Кпд светодиодной лампы: Страница не найдена — Светодиод Инфо

Эффективность светодиодов по сравнению с другими источниками света

«Световой клондайк» — иначе не назовешь это странное яв­ление, которым стал рынок светодиодного освещения в первое десятилетие ХХI века. Светоизлучающий полупро­водниковый диод, работающий на совер­шенно иных по сравнению с классиче­скими лампами принципах, смешал все карты огромного мирового рынка общего освещения. Новичок, рожденный в дале­кой от освещения отрасли, совершенствовался столь стремительно, что всего за десять лет стал полностью конкуренто­способным по отношению к «классике».

Сегодня КПД светодиодов достиг уже 60%, почти в десять раз превзойдя ана­логичный показатель ламп накаливания, и продолжает увеличиваться. При этом срок его службы в десятки раз больше. Именно благодаря своей экономичности, долговечности и неприхотливости в экс­плуатации новый источник света начал жестко вытеснять классические лампы.

В результате рынок, где более полувека царствовал десяток крупных игроков, за несколько лет был буквально заполонен компаниями, желающими заработать на «энергосберегающем тренде». Эффект обещает быть впечатляющим. Сегодня на освещение тратится 20% всей потре­бляемой в мире энергии. Результатом све­тодиодной революции станет двукратное сокращение мировых расходов на освещение — что эквивалентно двум годам освещения всей территории США.

Основная интрига разворачивающей­ся революции — освоение светодиодами одного из самых крупных сегментов рын­ка общего освещения, потребительского. Когда и, главное, в каком обличье новый источник света придет в дома рядовых обывателей?

Первые белые
Развитие промышленных технологий изготовления полупроводниковых источников излучения, к классу которых принадлежат и светодиоды, началось в 1960-е годы. Тогда при участии на­шего нобелевского лауреата Николая Басова был открыт принцип работы полупроводникового лазера и создана новая отрасль — оптоэлектроника, ко­торая со временем освоила серийный выпуск полупроводниковых диодов, излучавших в том числе видимый свет. На рубеже 1970-х появились первые результаты прорывных исследований Жореса Алферова и других ученых из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе, которые спустя четверть века сыграют не последнюю роль в соз­дании светодиодного источника бело­го света. На примере арсенида галлия, полупроводникового материала, Алфе­ров показал, что из тонких пленок по­лупроводниковых материалов можно сформировать сложные многослойные конструкции (гетероструктуры), позво­ляющие многократно увеличить выход света.

Именно на основе гетероструктур в дальнейшем стали создавать так назы­ваемые сверхяркие светодиоды, которые можно было использовать в светотехни­ке. Промышленный выпуск сверхярких светодиодов, излучавших красный свет, первой наладила компания Hewlett­ Packard. Позже появились яркие оран­жевые и желтые диоды на основе фос­фидов и арсенофосфидов галлия. Эти светодиоды оказались востребованы в автомобильной индустрии. Однако в источники света для общего освещения они не годились. Чтобы получить белый свет требовалась синяя составляющая спек­тра — нужно было создать сверхяркий синий светодиод.

Первый светодиод, излучавший си­ний свет, сделала еще в 1970 году груп­па Дж. Панкова в лаборатории компа­нии IBM. Исследователи использовали нитрид галлия — материал, ставший впоследствии основным для промыш­ленного изготовления ярких синих све­тодиодов. КПД этого диода составлял ничтожные доли процента, и руковод­ство IВM не придало значения открытию своих сотрудников. Зато «подсказку» Панкова подхватили десятки научных лабораторий и компаний по всему миру — они бросились «извлекать» синий свет из нитрида галлия. «На то, чтобы создать эффективный источник синего света — сверхяркий синий светодиод, были направлены большие средства, — комментирует Александр Юнович, про­фессор физфака МГУ. — Но сделать это долго никому не удавалось». Прорыв в итоге совершили японцы.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Во второй половине 1980-х Исаму Акасаки, профессор Университета На­гоя, сумел ввести в нитрид галлия атомы магния. За счет этого он получил сравни­тельно высокий выход светового излуче­ния — КПД лабораторных образцов его синих светодиодов составлял 1-2%.

Научный прорыв в 1995 году использо­ вал молодой сотрудник японской корпо­рации Nichia Судзи Накамура. Накамура подошел к делу по-инженерному: он объ­единил результаты, полученные группой Акасаки, и идеи команды Алферова — из нитрида галлия с примесями магния он сформировал гетероструктуры по тому же принципу, как их делали в Институ­те им. А. Ф. Иоффе из арсенида галлия. Результат ошеломил всех — синий свето­диод на основе гетероструктур нитрида галлия преобразовывал электрическую энергию в свет с фантастическим для того времени КПД 9%. Препятствий на пути к светодиодному источнику белого света больше не было.

Оставалось подобрать такой состав лю­минофора (люминофор — сложная хими­ческая субстанция, которая возбуждается излучением, исходящим от кристалла, и испускает собственное излучение), чтобы часть испускаемого синего излучения проходила сквозь люминофор, не взаи­модействуя с ним, а часть преобразовы­валась в излучение желтого цвета. Это смешение должно было дать белый свет. Поскольку Nichia занимала на тот момент 25% мирового рынка люминофоров, луч­шиe в мире люминофоры оказались под рукой у того же Накамуры. Он в итоге и сделал первый яркий белый светодиод. Это было в 1996 году.

Путь в высший свет
Следующие десять лет около десятка мировых компаний — как новых, так и маститых, — боролись за рост световой отдачи белых светодиодов (световая от­дача — основной параметр эффектив­ности источника света, показывающий, какой световой поток можно получить, подведя к данному источнику 1 ватт электрической мощности). В 2002 году она составляла около 20 лм/Вт (люмен на ватт) — примерно столько же, сколько у обычной лампы накаливания. Стоили светодиоды при этом 170-200 долларов за 1000 люмен (килолюмен) отдаваемого светового потока. Это было в сотни раз дороже, чем у лампы накаливания (0,3 доллара за килолюмен) и у люминесцент­ ной лампы (0,6 доллара).

Светодиоды с такими параметрами не могли прийти в отрасль общего осве­щения, но они нашли применение в тех областях, где оказались важнее такие их преимущества, как надежность и долговечность. «Благодаря высокой на­дежности, длительному сроку службы, миниатюрности и легкой адаптации к различным конструктивным исполнениям первые белые светодиоды, несмотря на относительную дороговизну, стали использоваться в автомобилях, включая фары для дорогих марок; в медицинской аппаратуре, в частности в эндоскопах и для освещения операционных; а также в системах автономного и аварийного освещения — в шахтерских фонарях, сигнальных маячках, навигационных огнях», — рассказывает Александр Зак­гейм, заместитель директора по научной работе НТЦ микроэлектроники и субми­кронных гетероструктур РАН.

Ведущие производители светодиод­ных чипов между тем искали способы увеличить светоотдачу нового источни­ка света, а также удешевить сам процесс выращивания гетероструктур нитрида галлия. Серьезных подвижек удалось достичь, в част­ности, за счет подбора таких режимов выращивания слоев нитрида галлия, которые позволяли получить структу­ры высокой степени чистоты. Хороший эффект дали и попытки профилировать поверхность полупроводникового кри­сталла — ее стали делать не гладкой, а с неоднородностями. Параллельно ком­пании химического профиля улучшали свои люминофоры — старались свести потери в них к минимуму.

За счет этих усилий уже к 2006-2007 году светодиоды повзрослели достаточно, чтобы составить серьезную конкуренцию традиционным лампам. Их световая от­ дача сравнялась со световой отдачей люминесцентных ламп — 65-80 лм/Вт.

Цена все еще оставалась срав­нительно высокой — 30-50 долларов за килолюмен, но при прочих равных светодиоды стали все чаще «пере­вешивать» классические источники света (см. «Преимущества светодиода»).
Вытеснят всех
Чтобы облегчить светодиодной техноло­гии вход на рынок общего освещения, в Японии, США, Южной Корее и некото­рых других странах были разработаны государственные программы поддержки. Бюджет американской светодиодной программы 2010 года составлял 140 млн долларов. Помимо программ были вве­дены технологические коридоры, пред­усматривающие вывод из эксплуатации низкоэффективных традиционных ис­точников света. В США выпуск ламп нака­ливания мощностью 100 Вт прекратился с этого года, а лампы на 40 и 60 Вт подпадут под запрет с 2014-го.

Производители светодиодов между тем продолжают активно совершенствовать технологию. Световая отдача лучших современных серийных свето­диодов достигла 160 лм/Вт. Другими словами, светодиоды по эффективности превзошли натриевые лампы высокого давления — самые эффективные из тра­диционных источников света (их свето­вая отдача составляет 140-150 лм/Вт). И 160 лм/Вт — это не предел. В апреле этого года в лаборатории американской компании Сгее, ведущего производите­ля светодиодных чипов и светодиодов, было достигнуто рекордное значение световой отдачи — 254 лм/Вт (это уже совсем близко к теоретическому преде­лу светоотдачи для белых светодиодов — около 300 лм/Вт). «В нашей компа­нии лабораторный результат световой отдачи становится доступным на рынке в серийной продукции через два с поло­виной — три года, — утверждает Юрий Дорожкин, директор по продажам Cree в Западной Европе. — Причем по мере того, как Cree выходила на все более вы­сокие уровни световой отдачи, ученым уже несколько раз, в частности в 2005-м и 2010 годах, приходилось пересматривать практический максимум световой отдачи белых светодиодов в сторону уве­личения». Cree инвестирует в R&D около 10% своего оборота. В прошлом году это составило 100 млн долларов.

Быстрый прогресс в эффективности светодиодов сопровождается падением их цены — к настоящему моменту она снизилась до 5 долларов за килолюмен — это еще дороговато, но цена уже не запредельная (для сравнения: так назы­ваемая энергосберегающая компактная люминесцентная лампа обходится в 3,5 доллара за килолюмен). Участники рынка ожидают, что к 2015 году новые источники света подешевеют до 2 долларов за килолюмен.

Интересно, что с точки зрения логи­ки развития НТП революция в отрасли освещения, вылившаяся в вытеснение классических ламп светодиодами, — яв­ление вполне закономерное. Более того, вытеснение продолжится и будет носить характер тотального. «Приход светодио­дов в сферу освещения отражает общеми­ровую тенденцию замещения вакуумных приборов более экономичными, надежными и миниатюрными твердотельными, — говорит Александр Закгейм. — В середине двадцатого века то же самое происходило в радиоэлектронной отрасли — там радиолампы были практически повсеместно заменены транзисторами. А недавно мы стали свидетелями практически полного вытеснения электронно­ лучевых трубок жидкокристаллическими дисплеями».

Прогнозы аналитиков рынка подтверждают инженерную точку зрения. Согласно McKinsey, в ближайшие пять лет рынок светодиодного освещения будет расти на 35% в год и к 2016 году достигнет 40 млрд евро. Светодиоды при этом займут 40% рынка источников света (сегодня 7-10%). К 2020 году аналитики обещают объем рынка в 65 млрд евро и долю около 60%.

Просчитавшиеся
Стремительность развития светодиодных технологий на фоне «зеленых» настроений привлекла на рынок очень большое число производителей светодиодных чипов и самих светодиодов. В результате инновационный источник света вдруг стал почти ширпотребом. Однако не все, кто пришел на «световой Клондайк», сделали правильные ставки.

Условно разделим компании — носи­тели светодиодных технологий на две категории. К первой отнесем производителей, которые изначально «затачивали» свои светодиоды под общее освещение. Прежде всего это американская Сгее, выросшая из крошечного стартапа, созданного в конце 1980-х при Университете штата Северная Каролина. Стартап оказался более чем успешным: сегодня Cree — мировой лидер в области светодиодов для общего освещения. К слову, и здесь, на этапе промышленного становления светодиодной технологии, тоже не обошлось без участия нашей ведущей научной школы. Выходец из Института им А. Ф. Иоффе Владимир Дмитриев, в начале 1990-х перебравшийся в Университет Северной Каролины, и целая группа привлеченных им коллег из Института им. А. Ф. Иоффе по заказу Cree занимались отработкой технологии выращивания структур нитрида галлия на подложке из карбида кремния. Судя по тому, что Cree быстро стала одним из лидеров новой отрасли, наши ученые справились с задачей неплохо. На сверх­ ярких светодиодах для общего освещения сосредоточилась и компания Philips Lumileds, созданная в свое время как СП Philips и Неwlеtt-Расkаrd.

До середины 2000-х производители этого пула зарабатывали в основном в нише архитектурной подсветки зданий — первой нише рынка общего освещения, где светодиоды быстро завоевали популярность в силу своей надежности и долговечности.

Здесь же назовем еще две фирмы. Это немецкая Osram OptoSemiconductor и уже знакомая нам японская Nichia, осваивавшая со своими белыми светодиодами главным образом нишу световых информационных табло.

Philips и Osram — крупнейшие производители традиционных ламп, до недавнего времени — законодатели мод на рынке общего освещения. Они не просто так перекачивали деньги из лампового бизнеса в развитие инновационной технологии, обещавшей рано или поздно подорвать их основной бизнес. Они рассчитывали до поры до времени попридержать полу­ проводникового чужака, а впоследствии сами «оседлать» новое светодиодное на­правление, дабы избежать смены лидеров рынка при смене ключевой технологии в отрасли. Вполне возможно, им бы это удалось, если бы не непредсказуемые со­ бытия 2010 года.

Вторую большую категорию носите­лей светодиодных технологий составляют компании, специализировавшиеся на выпуске светодиодов для подсветки 1 млн долларов). Для сравнения: Osram OptoSemiconductor, крупнейшая компания из первого пула производителей, имела всего порядка 50 единиц подобного оборудования.

Ответ на вопрос «Зачем им столько?» — в стремительных темпах, которыми их рынок рос в 2009 году. Тогда сегмент подсветки мобильных гаджетов прибавил 45%, достигнув 3,4 млрд долларов, а сегмент подсветки стационарных экранов и мониторов вообще показал пяти­ кратный рост, дотянув до 2,75 миллиарда. Расширяя производственные мощности, компании второго пула рассчитывали, что ралли продолжится. Однако их ожидания не оправдались: за 2010 год рынок подсветки стационарных экранов под­рос всего на 5,3%, а «мобильной» и вовсе остался на прежнем уровне.

Производителям чипов и светодиодов из «подсветочного» пула пришлось срочно искать, чем загрузить свои избыточные мощности.

Смена лидеров
Светодиоды к тому времени сделали более чем серьезную заявку на роль источника света для общего освещения: к 2010 году световая отдача серийных изделий достигла 110-115 лм/Вт. Таким образом, по эффективности новые источники света превзошли лампы накаливания в 10 раз, а люминесцентные (в том числе так называемые энергосберегающие) — в 2-2,5 раза. Их цена при этом опустил ась до уровня 13 долларов за килолюмен. По данным Strategies Unlimited, именно за 2010 год, когда рынок подсветки практически встал, рынок светодиодного освещения увеличился на 44% — до 1,8 млрд долларов.

Этот рост привлек в нишу общего освещения игроков с рынка подсветки. Samsung LED, LG Iппоtеk и некоторые другие игроки из второго пула в новой для них сфере общего освещения оказались во многом успешнее «хозяев». Их козырями стало отлаженное крупносерийное производство. «Компаниям, которые работали на рынке подсветки, пришлось переориентировать лишние мощности на выращивание чипов для светотехники. А чтобы куда-то их сбывать, они стали в по­жарном порядке развивать собственные светотехнические программы, — расска­зывает Евгений Долин. — Так на рынке источников света для общего освещения появились, в частности, светодиоды Samsung LED. По параметру доллар за килолюмен они оказались вполне конкурентоспособны. Теперь эти светодиоды — хит продаж в Европе».

По некоторым данным, доля Samsung LED в сегменте светодиодов для общего освещения сейчас больше, чем у Philips Lumileds и Osram OptoSemiconductor вместе взятых. А самым крупным производителем светодиодов для общего освещения является молодая инновационная Сгее, из первого пула, как и Samsung LED, не имеющая «светотехнических корней». Ей же принадлежит технологическое лидерство в отрасли. Другими словами, случилось то, чего больше всего опасались ламповые гранды Philips и Osram: на рынке источников света произошла смена лидеров.

Помимо «подсветочников» на перспективный рынок общего освещения решили зайти и совсем случайные игроки: капиталы из многих стагнирующих после финансового кризиса отраслей потекли как в дорогую базовую стадию, так и в менее капиталоемкие этапы изготовления конечной продукции. Появление большой толпы производителей обрушило цены на рынке светодиодных чипов. А самих чипов и светодиодов стало чересчур много. «До 2010 года светодиоды никогда не были рыночным товаром. Их производи­ли только профессионалы и потребляли только профессионалы. Подсветка для экранов, сигнальные огни, общее освещение на начальной стадии развития этого рынка — это было даже не В2В, а М2М — Manufacture to Manufacture, — подчерки­ вает Евгений Долин. — Теперь же светодиоды стали чем-то вроде ширпотреба».

Это было бы полбеды, если бы не еще одно обстоятельство — на рынок источников света оказалась выброшена смесь из светодиодов разного назначения — «подсветочных» и предназначенных для общего освещения. Непрофессионал практически не в состоянии отличить одно от другого, а помочь ему некому: ни отраслевых стандартов качества, ни тестовых лабораторий, ни сертификационных центров, заключению которых можно было бы доверять, в молодой светодиодной отрасли еще нет. А ведь по большей части именно непрофессионалы стали делать конечный продукт — светильники со светодиодами, без труда выйдя на третий, самый «дешевый» уровень технологической цепочки создания светотехники со светодиодами.

Основной объем материальных активов (главным образом производственное оборудование) сосредоточен на стадии выращивания полупроводниковых структур и формирования на их основе чипов. Это наиболее капиталоемкий этап технологической цепочки, и окупается он намного медленнее остальных. Быстрее всего окупаются инвестиции в сборочные производства конечного продукта — светодиодной светотехники. Источники: данные некоммерческого партнерства производителей светодиодов и систем на их основе и компании «Оптоган».

В итоге светодиод как надежный и долговечный источник света в глазах потребителей оказался дискредитирован. «Массовый поток маломощных подсветочных светодиодов, изначально не предназначенных для применения в осветительных приборах, приводит к дискредитации идеи светодиодного света», — поясняет Юрий Дорожкин. Естественно, такая ситуация создает риски для много­ миллионных инвестиций, которые производители высококачественных «осветительных» светодиодов направляли и направляют на то, чтобы снижать цену своих изделий без ущерба для срока их службы и качества света.

Бум в сонном царстве
До России последствия обрушения цен на светодиодные чипы докатились в самый неудачный момент — именно тогда, когда в стране предпринимались попытки вырастить собственных производителей чипов.

Светодиоды пришли на российский рынок общего освещения гораздо раньше, чем надулся чиповый пузырь, — В 2006-2007 годах. Одними из первых их подхватили инженеры-электронщики из подмосковного Фрязино, до этого выпускавшие электронику и зарядные устройства для спецфонарей. Они создали компанию «Фокус» и стали делать светильники со светодиодами фирмы Nichia. «Мы выходили на рынок светодиодного освещения, когда его емкость была нулевой, — рассказывает Александр Романовский, директор по маркетингу компании «Фокус». — В светотехнике познаний ни у кого из нас не было. Специалистов по маркетингу и продажам тоже не было. Решения принимали интуитивно».

Среди первопроходцев были также казанская компания LEDEL и питерская «Светлана Оптоэлектроника». «В Европе в то время светодиодное освещение внедрялось уже повсеместно, в особенности в архитектурной подсветке. А у нас в России были только эпизодические проекты»,­ вспоминает Григорий Иткинсон, в то время генеральный директор «Светланы Оптоэлектроника».

В России инновационную технологию первым оценил сегмент промышленного освещения — крупные предприятия, располагавшие обширными площадями, которые нужно было освещать круглосуточно. Для этой категории потребителей решающим фактором стала возможность радикально снизить затраты на замену ламп. «Крупные предприятия вынуждены содержать специальные службы, единственная обязанность сотрудников которых­ каждый день ходить по территории предприятия и менять перегоревшие лампочки, — рассказывает Антон Булдыгин, руководитель отдела разработки светодиодных светильников компании «Световые технологии». — И это норма жизни для больших предприятий». При средней окупаемости светодиодных светильников того времени 7-10 лет крупные компании за счет обнуления эксплуатационных расходов могли отбить их всего за год-три.

В 2010 году ситуация на отечественном рынке светодиодов и светодиодных светильников изменилась кардинально — в сонном царстве начался настоящий бум. Во многом его спровоцировала активность государства — одним из основных пунктов повестки дня высшей политической власти стало энергосбережение. Был принят Закон об энергосбережении и энергоэффективности, в котором впервые были прописаны механизмы энергосервисных контрактов и принципы энергоаудита. На этой волне светодиод, главное преимущество которого — низкое потребление электроэнергии, стал героем дня. Государство также по­ пыталось организовать в сфере источников света нечто вроде технологического коридора — было объявлено, что с 2011 года будет введен запрет на производство ламп накаливания мощностью 100 Вт. В будущем власти пообещали наложить табу и на их 60-ваттные аналоги. В качестве замены «лампочкам Ильича» рассматривались именно светодиоды, а не компактные люминесцентные лампы, как в других странах, переходивших с ламп накаливания сначала на люминесцентные лампы и только потом на светодиоды .

Эти и другие события стали причиной взрывного роста внутреннего рынка светодиодов: по оценкам «Фокуса», его объем за 2010 год увеличился в три раза — с 40 до 120 млн евро. А в 2011 году, как подсчитали в «Оптогане», рынок вырос уже до 180 млн долларов.

Вход на падающей марже
Заработать на рынке, который растет на глазах, захотели многие, а низкий порог входа на третий уровень отраслевой пирамиды передела мало кого смог остановить. В итоге на национальный рынок вышли сразу несколько сотен (по некоторым оценкам — до 600) небольших и совсем мелких производителей светильников на светодиодах (для сравнения: осветительную технику на традиционных источниках света в нашей стране делают всего несколько десятков компаний). В большинстве своем это были случайные игроки. Они пытались брать низкой ценой и для этого использовали дешевые компоненты сомнительного происхождения, чаще всего китайские.

Это обстоятельство до сих пор портит реноме светодиода на национальном рынке и серьезно осложняет жизнь ответственным производителям — не­ большим компаниям, которые в период бума создавали выходцы из радиоэлектронной отрасли (к слову, первопроходцы национального рынка — «Фокус», «Светлана Оптоэлектроника» и LEDEL тоже имели радиоэлектронный бэкграунд). А им и без того оказалось сложно работать на незнакомом для них рынке светотехники: радиоэлектроники, будучи профессионалами в области полупроводниковых приборов, коим является светодиод, ничего не понимали в светильниках как рыночном продукте. Совершали маркетинговые ошибки, учились на ходу, но тем дороже следует ценить их заслуги — именно компании с радиоэлектронными корнями задали устойчивый рыночный тренд на светодиодную революцию.

Именно в конце того же 2010 года на рынок светильников вышел и «Оптоган». На старте проекта «Оптоган», основанный выходцами из Института им. А. Ф. Иоффе, позиционировал себя как носитель уникальных компетенций в сфере создания гетероструктур нитрида галлия и намеревался работать на рынке как производитель светодиодных чипов. Однако «они вышли на рынок как раз тогда, когда из Юго-Восточной Азии хлынули огромные объемы «избыточных» чипов и светодиодов, и ценовое давление оказалось слишком велико, — поясняет Евгений Долин. — Запусти «Роснано» этот проект на год раньше, «Оптоган», возможно, успел бы снять сливки со своих чипов».

В итоге оптогановцам пришлось делать сами светодиоды и на их базе налаживать выпуск светильников, то есть браться за то, в чем компетенций у компании не было. Однако в той ситуации это была единственно возможная схема, позволявшая заработать хотя бы на конечном продукте. «Мы были вынуждены развиваться по цепочке производства вверх. Потому что, имея всего три эпитаксиальных реактора, мы бы не смогли конкурировать с мировыми гигантами- производителями чипов, — объясняет Алексей Ковш, исполнительный вице-президент «Оптогана». — Теперь мы — самая маленькая в мире вертикально интегрированная компания (оборот «Оптогана» в 2011 году составил 20 млн долларов. — «Эксперт»), которая контролирует всю цепочку — вплоть до конечного потребителя».

Что касается производителей светотехники с традиционными источниками света, то эти достаточно крупные ком­пании поначалу предпочитали не замечать неказистые «светящиеся точки». Они при знали светодиоды только в 2011-2012 году, когда новые игроки, подхватившие инновацию, стали отъедать у них рынок. Первыми из этой категории созрели «Световые технологии», ведущий российский производитель «классического» света. В прошлом году компания разработала несколько десятков моделей светильников на основе светодиодов Nichia, Сгее, Samsung LED и LG Innotek. Второй по весу игрок рынка «классического» света, Boos Lighting Group, начинает развивать светодиодное направление только сейчас.

Между тем структура использующихся в нашей стране источников света такова, что в России светодиодам по идее должно быть проще прокладывать себе дорогу, чем в других странах. У нас им не приходится конкурировать с компактными люминесцентными лампами и противостоять люминесцентно-ламповому лобби (см. «Смерть российских ламп»). Им нужно вытеснять главным образом лампы накаливания. «Если в Европе на лампочки накаливания приходится всего 12 процентов всех источников света, то в России — больше 50 процентов, — утверждает Алексей Ковш. — А с лампочками накаливания конкурировать легко». Правда, большая часть лампочек, с которыми «легко конкурировать», сосредоточена в домохозяйствах — сегменте, где светодиодная революция еще не свершилась.

Что светит обывателям
Потребительский сегмент — самый крупный на рынке общего освещения (по обороту он составляет примерно 40% всего рынка). Тот факт, что граждане в подавляющем большинстве продолжают покупать привычные стеклянные колбы, ведущие игроки рынка светодиодного освещения расценивают как вызов. В ка­ком же обличье их светодиоды будут завоевывать жилища рядовых обывателей? На этот счет просматривается два альтернативных подхода.

Первый предполагает, что существующая концепция люстр и торшеров сохранится и с наступлением эры светодиодов. Под эту «установку» производители разрабатывают так называемые ретрофиты — светодиодные источники света, имеющие форму лампочек со стандартным цоколем, которые можно вкрутить в любимую люстру взамен традиционных.

Первыми ретрофиты начали создавать и осваивать в Японии и Соединенных Штатах. «В Америке еще в 1999-2000 годах было выдано огромное количество патентов на «ежики» — «лампочки» со стандартным цоколем, состоявшие из торчавших во все стороны пятимиллиметровых светодиодов», — рассказывает Евгений Долин.

Сегодня больше всех ретрофиты по­ купают японцы. В 2011 году в этой стране было продано более 24 млн штук из без малого 40 млн, реализованных по всему миру. Прогноз на 2012 год — 40 млн штук, что составит две трети мирового объема продаж. Цена нового источника света в Японии — более 27 долларов, но японцев это не пугает.

В Европе ретрофиты большой популярностью не пользуются. Хотя и здесь есть свои светодиодные «лампочки» высокого уровня. «Ретрофит компании Philips имеет форму грибочка, шляпка которого разделена на четыре дольки. В каждой дольке — желтые «глаза», как у стрекозы, — описывает Евгений Долин последнее поколение светодиодных «лампочек». — Это действительно хорошие источники света, они светят равномерно во все стороны. Торшер, к примеру, будет освещен весь — так же как с обычной лампой». Барьером для массового проникновения таких «лам­почек» является их цена — около 50 евро за аналог 60-ваттной лампы накаливания. Ожидается, что спрос на ретрофиты оживится, когда в странах ЕС они будут стоить 10 евро, а в США — 15 долларов.

Российский потребительский рынок пока ведет себя достаточно вяло. Сказывается, в частности, то, что многие продвинутые потребители, решившие попробовать первые появившиеся на рынке ретрофиты, испытали разочарование — светодиодные «лампочки» освещают помещение так, что светло только внизу, а потолок и верхние ярусы мебели остаются в темноте. Это ошибка производителей. Многие из них, особенно на первых порах, не учли, что светодиод, в отличие от традиционных ламп, является направленным источником света — он излучает свет только в одной плоскости.
Ретрофитный подход подкупает относительной легкостью своего внедрения. Однако ретрофиты никогда не позволят реализовать те широкие возможности управления освещением, которые дает светодиод. «Освещение можно будет сделать распределенным, рассредоточив маленькие светодиодные источники по всему помещению — откроется поле для огромного разнообразия дизайнерских решений, — уверен Антон Булдыгин. — Кроме того, появится свобода выбора — вы сможете осветить свои комнаты теплым или холодным светом, привнести в освещение желаемые цветовые оттенки, а также плавно приглушать или усиливать свет».

Подобные «опции», немыслимые в эпоху ламп, позволят ощутимо улучшить качество жизни. Но чтобы светодиодная революция могла развиваться по этому пути, потребителю должна стать доступна новая категория высокотехнологичной бытовой техники — готовые решения комплексных светотехнических систем, предназначенных для освещения жилищ.

Основной барьер для развития этой концепции — потребительские привычки, главным образом наша любовь к люстрам. «Чтобы эффективно использовать новый источник света, вы как потребитель должны сломать у себя в голове целый ряд стереотипов, — говорит Ан­тон Булдыгин. — К примеру, вы должны осознать, что сможете обойтись без люстры — светодиоды в таком количестве в одном месте просто не нужны».

Массовый приход светодиодов в потребительский сегмент ожидается в 2016 году. По оценкам Strategies Unlimited, объем мирового потребительского рынка светодиодной светотехники достигнет к 2016 году 14 млрд евро (для сравнения: объем светодиодного освещения в офисном сегменте к тому моменту составит 3 млрд евро). Российский потребительский сегмент, по оптимистическим оценкам Techart Reseach и компании «Оптоган», К тому времени дорастет до 120-200 млн евро.

Источник: Эксперт № 23 11-17 июня 2012

КПД светодиодных ламп

КПД СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП. Коэффициент полезного действия современных Светодиодных ламп составляет 22%. Кроме высокого КПД, светодиодные лампы могут похвастаться и большой долговечностью, в плоть, до 50000 часов, что в свою очередь эквивалентно 17-ти годам работы, по 8-мь часов в день. Современные Светодиоды обладают достаточной яркостью, что нельзя было сказать о светодиодах прошлого поколения, у которых небольшая яркость существенно ограничивала их применение. В настоящее время, после того, как был решен вопрос о яркости Светодиодов, их популярность резко возросла. Несмотря на высокую стоимость Светодиодных ламп, но благодаря высокому КПД, сроку эксплуатации и существенной экономии на электроэнергии и монтажных работах светодиоды завоевывают все большую и большую популярность. Кроме того, большой эксплуатационный ресурс светодиодных ламп позволяет устанавливать их в труднодоступных местах, особенно это актуально при использовании Светодиодов в ИНТЕРЬЕРНОМ ОСВЕЩЕНИИ. За более чем 130-ти летнюю историю, лампы накаливания, доминирующие все это время в мире светотехники, обладали большим количеством недостатков: это и хрупкая нить, способная выйти из строя во время встряски, и большим процентов выхода тепла, что значительно снижает соотношение полезной мощности к световому потоку. КПД обычных ламп накаливания составляет всего, 2.6%. Более продвинутая, в технологическом смысле, люминесцентная лампа обладает несколько большим КПД, составляющим 8.7%, так же внесла существенную лепту в экономию электроэнергии. Применение люминесцентных ламп выявило несколько существенных недостатков: это и короткий срок эксплуатации в реальных условиях, возможное мерцание, и возможный отказ во включении при низких температурах, а также мигание при недостатке напряжения. Кроме того, перегоревшие люминесцентные лампы нуждаются в специальной утилизации. Люминесцентные лампы крайне негативно относятся к прерывистому циклу эксплуатации, включение-выключение.

Фото: Светодиодные лампы

Светодиодные лампы обладают высоким КПД, низким потреблением электроэнергии и большим сроком эксплуатации, ярким светом, отличной освещенностью и отсутствием мерцания. Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам Светодиодные лампы получают все большее и большее распространение, особенно часто их используют во Встраиваемых светильниках. Компания Professional Light and Sound предлагает вашему вниманию большой ассортимент современных Светодиодных светильников и СВЕТОДИОДНЫХ ПРОЖЕКТОРОВ ДЛЯ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ высокого качества по приемлемой цене, на базе качественных светодиодных ламп (См: СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ).

Также на нашем сайте вы можете посмотреть и другую информацию, которая может вас заинтересовать, а наши специалисты в свою очередь, окажут вам любую техническую поддержку: ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ЗВУКОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ КАРАОКЕ-СИСТЕМЫ, СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ PUBLIC ADDRESS, DJ ОБОРУДОВАНИЕ, HI-FI АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, HI-FI КОМПОНЕНТЫ, АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИСКОТЕК, ЗВУКОУСИЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКТЫ, КОМПЛЕКТЫ ДОМАШНИХ КИНОТЕАТРОВ, МИКРОФОНЫ, МИКШЕРНЫЕ ПУЛЬТЫ, ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ ОБРАБОТКИ ЗВУКА, РАДИОСИСТЕМЫ, СВЕТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.

Позвоните нам, и мы предложим комплексное решение: +74956698624, E-mail: [email protected].

эффективность светодиодной лампы и светильника > Свет и светильники

Неоновая подсветка: освещение для комнат и квартир с использованием неона

Читайте здесь, что такое неоновая подсветка, из каких конструктивных элементов состоит неоновый светильник и на каком принципе он работает, какие популярные варианты применения его в интерьере существуют, что нужно учесть при установке такой системы освещения и на что обратить внимание при выборе оборудования для нее….

24 02 2021 21:40:20

Подсветка витрин: освещение для прилавков и витрин лентой со светодиодами

Узнайте, какое значение имеет подсветка витрин, ее возможности, способность привлекать покупателей и создавать эксклюзивный вид для обычной стандартной витрины. Выясните, какие существуют требования и нормы для осветительных приборов на витринах. Ознакомьтесь с порядком монтажа светодиодной ленты….

17 02 2021 7:36:16

Лампы ВАЗ 2114: с каким цоколем стоят в фарах дальнего и ближнего света

Узнайте, какие лампы установлены в блок-фарах автомобиля В А З 2114 в качестве ближнего/дальнего света. Читайте, какие виды конструкции ламп могут быть использованы, их достоинства и недостатки. Уточните для себя некоторые наиболее популярные модели от известных производителей….

13 02 2021 21:20:59

По какой причине мигает энергосберегающая лампочка

Выясняем, почему может мигать лампочка при включенном и выключенном свете. Как найти причину, по которой моргает энергосберегающая или светодиодная лампа. Как исправить мигающие источники света….

09 02 2021 20:47:33

Гудит лампа светодиодная: почему шумит светильник

Узнайте, отчего иногда появляется ощутимый гул при работе светодиодных ламп. Читайте, какие причины его вызывают, как их обнаружить и устранить. Запомните наиболее распространенные источники, чтобы при необходимости не тратить время на бесполезные поиски….

03 02 2021 1:32:36

Энергосберегающая лампа — что это, какие бывают эконом лампочки, виды и типы энергосберегательных осветительных приборов для дома

Узнайте, что такое энергосберегающие лампы, какие виды предлагаются в магазинах, чем они отличаются друг от друга. Читайте, как выбрать лампочку по мощности, размерам, цоколю, мощности потока света, производителю. Почему компактные люминесцентные и светодиодные лампы лучше, чем лампочки накаливания….

02 02 2021 23:59:18

Контурная подсветка и архитектурное освещение зданий

Читайте здесь, что такое контурная подсветка зданий, каковы ее общие задачи, какие требования, нормы и правила существуют для этого типа освещения, какие главные виды контурной подсветки фасадов бывают, чем они отличаются, а также какие виды светильников в них применяются….

31 01 2021 8:39:53

Как подключить светодиод к батарейке на 1, 3 и 9 вольт

Узнайте, можно ли подключить светодиод к батарейке. Читайте, какие источники могут быть использованы для питания LED элементов, что надо сделать для защиты от перегрузки. Уточните для себя порядок подключения светодиодов к батарейкам разной емкости….

26 01 2021 20:23:34

Светодиод 3 Вт: характеристика LED 3 w

Читайте, в чем состоят особенности конструкции светодиодов мощностью 3 ватта. Узнайте, его технические характеристики, специфические качества элементов и схему подключения светильников….

24 01 2021 19:21:24

Светодиод это: что такое, назначение, как определить для чего нужен

Узнайте, что светодиод – это полупроводниковый элемент, который используется для индикации и производства осветительных приборов. Читайте, по каким признакам классифицируются диоды, излучающие свет. Какие характеристики обязательно нужно учесть при покупке, какие достоинства и недостатки у светодиодов, используемых в осветительных приборах….

10 01 2021 8:34:16

SMD светодиоды: типы, виды, маркировка, размеры, и их характеристика, основные технические параметры светодиодных смд ламп для внешнего освещения

Читайте, какие SMD светодиоды самые популярные, где и в каком виде используются. Узнайте, чем они отличаются друг от друга и как выбрать оптимальный вариант. Плюсы и минусы изделий из С М Д светодиодов, сфера применения, особенности покупки через интернет….

24 12 2020 15:53:10

COB LED: что это такое, характеристики и параметры светодиодной лампы

Читайте, что такое COB LED, чем отличается от светодиодов SMD. Узнайте, как эти модули производятся, какими преимуществами обладают. Какие у С О В-модулей технические и оптические характеристики, что необходимо учесть при работе с ними. На какие критерии следует обратить внимание при покупке….

06 12 2020 16:52:38

Схема энергосберегающей лампы: принцип работы и устройство

Читайте здесь, как устроена и работает схема энергосберегающей лампы, какие виды таких приборов освещения существуют, какие у них главные эксплуатационные характеристики, каковы принципы и устройство их работы, какие компоненты составляют их схему и как происходит зажигание….

04 12 2020 16:54:59

Светодиод АЛ307: характеристика, цоколевка и маркировка

Читайте здесь, что такое светодиоды А Л307, какими техническими характеристиками они обладают и где применяются, какова их маркировка цвета и соответствующая ей длина волны излучения, а также какими размерами и характеристиками цоколевки они обладают….

28 11 2020 11:50:20

Лазерный диод: подключение светодиодного лазера

Узнайте, что такое лазерный диод, как он устроен, принцип действия и разновидности. Читайте, какими особенностями обладают элементы с разной длиной волны и цветом луча. Уточните для себя специфику подключения и необходимость использования дополнительных устройств….

27 11 2020 9:39:19

Линзы для светодиодов: фокусирующая оптика для плоских светодиодных ламп

Читайте здесь, что такое линзы для светодиодов, каков их принцип действия и назначения, какие виды увеличительных стекол применятся сегодня для лед-светильников, какие их модели устанавливаются на автомобильную оптику, чего изготавливаются и как собрать оптическую систему на их основе своими руками….

18 11 2020 17:46:55

Мощные светодиоды: какая яркость у самых мощных диодов

Читайте здесь, что такое мощные светодиоды, какие производители и с какими особенностями их изготавливают, какие главные параметры наиболее полно их характеризуют, в каких областях они чаще всего применяются и какие входят в Т О П популярных на сегодня моделей….

31 10 2020 1:58:31

Светодиодная подсветка: как сделать освещение из led ленты своими руками

Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она характеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы….

30 10 2020 19:45:22

SMD 5050: характеристика, мощность и технические параметры

Узнайте, какими особенностями и техническими характеристиками обладают светодиоды типа SMD 5050. Читайте, какие параметры выделяют их среди подобных элементов, в чем состоят особенности конструкции и сборки. Выясните, какие применяются схемы подключения и как выполняется монтаж компонентов….

22 10 2020 9:27:23

эффективность светодиодной лампы и светильника

Led- лампочка – один из наиболее эффективных источников света на сегодня. Однако часть потребляемой им электроэнергии все равно уходит понапрасну – в виде тепла в окружающее пространство. Чтобы узнать точно, какой реальный коэффициент полезного действия у лэд-кристалла и насколько можно продлить срок его службы, требуется провести серию лабораторных опытов.

Поэтому рассмотрим, как в домашних условиях без использования специального оборудования измерить и рассчитать КПД светодиода, а также яркость и мощность, по каким основным причинам может понизиться эффективность и как ее повысить.

Как измерить КПД светодиода

Чтобы не сомневаться в достоверности добытых из интернет-источников данных о КПД конкретного светодиода, необходимо измерить и подсчитать его величину практическим методом. Для этого придется изготовить элементарный колориметр. Вся суть эксперимента сводится к измерению разницы температуры водной среды, в которую был опущен лед-элемент – до его включения и после работы заданное время.

Далее зная какое количества тепла при этом выделилось и общее количество затраченной энергии, с помощью формул из школьной физики можно легко подсчитать точную эффективность данного светильника.

Суть опыта сводится к следующим действиям:

1. Необходимо взять сосуд с теплоизолированными стенками, для этого хорошо подходит колба или сам термос.
2. К выбранному для измерения светодиоду нужно припаять провода, ведущие от блока питания, и покрыть их открытые участки слоем изоляционного лака – во избежание утечки тока в водной среде.
3. В термос заливается 0,25 литра чистой воды с низким содержанием солей.
4. Измеряется начальная температура с помощью термометра (значение обязательно записывается) – до эксперимента.
5. Далее лэд-элемент целиком погружается в воду и подключается при открытой крышке.
6. С подачей питания необходимо одновременно включить секундомер.
7. По истечение пятнадцати минут сеть отключается, и температура замеряется заново (предварительно водная среда перемешивается). Данные фиксируются.

После этого эксперимент повторяется аналогичным образом, но при этом матрица светодиода должна быть полностью заклеена не пропускающим свет материалом. Все измеренные результаты записываются. Практическая часть на этом завершается, начинается расчет КПД.

Обратите внимание! КПД светильника и КПД источника света – совершенно разные понятия. Показатель характеризует отношение исходящего из прибора света к общего световому потоку. Например, отдельный светодиод будет иметь эффективность в 100%, а при заключении ее в люстру – этот параметр снизиться. Кроме того, степень освещенности от различных светоисточников будет различной: от ламп накала – вдвое меньшим, тем от аналогичного по мощности лэд-кристалла, из-за изначальной направленности последнего.

Расчет эффективности

Изначально подсчитывается среднее энергопотребление. Для этого нужно умножить мощность на время. Например, в эксперименте использовалась светодиодная лампа мощностью ровно 50 Вт, то за 15 минут (что аналогично 900 сек.) затрачено 45000 Дж. Теперь произведем расчет КПД для светодиода, исходя из определения затрат в обоих экспериментах

Первый эксперимент: когда светодиод был заклеен, вода нагрелась с 22 до 57 градусов. Температурная разница составила 35 градусов. Зная удельную теплоемкость воды (4,2 тыс. Дж) и ее массу (250 мл – 0,25 кг), а также что потери на нагрев стекла колбы на каждый градус составили порядка 131 Дж, плюс на разогрев медного (теплоемкость 381 Дж) при массе 28 грамм светодиода, подставляем значения в формулу:

4200х0,25х35 (для воды 36750 Дж) + 131х35 (для колбы 4585 Дж) + 381х0,028х35 (для светодиода 373 Дж) = 41708 Дж.

Из соотношения получаем: 41708/45000 = 93%. Следовательно, порядка 7% – чистые тепловые потери от общего КПД данной светодиодной лампы.

Второй эксперимент: в аналогичном эксперименте с открытым светодиодом разница в нагреве воды составила 25 градусов подставляя ее значение в выше стоящую формулу, получаем = 26250 + 3275 + 266 = 29791 Дж.

Соотносим его с расчетной мощностью: 29791/45000 = 66%.

На чистую световую энергию ушло порядка 34% энергии, однако с учетом чисто тепловых потерь, равных 7%, КПД = всего 27%!

КПД фирменных светодиодов равен 24-28%. При этом это еще далеко не худший результат. Так у некачественных дешевых аналогов он может оказаться в 2-3 раза меньше.

Яркость и мощность

В работе светодиодов существует простое правило – чем выше мощность лед-кристалла, тем ярче световой поток. Однако хорошего в этой зависимости мало – чем больше значение этих показателей, тем меньше становится КПД. На графике для диода мощностью 50 Вт (взятом за 100%-ую эффективность), приведенном ниже, эта особенность хорошо прослеживается:

Подобное снижение показателя КПД с повышением мощности характерно абсолютно для всех существующих светодиодов. Причины явления скрыты в природе полупроводникового кристалла и изменении его параметров в зависимости от условий работы.

Почему ухудшается эффективность светодиодов

Для падения КПД светодиодов по мере роста их мощности есть несколько оснований:

1. С увеличением силы свечения повышается нагрев полупроводниковой матрицы. В ответ на это снижается количество и энергия образуемых при p-n-переходе частиц света – фотонов. Дело не спасает даже качественный металлический радиатор, так как лед-кристалл расположен на подложке из сапфира – плохого проводника тепла. Разница нагрева может достигать от 12 до 27 градусов. Это в конечном итоге приведет к деградации основы кристалла, первые признаки которого проявляются как моргания света.
2. Паразитное внутреннее сопротивление тем больше, чем выше сила тока – причем в квадратной прямой зависимости. Из-за этого существенная доля энергии просто превращается в тепло, теряя проценты КПД – и тем сильнее, чем мощнее светодиода.

Как увеличить эффективность

Существует несколько практических способов предотвратить снижение КПД и продлить срок службы светодиоду:

1. Вместо одного лед-источника подключить два, используя параллельное соединение. Этим будет достигнуто снижение сопротивления вдвое. Таким образом можно получить лучшее освещение, но с меньшими затратами энергии и без перегрева.
2. Аналогичным способом при наличии свободного места в корпусе светильника можно установить сразу 3 или 4 светодиода.
3. Монтировать один светодиод, но с большой мощностью, чем рассчитано – если места на установку нескольких нет. Например, вместо 40 Вт поставить на 80 Вт.

Пользуясь такими способами, можно поднять КПД конкретного светодиода в несколько раз. Кроме того, никогда не используя более трети от предельной мощности можно существенно продлить срок службы лед-элемента. Также нельзя забывать о габаритах кристалла – от этого зависит уровень его нагрева и величина внутреннего сопротивления.

Важно! Некоторые виды светодиодов покрываются слоем специального вещества для изменения цвета светового потока. От его светопропускающей способности и прочих технических характеристик будет во многом зависеть итоговый КПД.

Основные выводы

КПД – важнейший параметр в эксплуатации светодиодов. Чтобы измерить его в домашних условиях, необходимо провести ряд измерений. Для этого потребуется элементарный колориметр (например, можно взять термос), термометр и секундомер. Алгоритм действий в опыте следующий:

1. В колбу наливается стакан чистой воды и измеряется его температура.
2. Затем в нее полностью погружается подготовленный светодиод и подключается к сети.
3. Через определенное время снова измеряется температура воды.

Измерения проводятся дважды – с открытым кристаллом и закрытым непрозрачной материей. На основании полученных данных по термодинамическим формулам вычисляются тепловые потери и рассчитывается КПД.

Для всех современных светодиодов характерна такая особенность, что с увеличением мощности, происходит падение КПД. Связанно это с особенностями полупроводниковой матрицы и увеличивающимся нагревом, приводящем к постепенной деградации последней. Повысить эффективность и долговечность можно, используя вместо одного диода сразу несколько через параллельное соединение или поставив на его место более мощный.

Если вы знаете другие эффективные способы, как повысить КПД и срок службы конкретного вида светодиода, обязательно напишите об этом в комментариях.

Предыдущая

СветодиодыКак сделать зеркало с подсветкой своими руками: инструменты, выбор ленты, инструкция

Следующая

СветодиодыОсобенности, применение и инструкция по изготовлению светорассеивателя для светодиодной ленты

F.A.Q. Косинус Фи , КПД и другие параметры светодиодных светильников СД и СДУ арт.78

Часто задаваемые вопросы относительно светодиодных светильников СД и СДУ(арт.78):

Вопрос: Почему в информации о потолочном светодиодном светильнике СД-35(арт.78)  указана потребляемая мощность 35 Вт, при этом в светодиодном светильнике установлено всего 24 одноваттных светодиода и указан параметр «cos φ не менее 0,95»? Получается, что 24 Вт потребляют светодиоды, и ещё 11 Вт источник питания? Значит истинный cos φ источника питания вашего светодиодного светильника не выше 0,5?

Ответ: Вся приведенная информация о светильнике СД-35 достоверна. Дело вот в чем – в наших светильниках СД-35(арт.78), СД-50(арт.78) и других этой серии мы действительно используем одноваттные светодиоды, но «одноваттный» — это всего лишь ТИП светодиода, что вовсе не означает, что светодиод потребляет ровно 1 Вт энергии. Мы используем источник фиксированного тока для питания светодиодов (350 мА). У используемых нами одноваттных светодиодах при токе 350 мА прямое падение напряжения на светодиоде от 3,1 до 3,5 В (это зависит от бина светодиода). Небольшие отклонения в параметрах светодиодов даже в пределах одной партии обусловлены особенностями технологического процесса производства самих светодиодов и являются естественными.

Получается, что реальная мощность одного светодиода:

 

При этом суммарная мощность, потребляемая светодиодами составит:

 

Источник тока в наших светодиодных потолочных светильниках в реальности имеет значение cos φ не менее 0,95, вы можете убедиться в этом, подключив любой из наших светильников к специальному измерительному прибору (фазометру, или интеллектуальному мультиметру с функцией «True RMS»).

В итоге, суммарная потребляемая мощность нашего светильника СД-35(арт.78) составляет:

Получается, что реальная потребляемая мощность наших потолочных светодиодных светильников СД-35(арт.78) составляет от 27 до 31 Вт. Указанный параметр «Потребляемая мощность – 35 Вт» означает возможное предельное максимальное потребление светильника, указанное в ТУ, что, в свою очередь, является требованием «правильных» органов по сертификации (заявление максимально возможной потребляемой мощности). Напомним, что наши светильники сертифицированы в одном из авторитетнейших органов по сертификации АНО «СветоС».

 Примечание. Режим работы мощных светильников, таких как уличные светодиодные светильники СДУ-50(арт.78), СДУ-70(арт.78), СДУ-90(арт.78), СДУ-120(арт.78) и другие этой серии, а также промышленные светодиодные светильники СД(арт.78)  и модификации светильников СУС) немного отличается от режима работы офисных. Усилиями наших инженеров в драйверах указанных светильников cos φ составляет более 0,97 (вплоть до 0,98…0,99). При этом, аналогично приведенному выше примеру, можно подсчитать реально потребляемую мощность. В режиме питания мощных светильников ток через светодиоды обычно выше, чем 350 мА (до 390 мА и выше), что оправдано эффективным теплоотводом светильников.

Проблемы светодиодного освещения — Энергетика и промышленность России — № 08 (100) апрель 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 08 (100) апрель 2008 года

Сейчас существует два основных источника света, использующихся для освещения: лампы накаливания и газоразрядные лампы. И те и другие обладают некоторыми достоинствами и недостатками.

В последнее время у ламп накаливания и люминесцентных ламп появился конкурент — светодиоды.

Развитие последних задерживает высокая цена, а также отсутствие рациональных конструкций.

Разработав практичные виды светильников, их можно будет использовать. Прежде всего — в промышленном секторе, где эффективность — более важный фактор, чем стоимость.

Светодиодные светильники обладают, по сравнению с предшественниками, многими достоинствами. Это монохромность света, малые размеры, стойкость к механическим повреждениям. Кроме того, светодиоды слабо греются.

То, что светодиоды питаются малыми напряжениями, позволяет свести на нет опасность коротких замыканий, а также избавиться от крупных проводов, которые являются неотъемлемой частью систем освещения газоразрядных ламп.

Светодиодные светильники не только будут более эффективными и экономичными, но и смогут принципиально решать проблемы экологической, пожаро- и взрывобезопасности: они не требуют громоздких защитных конструкций — как, например, газоразрядные лампы.

Как уменьшить слепящий эффект

На сегодняшний день светодиоды используются только для узкого спектра работ. В основном это рекламное освещение и подсветка. Это не только ограничивает их в действии, но и не позволяет им развиваться.

Идеи по созданию светодиодных светильников не новы: на сегодняшний день существует немало моделей световых приборов подобного типа. Но они имеют множество недостатков. Их не всегда совершенная конструкция приводит к тому, что светильники дороги, обладают низким КПД, неподходящей кривой распределения силы света, а также сильнейшим слепящим эффектом. Для промышленного освещения это недопустимо, поэтому вопрос разработки рациональных конструкций светодиодных светильников остается открытым.
Перед авторами была поставлена задача по разработке светодиодных светильников промышленного освещения: в первую очередь для шахтного, аварийного и судового освещения. Основные требования к таким приборам — это взрывобезопасность, пожаробезопасность, низкий слепящий эффект, ударо-стойкость, экономичность и эффективность.

Одним из важных недостатков существующих источников света является слепящий эффект, который снижает производительность работ. Однако благодаря тому, что в приборах используется узкий пучок света, несложно его уменьшить. Направленный слепящий свет можно рассеять с помощью менее сложных оптических систем и с меньшими потерями энергии, чем рассеянный слепящий свет газоразрядных ламп.

Вопрос о материале для корпуса светильника был решен в пользу поликарбоната или оргстекла, потому что эти материалы очень прочны, просты для обработки, сравнительно недороги и имеют различные светопропускные способности. Большинство поликарбонатов при горении не выделяют вредных химических веществ, что немаловажно для шахт и судового освещения.

В результате исследований был создан первый опытный образец светодиодного светильника.

Выглядит он так. На двух гранях прямоугольного листа поликарбоната толщиной 10 миллиметров расположены две светодиодные линейки. Созданием полукруглых скосов можно добиться максимально равномерного рассеивания света с минимумом потерь.

Светодиодные линейки состоят из кластеров, включенных параллельно. Внутри кластера расположены три светодиода, включенные последовательно. Эти параметры были подобраны как наиболее удобные при подключении к блокам питания.

Авторами были определены основные параметры светильника. В первую очередь — КПД светильника (отношение выходящего светового потока к световому потоку источников света), который оказался равен 60 процентам. Реальный КПД, по мнению разработчиков, может быть меньше на 10‑20 процентов, так как не учтен КПД светодиодов.

Распределение света

Главнейшей характеристикой светильника является кривая распределения силы света — график зависимости силы света от направления в полярных координатах. Была проведена серия экспериментов, позволившая построить кривую распределения силы света, а также освещенности и яркости в зависимости от направления. Сравнение полученной кривой с аналогичными характеристиками у газоразрядных ламп показало, что достигнуто сильное рассеяние света, а визуальная оценка и оценка изменения яркости от направления показали, что слепящий эффект очень мал.

Характерен участок кривой распределения в направлениях больше 90 градусов. Сила света в этих направлениях больше нуля и постепенно убывает до 0 в направлении около 110 градусов. Это позволяет избежать резких теней на потолках, благодаря чему глаз не должен напрягаться при переводе взгляда.

Также был проведен эксперимент по определению зависимости освещенности белого экрана от высоты светильника над ним. Он показал, что из‑за большого рассеяния света освещенность быстро убывает, однако при этом светильник не дает светового пятна на поверхностях и равномерно освещает помещение.

Светодиоды подпитываются постоянным током, что вынуждает к использованию блоков питания. Однако это имеет и свои преимущества. В первую очередь — это дает возможность расположить в комнате или цехе блок питания, и тонкие провода гораздо безопаснее, чем проводка под 220 В. Это препятствует возникновению искр, пожаров и взрывов, что важно, например, для шахтного освещения. Также малые токи позволяют питать систему светодиодных светильников от возобновляемых источников энергии.

Следующий образец позволяет нам обойтись без перехода линза–воздух–стекло, что делает выше КПД, а также принципиально позволяет использовать любые светодиоды. Эта конструкция проста в сборке и обладает малой себестоимостью.

Светильник состоит из системы отражателей и корпуса. Корпус представляет собой одну большую и две малые оси, на которые надеты кластеры. Оси крепятся к верхнему отражателю — тонкой пластине поликарбоната, покрытой отражающим слоем, рассеивающей свет и отражающей его в необходимом направлении. Кластеры могут вращаться около оси, а малые оси — еще и вокруг своей оси, что позволяет немного регулировать направление лучей от светильника. Отражатели сделаны таким образом, чтобы отраженный от них свет не попадал на источники. При необходимости можно монтировать нижний отражатель под главной осью, для уменьшения потерь света.

Мощность светильника — 16 Вт, номинальное напряжение — чуть меньше 10,8 В.

Тот факт, что светильники потребляют малое количество энергии, позволяет предложить схему питания системы освещения в любом помещении от солнечных батарей. Это сейчас наиболее эффективный возобновляемый источник энергии.

Тот факт, что яркость светодиодов прямо пропорциональна силе тока, позволяет предложить систему авторегулировки освещения.

Система, построенная авторами на основе любой автоматической системы управления, такова. Фотометр фиксирует освещенность, компьютер сравнивает ее с ГОСТом и, при необходимости, изменяет ток, благодаря чему яркость светильника изменяется на разницу между стандартом и результатом измерений. Такая система позволяет в любое время суток и при любой погоде поддерживать одинаковую освещенность в помещении.

Светодиодные светильники принципиально могут обладать свойством конструктора: мы можем создавать так называемые «элементарные модули», а затем предоставлять потребителю возможность монтировать свою индивидуальную систему освещения. Авторский элементарный «модуль освещения» состоит из трубки или пластинки из молочного поликарбоната. Длина корпуса подбирается так, чтобы в середине его свет каждого светодиода рассеялся на вкраплениях практически до нуля, что позволит создать равнояркость.

В процессе дальнейшей работы были разработаны таблички для аварийного освещения, которые имеют множество преимуществ в сравнении с ныне существующими, использующими лампы накаливания. Использование светодиодов позволило в два раза сократить их толщину. А также существенно понизить напряжение питания и питаемую мощность, что значительно повышает ее жизнеспособность и надежность при аварийных ситуациях. К тому же она обладает большой ударостойкостью, в отличие от табличек с лампами накаливания.

Состоит изобретение из листа поликарбоната, в котором размещаются шесть светодиодов в два кластера. На другой стороне листа напротив светодиодов располагаются линзы, которые рассеивают свет. На некотором расстоянии от линз закрепляется на болтах непосредственно светящаяся часть таблички — лист молочного поликарбоната, на который наклеена полупрозрачная цветная пленка с вырезанными на ней символами. Номинальная мощность таблички — 18 Вт, номинальное напряжение — 12 В. Расстояние от молочного листа до линз подбиралось из геометрических расчетов, чтобы достигалась максимальная равнояркость листа.

Преимущества светодиодных ламп – ЗАО «Протон-Импульс»

Вот уже более ста лет лампы накаливания освещают дома и улицы. За это время они стали привычной и практически незаменимой частью нашего быта. Однако современные технологии и энергетический кризис сильно пошатнули позиции ламп накаливания. И это вполне естественно. Если внимательно присмотреться к лампам накаливания, они покажутся анахронизмом, давно отжившим свой срок. В первую очередь к их недостаткам можно отнести низкий КПД, который не превышает и пяти процентов.

Дело в том, что большая часть излучения, испускаемого лампой, приходится на невидимый человеческому глазу инфракрасный спектр. Инфракрасное излучение легко переходит в тепло, что является серьезным недостатком. Свет, испускаемый лампой накаливания, сильно отличается от дневного белого света. Для повышения КПД лампочки и получения спектра, соответствующего дневному свету, необходимо увеличивать температуру ее спирали. В идеале она должна нагреваться до 6000 С (температура поверхности солнца). Такая температура недостижима, поскольку пока не известно веществ, способных ее выдержать. Температура спирали обычной лампочки примерно вдвое ниже, а свет кажется более «желто-красным» чем дневной. Лампы накаливания недолговечны. Срок их службы составляет всего 1000 часов или около 40 суток непрерывной работы. Не удивительно, что их приходится так часто менять.

В качестве альтернативы лампе накаливания широкое распространение получила люминесцентная лампа. Такая лампа представляет собой колбу, заполненную парами ртути, которые проводят электрический разряд между двумя электродами, расположенными в обоих концах колбы. При прохождении электрического тока, пары ртути испускают ультрафиолет. Стенки колбы покрыты люминофором – веществом, поглощающим ультрафиолетовое излучение и испускающим видимый свет. Люминесцентная лампа уже давно вытеснила лампу накаливания из офисов, больниц, учебных заведений и других общественных заведений, поскольку обладает целым рядом преимуществ перед последней. Она работает в среднем в 15 раз дольше лампы накаливания, срок ее службы составляет от 6000 до 20000 часов. Она в 4 раза экономичнее лампы накаливания (чтобы заменить 100 Вт лампу накаливания потребуется люминесцентная лампа мощностью 23 Вт). Цветовая температура света люминесцентных ламп с многослойным люминофором приближается к дневному свету. Однако у люминесцентных ламп есть ряд недостатков. Для работы в электрической сети ток к лампе следует подводить через сопротивление, называемое балластом.

Наибольшее распространение получили два вида балласта – электромагнитный и электронный. Причем электронный предпочтительней, поскольку лампы с электромагнитным балластом мерцают с удвоенной частотой напряжения в сети, что повышает утомляемость и плохо влияет на зрение, и могут издавать неприятный низкочастотный гул. В дешевых люминесцентных лампах применяют галофосфатный люминофор, излучающий в основном синий и желтый свет. При отражении такого света от предметов происходит искажение цветов, что может показаться неприятным. Более дорогие лампы, в которых используется многослойный люминофор, лишены этого недостатка, однако по интенсивности излучения уступают дешевым. Существенным недостатком люминесцентных ламп является то, что все они содержат ртуть. Ртуть весьма ядовита и, если разбить лампу, можно нанести вред здоровью. К тому же отработавшие свой срок люминесцентные лампы требуют особой утилизации. Как видно из сравнения, люминесцентные лампы с большим отрывом выигрывают у ламп накаливания. Являются ли они бесспорным лидером или и для них найдется высокоэффективная альтернатива?

В настоящее время все более заманчивой выглядит перспектива использования светодиодных ламп в качестве экономичных и малогабаритных источников света. Светодиоды широко используются в автомобильных тормозных фонарях, дорожных знаках, светофорах, вывесках и указателях. Более того, автомобильные компании все большее внимание уделяют светодиодным лампам как альтернативе лампам накаливания в автомобильных фарах.

Долгое время распространению светодиодных ламп мешала сравнительно низкая светоотдача. Стремительное развитие полупроводниковых технологий позволило решить эту проблему. Светоотдача современных светодиодов белого света составляет 70…110 лм/Вт, что превосходит лампы накаливания (14 лм/Вт) и даже люминесцентные лампы (45–80 лм/Вт). Высокая светоотдача, а также еще ряд преимуществ, позволяет светодиодным лампам уже сейчас конкурировать с люминесцентными лампами. Чем же так хороши светодиодные лампы? Во-первых, огромным сроком службы, который составляет порядка 100 тысяч часов, что в 100 раз дольше, чем у ламп накаливания, и в 5-15 раз дольше, чем у люминесцентных ламп. Лампа на светодиодах может непрерывно гореть целых 11 лет! Правда стоит отметить, что для мощных светодиодов эта цифра несколько меньше и составляет 20-50 тысяч часов, что тоже не мало. К тому же, с учетом стремительного развития светодиодных технологий, такая лампа морально устареет раньше, чем закончится срок службы. Во-вторых, по экономичности светодиодные лампы как минимум не уступают люминесцентным лампам.

Светодиоды могут работать при низком напряжении, что делает их безопасней при использовании, например, в условиях повышенной влажности. Кроме того, они могут работать на почти севшей батарее, что дает им преимущество при использовании в условиях автономного питания, например, в автомобиле. В-третьих, в отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы не производят тепла в виде инфракрасного излучения. Это позволяет применять их в местах, где не желателен нагрев, к примеру, при подсветке экспонатов в музее. Однако светодиоды, как и все полупроводники, выделяют тепло внутри устройства. Поэтому необходимо обеспечить отвод тепла от светодиода, иначе он может перегреть. В-четвертых, свет, испускаемый светодиодной лампой, близок к дневному свету и превосходит в этом отношении люминесцентные лампы. Существуют светодиодные лампы с изменяемой в широких пределах цветовой температурой. В декоративных целях могут применяться светодиоды синего, зеленого, желтого, оранжевого, красного и темно-красного цветов. Используя матрицы с набором различных светодиодов, управляемые микропроцессором, дизайнеры могут получать различные цветовые эффекты. В-пятых, светодиодные лампы – твердотельные осветительные приборы. Это значит, что они не боятся ударов и вибрации, что позволяет использовать их в тяжелых условиях и значительно продлевает срок службы. К примеру, их можно использовать в качестве экономичных антивандальных осветительных приборов для нужд ЖКХ. Светодиодную лампу трудно разбить, она не поранит вас осколками, в ней, в отличие от люминесцентных ламп, нет вредных для человека и окружающей среды веществ. Подводя итоги, стоит отметить, что мы получили достойного конкурента традиционным источникам света в виде светодиодной лампы.

Светодиодное освещение по целому ряду параметров превосходит как обычную лампу накаливания, так и энергосберегающую люминесцентную. Пока широкому внедрению светодиодных ламп мешает их сравнительно высокая стоимость. В настоящее время отношение цены лампы к испускаемому ей световому потоку составляет 0.1-0.05 долларов за люмен, что на два порядка превышает величину для обычной лампы накаливания.

Однако, уже в ближайшей перспективе, это отношение значительно уменьшиться, хотя даже сейчас единовременные затраты на покупку люминесцентной лампы окупятся снижением эксплуатационных расходов. По прогнозам аналитиков, не за горами полная замена традиционных источников света на светодиодный свет в мировых масштабах. Вполне возможно, что в ближайшее десятилетие нас ожидает настоящая революция на рынке осветительных приборов. Но в отличие от революции социальной, она обещает немалые выгоды нам, простым потребителям.

Эффективность светодиодов: самая высокая светоотдача белого светодиода. — DIAL

Помимо светодиодов с разной цветовой температурой, есть несколько примеров температурного излучения и газового разряда. Эффективность системы и световой поток лампы или модуля продуктов в этой таблице были измерены в собственной аккредитованной фотометрической лаборатории DIAL. Отсюда световая отдача системы.

На основе кривой относительной светочувствительности для фотопического зрения V (λ) была рассчитана теоретическая максимальная световая отдача для каждого спектра.

Из таблицы видно, что в типичном спектре теплого белого светодиода достигается теоретическая модульная световая отдача прибл. 320 лм / Вт. Однако, поскольку предполагается, что существует преобразование физической излучаемой мощности без потерь в длины волн спектра, то фактическая достижимая световая отдача модуля намного меньше. В будущем, возможно, удастся достичь световой отдачи системы в диапазоне 200–250 лм / Вт.

Кроме того, в обзоре показана эффективность преобразования энергии исследуемых ламп.Эффективность преобразования энергии описывает, какая часть энергии преобразуется в видимый свет. В этом отношении эффективные светодиоды значительно опережают обычные лампы. В то время как эффективность преобразования энергии ламп накаливания, например, составляет от 10% до 20%, очень эффективные светодиоды в настоящее время достигают значений от 40% до 50%. Тем не менее, это все еще «только» 40–50%, поэтому от 50% до 60% мощности «теряется» в виде тепла.

Эти цифры, однако, не должны скрывать тот факт, что в настоящее время на рынке имеется много светодиодов, которые имеют гораздо более низкую световую отдачу системы.Соответственно, здесь и эффективность преобразования энергии плохая.

Прощай, идея огромных достижений в светоотдаче

В ближайшие годы вряд ли произойдет увеличение достижимой световой отдачи, сравнимое с тем, что произошло в первые годы после того, как белые светодиоды пошли в серийное производство. Кривая максимальной световой отдачи новых продуктов постепенно выравнивается.

Средняя световая отдача светодиодных светильников, безусловно, будет продолжать улучшаться, поскольку на рынке есть светильники со световой отдачей 50 — 70 лм / Вт, которую еще можно оптимизировать.Этот факт четко показан в измерениях, которые компания DIAL провела в своей аккредитованной лаборатории за последние несколько лет.

Эффективность светодиодного освещения выросла примерно на 50% с 2012 года

Что ж, похоже, что закон 2007 года о постепенном отказе от технологии 100-летних ламп накаливания в пользу более новых ламп, которые тратят меньше энергии, но обеспечивают более эффективные варианты освещения, работает.

Светодиодные лампы повысили свою эффективность примерно на 50% и расширили потребительские возможности по мере ужесточения федерального законодательства, согласно отчету U.S. Управление энергетической информации (EIA).

В то же время, согласно EIA, цены на светодиоды продолжают «резко» падать до такой степени, что они имеют долгосрочный экономический смысл для потребителей даже без государственных стимулов в области энергоэффективности.

Диаграмма повышения эффективности светодиода

согласно US EIA

Повышение эффективности светодиодов, снижение цен на светодиоды

В период с 2012 по 2014 год эффективность светодиодов подскочила с чуть более 60 люмен на ватт до почти 100 люмен на ватт, а к 2020 году может достигнуть 150 люмен на ватт.Сравните светодиоды с компактными люминесцентными лампами (КЛЛ) мощностью 55-70 люмен на ватт и традиционными лампами накаливания мощностью 13-18 люмен на ватт, и преимущество светодиодов будет ярким как днем.

производителей светодиодов не только повышают эффективность, но и расширяют возможности. EIA сообщает, что в сентябре 2014 года несколько производителей выпустили светодиодные лампы, соответствующие требованиям Energy Star, яркостью более 100 люмен на ватт.

Эта конкуренция соответственно толкает цены — первый светодиод по цене ниже 10 долларов появился на рынке в 2013 году, а компания Cree из Северной Каролины только что выпустила эквивалентный 60-ваттный светодиод по цене 7 долларов.97, но приносит 135 долларов пожизненной экономии. Тенденция более низкой стоимости, вероятно, сохранится, поскольку миллионы долларов на НИОКР для светодиодов начнут стимулировать инновации.

Потребительские расходы были снижены еще больше — в некоторых случаях до 1,97 доллара за светодиодную лампу — благодаря десяткам стимулов к повышению энергоэффективности. По оценкам EIA, потребители получали 400-470 миллионов долларов ежегодно в период с 2011 по 2013 год на эффективное освещение в рамках программы Energy Star, которая поддерживает список доступных онлайн-стимулов США в области энергоэффективности.

В результате падения цен и благоприятных стимулов, светодиоды продолжают увеличивать долю рынка. Поставки светодиодных ламп резко выросли с 9 миллионов лампочек в 2011 году до более 45 миллионов в 2013 году. Это хорошо для примерно 2,3% рынка общего освещения, а в сочетании с поставками КЛЛ в размере 300 миллионов ежегодно с 2011 года, эффективное освещение в настоящее время составляет почти 100%. четверть рынка освещения США.

Может ли светодиодное освещение превзойти индекс цветопередачи?

Но даже с учетом всех этих улучшений стоимости и эффективности, есть еще один аспект освещения, в котором светодиоды не конкурируют — это «теплота» света, излучаемого лампой, измеряемая индексом цветопередачи (CRI).

Таблица индекса цветопередачи освещения

согласно US EIA

Традиционные лампы накаливания имеют индекс цветопередачи около 100, и хотя многие светодиоды имеют индекс цветопередачи в диапазоне от 20 до 30 (что означает «холодный» свет), EIA отмечает, что несколько производителей светодиодов достигли значений CRI выше 80. Но, опять же, технологические достижения сокращают это. пробел, как и в случае с выпуском Cree в 2013 году светодиода с индексом цветопередачи 93. EIA также отмечает, что исследования потребителей показывают низкую корреляцию между рейтингами потребителей и значениями CRI, что означает, что низкий индекс цветопередачи не означает плохое качество света.

И кроме того, учитывая множество потенциальных преимуществ использования светодиодов в сочетании с положительной дешевизной и высокой эффективностью, потребуется гораздо больше, чем просто «холодный» свет, чтобы ослабить перспективы для эффективного освещения.

---

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon. Есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

---

Новый подкаст: Прогнозирование продаж электромобилей и цен на батареи и металл для электромобилей — Интервью с руководителем BloombergNEF по исследованию чистой энергии

Политика эффективности светодиодных ламп

сломалась на рынке США после судебных разбирательств

Калифорния выиграла раунд в борьбе за введение в действие политики эффективности ламп. (Фото предоставлено PIRO4D через Pixabay; используется по бесплатной лицензии для коммерческих или некоммерческих целей.)

Продолжающаяся битва в США за политику энергоэффективности для лампочек достигла, по крайней мере, временного противостояния с Калифорнией, вводящей требования эффективности, которые намного строже, чем политика Министерства энергетики США (DOE).Новости в секторах светодиодного и твердотельного освещения (SSL) в праздничные дни, как и ожидалось, были медленными, но судебные споры продолжались в битве за эффективность ламп, и Калифорния выиграла судебное решение.

К этому моменту мы рассмотрели дебаты об эффективности, которые велись почти год назад. В феврале 2019 года мы впервые сообщили, что Министерство энергетики попытается отменить политику, которая вступит в силу в конце 2019 года. По сути, Министерство энергетики изменит определение лампы общего назначения, тем самым исключив многие типы ламп (декоративные, 3 -путь, глобус и т. д.) от необходимости соблюдать новые рекомендации по эффективности. Этот шаг был решительно поддержан Национальной ассоциацией производителей электрооборудования (NEMA) и несколькими крупными производителями ламп.

Поскольку дебаты велись в СМИ в течение прошлого года, отдельные коалиции во главе с Советом по защите природных ресурсов (NRDC) и 15 штатами обратились в суды, чтобы оспорить планы Министерства энергетики в ноябре. А затем, в декабре, Министерство энергетики объявило, что оно также не будет устанавливать еще более строгие ограничения эффективности для всех ламп, которые планируется ввести в действие в начале 2020 года, несмотря на то, что Конгресс США принял закон, требующий такого изменения.

На протяжении всего процесса Калифорния продолжала двигаться по пути принятия минимального требования к эффективности 45 лм / Вт для всех типов ламп. Такой шаг, по сути, устранил бы лампы накаливания и галогенные лампы с полок магазинов по всей Калифорнии.

Но планы Калифорнии вызвали гнев NEMA и Американской ассоциации освещения. Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) 13 ноября 2019 года объявила, что будет принимать требование 45 лм / Вт. Спустя чуть больше месяца, декабря.19 ноября NEMA и ALA объявили о судебном иске, пытаясь отменить решение ЦИК, а также просили окружной суд США Восточного округа Калифорнии издать временный запретительный судебный приказ в отношении нового стандарта.

Суд Калифорнии в канун Нового года вынес решение против ходатайства о вынесении временного запретительного судебного приказа. Теперь действует новая политика эффективности. Судебная тяжба, похоже, продолжится, хотя дата суда не установлена.

«Сегодняшнее решение удерживает Калифорнию в авангарде движения против попыток Министерства энергетики Трампа привязать американцев к технологиям прошлого», — сказал Ной Горовиц, директор Центра стандартов энергоэффективности NRDC.«Учитывая наш климатический кризис, ужасно, что жадные производители освещения все еще борются с этими здравыми правилами, которые обеспечивают значительную экономию углекислого газа и возвращают деньги в карманы потребителей».

И снова риторика остается толстой, поскольку обе стороны этого аргумента ссылаются на крайние случаи. DOE, NEMA и ALA занимают позицию выбора потребителя. Но NRDC утверждал, что действия Министерства энергетики могут сделать рынок США местом, где производители ламп со всего мира сбрасывают свои низкокачественные товары.И NRDC заявил, что одна только новая политика Калифорнии сэкономит жителям Калифорнии 2,4 миллиарда долларов ежегодно на счетах за коммунальные услуги.

Что вы думаете о нормах эффективности ламп? Отправьте нам сообщение, и мы рассмотрим его для публикации.

КПД светодиодов

КПД светодиодов

Джон Сан

29 ноября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Электричество, которое используется для освещения комнаты, равно энергозатраты многих домохозяйств часто недооцениваются.Может показаться на Во-первых, обычная лампа накаливания мощностью 60 Вт не тратит так много энергии, по сравнению с кондиционерами мощностью 1000 Вт и электрическими сушилки для одежды. Однако из-за того, что люди используют лампочки в течение длительного времени. периоды времени и несколько лампочек для питания определенного света светильников, освещение на самом деле является вторым по величине потребителем энергии в здания. [1]

Проблема еще и в том, что лампы накаливания невероятно неэффективно.Что касается электрического КПД, лампочки обычно измеряются тем, сколько люмен света они могут производить за ватт мощности, который им требуется. Например, средняя лампа накаливания мощностью 60 Вт Лампочка излучает световой поток 720 люмен, то есть эффективность 12 люмен на ватт. Кроме того, примерно 95% энергии, потребляемой лампочкой, в конечном итоге тратится как тепло. [2] Это причина того, что лампы накаливания электрические лампочки в наши дни, как правило, используются редко. Вместо этого большинство доминирующим типом освещения являются компактные люминесцентные лампы.Эти лампы имеют эффективность около 35-60 люмен / ватт (лм / Вт) и около 20% их энергия превращается в свет. [3]

Однако новая тенденция склоняется к использованию света. излучающие диоды вместо компактных люминесцентных ламп лампы, поскольку светодиоды могут достичь еще более высокого КПД. Фактически, исследования по Светодиоды за последние несколько лет были выдающимися; Компания Cree показали лампу 65 лм / Вт в 2003 году и выпустили пресс-релиз в феврале 2010 г. — демонстрация прототипа светодиода с выдающейся лампой 208 лм / Вт.[4] Это, конечно, крайность, но Департамент США Энергетические испытания коммерческих светодиодных ламп в 2009 году показали около 46 лм / Вт. средний КПД. [5]

Что это означает, что светодиоды могут значительно превосходят эффективность КЛЛ. Светодиоды тоже лучше долговечность, а значит, их не нужно менять так часто. An Пример того, как одноцветный светодиод может оказать огромное влияние, — это когда они используются в светофорах.Светодиодные светофоры могут прослужить до десяти лет, по сравнению с двумя годами для аналогов. Они также используют примерно 8-25 Ватт по сравнению с лампами накаливания, которые потребляют около 67–150 Вт на лампу. [6] Эти преимущества выражаются непосредственно в использовании меньшего количества электроэнергии, так как а также тратить меньше денег на замену. Город Санта-Барбара, Калифорния переоборудовала все свои светофоры на светодиоды к 2004 г. наблюдается снижение затрат на электроэнергию для освещения на 70-80%. [6]

Конечно, светофоры используют одноцветные светодиоды, а это значит, что они могут быть очень эффективными.Светодиоды обычно производят только небольшой диапазон длин волн, в зависимости от материала, из которого строится конструкция диод. Поскольку для повседневного освещения обычно желателен белый свет, Чтобы создать впечатление белого света, пришлось прибегнуть к некоторым уловкам. Один из способов заключался в использовании трех светодиодов разного цвета (основные цвета — красный, синий и зеленый) и смешайте их свет, чтобы получить белый свет. Этот способ заслуживает внимания, потому что позволяет смешивать разные пропорции света для получения большой цветовой гаммы.Однако это мощность излучения светодиода снижается при повышении температуры, что ограничивает их возможности для общего использования. [7] Другой метод для получение белого света от светодиодов означает покрытие светодиода люминофором, который поглощает специфический свет от светодиода и излучает широкий спектр длины волн. Этот метод намного проще, но также имеет свой собственный проблемы. Люминофорный метод снижает эффективность светодиода из-за к люминофорному материалу, поглощающему часть тепла.Однако это метод намного дешевле, чем многоцветные светодиоды, и большинство белые светодиоды на рынке используют это преобразование люминофорного света техника.

Светодиоды

уже используются в самых разных технологии, начиная от подсветки в сотовых телефонах и заканчивая фонариком луковицы. Некоторые автомобильные компании даже используют белые светодиоды для фар. Компании Autommotive активно развивают светодиодную технологию для фары с 2004 года, а первые серийные светодиодные фары были Устанавливалась на Lexus LS 600h, в 2008 году.[8] Главный ограничивающий фактор для замены всех фар в автомобилях на светодиодные фонари заключается в том, что Светодиодная технология дороже, чем та, что используется сейчас, но они по-прежнему все чаще используются для различных функций.

В заключение, есть много возможностей для роста для Светодиодная технология по сравнению с более зрелыми технологиями КЛЛ и лампы накаливания. Вполне возможно, что энергия эффективность светодиодных фонарей со временем возрастет еще больше.Они также не использовать токсичную ртуть, которая требуется для ламп CFL. Однажды они становятся дешевле в производстве, а исследования делают их еще более эффективными, мы скорее всего, вы увидите, что светодиодные фонари доминируют почти во всех аспектах освещение.

© Джон Сан. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] «Здания Книга данных по энергетике, Министерство энергетики США.

[2] С. Сундхар, «Увеличилось количество лампочек. Эффективность », Патент США 6285119, 4 сентября 2001 г.

[3] К. Дж. Хамфрис, «Твердотельное освещение», MRS Бюллетень 33 , 459 (2008).

[4] «Кри Преодолевает барьер эффективности в 200 люмен на ватт », Cree, 3 февраля 10.

[5] «КАЛИПЕР сводный отчет, Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория, октябрь 2009 г.

[6] «Калифорния говорит, что нужно переходить на энергосберегающие светофоры», США. Департамент энергетики DOE / GO-102004-1916, Май 2004 г.

[7] Э. Ф. Шуберт и Дж. К. Ким, «Твердотельный свет. Источники Getting Smart, Science 308 , 1274 (2005).

[8] С. Ландау и Дж. Эрион, «Автомобильная промышленность: производители автомобилей» Примите светодиодные сигналы », Nature Photonics 1 , 31 (2006).

Почему светодиодные фонари более энергоэффективны?

В Energy Makeovers мы являемся одним из крупнейших специалистов по модернизации освещения, участвующих в программе VEU, предлагает бесплатные или субсидированные обновления викторианских домов и предприятий , которые хотят модернизировать свои светильники до светодиодных и сэкономить сотни или тысячи на счетах за электроэнергию.

Но почему светодиоды более энергоэффективны?

Позвоните нам Спросите онлайн

Лампы накаливания — отличный пример земного шара с ужасной энергоэффективностью — 95% потребляемой энергии идет на нагрев осветительных приборов и только 5% на освещение. Если мы сравним светодиодный шар, 95% энергии используется для освещения.

Сравните галогенный даунлайт со светодиодным; Галогенный шар потребляет 30 Вт энергии, излучает тепло 60+ градусов и излучает более 500 люменов света.Типичному светодиоду MR16 требуется около 5 Вт для излучения такого же света (около 520 люмен). Экономия 85% необходимой энергии при сохранении такой же яркости и качества света.

Причина, по которой светодиоды потребляют меньше энергии, заключается в их современном дизайне. В нем используется полупроводник, излучающий свет. У команды How Stuff Works есть очень сложный и длинный ответ о том, как работает диод, со схемами здесь, если вы хотите узнать о нем больше.

“Светодиоды имеют много преимуществ перед источниками света накаливания, включая меньшее потребление энергии, более длительный срок службы, улучшенную физическую надежность, меньший размер и более быстрое переключение.”(Источник)

Светодиоды не горят как лампы накаливания и служат значительно дольше. Светодиодные лампы
НЕ содержат токсичных элементов. Светодиодные лампы
имеют лучшее распределение света.
светодиодов имеют более длительный срок службы.

«Светодиоды специально сконструированы для выпуска большого количества фотонов наружу. Кроме того, они помещены в пластиковую лампочку, которая концентрирует свет в определенном направлении. Как вы можете видеть на схеме, большая часть света от диода отражается от сторон лампы, проходя через закругленный конец.”

Хотите модернизировать освещение в вашем доме или офисе на светодиодное — мы можем помочь

Позвоните нам Запросите онлайн

сверхэффективных светодиодов | PhysicsCentral

Эти светоизлучающие диоды (светодиоды) с КПД более 100% излучают больше световой энергии, чем потребляемая электрическая энергия! ¹ Помните, что из ничего нельзя получить что-то, а энергию нужно беречь. Так как же группа физической оптики и электроники в Массачусетском технологическом институте создает такой сверхэффективный светодиод?

Общие источники света

Давно известно, что светодиоды могут быть гораздо более эффективными в производстве световой энергии, чем обычные лампы накаливания, галогенные лампы и компактные люминесцентные лампы.

Согласно информации, приведенной на веб-сайте Агентства по охране окружающей среды США, лампы накаливания преобразуют только около 10% потребляемой электроэнергии в энергию видимого света, а около 90% преобразуется в инфракрасное излучение (или тепловое излучение). Компактные люминесцентные лампы преобразуют около 20% входящей электрической энергии в энергию видимого света, а остальную часть — в инфракрасное излучение. Светодиоды бывают разных уровней эффективности, но от них требуется преобразовывать не менее 25% входящей энергии в энергию видимого света.

Рис. 2. График зависимости потребляемой энергии от светоотдачи для различных лампочек.
Изображение предоставлено: Wikimedia Commons

Рис. 3. График, показывающий выходную оптическую мощность в ваттах в зависимости от входной электрической мощности в ваттах. Пунктирная линия показывает, где достигается 100% эффективность. Здесь электрический вход равен оптическому выходу. Над пунктирной линией отмечается КПД более 100%. Кредит изображения: Партибан Сантханам и Раджив Дж.Рам, Группа физической оптики и электроники Массачусетского технологического института.

Рис. 4. Цветовая диаграмма, показывающая входную электрическую энергию (зеленый), тепловую энергию, передаваемую светодиоду от колеблющихся атомов в решетке (оранжевый), и излучаемую световую энергию (красный). Вставка над светодиодной диаграммой показывает, как электрон в диоде переходит с более низкого уровня энергии на более высокий, поглощая входящую энергию, и излучает световую энергию, когда электрон возвращается на свой более низкий энергетический уровень. Кредит изображения: Партибан Сантханам и Раджив Дж.Рам, Группа физической оптики и электроники Массачусетского технологического института.

Светодиоды

созданы не только для излучения видимого света. Некоторые работают в ультрафиолетовом диапазоне (с частотами выше синего и фиолетового), тогда как другие работают в инфракрасном диапазоне (с частотами ниже, чем у видимого красного света). Они являются эффективными источниками света, а это означает, что количество выделяемой энергии, которое считается полезным, представляет собой процент от энергии, необходимой им для работы. Обычно эффективность светодиода намного ниже 100%, независимо от того, какой тип энергии он излучает.

Светодиод, созданный Группой физической оптики и электроники Массачусетского технологического института, не излучает видимый свет. Он излучает инфракрасное излучение с длиной волны 2,5 микрометра (0,0000025 метра) и частотой 120 терагерц (120000000000000 Гц). Это так называемый ближний инфракрасный диапазон частот, который составляет от 0,8 до 2,5 микрометров. Его нельзя использовать в качестве источника света для чтения книги, но его можно использовать для других приложений. Научные наблюдения поразительны.Этот светодиод работает за счет небольшого количества потребляемой электроэнергии и излучает в два раза больше энергии в инфракрасном свете! Это означает, что он эффективен более чем на 200%!

График на Рисунке 3 показывает, как выходная оптическая мощность в ваттах связана с входной электрической мощностью в ваттах. Если вы получаете такую ​​же мощность, как и вставляете, говорят, что светодиод работает на 100%. Пунктирная линия показывает, где достигается 100% эффективность. Над пунктирной линией светодиод имеет КПД более 100%.

Вы беспокоитесь об энергосбережении?

Основной закон физики гласит, что энергия не может быть создана и не может быть уничтожена.Энергия может передаваться только от одного объекта к другому и / или преобразовываться из одного типа энергии в другой. Для этого светодиода электрическая энергия преобразуется в энергию, близкую к инфракрасной, но излучается больше световой энергии, чем затрачивается! Это не означает, что энергия не сохраняется. В этой системе происходит то, что светодиод, полупроводниковый диод, не только передает электрическую энергию ему. Ему также передается тепловая энергия, преобразуя часть своей тепловой энергии.Тепловая энергия — это колебание атомов, составляющих этот твердый полупроводник, а среднее колебание (средняя энергия движения) — это то, что мы называем температурой объекта. Твердое тело имеет кристаллическую структуру или повторяющийся узор, который называется решеткой, и имеет определенные допустимые колебания. Эти колебания составляют часть покачивания, и именно эта энергия колебательной решетки передается некоторым внешним электронам в материале, чтобы переместить их на набор очень близко расположенных энергетических уровней, называемых полосой.По мере того, как атомы и их части меньше дрожат, светодиод остывает. Он преобразует эту тепловую энергию и электрическую энергию в энергию ближнего инфракрасного излучения. Когда энергия решетки преобразуется таким образом, считается, что передается тепловая энергия. Это преобразование энергии решетки происходит, когда небольшое электрическое поле взаимодействует с полупроводниковым материалом (светодиод), и энергия отбирается от колеблющихся атомов в решетке, чтобы помочь перемещать электроны.

Исследователи обнаружили особый набор условий, при которых это могло произойти.Одним из необходимых условий был нагрев полупроводникового материала. Другим условием было наличие слабого электрического поля, взаимодействующего с материалом. Когда светодиод достиг эффективности более 200%, он сначала был нагрет до температуры 135 ° C (275 ° F).

Небольшие количества энергии, передаваемые колеблющимися атомами в решетке, и вводимая в систему электрическая энергия, поглощаются атомом в светодиоде, перемещая электрон атома вверх в полосу близко расположенных уровней энергии.Когда электрон возвращается к своему исходному уровню энергии, он излучает всю энергию в виде одного большого пакета энергии электромагнитного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне с длиной волны 2,5 микрометра и частотой 120 терагерц. Энергия не создавалась. Энергия не была уничтожена. Энергия просто передавалась и преобразовывалась в соответствии с требованиями закона сохранения энергии. Изображение уровней энергии и энергия, передаваемая электрону и испускаемая, показано на рисунке 4.

Будущие исследования и приложения

Хотя этот невероятно эффективный светодиод в ближайшее время не появится над кухонным столом, его можно использовать.Общее количество ближнего инфракрасного излучения невелико, но если его можно отличить от фонового излучения на этой частоте, то его можно использовать в качестве инструмента в устройствах спектроскопии и / или оптической связи (таких как устройства волоконной оптики), которые в настоящее время используют ближнее инфракрасное излучение в измерительных, чувствительных и передающих устройствах. Современные спектроскопические устройства в ближнем инфракрасном диапазоне включают приложения для фармацевтических продуктов, диагностики уровня сахара и кислорода в крови, судебную экспертизу, нейровизуализацию, интерфейсы между нейронной активностью и компьютерами, неврологию, неонатальные исследования, контроль качества для продовольственных и сельскохозяйственных нужд и многие другие. ³

Источники, ресурсы и ссылки

1. Santhanam, P., Gray Jr., DJ, Ram, RJ, Светоизлучающие диоды с термоэлектрической накачкой, работающие выше Unity Efficieincy, Physical Review Letters, 108 , стр. 097403-1-5 (2012)
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.108.097403

2. Агентство по охране окружающей среды США, Star Energy, Узнайте о светодиодах

3. Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона, Википедия (или Google «Спектроскопия ближнего инфракрасного излучения, приложения»)

4.Монро, Д. Оптическое устройство более чем на 100%, Physics, 27 февраля 2012 г.

5. Воган, Т., Светодиод преобразует тепло в свет, Physicsworld.com, 8 марта 2011 г.

6. Акерман, Э., светодиоды с эффективностью 230%, похоже, нарушают первый закон термодинамики, Dvice, 6 марта 2012 г.

7. Зеленый, Д., Сверхэффективный светодиод излучает больше энергии, чем накачивается, Wired UK, 9 марта 2012 г.

---

Х.М. Doss

Решения по энергоэффективному освещению для жилых домов в штате Мэн

Информация на этой странице поможет вам сравнить характеристики лампы, яркость и эффективность, выбор цвета, выбор формы и выбор цоколя лампы.Мы также поддерживаем список лучших цен на светодиодные лампы в розничных магазинах по всему Мэн.

Сколько вы можете сэкономить?

Воспользуйтесь этим калькулятором экономии, чтобы узнать, сколько вы можете сэкономить каждый год, заменяя стандартные лампы накаливания на энергосберегающие.

Тип лампы	Стоимость / год	Экономия в год по сравнению с лампой накаливания
Лампа накаливания
Галоген
CFL
Светодиод

Вот сравнение самых распространенных типов лампочек:

Характеристики

* Годовая стоимость эксплуатации из расчета 800 люмен в течение 2 часов в день по цене 0 долларов США.16 за кВтч. ** Для КЛЛ и светодиодов требуются совместимые диммеры.

Яркость и эффективность

Поскольку лампы различаются по своей эффективности, лучше сравнивать лампы по их световому потоку (люмен), а не по мощности (количеству потребляемой энергии). Чем выше количество люменов, тем ярче будет свет. Лампы с более высокой мощностью потребляют больше энергии. Вот сравнение лампочек:

Выбор цвета

Традиционные лампы накаливания излучают «теплый» цвет. Сегодня лампочки доступны в цветовой гамме:

.

Теплый белый, мягкий белый Стандартный цвет ламп накаливания	Холодный белый, нейтральный, ярко-белый Подходит для кухонь и рабочих мест	Нейтральное или дневное освещение Хорошо для чтения
2700K3000K	3500K 4100K	5000K 6500K

Выбор формы

A-Line (e.g., A19, A21 или всенаправленные) лампы рассеивают свет под широким углом и идеально подходят для светильников, используемых для распространения света по комнате. А-образные лампы — хороший выбор для освещения помещений, ламп для чтения и коридоров.

Прожекторы (например, R20, BR30, BR40 и т. Д.) Концентрируют свет на небольшой площади, создавая яркое пятно света. Точечные светильники — хороший вариант для освещения дорожек и потолочного встраиваемого освещения.

Прожекторы (например, PAR20, PAR30 и т. Д.) излучают более широкий направленный свет, чем прожекторы. Прожекторы идеально подходят для встроенного освещения, наружного освещения, ландшафтного освещения и датчиков движения.

Лампы

Candelabra и Miniature Candelabra (например, E11, E12 и т. Д.) Имитируют форму свечи и обеспечивают окружающее и акцентное освещение. Они предназначены для использования в декоративных осветительных приборах, в том числе в настенных бра, декоративных светильниках и люстрах.

Выбор цоколя лампы

Средний (e.г., E26, E27) — Конструкция цоколя лампы для стандартных лампочек, используемых в большинстве ламп и накладных светильников

Промежуточный (например, E17) — Цоколь лампы между канделябрами и средними размерами, обычно используется в потолочных вентиляторах

Канделябры (например, E12) — цоколь лампы немного меньшего размера, используемый в люстрах, световых бра и других небольших светильниках

Миниатюрный канделябр (например, E11) — цоколь лампы еще меньшего размера, часто используется в люстрах

штифт (e.