LED-es növényvilágítás hatásfokának optimalizálása
Téma jellege: számítógépes szimuláció, fejlesztés, (LED mérés, prototípuskészítés, kutatás)
A teljesítmény LED-ek hatásfokának rohamos fejlődése lehetővé tette, hogy felhasználásuk egyre inkább elterjedjen a mesterséges növényvilágítási rendszerek között is. A korábbi fényforrásokkal ellentétben azonban a LED-ek hatásfokát a hőmérséklet emelkedése minden esetben rontja, amelynek mértéke a LED hullámhosszának (a lapka alapanyagának és adalékolásának) függvényében akár igen jelentős mértékű is lehet.
A hatásfokot leginkább meghatározó másik paraméter a LED nyitóárama, amely függvénynek jellemzően egy kezdeti, nagyon meredeken emelkedő szakasz után egy lankásabb csökkenés tapasztalható.
A hatásfok javítása minden esetben pozitív visszacsatolást jelent, hiszen a disszipált teljesítmény csökkentésével a LED lapka hőmérséklete is csökken, ezáltal az eszköz kedvezőbb munkapontban üzemelhet tovább. A nyitóáram optimális értékre történő csökkentése után a hatásfok további javításának lehetséges módja lehet a LED úgynevezett dimmelése, vagyis a kitöltési tényező csökkentése; ez a módszer a hatásfok szempontjából optimális nyitóáram értékek felett (vagyis a felhasználások túlnyomó többségében) a hatásfokot rontja, ellenkező esetben azonban a LED lapka hőmérséklete tovább csökkenthető a nyitóáram optimális értéken történő tartása mellett.
A leírt módszerek két fő hátránya, hogy a hatásfok javítását a LED-ek számának növelésével és pulzusszélesség moduláció (PWM) segítségével érik el. Előbbi a bekerülési költségeket növeli, utóbbi az eszköz megbízhatóságát és várható élettartamát csökkenti.
A munka során a hallgató feladatai:
- végezzen irodalomkutatást a mesterséges fény alatt történő növénynevelésről
- végezzen irodalomkutatást a jelenleg rendelkezésre álló LED-es növényvilágítási lehetőségekről
- végezzen irodalomkutatást a LED-ek működésének hőmérsékletfüggéséről, ennek mérési és modellezési lehetőségeiről
- határozza meg különböző színű növényvilágító LED-ek hatásfokát a nyitóáram és a hőmérséklet függvényében a gyártói adatlapok és/vagy saját LED mérések segítségével
- végezzen szimulációt a leírt hatásfok optimalizálási lehetőségekről
- végezzen becsléseket a bekerülési költségek és a várható élettartam tekintetében
- (tervezzen és készítsen saját növénynevelő LED lámpát a hatásfok optimalizálásával)
- (végezzen kutatást a PWM növények fejlődésére gyakorolt hatásairól).
A téma szakdolgozattá (diplomatervvé is) fejleszthető.
Konzulensek: dr. Hegedüs János és dr. Hantos Gusztáv