Save
energy

Вчимось економити. Переходимо на LED освітлення

Світловипромінювальний діод (LED) або, як частіше його називають, світлодіод стає все більш популярним та широко використовується у ліхтарях, мобільних телефонах та телевізорах. Чимало людей вважають, що це достатньо новий винахід, однак LED знаходяться у комерційному використанні ще з 70-х рр. минулого століття як альтернатива лампам розжарювання та сигнальним неоновим лампам в електронному обладнанні. Лише нещодавно виробники досягли того рівня, коли LED можна використовувати для заміщення традиційного освітлення, такого як лампи розжарювання та люмінесцентні лампи.

Світлодіоди відрізняються від традиційних освітлювальних пристроїв способом, у який вони виділяють світло. Лампи розжарювання складаються з вольфрамової нитки, оточеної скляною колбою, заповненою інертним газом. Вольфрамова нитка нагрівається електричним струмом до тих пір, поки не починає світитися та випромінювати світло. Люмінесцентні лампи, у свою чергу, складаються зі скляної трубки, покритої люмінофором, і містять невелику кількість ртуті. Електрична дуга збуджує атоми ртуті, які виділяють ультрафіолетове (УФ) випромінювання. Коли УФ-промені сягають шару люмінофору, вони перетворюються і випромінюються у вигляді видимого світла.

По суті, світлодіод – це електронний прилад, який називають напівпровідниковим пристроєм; його класифікують як SSL (Solid State Lighting) – твердотільне освітлення. Світлодіод складається з кристалічних шарів напівпровідникових матеріалів, які формують так званий p-n перехід (електронно-дірковий перехід). Електрони і дірки переміщуються у перехід між напівпровідниковими матеріалами і об'єднується для вивільнення енергії у вигляді фотонів. Залежно від напівпровідникових матеріалів випромінюване світло може бути невидимим або знаходитися у видимому діапазоні випромінювання. Червоні світлодіоди виготовлені на основі арсеніду алюмінію-галію (AlGaAs), сині світлодіоди  – нітриду індію-галію (InGaN), а зелені – алюмінію-галію фосфіду (AlGaP). Компоненти укладені в епоксидну лінзу. Оскільки «біле» світло необхідне у більшості варіантах освітлення, а світлодіоди як такі не виділяють біле світло, потрібно було розробити спосіб отримання такого «білого» світла.

Перший метод використовує червоний, зелений і синій світлодіоди, які формують декілька світлодіодних чіпів, які іноді називають RGB-світлодіоди (триколірні світлодіоди). При змішуванні декількох довжин хвиль різних світлодіодів виділяється світло, що наближається до «білого». При використанні контролера комбінації інтенсивності довжин хвиль можна створити безліч кольорів. Це дозволяє проектувальникам (дизайнерам) регулювати біле світло до потрібної колірної температури. Проте через використання трьох світлодіодів для кожного чіпа цей тип часто виявляється дорожчим у виробництві.

Другий метод використовує один синій світлодіод на основі нітриду індію-галію з жовтим люмінесцентним покриттям, щоб створити біле світло. Це метод, який дозволяє отримати найбільш поширений «білий світлодіод». Низька вартість та достатня продуктивність роблять такий світлодіод найбільш поширеною технологією освітлення на сьогоднішній день.

Світлодіоди випускаються у двох основних категоріях: з низьким енергоспоживанням та високої потужності (підвищеної яскравості). Світлодіоди з низьким енергоспоживанням, як правило, на 0,1 Вт, з малим робочим струмом (~ 20 мА) та низькою напругою (3,2 В постійної напруги). Цей тип світлодіодів використовується в якості сигналів через низьку світловіддачу, близько 2-4 лм. Світлодіоди підвищеної яскравості виготовляються пакетами від 1 до 3 Вт, високострумові (350 – 1000 мА), та зі світловіддачею 138 лм/Вт і зазвичай використовуються для освітлення. Порівняйте це з лампою розжарювання 100 Вт при світловіддачі 17 лм/Вт та люмінесцентною лампою Т8 на 32 Вт зі світловіддачею 85 – 95 лм/Вт або компактною люмінесцентною лампою зі світловіддачею 48 – 60 лм/Вт.

Переваги світлодіодів

  • Світловіддача (світлова ефективність): світлодіоди можуть виробляти більше світла на ват ніж лампи розжарювання і люмінесцентні лампи. Цей показник покращується з кожним новим поколінням світлодіодів.
  • Колір: світлодіоди можуть випромінювати світло необхідного кольору без використання кольорових фільтрів, які необхідні для традиційних методів освітлення. Це більш ефективно і може знизити початкові витрати. Окрім того, з використанням RGB-світлодіодів у процесі реальної експлуатації можна отримати будь-який бажаний колір.
  • Холодне світло: На відміну від більшості джерел світла світлодіоди випромінюють дуже мало тепла у вигляді інфрачервоного світла, що може пошкодити чутливі предмети або тканини. Відпрацьована енергія розсіюється у вигляді тепла через корпус світлодіода.
  • Розмір: Світлодіоди можуть бути дуже маленькими (менше 2 мм) і легко вміщуються на друкованих монтажних платах. Це дозволяє проектувати світильники з дуже низьким профілем.
  • Час вмикання / вимикання: світлодіоди починають горіти (вмикаються) дуже швидко. Вони ідеально підходять для використання в конструкціях з частим циклом вмикання-вимикання, на відміну від люмінесцентних ламп, які при частому перемиканні згорають швидше, або газорозрядних ламп, яким потрібен час перед повторним вмиканням.
  • Період експлуатації: світлодіоди можуть мати відносно довгий термін служби. Деяка статистика стверджує про 35 000 – 50 000 годин корисного використання, хоча до повного згорання (виходу з ладу) може знадобитися більше часу. Люмінесцентні лампи зазвичай розраховані на приблизно 10 000 – 15 000 годин, а лампи розжарювання – 1 000 – 2 000 годин.
  • Стійкість до ударів: Оскільки світлодіоди – твердотільні освітлювальні прилади, їх важко пошкодити ззовні, на відміну від люмінесцентних ламп і ламп розжарювання, які є більш ламкими та схильними до пошкоджень. Це робить світлодіоди ідеальним світловим рішенням на випадок, коли світловий прилад піддається вібраціям та струсам.
  • Фокус: цільний корпус світлодіода розроблений спеціально для того, щоб фокусувати світло. Лампи розжарювання та люмінесцентні джерела часто потребують зовнішнього відбивача для того, щоб зібрати світло та направити його необхідним чином.
  • Захист навколишнього середовища (екологічність): світлодіоди не містять ртуті на відміну від люмінесцентних ламп.

Дізнавшись про принципи роботи світлодіодів, ви, ймовірно, зрозуміли переваги використання світлодіодів як джерела освітлення. І аби розширити ваші знання про світлодіоди, представляю вашій увазі витяги із двох доповідей, де йдеться про економію електроенергії.

Згідно зі Звітом за міжнародною програмою ICT («Інформаційні і комунікаційні технології») з ефективного використання енергії, складеним консультативною групою (Єврокомісія) у складі постачальників інформаційних і комунікаційних технологій, галузевих об’єднань, кінцевих користувачів, включаючи регіональні та міські групи, а також провідних науковців:

«Твердотільні джерела світла, тобто світлодіоди (LED) і органічні світлодіоди (OLED), у майбутньому можуть перевершити практично всі інші джерела світла з точки зору ефективності та, таким чином, забезпечити потенціал економії електроенергії, яка використовується для освітлення, у близько 50%. Якщо поєднати передові LED-технології з системами інтелектуального освітлення, що контролюють світловий потік в залежності від зовнішнього освітлення або присутності людей, можна зекономити ще 20% електроенергії – в сумі це складає 70%.»

Однак величезна економія електроенергії – це не єдина перевага світлодіодів. Існує також екологічний аспект, про який слід згадати. Можливість направляти світло LED-світильника в напрямку бажаної області/зони зменшує світлове забруднення. Крім того, світлодіоди не містять ртуті, свинцю або скла.

У січні 2011 року Міністерство енергетики США опублікувало звіт, де йдеться про цілі використання світлодіодного освітлення для 12 конкретних видів продукції у трьох категоріях освітлення: загальному, зовнішньому та у дисплеях побутової техніки. Для загального освітлення проаналізували такі варіанти: PAR (параболічний алюмінієвий рефлектор), BR (короткий рефлектор) і R (видутий рефлектор); MR16 (кварцовий рефлектор (малої потужності)); 2-футовий – 2 вбудовані світлові смуги; та побутова лампа А-типу (стандартна грушовидна форма). Для зовнішнього освітлення було розглянуто: освітлення проїжджої частини, парковки, локальне та прожекторне, а також освітлення житлових приміщень. Міністерство також проаналізувала чотири напрямки застосування освітлення для дисплеїв побутової техніки: телевізорів, ноутбуків, моніторів і мобільних телефонів.

У звіті йдеться про те, що перехід на LED-освітлення може наблизити нас до щорічної економії близько 263 терават-годин. Для порівняння: це якби 21 млн. домогосподарств відмовилися від енергопостачання. Багаторічний план-програма Міністерства енергетики США 2010 року передбачає, що світловіддача комерційного/торгового LED-освітлення збільшиться на 155% протягом наступного десятиліття – до 219 лм/Вт.

Припускаючи, що перехід на світлодіодне освітлення у кожній сфері у 2020 році зросте до рівня, передбаченого Багаторічним планом-програмою Міністерства енергетики США 2010 року, то, таким чином, ефективність LED-технологій збільшить загальний потенціал економії електроенергії аж до 399 ТВт-г. Це відповідає прогнозованій економії первинної енергії, необхідної для забезпечення електроенергією близько 32 млн. середніх домогосподарств США.

Згідно зі звітом Міністерства енергетики США інші переваги використання світлодіодного освітлення, окрім економії енергії, передбачають: ​​більш тривалий термін служби, менше теплове випромінювання, мінімальну світловтрату, регулювання яскравості світла і його направленості, надійність, підвищену продуктивність при низьких температурах, підвищену безпеку, менший розмір конструкції, рівномірне освітлення, знижений вміст ртуті, покращений зовнішній вигляд виробу, поліпшену кольоропередачу.

Щодо України, то, наприклад, в місті Запоріжжя передбачена заміна ламп вуличного освітлення до 2020 року, що дасть змогу знизити рівень використання електроенергії на 40%.

Крім того, реалізація проекту забезпечить вирішення таких важливих завдань як:
• зниження викидів парникових газів в атмосферу на 12 303,3 т/рік або на 100%*;
• забезпечення належного рівня та якості освітленості вулиць міста.

Успішна реалізація проекту буде мати позитивний вплив на соціальне становище міста та призведе до покращення естетичного вигляду вулиць, магістралей, площ, внутрішньо квартальних і внутрішньо дворових територій міста.
Широкий температурний діапазон роботи світлодіодних світильників, реальна передача кольору природного сонячного випромінювання та відсутність стробоскопічного ефекту – підвищить надійність і ефективність функціонування системи вуличного освітлення, поліпшить якість освітлення міських вулиць у темний час доби. Термін служби світлодіодних світильників в декілька разів більший ніж у ДРЛ та ДНаТ, тому встановлення світлодіодних світильників призведе до скорочення витрат на обслуговування системи зовнішнього освітлення і пов'язані з ним процеси.
Заміна існуючих ламп на світлодіодні та врахування модернізованої системи вуличного освітлення в різні часи доби, року та днів тижня, шляхом індивідуального регулювання світлового потоку кожного джерела світла, призведе до зниження споживання електричної енергії на потреби вуличного освітлення на 40% та скорочення витрат на енергоспоживання.

Отже, щоб стати енергонезалежними та навчитись економити, необхідно використовувати сучасні технології та сучасний підхід до вирішення поставлених задач.

Меню