij sommige leveranciers nog niet voldoende voor 1:1 vervanging

  • Werkt niet altijd met E-VSA systemen

  • Mogelijk storing op andere elektrische systemen

  • Kwalitatief niet zo goed als nieuwe systemen 

  • Problemen met warmte, blindstroom, THD mogelijk bij goedkopere varianten

  • Spreiding en lichtbeeld niet altijd optimaal

  • Al deze nadelen worden opgelost met iONLED TL verlichting! 

Voordelen retrofit tl-verlichting

  • Snelle terugverdientijd

  • Snelle montage 

  • Bij tl-verlichting ongeveer 70 tot 85% voordeliger dan een compleet nieuw systeem

  • Start direct op, werkt goed met bewegingsmelders  

Aansprakelijkheid

Armaturen met een typegoedkeuring voor tl-verlichting verliezen deze goedkeuring bij gebruik van retrofit lampen. In dit geval is altijd de eindgebruiker verantwoordelijk. Indien een armatuur ombouw vergt, zoals het verwijderen van een VSA, is de ombouwer verantwoordelijk. Maar let op, het kan voorkomen dat bij brand de verzekering niet uitkeert omdat het armatuur is aangepast, aangezien het armatuur zijn CE-keurmerk verliest bij ombouw.

Daarom worden alle installaties uitgevoerd door iONLED. De monteurs zijn in het bezit van een E- Opleiding waarmee ze gecertificeerd zijn om zelfs volledige stoppenkast te vervangen en dus ook het aanpassen van een armatuur. 

8. Slim aansturen van LED verlichting.

Dimmen

Als we de mogelijkheid hebben om led te dimmen is dat zeker aan te raden. Als we led gaan dimmen met 30% dan zal de besparing ook met 30% toenemen en dit zal ook de levensduur verlengen. Dimmen kan handmatig, met bijvoorbeeld inbouw dimmers, of automatisch met een systeem zoals DALI(Zie afbeelding).

Een DALI-systeem past automatisch het dimniveau van de verlichting aan op basis van de hoeveelheid daglicht in een ruimte. Door plaatsing van een sensor met regelapparaat is deze meerprijs binnen zeer korte tijd terugverdiend. 

Een vuistregel voor dimmen bij daglicht: De 1e en 2e rij armaturen kan men daglichtafhankelijk regelen mits de gevelzijde op de zuidkant gelegen is. Uiteraard een en ander afhankelijk van de hoeveelheid en formaat ramen, gebruikte zonwering, etc.  

Dimmen op nieuwwaarde

Steeds vaker gaan fabrikanten dimmen op nieuwwaarde. Men stelt dan de verlichting zo in dat de lichtterugval automatisch gecompenseerd wordt met de dimfunctie om op deze manier een constante output te krijgen van de lichthoeveelheid. Op zich is dat een prima uitgangspunt, alleen is ook hier de warmteafvoer weer van belang.

Nemen we in als voorbeeld een lichtlijn waar laagvermogen SMD-leds op een PCB-plaat gemonteerd zijn. We gaan deze lichtlijn dimmen (bijv. 30%) op nieuwwaarde. Daarmee wordt ook de warmteafgifte op de grondplaat lager. Als na verloop van tijd door lichtterugval van de leds de 0% waarde is bereikt, en de leds nu op 100% moeten branden, gaat het lichtniveau versneld achteruit. De warmteontwikkeling neemt toe doordat de dimfunctie afneemt, de belasting op de led neemt daarmee ook toe waardoor de lichtterugval versnelt.  

Er zijn fabrikanten die altijd leds dimmen en dit niet koppelen aan een tijdsindicatie of lichtterugval. Door leds te dimmen gaan we immers de levensduur verlengen en zo halen we bij een led met 50.000 brand uren nu 100.000 uur als we altijd 50% dimmen. Dimwaarden hier variëren van 15 tot 70% (!), afhankelijk van de leverancier. Extreme dimwaarden zien we vaak bij hoogvermogen leds om warmteontwikkeling binnen de perken te houden of de levensduur te verlengen.  

Bewegingsmelders

Bewegingsmelders of aanwezigheid sensoren zijn prima te gebruiken met led omdat deze direct in- en uitschakelen. Ideaal in een hal, toilet of bij buitenverlichting. De meeste led verlichting wordt getest op 1.000.000 schakelmomenten, goed voor jarenlang gebruik. 

Tip: Pas bij voorkeur een bewegingsmelder toe die extern is van het armatuur. De lichtbron gaat waarschijnlijk langer mee dan de sensor, bij een defecte sensor voorkom je aanvullende kosten.  

Daglicht regeling

Met een daglicht regeling kunnen we de biologische klok sturen door de lichtintensiteit en kleur te veranderen en af te stemmen op bijvoorbeeld het verloop van de dag. Dit wordt veel gebruikt in ziekenhuizen (ploegendiensten) maar ook bij bijvoorbeeld scholen komt dit steeds vaker voor. 

Toepassing bij scholen is zeer interessant aangezien we met licht prestaties kunnen verbeteren. In de ochtend is er nog melatonine aanwezig in het lichaam. Door neutraal licht te gebruiken met een hoge intensiteit bevorderen we de afbraak van dit hormoon waardoor lesstof beter kan worden opgenomen. Ook kan bijvoorbeeld bij het naderen van de pauze het licht anders gestuurd worden om het lichaam in een rust toestand brengen.

Bij de middagdip kan dan de intensiteit weer verhoogt worden en de kleur aangepast naar daglicht zodat de productiviteit weer zal toenemen.   

9. Normen voor verlichting.

Introductie

Het is bij het maken van een lichtontwerp zeer belangrijk om rekening te houden met de geldende normen, onderstaande zijn van toepassing op de ontwerpen die we maken. Bron: www.nen.nl 

NEN-EN 12464-1

Deze Europese norm specificeert verlichtingseisen voor mensen die werkzaam zijn in binnenruimten, die tegemoetkomen aan de behoeften aan visueel comfort en visuele prestatie. Hierbij is uitgegaan van mensen met een normaal gezichtsvermogen.

Alle gebruikelijke visuele taken zijn in aanmerking genomen, ook het werken met beeldschermen. Deze Europese norm geeft eisen voor lichtoplossingen voor de meeste werksituaties binnen de aan hun gerelateerde omgeving in termen van kwantiteit en kwaliteit van verlichting. In aanvulling hierop worden aanbevelingen gegeven voor een goede verlichtingspraktijk. 

NEN-EN 12665

Basistermen en criteria voor het vastleggen van eisen aan de verlichting. 

NEN 3087

Ergonomie - Visuele ergonomie: achtergronden, principes en toepassingen. 

NEN 1891

Deze norm geeft de procedure voor het meten van de verlichtingssterkte (E) de luminantie (L) en de diffuse-reflectiefactoren van oppervlakken.

De norm geeft eisen voor de inhoud van de meetopdracht en het meetrapport. Tevens geeft de norm eisen voor de meetapparatuur en de hulpmiddelen, noodzakelijk voor het uitvoeren van de metingen van voornoemde lichttechnische grootheden.

De te meten grootheden kunnen tevens nodig zijn voor bepalen van onder meer de nuttige lichtstroom, de gemiddelde verlichtingssterkte op een oppervlak, het verlichtingsrendement, de gelijkmatigheidsindex, de specifieke lichtstroom van de installatie en de luminantie verhoudingen in een ruimte en voor de toetsing van de meetgegevens aan (computer)berekeningen en de standaardverlichtingssterkte. De norm is van toepassing voor meting en toetsing van de verlichting in en rond gebouwen. 

10. Toekomstvisie

Opbrengst en efficiëntie

De lichtopbrengst en efficiëntie zal verder toenemen. Theoretisch kan dat tot er 0% warmteontwikkeling is ten opzichte van het verbruik. Dan wordt 100% van het opgenomen vermogen benut om licht te maken. In die ontwikkeling zit zeker potentie. We hebben nu nog ongeveer 60% warmteverlies aan de achterkant van de led. Minder warmteverlies zal leiden tot een toename van de lm/W verhouding.

Huidige grens van LED is nu rond de 683lm/W. Dit getal is nu nog puur theoretisch en niet toepasbaar in commerciële LED.

Oled

De Oled is een organische led, gemaakt van kunststoffen. Nu nog met een te lage opbrengst om als continu werkverlichting te gebruiken, maar ook hierin zit veel potentie. Oled kan zeer dun en flexibel vorm gegeven worden en geeft een mooi diffuus licht. Nu nog erg kostbaar, maar dat was led 15 jaar geleden ook.

Momenteel wordt Oled vooral toegepast in displays en decoratieve oplossingen en omdat het een organisch materiaal is kan het ook worden gebruikt in gordijnen, zonwering, tapijt, enzovoorts. 

Led, Oled, of toch….

Of toch een andere lichtbron? Er is ook een toekomst met lasertechnologie. De auto-industrie loopt hierin voorop, de BMW i8 heeft al laser koplampen, en ook Audi is bezig met deze ontwikkeling. Voordelen voor toepassingen in koplampen zijn zowel het formaat als de helderheid. Hoe lang zal het duren voordat we laserlicht hebben voor alledaags gebruik? 

Test je basiskennis

De test

Test je basiskennis met onze test. In deze test zul je bepaalde vragen uit de vorige hoofdstukken moeten beantwoorden. 

Hoe moet de efficiency van een lamp aangegeven worden?

  • Door de verhouding tussen het vermogen (watt) en de daadwerkelijk voortgebrachte lichthoeveelheid. Hierbij moet gelet worden op de lichthoeveelheid die de lamp voortbrengt.
  • Door het vermogen (watt) dat gebruikt wordt door drivers en optieken af te trekken van het totaal gebruikte vermogen van de lamp.

Wat is de Powerfactor?

  • De verhouding tussen het opgenomen vermogen en het vermogen dat daadwerkelijk gebruikt wordt
  • Het aantal vermogen(Watt) dat nodig is om een COB-Led aan te sturen.

Wanneer is Blindstroom vooral een risico?

  • Bij retrofit en bij een dunnere nuldraad is de kans op kortsluiting door een blindstroom groter.
  • Bij een kleurtemperatuur van 6000K en hoger op een hoogvermogen led.

Wat is retrofit?

  • Een term die aangeeft dat een bepaalt soort LED versie geplaatst kan worden in de standaard drivers.
  • Het plaatsen van LED lichtbronnen in bestaande armaturen die voorheen voor traditionele lichtbronnen gebruikt werden.
  • Een term die aangeeft dat een Elco bij een oudere LED lichtbron geplaatst kan worden zonder veel elektrolyt te verliezen.

Wat is een acceptabele UGR waarde in een kantoor?

  • 12
  • Maximaal 19
  • Minimaal 21
  • Er zijn geen UGR richtlijnen voor kantoor

Hoe noemen we de wijze van dimmen waarbij de armaturen onafhankelijk van elkaar kunnen worden gedimd en waarvan de aansturing los van de voeding loopt?

  • VSA
  • CQS
  • DALI
  • DIALux

Welke kleurtemperatuur heeft daglicht?

  • 3000K
  • 6000K
  • 9000K

Hoe kan je zien dat er een elektronisch voorschakelapparaat in een armatuur zit?

  • Dan ontbreekt de starter.
  • Dan is er een DALI driver aan het armatuur bevestigt.

Hoe noemen we (een) halfgeleider(s) die licht geeft/geven als er stroom doorheen loopt?

  • LED
  • Fosfor
  • Kwik
  • Natrium

Wat kan je meten met een Luxmeter?

  • De verlichtingssterkte
  • De kleurtemperatuur
  • De CRI

Bevat LED licht UV of Infrarood straling?

  • Alleen UV straling bij een hoge CRI waarde
  • Alleen infrarood straling
  • Geen van beide
  • Beide

Waarvoor staat de B waarde in de LB normering?

  • Het percentage leds wat minder opbrengst heeft dan bij L bepaald over een bepaalde periode.
  • B is het percentage lichtopbrengst van een armatuur na 50.000 branduren in de LB normering.
  • Het aantal branduren vergeleken met de lux (L).

Wat wordt aangegeven door MacAdam steps?

  • De kleurechtheid van LED's
  • Onderling kleurverschil tussen LED's

Moet iedere LED lichtbron getest worden op het veroorzaken van Harmonische Vervuiling?

  • Ja, dit is wettelijk verplicht om storingen in het energienetwerk tegen te gaan.
  • Nee, alleen lichtbronnen met een vermogen boven 25W worden getest.
  • Nee, alleen hoogvermogen LED lichtbronnen moeten worden getest. Laagvermogen lichtbronnen gebruiken immers al minder Watt.

Hoeveel licht is er ongeveer nodig om kleuren goed te kunnen onderscheiden?

  • 500 Lux
  • 827 CRI
  • 2700 Kelvin

Wat is een betere waarde voor het uitdrukken van kleurkwaliteit bij LED verlichting: CRI of CQS?

  • CRI
  • CQS

Blijven mensen over het algemeen alerter bij warm licht of bij koud licht?

  • Warm
  • Koud

Hoeveel procent van de energie wordt er door een LED lamp omgezet in licht?

  • 20-30%
  • 30-40%
  • 40-50%

Welk voordeel biedt COB-LED m.b.t. het lichtbeeld dat voortgebracht wordt?

  • Er wordt maar van 1 printplaatje gebruik gemaakt.
  • Er zijn geen lichtpuntjes zichtbaar.

Kan je door het monteren van LED rechtstreeks op het aluminium goede koelresultaten bereiken?

  • Ja
  • Nee
  • Dit is niet mogelijk i.v.m. de Europese normen.