Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света

В последнее время в России, да и во всем мире, все определеннее берется курс на энергосбережение, на развитие инноваций в этой сфере. Все чаще об этом заявляет Президент страны и его ближайшее окружение. Экономить так или иначе приходится, т.к. рост потребления энергии резко обгоняет ввод новых мощностей в электроэнергетике. Если не исправить эту диспропорцию, то о сколько-нибудь серьезном росте ВВП можно надолго забыть. Ведь электростанции, построенные, в основном, в советские годы, работают на пределе. И уже вскоре речь может зайти о жестоком энергетическом кризисе.

Давно известно: сбережение энергии всегда обходится и экономике, и экологии в разы дешевле, нежели экстенсивный путь — наращивание ее производства, строительство новых электростанций, для которых требуется добывать все больше топлива, строить шахты и т. д.

Важнейшей проблемой энергосбережения является косность экономического мышления. Многим важнее цена покупки сейчас, а не то, что разница в стоимости полностью окупается через 2-3 года и далее получается существенная экономия. И это при том, что в стандартном расчете мы учитываем лишь прямую экономию, а совокупность косвенных показателей, таких как снижение энергодефицита, уменьшение объемов нового строительства, уменьшение потребления кабельно-проводниковой продукции и т. д., дают эффект который реально сокращает 2-3 летний срок как минимум в половину. Возможно, кое-кого пугает именно «вечность» новых светильников, которая якобы может оставить без работы ряд служб, занятых эксплуатацией фонарей. Этот «аргумент» легко парируется: работы хватит всем на многие годы, ведь программа перевооружения улиц на новые светильники может стать масштабной и рассчитанной на годы. К тому же в городах слишком много неосвещенных улиц и переулков, все время появляются новые.

Особенно остро вопрос энергопотребления для освещения стоит при строительстве и вводе в эксплуатацию новых объектов. В целом, для поселения с численностью 100000 человек требуется порядка 9000 светоточек. При замене считающихся энергосберегающими светильников с натриевыми лампами на светодиодные получаем экономию электроэнергии до 3 ГВт в год, а это не только снижение затрат на подключение (плата за выделение мощности), но и возможность использования кабелей меньшего сечения и т. д.

Технология светодиодов дает более чем двукратную экономию электроэнергии и не требует затрат на обслуживание по сравнению с обычными осветительными системами и приборами. Экономичность и энергосбережение при использовании светодиодных светильников для освещения улиц позволит полностью переоснастить улицы городов на новый источник света, близкий к натуральному.

Светодиод (в английском варианте LED – light emitting diodes) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Первый светодиод был изобретен в 1960 г. Он излучал тускло желтый свет, и только в течение нескольких часов. Сегодня светодиоды, отображают мельчайшие оттенки цветов, их яркость можно регулировать в зависимости от освещения и работают в течение до 100 000 часов.

Несколько лет назад, когда был изобретен белый диод, представители крупнейших инженерных компаний заговорили о возможном переходе на диодную технологию при создании любых экранов (даже экранов мобильных телефонов). Министерство энергетики США говорит о снижении на 90% затрат на освещение благодаря диодной технологии. Многие корпорации инвестируют в развитие светодиодных технологий, поэтому стоит ожидать значительного рывка в совершенствовании. Спрос на светодиоды постоянно растет во всем мире.

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и это можно сделать почти без потерь. Светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампы накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у газоразрядной. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

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 (по данным различных источников). 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 на 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 (СНиП В.2.5-28-2006). 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 В.2.5-28-2006.

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 УСС составляет 0.34 А 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 70 Вт светильника в среднем составляет 2-3 года.

Основные выгоды от внедрения светодиодных светильников:

1. Экономия электроэнергии до 70% – позволяет перераспределить высвободившуюся энергию в «узкие» места и на другие нужды;
2. 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;
3. Уменьшение сечения кабеля или мощностная разгрузка существующего; На данный момент значительная часть электрических сетей обветшала, и уменьшение нагрузки существенно увеличит их срок службы;
4. Отсутствие затрат на обслуживание и срок службы 25 лет – позволяет первые 5 лет экономить, а следующие 20 – получать реальную прибыль;
5. Экологическая безопасность – позволяет исключить затраты на специальную утилизацию и сохранить окружающую среду;
6. Безопасность движения и сохранение жизней – обеспечивается лучшей видимостью и восприятием глубины пространства за счет бóльшей контрастности (в 400 раз), отсутствие слепящего эффекта за счет, специально сформированного угла светового потока;
7. Сохранение электросетей – за счет низких питающих токов (0,34 А) и отсутствия пусковых;
8. Стабильное освещение в зимний период – обеспечивается отсутствием проблем с включением, характерными для всех газоразрядных ламп. 

Источник: http://www.ledsvet.ru/index.php?type=special&area=1&p=articles&id=17