Teknolojinin gelişmesiyle birlikte aydınlatma sektöründe de gelişmeler yaşanmıştır, bu değişimlerin en önemlisi şüphesiz aydınlatma elemanlarının enerji verimlerinin artmasıdır. Yalnız, bu yenilikler verimliliği arttırırken, yanlarında çözülmesi gereken mühendislik problemlerini getirmişlerdir.
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte aydınlatma sektöründe de gelişmeler yaşanmıştır, bu değişimlerin en önemlisi şüphesiz aydınlatma elemanlarının enerji verimlerinin artmasıdır.
Yalnız, bu yenilikler verimliliği arttırırken, yanlarında çözülmesi gereken mühendislik problemlerini getirmişlerdir.
Bunlardan en önemlisi LED’li armatürlerin ısıl problemleridir. Bu problemi LED Academy [1] dergisi şöyle dile getirmiştir, ”İyi tasarlanmış bir soğutma sistemi, armatüre yüksek verim ve uzun ömür sağlamaktadır. Bu sebepten LED’li armatürlerin ısıl tasarımı en kritik aşamadır.”
Buradan yola çıkarak yaptığımız araştırmalarda eski ile yeni arasında kıyaslama yöntemine gitme ihtiyacı doğmaktadır.
Bu araştırmalar neticesinde Petroski J.’nın makalesinden ulaştığımız farklı ışık kaynaklarının enerji dönüşüm tablolarına aşağıda yer verilmektedir. [2]
Tablodan da anlaşılacağı üzere LED öncesi ışık kaynaklarında, iletimle ortamın soğutulmasının ihtiyacı görece çok azdır. İleriki tablolarda verimlerle alakalı bilgilerde paylaşılacak ve karşılaştırmalar derinleştirilecektir.
Tablo 1. Işık kaynaklarının ısı transfer mekanizmalarının karşılaştırması
İleriki aşamalara geçmeden önce elimizdeki tablo daha ayrıntılı irdelendiğinde, konvansiyonellerde ısının yayılmasının iletimden ziyade ışınımla gerçekleşmekte olduğu anlaşılmaktadır.
Petroski J.’nin makalesine ışık için harcanan gücü de eklersek LED Academy’nin belirttiği gibi aydınlatmalarda dönüşen enerjilerin karşılaştırması aşağıdaki gibi olmaktadır. Böylelikle 100W’lık bir LED armatürden 40W’lık ışık alabilirken 60W’lık bir ısı iletim ve taşınımla açığa çıkmaktadır. Bunun yanı sıra Enkandesen ve Florasan armatürlerde bu durum 8W ve 21W ışığa dönüşümle oluşmaktadır.
Şekil 1. Işık kaynaklarının ısı transfer mekanizmalarının karşılaştırması
Bu iki tablonun verilerinden yeni yaklaşık bir enerji dönüşüm tablosu elde edilirse.
Tablo 2. Isı transferleri ile ışık verimi karşılaştırması
Yukardaki gibi bir tablo oluşmaktadır. Bu tablodan ısıl tasarım yapılırken hangi yöntemin kullanılmasının uygun olduğu çıkarımında bulunulabilir.
Isıl problemlerin yanında yüksek sıcaklığın LED’lerin verimlerine nasıl etkidiği ile ilgili LED Academy’nin uyarısının dikkate almakta fayda vardır. Bu uyarıda der ki; “Jonksiyon sıcaklığındaki her 10°C’lik artış LED ömründe %30-50 arasında düşüşe sebebiyet vermektedir.”
Benzer şekilde verim ile ilgili bir çıkarımda Onaylıgil S.’nin [3] makalesinden yapılabilir. Makalede ısıl problemden ötürü sıcaklığın etkisiyle verim arasındaki ilişkiden bahsedilmektedir.
Şekil 2. Jonksiyon sıcaklığının ışık akısına etkisi
Tablodan da görüleceği üzere sıcaklığın artışı Beyaz ışığın kayda değer oranlarda düşüşüne sebep olmaktadır.
En nihayetinde, eldeki veriler harmanlandığında çeşitli yorumlar yapılabilir. Bizim buradaki amacımız minimum enerji ile maksimum ışığı elde etme doğrultusundadır. Enkandesan ve floresanlara nazaran LED’lerin enerjilerinin büyük bir kısmını ısıl iletim yoluyla atması sebebiyle, kanatlı-kanatsız ve aktif pasif gibi ısı değiştiricilerinin de LED’li armatürler üzerinde mühendislik hesaplamaları kullanılarak yapılması zorunluluğu doğmuştur. LED’lerin ortalama jonksiyon sıcaklıklarının 100°C olduğu düşünülürse ışık veriminin son hali aşağıdaki tablodaki gibi olacaktır.
Tablo 3. Toplam Isı transferleri ile ışık verimi karşılaştırması
Görüleceği üzere eskiden 100W’lık bir enkandesen armatürde aynı zamanda 90W’lık bir ısıtıcımız varken, konu LED’e gelince 68W’lık bir ısıtıcımız olmaktadır. Yalnız, unutulmamalıdır ki ısıyı atma yönteminden dolayı LED armatürlerde, armatür gövdesi daha sıcak olmaktadır. Böylelikle LED armatürlerde konvansiyonel armatürlere nazaran ısıl problemlerin iletim kaynaklı olmasından ötürü ışık verimliliğinin üzerindeki etkisinin önemi anlatılmaya çalışılmıştır.
Kaynakça
[1] LED Academy, http://www.ledacademy.net/wp-content/uploads/2015/03/lesson3.pdf, (10.08.2015 tarihinde erişildi.)
[2] Petroski J. Thermal challenges in LED cooling, www.electronics-cooling.com/2006/11/thermal-challenges-in-led-cooling/ (12.05.2015 tarihinde erişildi.)
[3] Onaylıgil S., Yurtseven M., Gündüz N., Erkin E., Verimli LED armatürü için optik ve ısıl tasarım süreçleri, Agustos 2015.
