Анализ методической и нормативной правовой базы, стимулирующей реализацию энергосберегающих проектов на основе энергосервисных контрактов и подготовка предложений по изменению либо исключению норм законодательства,
Скачать 3.5 Mb.
|
 200 К против 500 К у ламп с кварцевыми горелками, спад светового потока за срок службы – не более 20 %. Создание маломощных ламп, особенно с керамическими горелками, открыло широкую дорогу для внедрения МГЛ во внутреннее освещение – для торговых залов, витрин, выставочных павильонов, некоторых административных помещений и т. п. Высокая яркость и малые размеры горелок позволяют создавать осветительные приборы с МГЛ с любыми типами кривых силы света, что расширяет возможности для их применения при освещении высоких помещений, например, цехов промышленных предприятий. Срок службы отдельных типов современных МГЛ достигает 40 000 часов. Лампы выпускаются с различной цветностью излучения и с разным качеством цветопередачи. Так как для зажигания разряда в МГЛ требуется напряжение в несколько киловольт, то лампы включаются со специальными зажигающими устройствами. Как и все газоразрядные лампы, МГЛ могут работать только вместе с токоограничивающим элементом – дросселем, создающим сдвиг фаз между током и напряжением. Поэтому требуется компенсация коэффициента мощности, то есть включение компенсирующего конденсатора. Недостатками МГЛ являются: высокая стоимость (в несколько раз дороже ДРЛ, особенно лампы с керамическими горелками); большое время разгорания (до 10 минут); большая глубина пульсаций светового потока (у ламп с редкоземельными элементами, имеющих наилучшую цветопередачу – до 100 %); невозможность повторного включения горячей лампы после её погасания хотя бы на доли секунды; необходимость применения зажигающих устройств. Работы по совершенствованию металлогалогенных ламп с керамическими горелками проводятся всеми ведущими электроламповыми фирмами: Osram, Philips, GeneralElectric, многими фирмами Японии, Кореи, Китая. Сегодня для таких ламп достигнута световая отдача более 120 лм/Вт, срок службы – до 40 000 часов, отличное качество цветопередачи (Ra>90). Это – одно из перспективных направлений в области источников света. Имеются возможности дальнейшего повышения этих параметров. Разновидностью металлогалогенных ламп с керамическими горелками являются натриевые лампы высокого давления – основной источник света в установках уличного освещения больших городов. Можно сказать, что сегодня по этим лампам достигнуты параметры, близкие к теоретическим пределам: световая отдача – 150 лм/Вт, срок службы ламп с двумя горелками – более 55 000 часов. Направления новых разработок в этой области: облегчение условий зажигания с целью создания ламп, работающих без внешнего зажигающего устройства для прямой замены ими ламп типа ДРЛ в существующих светильниках; улучшение качества цветопередачи. Одним из перспективных направлений в области натриевых ламп высокого давления является создание ламп-светильников с различным светораспределением. В этом направлении активно и весьма успешно работает российская фирма «Рефлакс». Полупроводниковые источники света (светодиоды) появились только в самом конце ХХ века. В светодиодах используется принцип генерации света при прохождении электрического тока через границу полупроводникового и проводящего материалов. Электрический ток – это поток электронов в определённом направлении, движущийся под действием напряжения между концами проводника. Проводящие материалы или проводники можно сравнить с каналом, по которому течёт поток воды, а полупроводники – с порогом на пути потока. В одну сторону («сверху вниз») поток без проблем преодолевает порог, при этом даже выделяя какое-то количество энергии. Но чтобы заставить этот поток преодолеть порог в обратную сторону, надо затратить усилие, необходимое для подъёма потока на высоту порога. В полупроводниках электрический ток в одну сторону (в проводящем направлении) течёт при приложении даже небольшого напряжения (как бы уклона в канале с водой), свободно преодолевая порог. В потоке воды энергия, выделяющаяся при преодолении порога, может вращать турбины, мельничные колёса и т. п. – всё зависит от высоты порога и количества протекающей воды. Точно также электроны при преодолении «энергетического порога» выделяют определённую энергию. Обычно эта энергия выделяется в виде тепла, но при определённых условиях может превращаться и в свет. Факт свечения некоторых полупроводниковых материалов (вернее, границы между проводником и полупроводником) при прохождении электрического тока был замечен в 1920 году русским инженером О. В. Лосевым. Однако свечение было очень слабым, и практического применения этот эффект долго не находил. В начале 60-х годов появились первые приборы, использующие этот эффект – индикаторные элементы со слабым красным, а через несколько лет и зелёным свечением. Приборы получили название светодиодов. В качестве полупроводникового материала в них использовались арсениды алюминия, индия и смеси этих веществ. Световая отдача светодиодов в те годы составляла не более 0,1 лм/Вт (в 100 раз меньше, чем у ламп накаливания), срок службы измерялся сотнями часов и, естественно, они даже не рассматривались как источники света в общепринятом понимании. Положение коренным образом начало меняться в конце 80-х годов, благодаря работам Ж. И. Алфёрова и других учёных, когда были созданы принципиально новые полупроводниковые материалы, позволившие сразу на порядки увеличить мощность, яркость, световую отдачу и срок службы светодиодов. В новых материалах используются соединения индия, галлия, алюминия в различных сочетаниях. Светодиоды на основе этих материалов давали уже довольно яркий свет красного, зелёного, жёлтого и оранжевого цветов. В 1994 году японским специалистам из компании Nichia после почти двадцатилетних поисков удалось создать первые светодиоды с синим цветом излучения. Синий свет с помощью люминофоров стали превращать в жёлтый, дающий в комбинации с синим белый свет различных оттенков, и с 1997 – 98 годов в разных странах одновременно стали появляться первые осветительные приборы, в которых светодиоды выполняли функции не индикаторных элементов, а именно источников света. Сегодня светодиоды (иностранное обозначение – LED, LightingEmittingDiode) – наиболее развивающееся направление в области источников света. Сейчас созданы светодиоды практически всех цветов радуги – от красного до фиолетового, а также диоды, излучающие в инфракрасной и ультрафиолетовой областях. К производству светодиодов приступили мировые лидеры в области источников света Osram и Philips и сотни более мелких фирм во всех развитых странах. В настоящее время достигнуты следующие параметры светодиодов массового производства: световая отдача белых до 120 лм/Вт, красных и зелёных – до 100 лм/Вт; срок службы – 50 000 часов. На лабораторных образцах белых светодиодов достигнута световая отдача 175 лм/Вт. Американская фирма Creec 2005 года производит белые светодиоды мощностью 1 Вт со световым потоком 87 лм, то есть со световой отдачей 87 лм/Вт – больше, чем у большинства люминесцентных ламп. В 2012 году появились сообщения этой фирмы о промышленном выпуске белых светодиодов мощностью около 1 ватта со световой отдачей при температуре + 25оСвыше 170 лм/Вт! Несомненно, что светодиоды в ближайшие десятилетия смогут вытеснить с рынка и тепловые, и разрядные источники света. Основную массу выпускаемых в настоящее время светодиодов составляют светодиоды с куполообразным корпусом диаметром 5 мм. Их номинальный рабочий ток – 20 мА. Некоторые фирмы производят светодиоды диаметром 10 мм с рабочим током 40 мА. Наибольшая мощность отдельного светодиода сегодня – 5 Вт. Излучения светодиодов близки к монохроматическим. Цветовой треугольник, образованный координатами цветности типовых красных (λ = 630 нм), зелёных (λ = 526 нм) и синих (λ = 470 нм) светодиодов охватывает почти всё поле реальных цветов. Это позволяет создавать практически неограниченное количество цветовых оттенков света. На практике чаще всего используются системы управления светодиодами, в которых каждый из трёх основных цветов имеет 256 (28) градаций. Нетрудно подсчитать, что общее количество возможных сочетаний составляет 16 777 216, что обычно и указывается в рекламных материалах («Более 16 миллионов цветов!»). Напомним, что «средний» человеческий глаз различает не более 1000 цветовых оттенков. Кроме высокой световой отдачи и большого срока службы, светодиоды имеют много других достоинств: высокую надёжность; очень высокую устойчивость к внешним воздействующим факторам (окружающей температуре, влажности, механическим нагрузкам); малые габариты; высокий коэффициент использования светового потока; лёгкую управляемость; полную экологическую безопасность из-за отсутствия ртути и стекла; безопасность обслуживающего персонала. Широкая цветовая гамма и разнообразие углов излучения (от 3 о, то есть очень узкого светового пучка, до 180 о – равномерного свечения в полусфере) способствуют использованию светодиодов в различных световых приборах. Параметры светодиодов зависят от температуры излучающих кристаллов. При этом с ростом температуры световая отдача уменьшается, при снижении температуры – растёт. Светодиоды разной цветности по-разному реагируют на изменение температуры. В популярной литературе, посвящённой светодиодам, среди достоинств этих новых источников света отмечается «отсутствие выделения тепла». Такое утверждение несколько лет назад встречалось и в серьёзных публикациях. Следует сказать, что это является глубоким и серьёзным заблуждением, вызванным тем, что до настоящего времени подавляющее большинство выпускаемых светодиодов – это изделия с рабочим током 20 мА, то есть мощностью от 0,04 до 0,08 Вт, в корпусах диаметром 5 мм. Их нагрев действительно настолько мал, что может не учитываться. Но соответственно мал и световой поток – реально не более трёх люмен. В последние годы единичная мощность светодиодов увеличилась до 3 – 5 Вт, и такие светодиоды, если не принимать специальных мер, при номинальных режимах нагреваются до температуры выше 100 оС. Как сказано выше, при нагревании уменьшается световая отдача светодиодов, а также очень существенно снижается срок службы. Для обеспечения нормальной работы в этих случаях требуется отвод тепла от светодиодов – установка их на радиаторах с достаточно большой поверхностью или принудительная вентиляция, а иногда и то и другое одновременно. В настоящее время светодиоды используются, прежде всего, в светосигнальных приборах – автодорожных и железнодорожных светофорах, информационных табло, указателях и т.п. В последние годы многие фирмы в России и за рубежом начали делать настольные и переносные светильники с белыми светодиодами, а также применять светодиоды в светильниках аварийного освещения. В Москве почти все перекрёстки в пределах Садового кольца, а также Ленинградский проспект, проспект Мира, Третье транспортное кольцо, МКАД и другие магистрали оснащены светофорами и дорожными указателями с использованием светодиодов. На Пушкинской площади, Новом Арбате и в других местах установлены большие (примерно 10х5 метров) светодиодные рекламно-информационные щиты, изображение на которых хорошо видно даже в солнечные дни. В России несколько фирм (Кавер-Лайт, НПЦ ОПТЭЛ, Светлана-Оптоэлектроника, Протон) делают светодиоды, по качеству не уступающие зарубежным, а часто и превосходящие их. Например, Кавер-Лайт первым в мире начал делать «полноцветные» светодиоды, в которых красные, зелёные и синие кристаллы объединены в одном корпусе, что позволяет получать практически неограниченное количество цветовых оттенков излучения одного светодиода. Эта же фирма первой в мире стала производить светодиоды в шестигранных корпусах, допускающих сплошной монтаж и создание больших равномерно светящихся поверхностей, а также светодиоды с плоскими линзами Френеля. В научно-производственном центре ОПТЭЛ изготавливаются мощные светодиоды и светодиодные сборки (модули) разных цветов, а также инфракрасные диоды. Световая отдача серийных светодиодов этой фирмы – до 100 лм/Вт у белых, красных и зелёных. Недостатками светодиодов являются: малая единичная мощность, приводящая к необходимости использования большого их количества для создания необходимых уровней освещённости; необходимость отвода тепла; низкое напряжение питания, требующее включения светодиодов только со специальными понижающими трансформаторами и выпрямителями; довольно высокая цена. Несомненно, что со временем все эти недостатки будут устранены. В настоящее время во всех развитых странах интенсивно ведутся работы в области светодиодов: повышение световой отдачи; проблемы отвода тепла; повышение качества цветопередачи: повышение стабильности параметров в течение срока службы и др. Только в Китае в области светодиодов и осветительных приборов с ними работает более 2000 фирм. Наиболее сложным и ответственным моментом в производстве светодиодов является выращивание кристаллов излучающих структур. Их выращивают на тонких подложках из сапфира, карбида кремния, чистого кремния или окиси галлия, на которые наносятся тончайшие слои полупроводников разной проводимости. Для этого процесса в мире используются специальные реакторы MOCVD (метод химического осаждения из паров металлорганических соединений). В России количество таких реакторов – менее 10, в Китае – несколько тысяч. Полную светодиодную технологию в нашей стране имеют всего четыре фирмы: "Оптоган" и "Светлана-Оптоэлектроника" в Санкт-Петербурге, "Протон" в Орле и "Свет ХХI века" в Томске. Остальные заводы, производящие светодиодную продукцию, пользуются импортными (в основном китайскими) светодиодами или, в лучшем случае, готовыми кристаллами. Выделим несколько направлений в исследованиях и разработках светодиодов:
Рассмотрим каждое из этих направлений. Создание ламп прямой замены. Первые лампы прямой замены появились менее 10 лет тому назад. Сегодня такие лампы производятся всеми ведущими светотехническими фирмам мира, число их типов исчисляется уже сотнями. Как и во всей "светодиодной" проблеме, здесь накоплено большое количество недостоверной информации. В качестве ориентиров с уверенностью можно брать продукцию Osram, Philips, GeneralElectric, Toshiba, Megaman, нашего "Оптогана". В 2007 – 2010 годах Министерство энергетики США проводило Международный конкурс на создание светодиодной лампы для прямой замены лампы накаливания мощностью 60 Вт. Были выставлены граничные условия: мощность – не более 10 Вт, световой поток не менее 900 лм, срок службы не менее 25 000 часов, общий индекс цветопередачи Ra выше 80, коэффициент мощности (cosφ) не менее 0,7. Как видно, требования не такие уж заоблачные, если судить о параметрах светодиодов по рекламным материалам. Премия победителю – 10 миллионов долларов. Но за три года со времени объявления этого конкурса была подана только одна заявка – от фирмы Philips. В октябре 2011 года Министерство энергетики США присудило премию «L-Prize» светодиодной лампе мощностью 10 Вт фирмы Philips. Однако в производство для замены шестидесятиваттной лампы накаливания запущены светодиодные лампы мощностью не 10, а 12 Вт («MyAmbiance» для бытового сектора и MasterLEDBulb А60 12 Вт для профессионального сектора). Начальный световой поток этих ламп – 806 лм (у ламп накаливания мощностью 60 Вт с криптоновым наполнением – 760 лм), срок службы – 25 000 часов. Лампы ParathomClassic A 80 12 W с аналогичными параметрами начала выпускать также фирма Osram. Отпускная оптовая цена лампы MyAmbiance мощностью 12 Вт – 48.4 евро (около 2000 рублей). В октябре 2011 года светодиодные лампы «Оптолюкс-Е27» с цоколем Е27 для прямой замены ламп накаливания мощностью 60 Вт начало выпускать российское предприятие "Оптоган". Параметры этой лампы: мощность 11 Вт, начальный световой поток 720 лм, цветовая температура излучения 3000 К, общий индекс цветопередачи 80, расчётный срок службы светодиодов 50 000 часов. Это же предприятие предлагает и лампы на светодиодах «Оптолюкс-Трейд» для прямой замены люминесцентных ламп мощностью 18, 36 и 58 Вт. Световая отдача этих ламп при нейтрально-белом и холодно-белом излучении – от 56 до 73 лм/Вт, при тёпло-белом – от 50 до 63 лм/Вт, мощность – 10, 20 и 30 Вт. Эти параметры «не зашкаливают» и вызывают определённое доверие. Недавно японская фирма Toshiba выпустила на рынок свою светодиодную лампу для прямой замены ламп накаливания. Мощность лампы – 8,4 Вт. Световая отдача ламп с холодно-белым светом – 77, с тёпло-белым светом – 71 лм/Вт; срок службы – 25 000 часов; световой поток к концу срока службы снижается на 50 %. Остаётся добавить, что фирменная цена этой лампы – 73,84 евро, то есть около трёх тысяч рублей. Недавно Министерство энергетики США утвердило требования к лампам со светодиодами для прямой замены ламп накаливания. Лампы с параметрами ниже утверждённых, не могут поступать в продажу в США: световая отдача – 50 лм/Вт для ламп мощностью до 10 Вт и 55 лм/Вт для ламп большей мощности, Rа не менее 80, коэффициент мощности – не менее 0,7. Девятого мая 2012 года на Международной светотехнической ярмарке «LIGHTFAIR International» в Лас-Вегасе концерн GE Lighting представил первую в мире светодиодную “Retrofit“-лампу типа “EnergySmart® LED” мощностью 27 Вт. Она позволяет получить экономию электроэнергии 73% при замене лампы накаливания 100 Вт.Основные характеристики лампы:
Новая лампа создана коллективом лаборатории светодиодных технологий GE Lighting (Кливленд, шт. Огайо) совместно с фирмой Nuventix, специализированной на изготовлении узлов теплоотвода от светодиодных модулей в светильниках. При разработке лампы использована запатентованная технология «Synthetic-Jet». Лампа снабжена десятью внешними теплоотводящими рёбрами. Для отвода тепла используется метод вибрирующей мембраны. Световой поток лампы может регулироваться в достаточно широких пределах. Конструкция лампы обеспечивает равномерное светораспределение в угловой зоне 340°. Лампа “EnergySmart® LED 27 W” отмечена сертификационным знаком ENERGY STAR®. Новая лампа концерна GE Lighting дополнит его предыдущие разработки “Retrofit“-ламп: 9 Вт (эквивалентна по световому потоку лампе накаливания 40 Вт); 13 Вт (заменяет лампу накаливания 60 Вт). С появлением “EnergySmart® LED 27 W” возникает возможность замены наиболее массовых в применении в бытовом секторе ламп накаливания (40,60,100Вт). Таким образом, сегодня в мире имеется широкий ассортимент светодиодных ламп для прямой замены как ламп накаливания, так и люминесцентных ламп. При сравнении параметров и выборе таких ламп в качестве надёжных ориентиров может служить продукция ведущих мировых производителей, о которых говорилось выше, а также требования Министерства энергетики США. Из сопоставления продукции всех названных фирм можно уверенно считать, что сегодня эквивалентной заменой ламп накаливания (по световому потоку) являются светодиодные лампы следующих мощностей: Таблица 19 Эквивалентная замена ламп накаливания (по световому потоку) светодиодными лампами
К сожалению, в рекламе, а иногда и в технической литературе, обычно приводятся совершенно недостоверные сведения о световом потоке светодиодных ламп и мощности эквивалентных по световому потоку ламп накаливания. Это не только российская проблема. Бывший главный светотехник концерна Philips и президент МКО Ван Боммель приводит такой факт. В Голландском метрологическом институте VSL в 2009 году были проверены параметры светодиодных ламп для прямой замены ламп накаливания пяти брендов. Изготовители ламп заявляли, что по световому потоку они соответствуют лампам накаливания мощностью 25 и 40 Вт. Испытания же показали, что световой поток проверяемых светодиодных ламп гораздо меньше, чем у ламп накаливания мощностью 15 Вт. Что касается светодиодных ламп для прямой замены стандартных люминесцентных ламп мощностью 18, 36 и 58 Вт, то здесь также обратимся к опыту ведущих мировых фирм. Наиболее высокие параметры достигнуты шведской фирмой Aura. Мощность и световой поток ламп этой фирмы соответствуют аналогичным параметрам люминесцентных ламп в трубках диаметром 16 мм (Т5, Т16); заявленный фирмой срок службы – 60 000 часов. К сожалению, у нас нет сведений о цене этих ламп, но вряд ли она может быть ниже, чем цена люминесцентных ламп серии Т5. Средние параметры светодиодных ламп для прямой замены стандартных люминесцентных ламп в трубках диаметром 26 мм (Т8) приведены в таблице 20, они довольно мало различаются от фирмы к фирме. Таблица 20 Параметры светодиодных ламп для прямой замены стандартных люминесцентных ламп
В литературе, особенно в рекламной, обычно без обиняков заявляется о том, что замена люминесцентных ламп на светодиодные приводит к снижению потребляемой мощности в два раза, за счёт чего дорогие светильники со светодиодами окупаются достаточно быстро (называются сроки один-два года, очень редко – шесть-семь лет). Но при этом, ни одна фирма не сообщает, что освещённость на рабочих местах снижается более, чем вдвое. А это ведёт не только к ухудшению условий зрительной работы, но и к снижению производительности труда и повышению количества брака. Экономический ущерб за счёт этого может многократно превышать фиктивную экономию за счёт уменьшения потребляемой мощности. Очень серьёзная проблема при прямой замене ламп накаливания или люминесцентных ламп светодиодами – реальные сроки окупаемости. В таблице 21 представлены результаты расчёта таких сроков при замене ламп накаливания и при разном времени годовой наработки. Из таблицы 21 видно, что при реальных на сегодняшний день ценах на светодиодные лампы (лампа "Оптолюкс" мощностью 11 Вт для прямой замены лампы накаливания мощностью 75 Вт – 900 рублей, средние цены на аналогичную лампу в странах Евросоюза и в США – более 30 долларов) и существующих в нашей стране тарифах на электроэнергию сроки окупаемости составляют годы. Что же касается прямой замены люминесцентных ламп, то пока говорить о сроках окупаемости не приходится, так как светодиодные лампы в одинаковых размерах с люминесцентными имеют не только меньшую мощность, но и почти вдвое меньший световой поток, поэтому расчёты будут некорректными. Таблица 21 Сроки окупаемости светодиодных ламп прямой замены Мощность ЛН – 60 Вт, мощность СДЛ – 12 Вт.
При расчёте принято: Срок службы ЛН – 1000 часов. Цена ЛН – 0,5 $. Повышение световой отдачи. Теоретическим пределом световой отдачи светодиодов при приемлемом качестве цветопередачи можно считать 250 лм/Вт (по расчётам физиков). На лабораторных образцах в фирмах Osram, Cree, Технологический институт в Санкт-Петербурге эта величина уже достигнута (правда, о качестве цветопередачи при этом ни одна из названных фирм не сообщала). На серийных изделиях фирмы Cree (США) при токе 350 мА в 2012 году получена световая отдача 176 лм/Вт при общем индексе цветопередачи 70 и цветовой температуре излучения около 5000 К. Повышение световой отдачи светодиодов является одним из основных направлений в работе всех фирм, имеющих возможность самостоятельного выращивания излучающих структур. Улучшение качества цветопередачи. Качество цветопередачи, выражаемое общим индексом цветопередачи Ra и четырнадцатью частными индексами (R1... R14), показывает, насколько правильно передаются цвета предметов при освещении их оцениваемым источником света. Максимальное значение Ra – 100. Такую цветопередачу имеют эталонные источники света (все лампы накаливания) и естественный дневной свет. Все разрядные и полупроводниковые источники света имеют Ra меньше 100. Международной комиссией по освещению (МКО) рекомендована такая система оценки качества цветопередачи: Ra ≥ 90 – отличное; 90 >Ra ≥ 80 – очень хорошее; 80 >Ra≥ 70 – хорошее; 70 >Ra≥ 60 – удовлетворительное; 60 >Ra≥ 40 – приемлемое; Ra< 40 – плохое. Сегодня многие светодиоды реально имеют общий индекс цветопередачи более 80, то есть по характеристике МКО "очень хорошее" и даже "отличное" качество цветопередачи. Однако при этом не всегда обеспечивается хорошая передача насыщенных (чистых, ярких) цветов. В частности, при достаточно высоком общем индексе светодиоды часто совершенно не передают насыщенные красные цвета (низкий частный индекс цветопередачи R9). В связи с этим Министерство энергетики США в своих требованиях к светодиодным лампам прямой замены записало, что "частный индекс цветопередачи насыщенного красного цвета R9 должен быть положительным". В настоящее время работы по повышению качества цветопередачи излучения светодиодов успешно ведутся всеми лидирующими в этой области фирмами. Повышение единичной мощности светодиодов. Исторически светодиоды появились как маломощные индикаторные элементы, от которых и не требовалась большая мощность. И до сих пор более 90 % всех выпускаемых в мире светодиодов – это изделия малой мощности (менее 0,1 Вт). Однако с внедрением светодиодов в осветительную технику вопрос повышения их единичной мощности стал одним из важнейших. Повышению единичной мощности препятствуют два обстоятельства: во-первых, у светодиодов светится только периферия кристалла и при увеличении его площади снижается эффективность этих источников света, а во-вторых, при росте единичной мощности резко возрастают проблемы отвода тепла от излучающих структур. Если излучающий кристалл в светодиодах с рабочим током 20 мА в номинальном режиме нагревается не выше +50 оС, то при токе 350 мА без дополнительного теплоотвода кристалл нагревается выше +150 оС, что практически ведёт к мгновенному его разрушению. Сегодня в мире существует две тенденции увеличения мощности светодиодов: увеличение тока через излучающий кристалл и сборка в модули отдельных кристаллов средней мощности (на токи до 100 мА). По первому пути идёт американская фирма Cree, второе направление наиболее успешно развивается на российской фирме "Оптоган". Надо сказать, что ещё около 10 лет назад по первому направлению успешно работала московская фирма НПЦ "ОПТЭЛ". Здесь были созданы первые в мире светодиоды с единичной мощностью 10 Вт, до сих пор не освоенные в серийном производстве ни одной зарубежной фирмой. С моей точки зрения, путь создания мощных светодиодных модулей за счёт сборки отдельных светодиодов малой и средней мощности является более перспективным. Замечательным примером работы в этом направлении являются светодиодные модули Х10 фирмы "Оптоган", по параметрам не уступающие лучшим мировым разработкам. Решение проблем отвода тепла. Параметры всех источников света так или иначе зависят от температуры окружающего воздуха. Меньше всего это проявляется в лампах накаливания, сильнее всего – в люминесцентных лампах и светодиодах. В рекламных материалах, да и в каталогах некоторых фирм приводятся параметры светодиодов, показывающие их неоспоримые преимущества перед другими источниками света: световая отдача до 200 лм/Вт при сроке службы до 100 000 часов. Уважающие себя и потребителей фирмы приводят более скромные цифры. Наибольшего доверия здесь заслуживают данные японской фирмы Nichia: световая отдача серийных изделий до 90 лм/Вт, срок службы – 40 000 часов. Для сравнения: у ламп накаливания общего назначения эти параметры равны 12 – 15 лм/Вт и 1000 часов. Однако крайне редко, да и то мелким шрифтом где-нибудь в незаметном месте, говорится, что параметры светодиодов приведены при температуре p-n перехода + 25оС. При температуре перехода +75 оС световая отдача снижается примерно на 30 %, прогнозируемый срок службы – примерно также. При дальнейшем росте температуры происходит ещё более заметное снижение основных параметров светодиодов. Предельной температурой перехода можно считать +150 оС. Отсюда можно сделать однозначный вывод: чтобы создать эффективный осветительный прибор, необходимо, прежде всего, позаботиться о температурном режиме светодиодов. К сожалению, это делается далеко не всегда. Поэтому реальные светильники со светодиодами при испытаниях часто показывают далеко не те параметры, которые были заявлены изготовителем. Для привлечения клиентов некоторые фирмы прибегают к такому средству, как форсированный режим работы светодиодов (жаргонное название – «разгон»). В принципе светодиоды допускают работу в форсированном режиме. Но при этом необходимо учитывать, что срок службы их заметно снижается. Так, расчётные значения срока службы одного из типов светодиодов фирмы Cree в зависимости от тока показывают, что при токе 1000 мА срок службы составляет всего 17,8 тысячи часов против 68,4 тысячи часов при токе 350 мА. Светодиоды действительно могут работать 100 000 часов и даже больше, но только при строгом соблюдении температурного режима. Точно также и световая отдача светодиодов достигает рекордных значений при температуре перехода не выше +25 оС. К сожалению, в погоне за местом под «светодиодным солнцем» многие фирмы в документации и, особенно в рекламных материалах, указывают для осветительных приборов срок службы и световую отдачу, присущие «голым» светодиодам, работающим в идеальных условиях. Используя эти данные, а вернее – манипулируя ими, досужие популяризаторы «определяют» срок окупаемости светильников со светодиодами в полтора – два года, а то и в один год. К сожалению, проблема недостоверности данных о параметрах светодиодов присуща не только нашей стране. В Министерстве энергетики США разработана специальная программа испытаний светодиодных ламп и светильников “CALiPER”. Проведено уже девять серий испытаний, в результате которых оказалось, что заявленным параметрам соответствует меньше трети испытанных светильников. У 5-ти из 26-ти проверенных изделий спад светового потока превысил 30 % менее чем за 1000 часов. Ещё худшие результаты получены в Томском политехническом институте, проводившем испытания светильников со светодиодами разных фирм. Представление заведомо недостоверных параметров в документации на светильники не просто вводит потребителей в заблуждение, но и вызывает у многих разочарование в светодиодах как действительно перспективном источнике света. Поэтому надо особенно добросовестно подходить к составлению технической документации, чтобы не нанести непоправимого вреда этому направлению светотехники. Из-за отсутствия достоверных данных о реальном сроке службы и реальной световой отдаче готовых светильников со светодиодами невозможно точно рассчитать сроки окупаемости таких светильников и оценить потенциал реальной экономии электроэнергии. В какой-то мере здесь ориентиром могут служить данные крупнейших светодиодных фирм – Osram, Philips, Nichia, Cree, а также требования Министерства энергетики США. Ни в одном из каталогов названных фирм не встречается срок службы светодиодов более 50 000 часов. Для мощных светодиодных модулей, как правило, фигурирует цифра 25 000 часов. При этом световая отдача составляет не более 80 лм/Вт. Например, новейшая разработка фирмы Osram – модули PrevaLED мощностью 11, 28 и 43 Вт – имеют световую отдачу менее 75 лм/Вт при цветовой температуре излучения 3000 – 4000 К и общем индексе цветопередачи 90. Светодиодная лампа этой же фирмы мощностью 9 Вт для прямой замены лампы накаливания имеет световой поток 700 лм и срок службы 10 000 часов. Для обеспечения требуемой температуры p-n перехода необходимо отводить от светодиодов генерируемое ими тепло. Для этого используются радиаторы с большой поверхностью. Сейчас такие радиаторы серийно выпускаются многими фирмами, в том числе и в нашей стране. В последние годы для охлаждения светодиодов всё чаще используются тепловые трубки. Работы в этом направлении ведутся и в России ("ЛЕДРУ", "Эколайт" и др.) Но чтобы радиаторы работали эффективно, необходимо, прежде всего, обеспечить хороший тепловой контакт со светодиодами и одновременно электрическую изоляцию между ними. Для этого используются алюминиевые печатные платы с хорошей теплопроводностью и теплопроводящие пасты и мастики. В последнее время всё большее распространение получают керамические радиаторы. Мощные светодиоды часто изготавливаются также в керамических корпусах. Кроме хорошего теплового контакта светодиода и радиатора, необходимо, чтобы тепло от радиатора выводилось наружу, а не оставалось внутри светильника. Поэтому радиаторы крепятся на корпус светильника, который часто также имеет сложную форму с хорошо развитой поверхностью. Вторичная оптика. Светодиоды коренным образом отличаются от традиционных источников света. Прежде всего, это источники света, излучающие в одну полусферу, тогда как все остальные источники света излучают свет во все стороны. Такой характер светораспределения светодиодов требует и особого подхода к конструированию осветительных приборов. Пока были только маломощные светодиоды с током 20 – 40 мА, они выпускались фактически в виде готовых световых приборов, так как имели собственную оптическую систему, которая и перераспределяла световой поток требуемым образом (так называемая «первичная оптика»). С появлением мощных светодиодов с током 350 мА, а теперь 700 и даже 1000 мА, большинство производителей светодиодов стали отказываться от применения первичной оптики, так как при работе мощных светодиодов кристаллы нагреваются достаточно сильно, и из-за разницы коэффициентов теплового расширения материалов кристалла и первичной оптики создаются значительные механические нагрузки внутри светодиодов, приводящие иногда к разрыву соединительных проводников или отрыву кристаллов от подложки. В настоящее время большинство мощных светодиодов выпускается без первичной оптики. Поэтому для формирования требуемого светораспределения применяется вторичная оптика в виде линз или отражателей. Линзы делаются из полиметилметакрилата, поликарбоната или кремнийорганических соединений (силикона). Линзы выпускаются для одиночных светодиодов, светодиодных сборок (модулей, матриц) или в виде целых блоков, охватывающих большую группу светодиодов. При конструировании световых приборов необходимо учитывать, что за счёт френелевских отражений на передней и задней поверхностях линз теряется не меньше 8 % светового потока. Кроме этого, линзы практически никогда не охватывают весь световой поток, излучаемый кристаллом. Поэтому заявления некоторых фирм, выпускающих вторичную оптику для светодиодов, о том, что их продукция имеет коэффициент пропускания около 100 %, следует рассматривать только как рекламную акцию. Реальные значения коэффициента использования светового потока светодиодов с вторичной оптикой в виде линз – 80 – 85 % Из-за того, что светодиоды излучают свет только в одну полусферу, возможности отражательной оптики в световых приборах с ними ограничены. Отражатели имеют несколько большие размеры, чем линзы. Коэффициент использования светового потока кристаллов с отражателями – около 85 – 90 %. Отражатели делают или из алюминия с высоким коэффициентом отражения (например, типа “Miro” фирмы "Аланод"), или из пластика с напылением зеркального слоя и защитой его от внешних воздействий. Как линзы, так и отражатели требуют очень точного расположения относительно излучающего кристалла. Поэтому они, как правило, снабжены специальными направляющими (цапфами) для точной установки. Мировым лидером по разработке и производству элементов вторичной оптики является фирма Ledil (Финляндия). К сожалению, в России в настоящее время нет налаженного производства этих изделий. Некоторым просветом в этом направлении можно считать появление московской фирмы "Эколайт", специалисты которой умеют рассчитывать вторичные линзы и отражатели, а при необходимости и выпускать их в небольших количествах. Источники питания. Как известно, светодиоды – источники света, работающие от низкого постоянного напряжения. Поэтому для включения их в сеть требуются специальные источники питания – устройства управления (УУ) или конверторы (в последнее время их стали называть «драйверами», что в принципе неверно и противоречит ГОСТ на терминологию светодиодов). Эти аппараты – неотъемлемая часть любого светильника со светодиодами, поэтому к ним должны предъявляться такие же требования, как и к источникам света. До настоящего времени в литературе не встречалось ни одно УУ со сроком службы более 50 000 часов. Поэтому остаётся загадкой, как некоторые фирмы обеспечивают срок службы светильников 100 000 часов? Устройства управления должны обеспечивать не только питание светодиодов, но и электромагнитную совместимость светильника и сети, то есть определённую форму потребляемого тока (отсутствие высших гармоник), отсутствие радиопомех, коэффициент мощности. Кроме этого, есть ещё один параметр, на который, к сожалению, мало обращают внимания – это пульсации выходного тока или напряжения. Светодиоды – практически безынерционный источник света, поэтому излучаемый ими световой поток полностью повторяет форму протекающего через светодиод тока. Это приводит к пульсациям освещённости на освещаемом месте. Санитарные правила и нормы жёстко регламентируют глубину пульсаций освещённости. Например, для рабочих помещений с компьютерами глубина пульсаций освещённости должна быть не более 5 %. В проекте нового ГОСТа на световые приборы предлагается исключить этот параметр, ссылаясь на европейские стандарты. Однако эта ссылка необоснованна. Основополагающий документ по нормированию освещённости в странах Евросоюза – нормы EN 12464-1 «Освещение рабочих мест внутри помещений». В этом документе есть специальный раздел 4, посвящённый пульсациям освещённости. Раздел состоит из одного пункта: «В помещениях с длительным пребыванием людей пульсации освещённости не допускаются». По данным каталогов ведущих фирм-производителей УУ для светодиодов глубина пульсаций выходного напряжения (тока) составляет 15 – 20 %. Значит, и глубина пульсаций светового потока также составит 15 – 20 %. На это необходимо обращать самое серьёзное внимание, так как на примере люминесцентных ламп, особенно с узкополосными люминофорами, установлено, что пульсации освещённости – исключительно вредное явление для людей. Сегодня в мире производятся сотни типов устройств управления для светодиодов: со стабилизацией выходного тока или выходного напряжения, регулируемые и нерегулируемые, одно-, двух- и многоканальные, с выходной мощностью от долей ватта до киловатт, с различной степенью защиты от внешних воздействий, различных классов электробезопасности. Производство устройств управления – одно из немногих направлений в области светотехники, по которым Россия сегодня ещё может находиться на самых передовых позициях (за счёт частичного сохранения потенциала бывшего оборонного комплекса СССР). Органические светодиоды. В органических светодиодах (иностранное название OLED – OrganicLight-EmittingDiode – органический светоизлучающий диод) свет излучается при прохождении электрического тока определённого направления через набор полимерных полупроводниковых материалов. Явление свечения органических полимеров было открыто достаточно давно – ещё в начале 50-х годов прошлого века. Однако реальные органические светодиоды появились менее 15 лет назад. Основное применение технология органических светодиодов сегодня находит в устройствах отображения информации (дисплеях). Уже созданы и производятся в массовом количестве телефоны, фотокамеры, планшеты и другие электронные устройства с дисплеями из органических светодиодов. Японская фирма Sony производит телевизоры с органическими светодиодными экранами с диагональю до 68,5 см толщиной менее 5 мм. На различных международных выставках демонстрировались телевизоры с экранами из органических светодиодов толщиной всего 0,2 мм. Несколько лет назад стали появляться первые источники света из органических светодиодов. Сегодня разработкой и применением органических светодиодов занимаются Osram, Philips, Panasonic и другие ведущие фирмы. В странах Евросоюза (проект OLLA) и США на уровне правительств выделяются многомиллионные средства на разработку органических светодиодов именно как источников света. По сравнению с "обычными" светодиодами параметры органических пока выглядят довольно скромно – световая отдача не более 70 лм/Вт, срок службы – не более 15 000 часов. Однако стоит напомнить, что у первых промышленных светодиодов световая отдача была менее 0,1 лм/Вт при сроке службы 500 часов. Органические светодиоды имеют ряд неоспоримых преимуществ перед всеми другими источниками света. Прежде всего, это источники света невысокой яркости, создающие абсолютно неслепящий свет, излучаемый равномерно по всем направлениям. Это открывает совершено неожиданные возможности при конструировании светильников. Так, специалисты фирмы Philips предлагают делать из органических светодиодов прозрачные панели для остекления окон в помещениях. Днём такие панели хорошо пропускают естественный свет (коэффициент пропускания – около 0,7), а в тёмное время суток они будут светиться, создавая полную иллюзию света, проникающего извне через окна. Панели из органических светодиодов могут быть очень тонкими (до 0,1 мм), лёгкими, гибкими, питаться непосредственно от стандартных электрических сетей. Яркость их легко регулируется; качество цветопередачи сегодня вполне приемлемо (Rа> 70). Osram, Philips, Panasonic и другие фирмы уже разработали и производят серийно несколько типов светильников (в основном настольных) на органических светодиодах. На Московской выставке "Интерсвет" в ноябре 2012 года экспонатом № 1 был замечательный светильник на органических светодиодах, показанный российской фирмой "Световые технологии". К сожалению, светодиоды в нём были японскими – фирмы Panasonic. Безусловно, сегодня работы по использованию органических светодиодов для освещения являются одними из приоритетных во всех развитых странах. Пятнадцатого февраля 2013 года в Интернете появилось сообщение о завершении девятью немецкими фирмами большой работы, финансируемой правительством Германии, по использованию органических светодиодов в целях освещения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Анализ работы за 2012 2013 учебный год Шмо, объединяющая учителей химии, биологии и географии, работает над выполнением задач методической проблемы школы и свою работу... |  | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Привлечение предпринимателей к решению вопросов повышения эффективности их деятельности посредством их участия в разработке и совершенствовании... |
| Перспективный план работы экспериментальной площадки по этапам № Развитие нормативно-правовой и методической базы использования икт в образовательной деятельности | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Данные рекомендации составлены с учетом имеющейся нормативной правовой базы федерального и регионального уровня, регламентирующей... |
| Приказ об утверждении квалификационных требований к специалистам... В целях формирования единой политики и совершенствования нормативной правовой базы по вопросам квалификации специалистов юридических... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «гражданское право (III ч.)» Знание и правильное применение норм нового гражданского законодательства являются в этих условиях необходимой предпосылкой успешного... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и совершенствование... Ростехнадзору, в том числе опасные производственные объекты, на которых производятся и хранятся взрывчатые вещества, ведутся горные... | | Отчет по итогам проведения аудита эффективности использования бюджетных... Анализ существующей нормативной базы в сфере охраны окружающей среды и рационального природопользования |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Таможенное право в системе отраслей российского законодательства (сравнительно-правовой анализ) | | Совершенствование нормативно-правовой базы Проблемный анализ текущего состояния образовательной системы лицея и задачи развития лицея на 2011-2012 учебный год |
| Т. Я. Хабриева Совершенствование правовой базы СНГ и государоств-участников... Совершенствование правовой базы СНГ и государств-участников Содружества в сфере регулирования миграционных отношений обусловлено... | | Реферат по теме: «Современное состояние информационного законодательства в рф» ... |
| Рабочая программа по предмету «Русский язык» Класс 5 Б Календарно-тематическое планирование составлено на основе нормативно-правовой базы | | Научно-исследовательская работа по организации и проведению исследований... Анализ федеральной, региональной и муниципальной правовой базы в области инноваций |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Календарно-тематическое планирование составлено на основе нормативно-правовой базы | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Календарно-тематическое планирование составлено на основе нормативно-правовой базы |
