Nowe technologie  (2020-02-04)   Artykuł sponsorowany CEZOS

Innowacyjna oprawa LED do oświetlania roślin

Firma Cezos zakończyła badania przemysłowe, które umożliwiły zaprojektowanie innowacyjnej oprawy LED przeznaczonej do oświetlania roślin. Efektem prac jest model oprawy LED, która po wdrożeniu do produkcji może być użyta na różnego rodzaju plantacjach roślin jako oświetlenie podstawowe lub dodatkowe zapewniające kontrolowanie parametrów upraw.
– Ewolucja jaka odbywa się na rynku komponentów oświetleniowych wskazuje, że w najbliższych latach rozwiązania oparte o technologię LED będą stale wypierały inne wcześniej powszechnie używane rozwiązania. Ze względu na znaczne zapotrzebowanie hodowców roślin na nowoczesne i inteligentne systemy oświetleniowe firma CEZOS podjęła się realizacji projektu, który umożliwi dostarczenie na rynek kompleksowego rozwiązania – innowacyjnej oprawy LED przeznaczonej do oświetlania roślin – uważa Cezary Skotak, właściciel firmy CEZOS.
 

Podstawowym założeniem przy projektowaniu nowej oprawy była funkcjonalność pozwalająca na regulowanie widma i intensywności emitowanego przez nią światła, co zapewni użytkownikom możliwość sterowania wzrostem i właściwościami roślin. Oprawa w założeniach powinna generować przynajmniej 100 µmol/s strumienia świetlnego czynnego fotosyntetycznie przy sprawności 2,3 µmol/J lub więcej. Jej waga nie powinna przekraczać 7 kg, a jednocześnie cena nie powinna być wyższa niż 150 USD. Spełnienie powyższych wymagań zapewni osiągnięcie wielu wskaźników ekonomicznych i ekologicznych, takich jak m. in. niska materiałochłonność produkcji i energochłonność użytkowania.
 
W toku badań przeanalizowany został skład widmowy światła słonecznego w pełnym cyklu dobowym, a następnie zmierzono skład widmowy promieniowania diod LED od trzech głównych producentów na rynku – firm Osram, Cree oraz Lumileds. Po porównaniu parametrów wybrane zostały diody firmy Osram z serii Oslon SSL oraz Oslon Square, które z punktu widzenia projektu pozwalają uzyskać zakładane parametry oprawy oraz umożliwiają częściowe odtworzenie widma słonecznego jako widma optymalnego. Wybrane diody użyte zostały do zaprojektowania i wykonania źródeł światła typu Cluster4, w którym liczba diod stanowi wielokrotność  4 oraz Cluster9, w którym jest to wielokrotność 9.

 
Moduły LED – Cluster4 i Cluster9

 
Regulację składu widmowego światła umożliwiły cztero-kanałowe sterowniki SELV oraz HV-LP skonstruowane w toku badań, które w sposób automatyczny mogą sterować źródłami światła tak by widmo odpowiadało światłu słonecznemu o różnych porach dnia. Sterowniki zostały zamknięte w szczelnych obudowach, a zmiana nastaw odbywa się poprzez panel dotykowy.
 
Sterownik do modułów LED - HV-HP

 
Źródła światła połączone ze sterownikami poddano pomiarom w laboratorium fotometrycznym. Dokonano pomiarów całkowitego strumienia świetlnego dla różnych wariantów konfiguracji diod LED, charakterystyki przestrzennego rozsyłu światła, rozkładu natężenia światła z odległości dla różnych wariantów stworzonych źródeł światła. Utworzone zostały pliki LDT, które zawierają komplet danych fotometrycznych, w tym charakterystykę rozsyłu w każdym kierunku oraz całkowity strumień świetlny.

 
Na podstawie plików LDT stworzono teoretyczny model optyczny finalnej oprawy i wykonana została symulacja w programie Dialux, która umożliwiła określenie składu ilościowego diod LED oraz określenie minimalnych wymiarów oprawy co następnie umożliwiło zaprojektowanie i stworzenie modelu 3D zawierającego źródła światła, obudowę, dyfuzor oraz inne elementy oprawy. Do stworzenia modelu 3D oprawy posłużył program Solidworks.

 
Dla zmniejszenia materiałochłonności oraz zwiększenia niezawodności opraw wykonane zostały symulacje termiczne i mechaniczne. Ich wyniki umożliwiły skorygowanie konstrukcji oprawy tak, by z jednej strony zapewniona została żywotność opraw na poziomie powyżej 60 000 h przy zakładanych parametrach i temperaturze diod LED nie przekraczającej 80°C, a z drugiej strony oprawa była zoptymalizowana pod kątem kosztów produkcji.

 
Statyczne symulacje termiczne wykonane w programie SolidWorks


W toku badań uzyskano następujące parametry modelu oprawy dla konfiguracji RFBW:
  • maksymalna moc oprawy – 81 W,
  • wyjściowy strumień świetlny czynny fotosyntetycznie – 189 umol/s,
  • sprawność – 2,33 umol/J,
  • możliwość kontroli przy pomocy dedykowanego sterownika 4 kanałowego,
  • wymiary – długość 2000 mm, średnica 55 mm,
  • możliwość łatwego zawieszenia,
  • żywotność powyżej 60 000 godzin,
  • szczelność – IP67,
  • zakres temperatur pracy – 0°C - 40°C,
  • masa całkowita oprawy – 2,7 kg.
 
Efektem końcowym projektu jest opracowanie pełnej dokumentacji dla oprawy. Jej wprowadzenie do produkcji przewidziane jest na drugą połowę 2020 r. po wykonaniu pełnych pomiarów weryfikacyjnych prototypu. Badania te będą prowadzone do końca marca br. w ramach prac rozwojowych.
 
Prototyp innowacyjnych opraw stworzonych na podstawie przeprowadzonych badań przemysłowych, będzie charakteryzował się  następującymi funkcjonalnościami:
  • znacznie wyższa skuteczność w stosunku do tradycyjnej oprawy HPS,
  • możliwość szybkiej i łatwej instalacji,
  • możliwość sterowania systemowego,
  • wykorzystanie właściwych długości fal światła i znaczne zmniejszenie lub nawet całkowite wyeliminowanie zbędnej części spektrum,
  • ograniczenie i kontrola emitowanego widma światła, co w konsekwencji umożliwi osiągnięcie znacznych oszczędności energii elektrycznej, sterowanie etapami wzrostu roślin, a także definiowanie pory dnia począwszy od wschodu, a kończąc na zachodzie słońca, co umożliwia stworzenie warunków naturalnych dla roślin zupełnie jakby rosły w naturalnym świetle słonecznym,
  • szybsze włączanie i wyłączanie źródeł światła przy jednoczesnym osiąganiu pełnej mocy od razu po włączeniu oraz dynamiczną zmianę strumienia świetlnego opraw zależnie od intensywności oświetlenia naturalnego co pozwala poczynić dalsze oszczędności energii elektrycznej,
  • zwiększenie żywotności instalacji oświetleniowej, co zmniejsza koszty utrzymania oświetlenia sztucznego, przy czym dynamiczna kontrola jasności dodatkowo wydłuża żywotność źródeł opartych o diody LED,
  • tworzenie kompaktowych, lekkich i niezawodnych opraw oświetleniowych.
 

 
Firma CEZOS prężnie rozwija swoją działalność na rynku polskim i zagranicznym od 1981 r. Znajduje się w międzynarodowej czołówce tworząc nowe rozwiązania dla producentów oświetlenia. Od 2011 r. jest członkiem grupy LED – Light for You (LLFY) wspieranej przez firmę Osram. Dział LTS (LED Technical Solutions) – biura projektowego CEZOS skupia wysoko kwalifikowanych inżynierów elektroników, dzięki czemu CEZOS projektuje i produkuje elektronikę do sterowania oświetleniem dostosowaną ściśle do indywidualnych potrzeb klientów.
 
CEZOS projektuje i produkuje także dedykowane moduły LED. Firma oferuje również własną gamę profili aluminiowych z akcesoriami oraz wykonuje usługi zalewania profili aluminiowych i modułów LED zalewami poliuretanowymi w celu uzyskanie szczelności i odporności na zewnętrzne warunki atmosferyczne.


Projekt: „Prace badawcze nad opracowaniem innowacyjnej lampy LED” nr RPPM.01.01.01-22-0034/17 współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Pomorskiego na lata 2014-2020.

 
   


 
W związku z rosnącym rozprzestrzenianiem się koronawirusa w Europie, Messe Frankfurt adecydowało się odłożyć Light + Building na inny termin.
Do zobaczenia we wrześniu 2020 r.
 
CEZOS
ul. Olgierda 88/B
81-534 Gdynia
Tel.: +48 58 664 88 61
e-mail: cezos@cezos.com
www.cezos.com

 

Treści powiązane:



Komentarze:

Advertisement