Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света

 

Светодиоды являются полупроводниковыми приборами, преобразующими электрический ток непосредственно в световое излучение, при этом они характеризуются низким энергопотреблением, а значит, обладают хорошим потенциалом в области энергосбережения.

До настоящего времени одним из существенных препятствий на пути массового внедрения светодиодов в освещении была их высокая стоимость по сравнению с традиционными источниками света. Однако, постепенное удешевление и повышение технических характеристик светодиодных изделий, а также насущная необходимость снижения энергопотребления, позволяют уже сегодня применять эти энергосберегающие технологии.

В различных российских регионах уже созданы пилотные проекты по использованию светодиодного освещения в городском хозяйстве и в целом этот опыт оценивается как положительный. Также, безусловно, оправданным является замена ламп накаливания в общем освещении и неоновых ламп в рекламе на светодиоды.

Область применения светодиодных прожекторов:

Подсветка зданий, домов и других объектов архитектуры (особенно художественная подсветка);

Подсветка рекламных конструкций;

Освещение пешеходных переходов;

Освещение мостов, туннелей и других, сложных для замены ламп объектов;

Аварийное энергосберегающее освещение.

Российское массовое производство готовых светодиодных светильников находится в стадии становления (так, например, госкорпорация Роснано собирается инвестировать значительные средства в развитие этой технологии на отечественных предприятиях). Но уже сейчас российские фирмы предлагают на рынке изделия, созданные с помощью иностранных комплектующих. В России пока нет единой методики измерения параметров этих изделий, поэтому качество и надежность работы светодиодных светильников значительно зависит от поставщиков.

Рассмотрим основные отличия новой - светодиодной технологии освещения от ламповой:

Известно, что почти все лампы, традиционно используемые в уличных светильниках, дают излучение в радиусе 360о. Эти лампы расходуют 80% энергии на собственный нагрев. Светильники с такими лампами имеют рефлекторы для создания необходимой направленности излучения, где теряется порядка 35% светового потока, за счёт потерь света излучаемого в рефлектор.

Часто встречающееся последнее время техническое перевооружение светильников путём замены ламп ДРЛ на лампы ДНаТ или ДНаЗ при их аналогичной мощности и заявленной высокой экономичности, не приводит к реальной экономии электроэнергии. Так, при включении новой лампы ДНаТ или ДНаЗ освещённость увеличивается, превышая нормативную в 3-5 раз, что ведет к ослеплению водителей и пешеходов.

На практике зафиксировано значительное снижение светового потока ламп ДНаТ, ДНаЗ в процессе их эксплуатации. Снижение светового потока достигает 40-60% от показателей новой лампы. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 100-200 часов эксплуатации лампы, т.е. в течение первого месяца работы. Основываясь на данной особенности работы ламп ДНаТ, ДНаЗ, в различной литературе рекомендуют производить их замену еще до выхода их из строя через 4-6 месяцев. Т.е. реальный срок жизни этих ламп определен 4-6 месяцами.

Светодиодный светильник создает освещенность с более высокой контрастностью (в 400! раз выше, чем у газоразрядных ламп), что улучшает качество освещения объекта.

Сегодня для освещения улиц и дорог наиболее широко используются лампы ДРЛ, ДНаТ, ДНаЗ, обладающие узким спектром излучения, который не обеспечивает приемлемой цветопередачи. Их свет имеет характерную желтую окраску, что является существенным недостатком ламп этого класса.

Многие исследования показали, что белый свет имеет преимущества перед другим освещением:

улучшает ночное видение от 40 до 100% относительно освещения другого спектра;

улучшает цветовое восприятие (цветопередачу), что в свою очередь увеличивает контраст изображения и восприятия глубины пространства.

Практический опыт показал, что по мере старения некоторые натриевые лампы начинают "мигать", т.е. лампа включается, разогревается как обычно, потом вдруг гаснет и через минуту все повторяется. Если своевременно не поменять лампу, а реально это не всегда удается, приходится "любоваться" этим эффектом долгое время.

Указанные неблагоприятные факторы особенно начинают сказываться при минусовых температурах. И лампу, которая летом еще могла бы светить, в наиболее неудобный для проведения ремонтных работ период - зимой, необходимо менять на новую.

Отслужившую лампу необходимо отправить на утилизацию, что требует дополнительных денежных затрат. Утечка ртути или других газов из лампы при ее повреждении приведет к возникновению экологических проблем (негативное влияние на здоровье людей, загрязнение окружающей среды и т.п.). Так, любая ртутная лампа содержит до 100 мг сильнодействующего вещества - паров ртути. Предельно допустимая концентрация этих паров в населенном пункте равняется 0,0003 мг/м². можно отметить, что эта опасная проблема остается, если возникает бой ламп при транспортировке и эксплуатации.

Напомним, ртуть это самый ядовитый тяжелый металл, она токсична в любой форме. При вдыхании ртутные пары адсорбируются в мозге и почках, а также вызывают разрушение легких и желудочно-кишечного тракта. Даже давние ртутные загрязнения опасны, поскольку ртуть может испаряться годами, нанося непоправимый вред здоровью человека.

Кстати, бытует неверное мнение о том, что современная лампа ДНаТ является экологически чистой, так как в ней используется натрий. В техническом описании подобной лампы, например SON-T Comfort Pro указано, что ее горелка содержит натриево-ртутную амальгаму и ксенон для зажигания разряда.

Светодиодные светильники являются экологически чистыми и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации. Срок их службы значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 80 тыс. часов, что эквивалентно 25 годам эксплуатации, при 10 часовой работе в день). При чем, это не срок когда светодиод выходит из строя, а примерно в это время снижение его светового потока достигнет 50%.

Имеются и другие экономические выгоды. Так, известно, что в ночное время, для дополнительной экономии электроэнергии, допускается снижение освещённости улиц в два раза (пункт 7.44 СНиП 23-05-95). Светодиодные светильники позволяют регулировать освещённость снижением питающего напряжения (традиционные светильники на газоразрядных лампах этого не допускают, при снижении напряжения они выключатся). Наличие переключателя потребляемой мощности на подстанции позволяет, без расширения номенклатуры светильников, получать различные нормы освещённости в соответствии со СНиП 23-05-95.

Кроме того, при оценке экономии электроэнергии необходимо учитывать потери на проводах линий питания светильников. Потребляемый лампами ДРЛ и ДНаЗ ток составляет 2.1-2.2 А, потребляемый ток светильника LZ составляет 0.6-0.9А в зависимости от режима работы. Таким образом, рассеиваемая на проводах питания мощность уменьшается в 4-9 раз.

Так же не требуется ввод новых мощностей, т.к. энергопотребление светодиодных светильников меньше, а срок полной окупаемости 90Вт светильника в среднем составляет 3-4 года.

Перечислим свойства светодиодов, которые в ближайшем будущем сделают их самыми экономичными по сравнению с другими источниками света:

высокая световая отдача (100 - 150 лм/Вт);

малое энергопотребление (единицы ватт);

высокие значения КПД световых приборов и коэффициентов использования светового потока в осветительных установках;

малые габариты (точечные или плоские приборы);

высокая долговечность (более 10 лет непрерывной работы);

отсутствие пульсации светового потока;

возможность получения излучения различного спектрального состава;

возможность снижения коэффициента запаса осветительных установок благодаря стабильности характеристик и высокому сроку службы;

возможность использования для освещения выцветающих объектов (произведений искусств, продукции полиграфии, текстильного производства);

высокая устойчивость к внешним воздействиям (температуре, вибрации, ударам, влажности);

электробезопасность и взрывобезопасность;

возможность резкого уменьшения размера, материалоемкости и трудоемкости производства световых приборов;

возможность создания необслуживаемых светильников;

высокая степень управляемости (возможность построения систем многоуровневого управления освещением);

высокая технологичность при массовом производстве;