Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках

Статья предоставлена журналом «Рынок Светотехники» №2/2011

Светодиодное освещение — одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использовании светодиодов в качестве источника света. Использование светодиодных ламп в освещении уже занимает порядка 10% рынка. Развитие светодиодного освещения непосредственно связано с технологической эволюцией светодиода. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды, специально предназначенные для искусственного освещения. Пожалуй, самое серьезное препятствие на пути к энергосбережению – консервативное экономическое мышление. На первое место ставится стоимость покупки сейчас, хотя разница полностью окупается за пару лет, а потом выходит постоянная экономия. При этом в обычном расчете во внимание берется лишь прямая экономия, а комплекс косвенных показателей (уменьшение энергодефицита, объемов дополнительного строительства, потребностей в кабельно-проводниковом оборудовании) в итоге сокращает этот срок вдвое. Скорее всего, некоторых смущает сама «вечность» современных светильников. Ведь она может сделать ненужными некоторые ведомства, занятые обслуживанием фонарей. Но эти опасения беспочвенны.

Чтобы полностью переоборудовать улицы под новые системы освещения, потребуются долгие годы, так что без работы никто не останется. Кроме того, даже в мегаполисах неосвещенных улиц по-прежнему много, да и новые появляются постоянно.

Особенно актуальна проблема энергосбережения при строительстве и вводе в эксплуатацию новых зданий. Например, для населенного пункта в 100 000 человек нужно около 9000 светоточек. Если вместо так называемых энергосберегающих светильников с натриевыми лампами поставить светодиодные, можно получить экономию электроэнергии до 3 ГВт в год. И это не только уменьшение расходов на подключение, но и возможность применения кабелей с меньшим сечением и пр.

Использование светодиодов приводит к более чем двукратной экономии электроэнергии, не имеет нужды в специальном обслуживании в противоположность стандартным осветительным системам. Переоборудование городских улиц светодиодными светильниками даст новый свет, близкий к натуральному.

Область применения светодиодных светильников

Следуя общемировым тенденциям и стандартам, Россия все-таки решила сделать шаг в сторону энергосберегающих технологий. Недавние заявления на высшем уровне свидетельствуют о заинтересованности правительства во внедрении энергоэффективных источников света. Так, планируется принять закон, регламентирующий использование различных по эффективности ламп. В 2011 году выведены из производства и продажи все лампы накаливания, мощностью более 100 Вт. Кроме того, подразумеваются штрафы за использование низкоэффективных источников света и субсидирования за внедрение высокоэффективных.
Светодиодная продукция все шире начинает использоваться в различных жизненно важных промышленных и социальных объектах. В первую очередь речь идет о промышленных масштабах, ЖКХ, предприятиях, крупных офисных центрах, при строительстве, ремонте и эксплуатации автомобильных дорог. В совокупности эти объекты потребляют мегаватты электричества и в ряде случаев требуют кардинального пересмотра заложенных принципов освещения.
Светодиодные светильники предназначены для создания эффективных решений в различных областях применения:

• Общее внутреннее освещение.
• Общее наружное освещение.
• Архитектурно-художественное и рекламное освещение.
• Уличное и ландшафтное освещение.
• Промышленное освещение.
• Специальное освещение.

Технико-экономические показатели светодиодных светильников позволяют эффективно использовать их при освещении самых различных объектов: производственных и складских помещений предприятий, автомобильных парковок и автозаправок, теплиц, площадей, парковых и пешеходных зон, улиц, дорог, мостов, тоннелей, объектов ЖКХ, гостиниц и административных зданий, железнодорожных платформ и станций, для архитектурной подсветки зданий и сооружений, фонтанов, аварийного и офисного освещения, территорий дворов, в больницах, школах и др.

Светодиодные светильники для ЖКХ

Из объектов жилищнокоммунального хозяйства перспективными с точки зрения использования светильников со светодиодами в настоящее время могут быть те, в которых действующими нормативными документами установлены сравнительно низкие уровни освещенности при отсутствии требований к качеству цветопередачи или невысоком уровне этих требований. К таким объектам можно отнести:

1. Лифты.
2. Лестничные клетки (площадки, пролеты, марши).
3. Номерные знаки домов и указатели названий улиц.

Применение светодиода в качестве альтернативного источника света в светильнике только в трех названных участках жилищно-коммунального хозяйства может обеспечить годовую экономию электроэнергии не менее 200 млн кВт•ч.
Светильники на светодиодах могут избавить жилищно-коммунальное хозяйство города от такого бедствия, как вандализм, т. к. отсутствие в них стекла и изготовление корпусов светодиодов из монолитного поликарбоната делает их практически неразрушаемыми.
Замена люминесцентных ламп на светодиодные благоприятно скажется на экологии, т. к. исключит загрязнение атмосферы ртутью.

Светодиодные светильники для внутренних помещений (производственных и складских помещений, больниц, школ, офисов)

Светильники этой серии предназначены для установки на стенах, потолках. Данные светильники имеют ряд преимуществ перед традиционными источниками освещения, таких как: безинерционность, полное отсутствие мерцания, быстрая окупаемость за счет экономии электроэнергии и минимальных затрат на эксплуатацию, высокая механическая прочность и виброустойчивость, продолжительный срок службы (срок службы светодиодов от 50 000 до 100 000 часов), антивандальное исполнение, хорошее соотношение цена/качество, бесшумная работа.

Все светильники не требуют дополнительного обслуживания в течение всего срока службы (более 15–20 лет). Также у светодиодных светильников полностью отсутствует губительное ультрафиолетовое излучение.

Светодиодные светильники на дорогах и мостах

Первые уличные светодиодные светильники в нашей стране были установлены еще в 2006 году. Накопленный опыт подтверждает высокое качество освещения и высокую надежность светодиодов. Например, с 2007 года светодиодные светильники эксплуатируются в подземном переходе под Третьим транспортным кольцом около Рижского вокзала в Москве, и по состоянию на конец 2010 года ни один из светодиодов в этих светильниках не вышел из строя с момента установки.

Основными сферами применения светодиодных светильников уличного освещения являются зоны вдоль автодорог, магистралей, пешеходные зоны. По статистике, в местах, в которых установили светодиодные фонари, существенно снижается число дорожно-транспортных происшествий. Для автотрасс рекомендуется установить светодиодные фонари, обладающие высокими цветопередающими свойствами.Это способствует повышению контрастности и увеличению объема воспринимаемой информации.

Одним из преимуществ светодиодных светильников уличного освещения является излучаемый свет, максимально близкий к естественному солнечному белому свету. Установка таких фонарей вдоль автомобильных дорог позволяет повысить ночное видение от 40 до 100%, при этом улучшается восприятие цвета, глубины пространства, увеличивается контрастность предметов.

Кроме этого, внедрение светодиодов в уличном освещении позволяет выровнять колебания уровня нагрузки на сеть в разное время суток. И одно уже это приносит значительный экономический эффект!

Светодиодные светильники в парковых зонах

Установка светодиодных светильников уличного освещения в парках и садах происходит, прежде всего, для обеспечения безопасности населения в вечернее время. С целью получения качественной освещенности парковых зон, в которых устанавливаются такие фонари, к ним предъявляется ряд требований. Не должно быть неосвещенных пространств, темных пятен, которые затрудняют ориентацию. Минимальный уровень света вдоль дорожек должен составлять 1 лк, на ступеньках, а также около неровных поверхностей – 5 лк. Светодиодные фонари в полной мере удовлетворяют всем этим требованиям.

Можно также использовать светодиодные фонари для выполнения только декоративных функций при ландшафтной подсветке парковых зон.

Освещение теплиц: светильники для растений

В настоящее время в большинстве тепличных осветительных систем используются адаптированные для растениеводства натриевые лампы высокого давления – так называемые аграрные натриевые лампы. Однако у них только треть затраченной энергии преобразуется в излучение, эффективное для фотосинтеза, а это означает, что вырабатывается также много лишнего тепла.

Согласно исследованиям института «Гипронисельпром», для получения оптимальной нормы освещенности в теплице для выращивания рассады, равной 40 Вт/м2, необходимо использовать натриевую лампу мощностью минимум 120 Вт, а для получения нормы освещенности в теплице для выращивания на продукцию, равной 100 Вт/м2, – лампу мощностью минимум 300 Вт. При фотопериоде выращивания рассады 14 часов и выращивания на продукцию 16 часов потребление электроэнергии на 1 м2 составит за сутки величину в несколько кВт•ч. В пересчете на всю продуктивную площадь теплицы величина потребления электроэнергии лампами выливается в огромное значение, существенно влияющее на рост себестоимости продукции. Например, цветоводческое тепличное хозяйство средних размеров – около 5 Га – потребляет на освещение столько же энергии, сколько все светильники на МКАДе! Применение светодиодных светильников может снизить эту величину как минимум в 3 раза. Кроме существенно меньшей потребляемой мощности светодиоды способны обеспечить большее соответствие спектра излучения аграрного светильника спектру эффективности фотосинтеза, что позволяет снизить требуемую мощность излучения на единицу площади теплицы, а следовательно, и мощность светильника, в результате чего происходит дополнительное снижение потребления электроэнергии и, как следствие, сокращение затрат.
В настоящее время светодиодные светильники для тепличного освещения нашли широкое применение в сельском хозяйстве в ряде стран (Голландии, Австралии, Великобритании и многих других).

Архитектурно-художественное и рекламное освещение

Светодиодное освещение нашло свое применение в светотехнике, для создания дизайнерского освещения, в специальных современных дизайн-проектах (освещение офисных строений, домов, коттеджей, ландшафтов, бассейнов и т. п.). Но наиболее актуальным остается вопрос именно наружного освещения, поэтому здесь светодиоды «захватывают власть» особенно интенсивно. Их применяют для освещения дорог, улиц, мостов, школ, автостоянок, фасадов зданий и т. д.
Преимущества светодиодных светильников:

1. Сверхдолгий срок службы
Отсутствие нити накала и газоразрядной среды обусловливает продолжительный срок службы светодиодов – до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы! Это в 100 раз больше, чем у лампы накаливания, и в 10–14 раз больше, чем у люминесцентной лампы.

2. Низкое энергопотребление
Светодиоды являются энергосберегающими источниками света, их использование позволяет существенно экономить электроэнергию по сравнению с накальными и люминесцентными лампами, дюралайтом, неоном.
Предельная экономичность энергопотребления светодиодных светильников получена общим уровнем снижения энергорасходов на 70% по сравнению со светильниками, используемыми в традиционных неэффективных лампах.

3. Работа при низких температурах
Одним из важных преимуществ светодиодов для эксплуатации в России является устойчивость к воздействию низких температур. Благодаря полупроводниковой природе светодиодов их применение является особенно актуальным в наших климатических условиях.
В условиях низких температур эффективность излучения люминесцентных ламп резко падает. Использование амальгамы решает эту проблему, однако компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) с амальгамой достаточно долго «разогреваются» до полной интенсивности. Внутри газоразрядных источников света на морозе происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов. Эффективность светодиодов, напротив, даже немного повышается при низких температурах, что делает их незаменимыми для использования в холодильных витринах супермаркетов, холодильниках и в наружном освещении. Диапазон температуры эксплуатации светодиодов от –50 до +60°С.

4. Стойкость к механическим воздействиям
Отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливания и каких-либо наполнений, в отличие от ламп накаливания, делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации. Это свойство очень важно в условиях промышленности, на транспорте, эскалаторах и в других ситуациях. Светодиоды также широко используются как антивандальное освещение, так как не содержат стекла, что отвечает требованиям безопасности и для детских комнат.

5. Высокая светоотдача
Яркость светодиодых светильников сравнима с неоновыми. Для сравнения: обычная лампа накаливания дает до 10–25 люмен на 1 Вт потребленной энергии, галогенная – 30–50 Лм/Вт, люминесцентная – 79–90 Лм/Вт, светодиодные – 80–120 Лм/Вт и выше, а в настоящее время разработаны сверхяркие светодиоды, дающие 175–200 Лм/Вт. Если взять широко используемую для уличного освещения лампу ДНаТ, то она обеспечивает 100 Лм/Вт. Но это лишь при первом включении, когда лампа только пришла с завода. Это как раз равняется светодиоду. Потом, от 1 до 2 тыс. часов работы, в зависимости от производителя, этот показатель снижается на 20%. Далее, ближайшие 5000 часов она достаточно стабильна, в том плане, что стабильно падает и деградирует на 40% от первоначального светового потока.
В «тепличных» условиях эти лампы могут и по 15 лет отлично работать. Но за счет эксплуатации в нашем климате при уличном освещении (от –30 до +30°С) они больше года не живут. Здесь вопрос в том, что кроме всего прочего лампы очень сложно питать. Чтобы светильник был дешевым, его традиционно питают с помощью электромагнитного пускорегулирующего аппарата. Его КПД 50%. О чем это говорит? О том, что когда вы берете лампу мощностью 250 Вт, то в итоге она потребляет 500 Вт. То есть эффективность этого светильника без учета других потерь в первый момент включения не 100 Лм/Вт, а только 50! Плюс потери в рефлекторе на формировании диаграммы. А из-за того, что в России вечно экономят на материалах, стекло засасывается грязью, в итоге он светит еще тусклее, плюс деградация самой лампы и в итоге единственный выход – бороться с этим «высокоэффективным» источником света с помощью светодиодного.

6. Направленность излучения
Выпускается широкий ассортимент модификаций светодиодов по направленности света с углами рассеяния светового потока от 10 до 140 градусов. Поэтому конструкция светодиодов и светильников не требует специальных отражателей или рассеивателей.

7. Контролируемость (диммируемость)
Совместимость с электронными системами контроля, которые управляют интенсивностью и цветом светового потока. В то время как лампы накаливания легко совмещаются с диммерами и работают очень эффективно, КЛЛ при подключении диммера не могут регулироваться с полной амплитудой. Минимальный уровень освещенности составляет порядка 30% от максимума.
Светодиодам присуща возможность управления через контроллеры, диммеры, в том числе с плавным изменением яркости и цвета свечения. Управляя интенсивностью и режимом свечения, можно достичь эффекта «живого света».

8. Устойчивость к износу
На продолжительность срока службы обычных ламп накаливания влияет частота включения/выключения. Линейные и компактные люминесцентные лампы служат намного дольше, если их оставляют включенными не меньше, чем на 12 часов. Срок действия светодиодов не зависит от частоты включения/выключения.

9. Чистота цвета
Возможность получения любого цвета и оттенка излучения светодиодов: например, чистый синий, чистый белый, оранжевый, сине-зеленый и десятки других чистых цветов и оттенков — чего нельзя получить, используя лампы накаливания.

10. Безинерционность
Моментальное включение – не требуют времени на «разогрев» до полноценного уровня светоотдачи. Это свойство абсолютно незаменимо в освещении на транспортных средствах.

11. Простой электромонтаж
Легкое крепление к любой поверхности существенно облегчает монтаж, ремонт и, соответственно, связанные с ними расходы.

12. Маленький размер
Компактные установочные размеры светодиодов наиболее удобны для воплощения в жизнь любых дизайнерских решений. Возможность размещения в любых светильниках. Даже самые крупные светильники на светодиодах, производящие тысячи люменов, все равно остаются более компактными, чем традиционные аналоги. Во многих ситуациях, например в помещениях с низкими потолками, возможность использования низкопрофильных светодиодных светильников имеет ключевое значение.

13. Замена существующих источников света
Светотехнические и электрические параметры светодиодов позволяют легко заменить любые ранее установленные источники света и значительно сократить расходы на эксплуатацию и обслуживание.

14. Высокий уровень электро- и пожарной безопасности
Исключение опасности пиковой перегрузки электросетей в момент включения светодиодных устройств. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Малое тепловыделение светодиодов и низкое питающее напряжение дает возможность их широкого применения в различных целях: в детских, учебных, лечебных учреждениях, а также для использования под водой (для подсветки фонтанов, бассейнов, аквариумов).

15. Экологическая безопасность
Не содержат в своем составе ртути и других вредных веществ. Следовательно, не требуется специальная утилизация.
Не дают побочного ультрафиолетового или инфракрасного излучения, а также отсутствют электромагнитные помехи и излучения, что крайне важно в современных условиях жестких эко-логических норм.
Ультрафиолет губителен для тканей, живописи и кожи человека, а инфракрасное излучение дает много тепла и может привести к ожогам.
Полное отсутствие мерцания, что обеспечивает высокий комфорт для зрения.

16. Перспективность
Эффективность применения светодиодов растет, их стоимость непрерывно снижается, а новые технологические усовершенствования приводят к непрерывному увеличению яркости и эффективности светодиодов. Миллиарды долларов тратятся на исследования для изменения технологии светодиодов к лучшему. Это означает, что светодиоды в конечном счете не только заменят традиционное освещение в домах и офисах, а также то, что потребители, наконец, получат надежные продукты длительного пользования, практически не требующие замены и обслуживания.

Основные выгоды от внедрения светодиодных светильников

Отсутствие затрат на обслуживание и срок службы 15–20 лет – позволяет первые 5 лет экономить, а все последующие годы – получать реальную прибыль!

Увеличение освещенности за счет увеличения количества светильников на существующих мощностях и кабельных трассах. Человек 80% информации получает через органы зрения, зрительный комфорт напрямую зависит от степени освещенности. Качественная световая среда создает зону безопасности и визуального комфорта. Каждому знакома смена чувства тревоги и напряжения на уверенность и чувство защищенности при выходе из неосвещенного переулка на освещенную улицу. Статистика однозначно свидетельствует, что в районах с хорошим уровнем освещенности число преступлений в темное время суток значительно ниже, чем в районах с уровнем освещенности ниже норм и тем более, где освещение вообще отсутствует.
Стабильное освещение в зимний период – обеспечивается отсутствием проблем с включением, характерными для всех газоразрядных ламп.

Безопасность движения и сохранение жизней – обеспечивается лучшей видимостью и восприятием глубины пространства за счет большей контрастности (в 400 раз), отсутствие слепящего эффекта за счет специально сформированного угла светового потока.
Экологическая безопасность – позволяет исключить затраты на специальную утилизацию и сохранить окружающую среду.

Уменьшение сечения кабеля или мощностная разгрузка существующего. На данный момент значительная часть электрических сетей обветшала, и уменьшение нагрузки существенно увеличит их срок службы.

Сохранение электросетей – за счет низких питающих токов (0,34 А) и отсутствия пусковых.
Экономия электроэнергии до 70% – позволяет перераспределить высвободившуюся энергию в «узкие» места и на другие нужды.

Реальная выгода

На сегодняшний день для многих владельцев помещений в городе возникла проблема нехватки мощностей. Подведение дополнительных киловатт сулит значительные затраты, да и не всегда возможно. Между тем во многих случаях системы освещения потребляют более половины всей электроэнергии, и хотя многие уже заменили лампы накаливания на энергосберегающие, высвободить требуемые мощности в большинстве случаев не удается.
Поскольку светодиодный светильник обладает приблизительно втрое большей эффективностью по сравнению с электролюминесцентными аналогами, решитьэту проблему можно. На каждой тысяче квадратных метров освещаемых площадей можно освободить до 20 кВт электричества. И при этом никаких забот по прокладке кабеля, модернизации распределительных шкафов и разводки, которая иногда требует ремонта помещений.

В перспективе, создавая светодиодные системы освещения, можно предложить совершенно новый класс сервиса. Поскольку светодиоды позволяют линейно регулировать яркость практически от нуля и каждый светильник имеет свой источник питания, который может быть управляемым, существует возможность с помощью контроллера построить сложный алгоритм управления светом. Подключенные к нему датчики присутствия полезны для комнат, которые редко посещаются, — для сервисных, коридоров, подсобных помещений и т. п., датчики освещенности помогут автоматически поддерживать яркость света на нужном уровне в том случае, если свет в здании остается включенным в течение дня. В результате вы экономите на потреблении электроэнергии в разы, но не испытываете ни малейшего дискомфорта. В отличие от газоразрядных ламп, светодиоды могут набирать яркость плавно.

Всем давно известно, что сбережение энергии всегда обходится намного дешевле, нежели экстенсивный путь. Сегодня для такого подхода есть реальные возможности. Задача же руководителей — не испугаться разовых вложений, которые потом обернутся немалой выгодой.
Международный опыт. Светодиодные города: практика внедрения
В мировой практике примером одной из наиболее интересных и продуктивных инициатив по продвижению освещения на основе светодиодов является программа под названием LED City. Программа носит международный характер. LED City – это программа совместных действий промышленных предприятий и органов местного самоуправления с целью продвижения, проектирования и внедрения основанного на светодиодах освещения в городах. Разработчики программы LED City заявили, что массовое применение светодиодного освещения позволит: экономить энергию; защищать окружающую среду; сократить расходы на обслуживание; предоставлять освещение лучшего качества, обеспечивающее большую безопасность жителей.
По сообщению Департамента энергетики США, в Соединенных Штатах на освещение расходуется 22% электроэнергии. В мире постоянно растут цены на энергию, получаемую из топлива минерального происхождения, при этом его доступность сокращается. Одновременно растет заинтересованность в сбалансированном развитии окружающей среды, в связи с чем возникает необходимость революционных изменений в сфере освещения. Источником света, который бы соответствовал этим революционным задачам, являются светодиоды. Их применение позволяет сэкономить 40–70% электроэнергии, используемой для освещения общественных объектов и площадей. Применение светодиодов позволяет сохранять окружающую среду благодаря их долговечности и тем самым способствовать сокращению объема отходов. Вдобавок светодиоды не содержат ртути и свинца, что значительно упрощает их утилизацию.

По информации Департамента энергетики США, в течение ближайших 20 лет активное внедрение светодиодного освещения в этой стране даст следующие результаты:

• сокращение спроса на электроэнергию на 62%,
• снижение эмиссии СО2 на 258 млн тонн,
• отказ от строительства 133 электростанций,
• экономию в объеме примерно $280 млрд США.

Программа LED City организована в общемировом масштабе. Большинство ее участников – это города Соединенных Штатов, однако к ней присоединились также города Канады, Италии и Китая.

Журнал «Рынок Светотехники» №2/2011

http://sveti.ru/

Метки: , ,

Интересная статья? Поделитесь ей с друзьями:

1 Комментарий для “Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках”

  1. Для управления светодиодами очень мало устройств.
    По этому, я решил ознакомить Вас с новыми тенденциями в управлении светодиодным светом..
    см. http://www.etren.ru

Вы должны выполнить вход/регистрацию чтобы комментировать Войти

Также Вы можете войти используя: Yandex Google Вконтакте Mail.ru Twitter

Новость дня

© 2020 «Новости энеретики»
г. Москва
Тел.: (495) 540-52-76
Карта сайта

Перепечатка материала с сайта без разрешения Редакции запрещена. За содержание новостей, объявлений и комментариев, размещенных пользователями сайта, редакция журнала ответственности не несет. Вся информация носит справочный характер и не является публичной офертой.

Яндекс.Метрика Яндекс цитирования