Global Award for 15 års Samarbejde i IEA 4E SSL Annex

Den 27. november 2023 blev ekspertgruppen SSL Annex i Xiamen, Kina, tildelt “Global SSL Award for Outstanding Achievement” fra International Solid State Lighting Alliance (ISA), en non-profit organisation bestående af regionale alliancer, brancheforeninger og samfund, førende virksomheder og anerkendte universiteter. Danmark deltager i SSL Annex. I denne artikel kan du læse om ekspertgruppens arbejde og nogle af de vigtigste resultater, der er opnået.

Af Carsten Dam-Hansen, DTU Electro, og Casper Kofod, Energy piano

ISA’s jury begrundende tildeling således: SSL Annex er et fremragende eksempel på internationalt samarbejde med succes. SSL Annex har gennem 15 år udført et omfattende arbejde vedrørende test, standardisering, intelligent belysning, sundheds- og miljøpåvirkninger samt lys-kvalitet. SSL Annex har delt sine resultater med det globale belysningssamfund og understøttet regeringer samt beslutningstagere over hele verden. Et bredt team af eksperter samarbejder om at opnå resultater, der rækker ud over deres personlige forskning og interesser. SSL Annex har spillet en vigtig rolle i at fremme markedsadoptionen af LED-lyskilder. I fremtiden vil IEA Annex kunne øge sin gennemslagskraft, hvis det aktivt involverer deltagere fra store lande som Brasilien, Indien, Kina og Sydafrika.

“Vi er ISA meget taknemmelige for denne ære, de har tildelt os,” udtalte professor Georges Zissis, formand for SSL Annex Management Committee i forbindelse med pristildelingen. “SSL Annex har altid arbejdet for aktivt at engagere sig med interessenter på tværs af det globale belysningssamfund og kommunikere vores resultater så bredt som muligt.”

Samordning af regionale og nationale regeringspolitikker for LED-kvalitet og -ydeevne

SSL Annex er et forum for udveksling af ideer, testresultater, markedstransformationsinitiativer og udfordringer omkring regler/lovgivning og håndhævelsesudfordringer. SSL Annex arbejder således på samordning af regionale og nationale regeringspolitikker for LED-kvalitet og -ydeevne. Det er også en fordel for industrien, at der harmoniseres på tværs af nationale programmer og krav, idet de kan forenkle deres produkt-portefølje, når der ikke er et kludetæppe af forskellige regler verden rundt.

Forsknings- og politikstøtteaktiviteterne i SSL Annex fokuserer på fire kritiske områder:

1. SSL-test, interlaboratorie-sammenligninger til udvikling og afprøvning af testmetoder og standarders robusthed, som understøtter belysningsmetrologisamfundet, forbedrer nøjagtigheden af LED-produkttest og sammenligneligheden verden over. Medlemslandenes test af SSL-produkter samles i en intern database og benyttes som evidens-grundlag for kvalitets-anbefalinger.
2. Smart belysning, digitalisering, smarte systemer med forbundne lysprodukter, trådløs kommunikation og intelligente kontrolenheder. SSL Annex tester, overvåger og søger reduktion af det elforbrug, der bruges af de smarte lamper og armaturer i standby, når lampen ikke er i brug. Der testes også, om belysningskvalitet og lysudbytte er i orden, når belysningen dæmpes og/eller der skiftes farvetemperatur.
3. Folkesundhed, produktivitet og miljøpåvirkninger. Man hjælper regeringer og offentligheden med at spore og sammenligne den nyeste videnskab og forskning om, hvordan LED-belysning påvirker menneskers sundhed og miljøet.
4. SSL-produktkvalitet og ydeevne med opstilling af anbefalinger, der fremmer harmonisering globalt for de forskellige typer af LED-lamper og -armaturer på markedet. Det omfatter krav til effektivitet, lyskvalitet, strømkvalitet, levetid og mange andre vigtige egenskaber.

Dr. Peter Bennich, næstformand for SSL Annex, anerkendte værdien af samarbejdet mellem medlemslandene i SSL Annex og bemærkede i forbindelse med pristildelingen: “Når jeg taler om SSL Annex, elsker jeg altid at sige, at vi blev grundlagt i 2010 på et nøgleprincip: Hvis vi arbejder sammen og deler vores ressourcer, kan vi lettere løse vanskelige problemer og opnå bedre resultater.”

SSL Annex’s aktiviteter supplerer og støtter arbejdet i de enkelte regeringer, internationale standardiseringsorganer samt den forskning og udvikling, der udføres af industrien og den akademiske verden. SSL Annex har været med til at fremskynde overgangen til SSL (LED-baseret belysning) med indfrielse af meget store elbesparelser og forbedring af belysningskvaliteten.

Professor Georges Zissis udtaler i forbindelse med pristildelingen: ”Vores regeringer har netop besluttet, at SSL Annex fortsætter arbejdet de næste fem år fra 2024 til 2029. Vi ser frem til at engagere os og arbejde for at understøtte udvikling af det globale SSL-marked”.

De vigtigste resultater af SSL Annex-samarbejdet

I det følgende er beskrevet de vigtigste resultater af SSL Annex samarbejdet gennem de sidste 15 år.

1. SSL-test, målinger og standarder

1) IC 2013 (slutrapport offentliggjort i 2014) med sammenligning af målenøjagtigheden for udvalgte LED-lyskilder (artefakter) og en glødepære [ref. 1]. Der deltog 110 laboratorier fra hele verden, som hovedsagelig benyttede integrerende kugleopstillinger til målingerne. Resultaterne bidrog til udviklingen af den meget vigtige internationale standard CIE S 025/E:2015, ”Testmetode for LED-lamper, LED Armaturer og LED-moduler” [ref. 2], som beskrevet i kommuniké fælles for SSL Annex og CIE Division 2. Den europæiske teststandard EN13032-4 blev teknisk enslydende med CIE S025. Arbejdet skabte basis for fastlæggelse af en fælles præstationsprøvningsmetode for akkreditering af lyslaboratorier, og at testresultater kan anerkendes verden over. Dette arbejde har i høj grad hjulpet regeringer og producenter med at sikre, at nye LED-produkter, der sælges til private forbrugere samt virksomheder, er af høj kvalitet og leverer med den oplyste ydeevne.

Figur 1. Til venstre udgangspunktet med forskellige krav og metoder i Nordamerika, Europa, Kina og Japan. Til højre er illustreret IC2013 arbejdet i SSL Annex, hvor de mest stringente krav fra tre regionale standarder blev inkluderet i testmetoden, som blev til CIE S 025 standarden. Efter godkendelsen havde de 110 laboratorier, der deltog i IC2013, allerede demonstreret deres evne til at teste efter standarden, og flere af laboratorierne var endda allerede akkrediteret til at udføre denne test.

2) IC 2017 (slutrapport offentliggjort i 2021) med sammenligning af målenøjagtigheden af goniofotometriske målinger på 15 parametre for udvalgte større LED-armaturer (artefakter) [ref. 3]. Der deltog 36 laboratorier fra 19 lande med i alt 42 goniofotometre. IC 2017 fandt rimelig overensstemmelse mellem deltagernes målinger af total lysstrøm, lyseffektivitet og kromaticitet, men der var uventede store variationer for nogle elektriske størrelser, og der blev fundet en række specifikke problemer ved måling af goniofotometriske størrelser. Slutrapporten indeholdt en række anbefalinger til forbedring af CIE S 025 standarden, som blev afleveret til CIE Division 2. Resultaterne viste også, at der er behov for mere vejledning i CIE S 025 og/eller andre relevante standarder. IC 2017 blev designet til at være i overensstemmelse med ISO/IEC 17043 for at kunne fungere som en duelighedstest for akkreditering. Et meget vigtigt resultat ikke mindst for en række danske virksomheders laboratorier var, at IC 2017 viste ækvivalente resultater imellem de mindre pladskrævende nærfelt goniofotometre og lyskilderoterende goniofotometre sammenlignet med de traditionelle fjernfelts-spejl goniofotometre, som er referenceinstrumentet. Dette er afgørende for at kunne benytte disse goniofotometre i forhold til teststandarden.

Figur 2. Tre typer of goniofotometre der blev sammenlignet i IC2017.

3) IC2023 med sammenligning af måling af tidslig modulation af lys (TLM) [ref. 4]. EU satte i 2021 grænser for, hvor meget lyset fra LED-lyskilder må flimre. Det er i form af grænseværdier for TLM størrelserne: short term flicker index (PstLM), og visibilitet af stroboskopisk effekt (SVM), hvor den første er for frekvenser under 80 Hz, og SVM er for højere frekvenser. Regeringer rundt i verden begyndt at vedtage tilsvarende belysningsregler. Test af disse størrelser er beskrevet i de to tekniske rapporter IEC TR 61547-1 og IEC TR 63158; men SSL Annex blev her opmærksom på, at dette var problematisk, da der ikke var nogen akkrediteringsordning i den forbindelse. SSL Annex lancerede derfor IC 2023 med sammenligning af målenøjagtigheden for TLM-målinger (Temporal Light Modulation) for at afhjælpe dette. De deltagende laboratorier fra hele verden måler PstLM og SVM for en række udvalgte problematiske LED lyskilder (artefakter). Målinger er gennemført, og den omfattende analyse er i gang. Slutrapporten offentliggøres senere i 2024.

2. Intelligent belysning, digitalisering og smarte systemer med forbundne lysprodukter
Smarte intelligente lyskilder er en spændende ny familie af produkter, der giver forbrugeren mulighed for at drage fordel af smarte tjenester, bedre produktkvalitet og elbesparelser. I september 2016 offentliggjorde SSL Annex sin første rapport om dette emne. Den giver et overblik over forskellige trådløse kommunikations-arkitekturer, smarte funktioner og målte elforbrug fundet ved test af produkter på markedet på det tidspunkt. Rapporten giver råd til interessenter om forhold, der bør overvejes vedrørende brug af forskellige lysprodukter i samme netværk, at undgå for stort egetforbrug og at maksimere besparelsespotentialet. Test udført på et begrænset antal smarte trådløse LED-lyskilder anvendt i boligsektoren afslørede, at mange produkter har et betydeligt standby-elforbrug, som afhængigt af brugstimerne set over en tidsperiode kan være højere end elforbruget til lys.

I november 2022 offentliggjorde SSL Annex sin anden store rapport om intelligent belysning [ref. 5] med:

• Vejledning om, hvordan man tester smarte intelligente belysningsprodukter (opdatering af testproceduren inkluderet i første rapport).
• Analyse af standby effekt-forbruget baseret på målinger udført i perioden 2015-2020 omfattende 236 intelligente pærer/armaturer fra 67 forskellige producenter. Sammenligning af resultater fra forskellige verdensdele viser, at der kan stilles krav om meget lavere standby effekt, som kan give meget store elbesparelser.
• Analyse af hvordan dæmpning og farvestyring (af det hvide lys) påvirker lysudbytte/effektivitet og lysstrøm. Især for boligsektoren viser mange produkter at have lav kvalitet, hvilket kan øge elforbruget og give forbrugerne en dårlig oplevelse af belysningen. For omkring halvdelen af lyskilderne anvendt i alle sektorer er SVM for stor ved dæmpning af lyset; Dette er problematisk selv om EU’s grænse for SVM kun gælder ved fuld effekt.
• Indvirkning på strømforbruget i standby-tilstand, når produktet bliver mere kompleks ved tilføjelse af ikke-belysning funktioner.
• Vurdering af markedshindringer for smart intelligent belysning herunder lav brugervenlighed, manglende sammenkoblingsmuligheder, ikke åbne systemer, manglende standarder og manglende tilslutning til kablede systemer.
• Anbefalinger til opdatering af lovgivning og test i standardisering.

3. Folkesundhed, produktivitet og miljøpåvirkninger
I 2011-14 gennemgik SSL Annex en stor mængde litteratur fra forskning i sundhedsrelaterede effekter af LED-belysning i vores hjem, erhvervsbygninger og udendørsarealer [ref. 6]. Undersøgelsen viste, at LED-teknologi ikke synes at have flere ikke-visuelle effekter på menneskers sundhed end andre typer af lyskilder. Eksponering via elektromagnetiske felter fra LED-produkter er ikke et kritisk problem, da eksponering er meget mindre end fra tidligere belysningsteknologi og ikke mindst visse husholdningsapparater. Rapporten indeholder også råd om flimmer og blænding.
I 2011-14 blev også undersøgt miljøpåvirkninger fra LED belysning via gennemgang af al tilgængelig litteratur vedrørende livscyklusvurderinger af LED-lyskilder sammenlignet med konventionelle lyskilder, hvor der er fokuseret på ni livscyklusvurderinger (LCA) rapporter offentliggjort mellem 2009 og 2013 [ref. 7]. Undersøgelsen viste 85% af miljøpåvirkningen er knyttet til brugsfasen.

SSL Annex offentliggjorde i 2018 en interim-rapport med undersøgelse af visuel opfattelse den stroboskopiske effekt (tidslig modulation af lys). Undersøgelse blev herefter udvidet, så man opnåede en større stikprøve. Et rapportudkast med analyse af resultaterne blev sendt til kommentering peer review. Den endelig rapport blev offentliggjort i marts 2020 indeholdende en påvisning af synligheden af stroboskopisk effekt ved lave niveauer af SVM. Resultaterne blev også beskrevet i en artikel i Lighting Research and Technology.

I 2022-24 gennemfører SSL Annex et stort opfølgende litteraturstudium af sundhedsrelaterede effekter af LED-belysning. Resultaterne offentliggøres senere i 2024.

4. SSL-produktkvalitet og ydeevne
I 2009 beregnede IEA, at SSL-teknologi kunne reducere det globale elforbrug til belysning med 30%. På samme tidspunkt var der store problemer med mange CFL-produkter (de blev kaldt sparepærer) af dårlig kvalitet på markedet. Regeringerne ønskede derfor et internationalt samarbejde, der kunne fremskynde markedsadoption af LED lyskilder, hvor man samtidig undgik faldgruberne oplevet for CFL. Dette er grundlaget for, at SSL Annex fra og med 2012 har udviklet og offentliggjort konsistente evidensbaserede globale trinvise anbefalinger vedrørende lyseffektivitet, farvekvalitet, strømkvalitet, levetid og en række andre vigtige egenskaber. Anbefalingerne er opstillet særskilt for forskellige typer af LED-lyskilder: ikke-retningsbestemte, retningsbestemte lyskilder, LED-strips, integrerede LED-armaturer, integrerede downlights, LED flade (panel) armaturer, lineære batten armaturer, lineære troffer armaturer, high-Bay / low-Bay armaturer, Areal integrerede armaturer (floodlight) og integrerede vejbelysningsarmaturer.
Kravene er udarbejdet baseret på omfattende markedsundersøgelser samt laboratorie-testdata fra de deltagende regeringer. Kravene sendes altid i udkast til offentlig høring med kommentering og færdiggørelse herefter. Anbefalinger er opdateret i 2014, 2016 og 2022 [ref. 8] med fremtidsorienterede kvalitets- og præstationskrav, der tager højde for forventede forbedringer af lyskildernes ydeevne.
Regeringerne anvender de trinvise anbefalinger til opdatering af lovgivning/forordninger og indspil til standardisering. Det er håbet, at der gradvist sker en harmonisering af markederne rundt i verden, således at man kommer væk fra nuværende ”kludetæppe” af regler eller specifikationer rundt om i verden, hvilket er både dyrt og besværligt for leverandørerne at håndtere.

5. Levetidstest anvendt i EU udviklet af SSL Annex
EU’s belysningsforordning fra 2012 inkluderede to levetidstests, som det tilsammen tog over 8 måneder at gennemføre, og det forsinkede introduktionen af nye LED-belysningsprodukter, hvilket ikke mindst bekymrede belysningsindustrien.

Den australske ekspert i SSL Annex observerede ved test, at den hurtige on-off cyklus over få minutter indeholdt i 2012-EU-forordningen var utilstrækkelige til at stresse komponenter og loddesamlinger på LED-printkortet, idet den blev observeret til kun at medføre en lille chip-temperaturændring på 3 °C. Dette blev drøftet med kollegaerne i SSL Annex, hvilket resulterede i et forslag til en ny testmetode med en cyklus på 2,5 timer tændt og 0,5 timer slukket, idet dette bedre repræsenterer det ”virkelige liv”. Det blev valgt at teste med 1200 cyklusser svarende til i alt 3600 timers levetidstest, hvilket svarer til 5 måneder.

Det australske medlem brugte herefter fem måneder på at teste det nye metodeforslag. Sammenlignet med 2012-testen afslørede den nye testmetode meget hurtigt produkter med driver-problemer, og der blev fundet en højere fejlrate af tidlige fejl i testen. Chip-temperaturen steg 43 °C med den nye cyklus testmetode (figur 5). Den nye testmetode giver således en meget større termisk belastning, og den er dermed en væsentlig hårdere levetidstest.

Figur 5. Ændring af LED-chiptemperatur ved cyklustest på 2.5h on og 0.5h off.

Den svenske energistyrelse (medlem af SSL Annex) offentliggjorde resultaterne i december 2018. EU besluttede herefter at inkludere SSL Annex nye levetids-testmetode som udholdenhedstest i belysningsforordning EU nr. 2019/2020 i stedet for den gamle test fra 2012. Senere er metoden også taget i brug i andre lande rundt om i verden, hvilket forbedrer kvaliteten af de LED-lamper, som vi bruger i dag.

I 2021 publicerede SSL Annex et litteraturstudium af levetidstest af LED produkter [ref. 9].

Nyt navn SSLC Platform

I marts 2024 har SSL Annex skiftet navn til SSLC Platform, som står for Smart Sustainability in Lighting and Controls og markerer, at fokus i fremtiden være bæredygtighed og styring af belysningssystemer. Mere information om det fremtidige arbejde kan findes på Solid State Lighting – 4E Energy Efficient End-use Equipment (iea-4e.org) og via LinkedIn-gruppen IEA 4A – SSL Annex – Denmark. Den danske deltagelse i alle aktiviteter under IEA 4E er finansieret af projekter under EUDP.

Figur 6. SSLC ekspertgruppen ved møde i 2019 hos Energistyrelsen, København. Foto: Carsten Dam-Hansen.

Fakta

IEA 4E SSL Annex blev etableret i 2010 af regeringer i Europa, Nordamerika, Australien og Asien. Den internationale styregruppe for IEA 4E samarbejdet ledes af Thore Stenfeldt, Energistyrelsen. Danmarks medlemskab af SSL Annex ekspertgruppen er finansieret af Energistyrelsen gennem EUDP-projekter, hvor Casper Kofod, Energy piano og Carsten Dam-Hansen, DTU Electro, deltager som eksperter fra Danmark repræsenterende Energistyrelsen.

Dette er den første artikel i en serie på tre artikler hen over sommeren indeholdende spændende resultater fra SSL Annex. Den anden artikel handler om, at kvaliteten for dynamisk smart belysning kan blive bedre; mens den tredje artikel handler om resultaterne af den store internationale undersøgelse IC2023 vedrørende måling på tidslig modulation af lys (TLM) også kaldet flimmer.

Referencer

1. iea-4e.org/wp-content/uploads/2020/10/IC2013_Final_Report_final_10.09.2014a.pdf
2. Test Method for LED Lamps, LED Luminaires and LED Modules | CIE
3. iea-4e.org/wp-content/uploads/2021/12/SSL-Annex-IC-2017-Goniophotometers-Final-Report-2021.12.20.pdf
4. Interlaboratory Comparison 2023 (IC 2023) – 4E Energy Efficient End-use Equipment (iea-4e.org)
5. Standby of Smart Lamps – Second Report – 4E Energy Efficient End-use Equipment (iea-4e.org)
6. pdf (iea-4e.org)
7. iea-4e.org/wp-content/uploads/2020/10/IEA_4E_SSL_Report_on_LCA.pdf
8. iea-4e.org/wp-content/uploads/2022/11/Task-6-LED-Lighting-Product-Tiers-October-2022-final.pdf
9. LED Lifetime Test Report – 4E Energy Efficient End-use Equipment (iea-4e.org)

LYS-artikel, juni 2024. Artiklen er publiceret at Dansk Center for Lys. Indholdet er leveret af artiklens forfatter, og er derfor udtryk for den pågældendes egen ekspertise og holdning. Eftertryk og videreformidling af artiklen må kun ske efter aftale med DCL og artiklens forfattere. Kontakt DCL på information@centerforlys.dk.