На сегодняшний день от 15% до 20% электроэнергии, используемой в домах, приходится на освещение. Если подсчитать расходы на нее за год, вызывает удивление тот факт, почему так мало людей перешли на использование экономных ламп. Некоторые, возможно, ошибочно полагают, что у освещения с низким энергопотреблением отсутствуют все те преимущества, которые делают традиционные лампы такими популярными. Тем не менее, в то время как использование старых и неэффективных ламп будет постепенно сокращаться, в центре внимания заслуженно окажутся лампы с высокой яркостью на основе светодиодов (LED).
Как и большинство качественных электротоваров, светодиоды будут работать без сбоев как при длительном использовании, так и при регулярном включении и выключении. Производители светодиодных ламп достигли такого уровня надежности благодаря эффективной системе управления терморегулированием, разработанной для предотвращения перегрева светодиодов.
Качественные светодиодные лампы могут работать до 40 тыс. часов, что, по крайней мере, в два раза (а то и более) превышает срок жизни обычной компактной флуоресцентной лампы, а часто – даже в три или четыре раза. Для светодиодных ламп, обычно используемых в темное время суток в течение нескольких часов, это означает, что, будучи вкрученной в тот день, когда в семье родился ребенок, она прослужит до того момента, пока он не покинет родительский дом и не создаст собственную семью.
Как устроен этот мир…
Если разобрать светодиодную ламу, можно найти множество крошечных чипов, которые загораются, когда через них проходит электричество.
Схема светодиодной лампы
Этот массив элементов и является ответом, почему светодиодное освещение такое привлекательное. Некоторые светодиоды лампы излучают белый свет таким же образом, как и люминесцентные лампы: компоненты производят синий свет, но фосфорное покрытие на поверхности светодиода преобразует его в видимый белый свет. Способность светодиодных ламп легко воспроизводить различные оттенки света является ключевым, но не единственным их преимуществом по сравнению с компактными люминесцентными лампами.
|
|
Компактная люминесцентная лампа (CFL) | Verbatim LED |
| Мощность | 8 Вт | 7,7 Вт |
| Сила светового потока | 400 лм | 500 лм |
| Светоотдача | 50 лм/Вт | 65 лм/Вт |
| Энергоэффективность | 80% | 82% |
| Регулирование яркости (диммирование) | Избирательно | Да |
| Вредные или опасные материалы | Да, ртуть | Нет |
| Срок эксплуатации | 6 тыс. - 15 тыс. часов | Ок. 40 тыс. часов |
| Работа на полную мощность | Отложенная | Мгновенная |
| Стоимость электроэнергии за год* | 5 евро | 4,7 евро |
| *Стоимость используемой электроэнергии рассчитана, исходя из ежедневного освещения 10 часов в день 365 дней в году при среднем тарифе на электроэнергию в Европе 0,17 евро за кВт*ч | ||
Таблица 1: Сравнение ламп
LED против люминесцентных ламп
С люминесцентными лампами потребителю всегда надо идти на компромисс. Например, прежде чем CFL достигнет полной яркости, пройдет несколько минут. Кроме того, уже при полной яркости свет флуоресцентных ламп кажется не таким привлекательным, как обычное освещение, к которому мы привыкли. Также вызывает беспокойство тот факт, как быстро CFL будут «выгорать» и как их ультрафиолетовое излучение может негативно повлиять на произведения искусства, ткани и отделку мебели с течением времени.
Компактные люминесцентные лампы технологически идентичны люминесцентным лампам, используемым в складских помещениях и в офисах – в среде, где главным критерием освещения становится функциональность и эффективность, а не эстетические соображения. В конце концов, не всякий решится установить у себя в гостиной люминесцентные лампы промышленного назначения. По сравнению с ними светодиодные лампы излучают привлекательные тона белого света.
Еще один недостаток компактных люминесцентных ламп – это то, что для преобразования электричества в свет в них используется токсичная элементарная ртуть. Наличие высокотоксичной ртути означает, что их нельзя просто выбросить в мусорный бак, так как, разбившись, они будут выделять токсичные пары. Компактные люминесцентные лампы необходимо утилизировать особым образом, сдавая их в специализированные пункты приема.
Лампы на основе светодиодов не содержат никаких опасных веществ, и поэтому по окончанию срока эксплуатации их легко утилизировать, таким образом, уменьшив количество твердых бытовых отходов.
В настоящее время светодиодные технологии составляют конкуренцию экологичным галогенным, или IRC-галогенным, лампам, которые на 30% сокращают затраты по сравнению с обычными галогенными лампами. Галогенная лампа, как и «лампочка Ильича», излучает свет при нагревании электрическим током вольфрамовой нити. Для повышения эффективности новые галогенные эколампы используют специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное излучение и отражает его назад, к спирали. Однако новые галогенные лампы по-прежнему гораздо менее эффективны и долговечны, чем компактные люминесцентные и светодиодные лампы. Светодиодные лампы, по крайней мере, в три раза более эффективны, чем галогенные эколампы, и в силу своих надежных твердотельных технологий, как правило, светят в 15 раз дольше.
| Тип лампы | Преимущества | Недостатки |
 |
|
|
|
|
Таблица 2: Преимущества и недостатки LED и CFL
Таким образом, светодиодные лампы являются очень привлекательным вариантом для домашнего освещения. Светодиоды являются более экологичными и энергоэффективными, чем альтернативные технологии освещения. Хотя изначально их стоимость может превышать стоимость компактных люминесцентных ламп и экологичных галогенных ламп, но в долгосрочной перспективе светодиодное освещение сэкономит вам средства, поскольку срок службы светодиодных ламп намного дольше, чем у любой другой технологии освещения, и они оправдают себя много раз, прежде чем потребуют замены.
Новинки светотехники от Verbatim
Не так давно компания Verbatim представила новинки светодиодного освещения, сделав основной акцент на расширении уже существующих линеек светодиодной продукции как в сегменте профессионального, так и бытового использования.
Новое поколение ламп конечного потребителя Verbatim Classic A имеет традиционный цоколь E27 и самую подходящую для домашнего освещения цветовую температуру 2700K и 3000K. Опции мощности: 4 Вт, 8 Вт, 10 Вт, 12 Вт и 13 Вт. Яркость: 250-1100 лм. Все новые модели диммируемые, что можно использовать для создания более уютной обстановки в доме и одновременно снизить потребление электроэнергии.
Такие лампы являются выгодной альтернативой классическим лампам накаливания и создают комфортную атмосферу в доме, а также в гостиницах или ресторанах.
Среди других новинок – лампы Verbatim LED PAR16 Diamond с элегантным дизайном, которые являются идеальной заменой для стандартных высоковольтных галогенных ламп для акцентированной точечной подсветки и верхнего света. Разработанные на основе бескорпусного чипа и оптики с алмазной обработкой, лампы Verbatim LED PAR16 мощностью 7,3 Вт с цоколем GU10 представлены в трех опциях цветовой температуры: 2700K, 3000K и 4000K. Однофокусная оптика придает свету этих ламп мягкость и восприятие, как при галогенном освещении, при этом луч прекрасно отрегулирован, а блики сведены к минимуму. Их галогеновый эквивалент достигает 66 Вт, потребление энергии не превышает 87% в сравнении с обычной галогенной лампой мощностью 60 Вт. Технология светодиодов с бескорпусным чипом улучшает термосопротивление и обеспечивает лучшее качество и эффективность освещения.
Все модели LED PAR16 Diamond диммируемые и отличаются высокоэнергетической продуктивностью. Они оснащены встроенной системой регулирования температуры, гарантирующей длительный срок эксплуатации при отличном соотношении цена-качество в своей категории. Срок службы достигает 35 000 часов (в 15 раз больше, чем у обычной галогенной лампы), что уменьшает расходы на ремонт и техобслуживание. Основные сферы их применения - подсветка витрин и прилавков, а также подсветка различных объектов в магазинах, музеях и ресторанах.
Компании Infineon, Intel и eluminocity анонсируют совместный проект по созданию безопасных городских улиц, объединенных в глобальную сеть .
С ростом численности населения крупных городов органы государственной власти в разных странах мира ищут способы сделать города, их инфраструктуру и энергетические системы более интеллектуальными, безопасными и энергоэффективными. Наряду с этим подключение транспортных средств к глобальной сети предоставляет городским службам больше возможностей взаимодействия с водителями для комфортного и эффективного управления транспортными потоками. Однако, по мере того как все большее число систем управления переходит к использованию облачных технологий, формируя тем самым Интернет вещей (IoT), появляется больше возможностей для несанкционированного доступа к конфиденциальным данным.
В данной статье приведен обзор некоторых фундаментальных технологий, созданных в сотрудничестве компаниями Infineon, eluminocity и Intel , которые позволяют сделать города будущего более интеллектуальными, а также – инновационных решений для систем освещения, которые могут стать важной составной частью умных городов, объединенных в глобальную сеть.
Ускорение процессов урбанизации и доступ к новым технологиям повышает требования потребителей к тому, насколько их жизнь будет комфортной в ближайшем будущем. До недавнего времени основное внимание уделялось совершенствованию мобильных устройств и связанных с ними продуктов, однако в настоящее время становится очевидным, что улучшение инфраструктуры играет важную роль в технологической эволюции мира, в котором мы живем. Разработчики городской инфраструктуры сталкиваются со все более сложными проблемами и требованиями, которые зачастую противоречат друг другу. С одной стороны они быстро внедряют новые технологии, чтобы добавить больше функциональности атрибутам повседневной жизни, например, обычному уличному освещению, а с другой – пытаются свести к минимуму потребление энергии ввиду постоянного роста стоимости энергоносителей.
В новом, более совершенном, мире уличный фонарь – это уже не просто источник света, а многофункциональный коммуникационный портал, который является основой интеллектуальной городской инфраструктуры. Для того чтобы обеспечить необходимую функциональность и возможность доступа к сетевым ресурсам, разработчики систем освещения используют технологии сотовой связи, разнообразные типы датчиков, – как активных, так и пассивных, – а также современные решения в области защиты информации.
Радиолокатор, работающий в диапазоне 24 ГГц
Радиолокационный способ обнаружения объектов основан на использовании отраженных электромагнитных волн, посредством которых можно определить расстояние до объекта, угол и скорость его движения. Типичные радиолокационные системы (радары) включают в себя передатчик, генерирующий электромагнитные импульсы или непрерывное излучение в радиочастотном или микроволновом диапазоне частот, раздельные передающую и приемную антенны и приемник, осуществляющий прием и обработку сигналов.
Импульсный радар измеряет расстояние до неподвижных или движущихся объектов, генерируя короткий мощный импульс и принимая отклик, отраженный от объекта. Время между посылаемым импульсом и принимаемым откликом прямо пропорционально расстоянию от радиолокационной системы до объекта.
Радары с непрерывным излучением постоянно генерируют электромагнитные волны с частотной модуляцией, реализованной одним из двух способов (рисунок 1). Радар с непрерывным частотно-модулированным излучением (FMCW) способен обнаруживать как стационарные, так и движущиеся объекты, передавая сигнал с линейной частотной модуляцией, который смешивается в приемнике с принятым сигналом. Низкочастотный выходной сигнал приемника содержит информацию о расстоянии до объекта и его скорости. Модуляция скачкообразным изменением частоты, называемая также частотной манипуляцией (FSK), может использоваться для определения расстояния только для движущихся объектов. При данном способе модуляции передатчик последовательно посылает сигналы на двух разных частотах, и расстояние определяется по допплеровскому сдвигу фаз принятых сигналов.
Поскольку обнаружение объектов становится все более востребованным для интеллектуальных систем и устройств, радиолокационная техника диапазона 24 ГГц применяется в различных приложениях Интернета вещей, включая мультикоптеры/дроны, интеллектуальные дверные замки, системы бытовой и производственной автоматизации, измерители скорости, робототехнику и др.
Интеллектуальное уличное освещение
Рис. 2. В «умных городах» будущего интеллектуальная система уличного освещения является лишь одной из функций интеллектуальных концентраторов
Анонсированный недавно совместный проект компаний Infineon, eluminocity и Intel направлен на создание умных городов будущего, объединенных в глобальную сеть. Соединив свои ноу-хау и передовые технологии, три компании разработали усовершенствованное высокоэффективное светодиодное уличное освещение, которое включает в себя также прецизионные датчики и защищенную систему передачи данных. Совместный проект по созданию системы освещения умных городов основан на уличных светильниках компании eluminocity, которые являются также сетевыми концентраторами для интеллектуальных приложений (рисунок 2). Электронные системы базируются на технологиях Infineon и включают в себя радар диапазона 24 ГГц, силовые полупроводниковые приборы (П/П), микроконтроллеры (МК) серии XMC ™ и высокоэффективные устройства защиты информации серии OPTIGA ™ . Технология Intel позволяет подключаться к сети посредством модема с малым энергопотреблением и большой зоной покрытия, поддерживающего работу с сетями сотовой связи, которые используют стандарты LTE Cat.1, LTE Cat.M1, Cat.NM1, LTE-NB и 5G-IoT.
В сочетании с технологией OPTIGA™ компании Infineon сотовая связь, основанная на стандартных протоколах, представляет собой открытую систему, которая является масштабируемой и полностью независимой от существующей инфраструктуры, и обеспечивает при этом высокий уровень защиты информации.
Рис. 3. Внешний вид интеллектуального уличного светильника eluminocity
В этом случае оператору систем уличного освещения (как правило – органу государственного управления) необходимо всего лишь подключить концентраторы уличного освещения к уже имеющейся инфраструктуре.
В дополнение к тому, что уличные светильники, выполненные на микросхемах управления питанием и силовых ключах Infineon, сами по себе обладают высокой энергоэффективностью, применение радара диапазона 24 ГГц позволяет обнаруживать присутствие объектов и увеличивать яркость света только там, где это необходимо, что обеспечивает более эффективное решение по сравнению с большинством постоянно включенных светильников.
Однако интеллектуальные светильники eluminocity – это не только системы освещения с высокой энергоэффективностью (рисунок 3). Встроенные в них бесконтактные детекторы позволяют обнаруживать близлежащие свободные парковочные места, что в сочетании с сетевыми технологиями Intel предоставляет водителям, находящимся поблизости, информацию о доступном количестве парковочных мест.
Данная функция характеризует светильники eluminocity как один из элементов полнофункциональной системы интеллектуального управления транспортным трафиком.
Благодаря мониторингу локальных условий дорожного движения специалисты по городскому планированию и владельцы окрестных магазинов получают полезные сведения, позволяющие ориентировать водителей транспортных средств в зонах их скопления либо посредством сигналов или знаков дорожного движения, либо путем предоставления актуальной на данный момент информации бортовым спутниковым навигационным системам.
Современные интеллектуальные уличные светильники могут также оснащаться встроенными зарядными устройствами для электрических транспортных средств.
Поскольку такие зарядные устройства не требуют выделения под них дополнительных площадей, это является ключевым фактором, способствующим успешному развитию городского электротранспорта.
Обзор технологий интеллектуального освещения
Обеспечение безопасности данных в концентраторах OPTIGA™
Большие возможности по формированию сетевой структуры интеллектуальных городов на основе концентраторов уличного освещения и преимущества, реализуемые посредством открытого доступа к этой структуре со стороны пользователей, создают потенциальную проблему уязвимости сети. Для устранения угрозы несанкционированного доступа и обеспечения безопасности сетей, на которых базируются умные города, в концентраторах уличного освещения реализована технология надежной защиты информации с использованием устройств семейства OPTIGA™ производства компании Infineon. Встроенные функции безопасности OPTIGA™ включают в себя проверку целостности системы и данных, аутентификацию и защищенные от несанкционированного доступа передачу и хранение данных, а также безопасное обновление программного обеспечения.
В семейство устройств OPTIGA™ входит современный 16-разрядный контроллер с функцией защиты данных, который можно легко интегрировать в широкую номенклатуру устройств Интернета вещей. Для обеспечения полной гибкости, необходимой системным разработчикам, семейство устройств OPTIGA™ поддерживает работу с операционными системами Microsoft Windows, Linux и их производными, а также предоставляет интеграционную поддержку для фирменных операционных систем. Семейство OPTIGA™ содержит также криптопроцессор TPM с поддержкой последней версии стандарта TPM 2.0 консорциума TCG, что позволяет разработчику использовать наиболее современные протоколы безопасности.
Обнаружение приближения объекта в интеллектуальных концентраторах уличного освещения реализовано на основе промышленного радара BGT24LTR11 диапазона 24 ГГц (рисунок 4), имеющего минимальный размер корпуса в данном классе устройств и позволяющего измерять расстояние до объекта и его скорость с использованием эффекта Доплера. Дополнительные каналы приема позволяют также определять посредством фазового детектирования сигналов с разных антенн угол и направление движения объекта.
Диапазон 24 ГГц обеспечивает высокую точность обнаружения объектов: до 50 м для пешеходов и до 150 м для транспортных средств. Кроме того, радиолокационные способы обнаружения обладают значительно большей чувствительностью по сравнению с пассивными инфракрасными (ИК) датчиками и способны, например, обнаруживать дыхательное колебание в пределах нескольких миллиметров. Можно с уверенностью утверждать, что радары в конечном итоге заменят пассивные ИК-датчики во многих приложениях. Диапазон 24 ГГц пригоден для работы при различных атмосферных воздействиях, включая существенные изменения температуры, высокий уровень влажности и повышенную запыленность воздуха, что позволяет использовать радары, работающие в данном диапазоне, даже в самых неблагоприятных условиях современных городов.
Разработчикам, которые еще недостаточно хорошо знакомы с радарной технологией диапазона 24 ГГц, компания Infineon предлагает набор демонстрационных плат, например, Sense2GoL . Данная полнофункциональная плата размером 25х25 мм содержит, наряду с радаром BGT24LTR11, специализированные полосковые передающую и приемную антенны, а также 32-битный промышленный МК XMC1302 ARM® Cortex® M0 . Демонстрационная плата радара соединена перфорированной перемычкой с отладочной платой Segger , посредством которой можно осуществлять программирование и оценку функциональных возможностей платы радара.
Комплект поставки демонстрационной платы включает также программное обеспечение детектора движения и программный графический интерфейс пользователя для наблюдения за радиолокационными сигналами, а также руководство пользователя и полный набор схем и файлов печатных плат в формате gerber для ускоренного внедрения разработки в производство.
Возможность подключения дополнительных датчиков
К интеллектуальным концентраторам уличных систем освещения могут быть подключены практически любые датчики: например, датчики газа могут контролировать качество воздуха, а звуковые датчики – распознавать повышенный уровень шума. Конкретные варианты применения датчиков могут включать в себя аудиосопровождение на дороге или обнаружение выстрела из огнестрельного оружия. Датчики освещенности, несмотря на свою простоту, играют важную роль в повышении «интеллекта» уличного освещения: измеряя уровень естественного освещения, они смогут включать уличное освещение во время посмурной погоды. Кроме того, контролируя фактический уровень освещенности, они способны передавать сигнал обратной связи контроллеру для обеспечения нормативного уровня освещенности при любых условиях эксплуатации независимо от выработанного ресурса уличных светильников. При этом данные об износе оборудования могут быть дистанционно переданы техническому персоналу для более качественного планирования регламентных работ и предупреждения преждевременного отказа оборудования.
В последнее десятилетие отмечается интенсивное развитие технологий освещения. Приобретают все более широкую популярность светодиодные приборы, которые обеспечивают качественное освещение объектов, отличаются длительным сроком эксплуатации и экономичностью в использовании. Высокая конкуренция заставляет производителей светодиодов снижать стоимость своей продукции и расширять ее функциональные возможности.
Тенденции XXI века в сфере освещения помещений
XXI век ознаменовался развитием новых технологий светодиодного освещения, которые по своей эффективности существенно опережают лампы накаливания и люминесцентное оборудование. Ученые разных стран проводят исследования материалов и методов производства светодиодов (СД), что позволяет активно совершенствовать продукцию. К преимуществам светодиодных осветительных приборов можно отнести нижеследующие характеристики.
Энергоэффективность и экономичность
Светодиоды значительно более экономичные источники света, чем аналоги. Так, светоотдача СД составляет 120–150 люмен/ватт, в то время как у люминесцентных ламп этот показатель всего 60–100, а у ламп накаливания и галогеновых - всего 10–24.
Использование светодиодов позволяет экономить финансовые средства на профилактических и ремонтных мероприятиях. Также отсутствует риск перегрузки электросетей при включении светильников, а потери на линиях питания сводятся к минимуму. Это объясняется тем, что ток, потребляемый СД-устройствами, равен 0,6–0,9 А (у газовых приборов - порядка 2,2 А).
Экологичность и безопасность
Данное оборудование является экологически чистым и не требует особых условий обслуживания и утилизации. Оно пожаро- и электробезопасно, может использоваться под водой и в помещениях с высокой влажностью. Также СД, в отличие от люминесцентных аналогов, не выделяют ртутных паров и не содержат фосфор. У них отсутствует отрицательный эффект низкочастотных пульсаций, вызывающих усталость глаз.
Стабильность и длительность работы
Средний срок работы светодиодов составляет порядка 50 000 часов, что в 10–100 раз больше, чем у ламп накаливания. Кроме того, световой поток и сила света СД не изменяются со временем (у традиционных ламп отмечается снижение светового потока на 40–60% уже в первые месяцы использования).
Эти осветительные приборы оснащаются корпусами из алюминиевых сплавов и поликарбонатными стеклами, благодаря чему отличаются прочностью, надежностью и виброустойчивостью. Они работают в широком диапазоне - 80–230 В, поэтому исправно функционируют в условиях перепадов напряжения. Так, если напряжение снижается до 110 В, обычные лампы выключаются, а СД-устройства продолжают выполнять свои функции (хотя их яркость уменьшается).
Светодиодные светильники лучшим образом зарекомендовали себя в суровых погодных условиях. Традиционные лампы, используемые для освещения улиц, неудовлетворительно запускаются при температуре воздуха -20°С. А светодиоды исправно работают при температуре до -60°С.
Повышение качества цветопередачи
Высокая контрастность излучения, которая обеспечивается СД-светильниками, позволяет повысить четкость освещаемых объектов и улучшить цветопередачу (ее индекс составляет 75–85 Ra, у ламп накаливания - 68, у натриевых светильников - 25). КПД использования светового потока в данных осветительных приборах достигает 100%, в то время как у стандартных уличных светильников он не превышает 75%.
Интеллектуальная управляемость
Передовые разработчики осветительного оборудования предлагают приборы, контролировать работу которых можно, например, посредством мобильных устройств. В частности, пользователь имеет возможность программировать включение и выключение светильников, настраивать режимы работы для различных жизненных ситуаций, изменять цвет излучения и др.
Расширение сфер применения светодиодного освещения и активное развитие LED-технологий
Благодаря активному развитию световых технологий, светодиодные светильники начали активно использоваться в жилых и офисных помещениях, а также на улицах. СД-приборы используются для организации нестандартных осветительных систем, для подсветки рекламных щитов и витрин, элементов ландшафтного дизайна, фасадов зданий.
Новые технологии светодиодного освещения: инновационные разработки и решения
Активное развитие энергосберегающих технологий светодиодного освещения привело к тому, что мировой объем продаж СД-устройств еще в 2013 году возрос до 14,4 миллиардов долларов, а к 2018 году может достигнуть 25,9 миллиардов. Увеличению темпов роста продаж способствует уменьшение цен на светодиоды до такого уровня, который делает выгодной замену традиционных ламп на светодиодные. Если до 2012 года СД наиболее активно использовались для подсветки дисплеев и экранов телевизоров, то сейчас более 50% рынка приходится на эти осветительные системы.
Основной объем продаж СД-устройств обеспечивают японские (Nichia Corporation, Everlight Electronics и др.) и южнокорейские (Seoul Semiconductor, LG и др.) производители. На долю первых приходится порядка 27–32% рынка, а на долю вторых - около 26–27%. В США рост продаж обеспечивают 3 компании - Cree, Veeco Instruments, Applied Materials, в Европе - только одна - Philips Lighting (Нидерланды). На долю восьми вышеперечисленных производителей приходится порядка 68% продаж СД-техники. Однако в последние годы в обеспечение роста продаж активно включились предприятия из Тайваня (13 компаний) и Китая (9 предприятий).
В развитии технологий освещения отмечаются такие тенденции, как консолидация производителей (обусловленная снижением цен на товары, а, соответственно, и прибылей), интеллектуализация продукции, рост продаж устройств средней и высокой мощности, развитие сферы производства источников питания для светодиодов. Сегодня ученые работают над внедрением следующих инновационных решений.
GaN-светодиоды на кремниевых подложках: на шаг вперед
Эта технология освещения обеспечивает отличную светоотдачу, а, соответственно, высокую яркость света и экономичность использования электроэнергии. Изначально при производстве применялись достаточно дорогие сапфировые подложки, но затем им на смену пришли более доступные по цене кремниевые. Они примерно на 30% дешевле сапфировых, однако вопрос о целесообразности их массового производства пока не решен, так как устройства с кремниевыми подложками оснащаются дорогостоящими источниками питания и оптикой. Соответственно, стоимость конечного продукта снижается незначительно. Разработкой технологий GaN-светодиодов на подложках диаметром 100 и 150 мм в настоящее время занимаются компании Toshiba, LatticePower, Aledia, BridgeLux, Azzurro Semiconductors, Plessey и ARC Energy.
GaN-светодиоды на GaN-подложках: технология будущего
Это еще одна активно развивающаяся современная технология, которая выгодно отличается от технологии с кремниевыми подложками более высоким качеством цветопередачи и интенсивностью светового потока (у GaN-на-GaN изделий он в 5–10 выше, чем у СД GaN-на-Si и GaN-на-SiC). Разработкой данной технологии занимается, в частности, компания Soraa. По мнению специалистов этого предприятия, использование «родной» GaN-подложки дает возможность упростить процесс изготовления светодиодов и снизить себестоимость продукции.
LED SlimStyle: тоньше - значит лучше
Компании Philips и NliteN разрабатывают технологи производства светодиодных ламп SlimStyle . Заявленная стоимость этого изящного изделия составляет менее 10 долларов. Оно отличается тонкостью и легкостью, а также относительно невысокой стоимостью производства. Основная особенность таких ламп - наличие дискообразного теплоотвода, на котором расположены 26 светодиодов. Яркость свечения устройства - 800 лм, мощность - 10,5 Вт.
Лампа излучает мягкий белый свет, срок ее службы составляет примерно 3 года (и это главная причина сомнений в том, что конкурентоспособность продукта будет высокой, так как срок эксплуатации конкурирующих изделий может достигать 10 лет). Разработчики считают, что это СД-устройство может найти применение для освещения квартир и домов.
Источники питания светодиодов по переменному току: проще и эффективнее
При разработке новых технологий освещения уделяется внимание и источникам питания. Так, традиционно для обеспечения равномерного (без мерцания) освещения применяются источники питания на постоянном токе, обеспечивающие защиту светодиодного светильника от короткого замыкания, перегревания и перепадов напряжения.
Но в последнее время намечается тенденция к использованию источников переменного тока. К их преимуществам относится простота архитектуры и способность избавлять светодиоды от таких недостатков как низкая мощность и значительные нелинейные искажения. Разработкой и внедрением источников питания по переменному току занимаются компании Seoul Semiconductor (серия Acriche) и Lynk Labs (серия Tesla).
LED с возможностью настройки цвета
Современные световые технологии позволяют проектировать СД-светильники для получения любого цвета в видимом диапазоне. Полный спектр цветов излучают фиолетовые и синие светильники. Востребованы цветные приборы, прежде всего, для оформления автомашин, торговых и жилых помещений.
Так, Philips производит комплекты СД-ламп Hue , излучение которых (интенсивность, цвет) можно контролировать при помощи мобильных приложений. В комплекте - три лампы и концентратор. Пользователь может программировать график включения и выключения устройств, режимы их работы в различных жизненных ситуациях (работа, отдых и др.). Цвет излучения можно выбрать из палитры или даже с фотографии. Но есть у таких комплектов существенный недостаток - стоимость, достигающая 200 долларов. Этот фактор пока препятствует широкому распространению подобного оборудования.
Human Centric Lighting (HCL): освещение и биоритмы
Разработчики стремятся адаптировать технологии освещения жилого помещения к особенностям человеческого организма, поэтому появились светильники с управляемым цветом излучения. Использование такого оборудования позволяет организовать освещение, которое благоприятно влияет на здоровье человека, в частности, на биоритмы, от которых, по утверждениям исследователей (в рамках программы «Освещение, ориентированное на человека»), в некоторой степени зависит вероятность развития ожирения, диабета и онкологических заболеваний. Эта программа пользуется особой популярностью в США и Европе. Она затрагивает вопросы улучшения настроения, повышения внимания и работоспособности, нормализации режима сна и бодрствования и др. Светодиоды в HCL-светильниках обеспечивают управление цветовой температурой и потоком света. По прогнозам специалистов ассоциации LightingEurope , к 2020 году такие устройства составят около 7% рынка осветительных приборов.
Таким образом, современные технологии систем освещения позволяют пользователям снижать затраты на покупку и обслуживание осветительного оборудования. А наметившаяся интеллектуализация устройств уже сегодня дает возможность дистанционно управлять осветительными системами и настраивать их работу под собственные нужды.
Сразу скажу, что я не занимаюсь профессионально дизайном освещения и я не специалист в этой области. Меня всегда больше интересовали технические вопросы в освещении помещений (светотехнические расчеты,). Хотя я очень люблю красивые интерьеры и могу часами смотреть толстые глянцевые журналы по дизайну помещений, строительству и ремонту с яркими цветными картинками. Особенно мне нравятся журналы с фотопримерами реальных проектов. Мои любимые журналы такого типа - "МажорДом" и "Красивые квартиры".
Листая такого типа журналы, в первую очередь, я обращаю внимаете на то, как организовано освещение в том или ином случае. При этом, как-то незаметно для себя, начинаешь подмечать и четко осознавать общие тенденции в развитии домашнего освещения: какие лампы и светильники используются, как размещаются, как выглядит освещенный интерьер в разных ракурсах и многое другое.
На днях пообщавшись с одной молодой и симпатичной девушкой-дизайнером я пришел к выводу, что со всем, что я ей с энтузиазмом изложил она согласна, определенные тенденции в освещении интерьеров есть и они имеют право быть озвученными. Ну а так, как озвучить все свои мысли я могу через сайт, то сейчас я этим и буду заниматься. Надеюсь вы не останетесь безучастными, а оставите свое мнение по поводу этого материала в комментариях! Мне это очень важно!
Итак, в этой статье я хочу поделится с читателями сайта своими наблюдениями. Какие есть современные тенденции в освещении интерьеров? Каким образом реализуются новые идеи? Какие современные технические решения применяются? Что полезного мы можем получить, реализовав на практике эти современные тенденции светодизайна?
Такие светильники можно поворачивать в любом направлении, при этом изменяя направления света и получая новый вариант освещения комнаты.
Эти новые технические решения позволяют значительно расширить возможность использования освещения в помещениях, так как с помощью одних и тех же светильников можно получить как общее равномерное, так и при желании, направленное освещение. Кроме этого трековые и кабельные системы освещения позволяют легко размещать светильники без закрепления их на потолке, что иногда бывает довольно сложно сделать в помещениях со сложными потолками.
При строительстве или ремонте помещения специально организуется небольшая ниша. В ней в дальнейшем размещаются вазы с цветами, статуэтки или другие декоративные предметы, которые красиво подсвечиваются встроенными в нишу сверху или снизу .
Благодаря этому у помещения появляется дополнительный объем, расширяется пространство, подсвеченная ниша становится точкой фокуса и украшением всего помещения. Кроме этого, с помощью такой ниши в помещении появляется дополнительный ярус света.
6. Комбинирование различных источников света
Кроме всех светотехнических эффектов и удобства управления источниками света у диммеров есть еще несколько достоинств - они позволяют увеличивать срок службы ламп и экономят электроэнергию.
9. Использование небольших переносных светильников
Популярно среди светодизайнеров использовать небольшие светильники с узким пучком света. Благодаря им можно менять с помощью освещения атмосферу в комнате чуть ли не по несколько раз в день и получать при этом разные световые эффекты.
Главное достоинство таких светильников - это их мобильность. Они позволяют поменять или дополнить уже имеющуюся схему освещения в помещении без глобальных переделок и ремонтов.
Просто внеся новый источник света и подсветив им, например, красивую стену в углу помещения, или большую вазу, мы не только создаем новый фокус света, но и дополнительный уровень освещения.
Правда для полноценного использования небольших переносных светильников желательно иметь в помещении в разных местах много розеток, что бы как можно меньше использовать для таких светильников удлинители. А то будет все красиво, но придется постоянно спотыкаться о скрученные провода.
Если вам не сложно, оставьте свой комментарий к статье! Мне очень интересно ваше мнение!
Революционное развитие технологий в области наружного освещения позволяет существенно сократить энергопотребление за счет рационального управления, применения инновационных, перспективных энергосберегающих технологии с применением различных типов светильников.
В последние десятилетия проблема энергосбережения в области освещения становится все более актуальной из-за роста вероятности дефицита энергии. Общая доля мирового производства электроэнергии, затрачиваемая на освещение, доходит, по разным источникам до 20—30%, и значительная ее часть приходится на наружное освещение (НО).
В проекте Федерального закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» закладываются основы государственной политики в этой области, при этом большое внимание уделено разработке программ повышения энергетической эффективности в основных отраслях и определение потенциала энергосбережения.
Ведущие компании в области освещения проводят исследования и разработки с целью создания технологий управления энергосбережением в области НО. Реализация таких технологий обеспечивается благодаря применению современных автоматизированных систем управления.
В настоящее время, несмотря на значительный прогресс в области создания энергосберегающих источников света, создалась достаточно стабильная ситуация по использованию современных ламп для наружного освещения. Основные типы источников света, применяемые в этой области, представлены в таблице 1.
Не вдаваясь в подробности сравнения различных типов источников света, необходимо отметить, что революционные сдвиги во внутреннем освещении зданий в настоящее время существенно опережают аналогичные процессы в области наружного освещения. Наиболее распространенным источником света во внутреннем освещении, как для промышленных, так и для бытовых целей, являются газоразрядные люминесцентные лампы низкого давления подключаемые, как правило, через электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Широко распространено управление световыми сценариями, обеспечивающее, в том числе и энергосбережение. Для этого применяются различные проводные (DALI, DSI, 1-10V) и беспроводные интерфейсы.
В наружном освещении применяются натриевые лампы высокого давления (НЛВД), а также, в отдельных случаях, более дорогие металло-галогенные лампы (МГЛ), обладающие спектром, более близким к спектру излучения Солнца. Оба типа ламп, оснащаются электромагнитной, либо электронной пускорегулирующей аппаратурой.
В отдельных случаях находят применение светодиодные светильники, однако, как следует из таблицы, от них в настоящее время не следует ожидать существенной экономии электроэнергии.
Предпосылки внедрения технологий управления энергосбережением.
Внедрение энергосберегающих технологий с каждым годом становится все актуальнее. Известны несколько программ, реализованных в Европе и в Северной Америке и направленных как на увеличение экономичности собственно светильников, так и на обеспечение энергосберегающих способов управления.
Рассмотрим возможности управления энергосбережением в наружном освещении. Типовая для России и для ряда других стран схема установка наружного освещения включает в себя трансформаторную подстанцию, преобразующую трехфазное напряжение 6/10 кВ в трехфазное напряжение 220/380 В, пункт включения освещения (ПВ), осуществляющий управление, контроль и энергоучет в сетях освещения и собственно линии НО. В линиях освещения устанавливаются светильники с лампами высокого давления (как правило, НЛВД и МГЛ). Лампы, подключаются по схеме «звезда», т.е. между одним из фазных и нулевым проводом сети. В «обычном» исполнении для обеспечения нормального режима работы НЛВД (МГЛ) в светильник устанавливается электромагнитный пускорегулирующий аппарат (ЭмПРА). ЭмПРА содержит импульсное зажигающее устройство, обеспечивающее начальный поджиг заряда в лампе, балластный дроссель, согласующий нелинейное сопротивление лампы с сетью 220 В и конденсатор, обеспечивающий приемлемый коэффициент мощности.
Возможности экономии электроэнергии в типовых установках НО минимальны. Традиционный до недавнего времени способ экономии энергопотребления при управлении такими установками, заключался в отключении 1/3 или 2/3 светильников в ночное время (на 4—5 часов), когда снижается активность городского населения и интенсивность дорожного движения. Такое пофазное отключение обеспечивает суммарную экономию электроэнергии до 30% и симметричность загрузки трехфазных линий сетей НО при подключении к одному пункту включения нескольких линий наружного освещения. Однако в настоящее время этот способ не признается целесообразным и не рекомендуется для использования международным комитетом по освещению (МКО), в основном, ввиду негативного влияния на безопасность дорожного движения. В Москве и Санкт-Петербурге уже несколько лет такой ночной режим освещения не используется.
Анализ вариантов энергосбережения
Анализ традиционной схемы НО показывает, что возможными резервами по управлению энергосбережением могут быть:
1. стабилизация напряжения;
2. увеличение КПД ПРА;
3. диммирование.
В первом случае экономия достигается стабилизацией режима работы каждой лампы групповым или индивидуальным способом, компенсируя нестабильность напряжения в сети, которая может доходить до ±15%.
Во втором случае достигнуть экономии возможно за счет использования более эффективных балластов, необходимых для питания НЛВД и МГЛ, а именно ЭПРА. Кроме того, более эффективное использование ламп высокого давления может достигаться за счет повышенной отдачи ламп при питании их от ЭПРА за счет отсутствия эффекта так называемого «перезажигания» в каждый полупериод питающего напряжения.
В третьем случае энергосбережение достигается за счет регулировки режима работы ламп (диммирования) в так называемом «ночном» режиме работы. При этом, целесообразным считается обеспечение глубины регулирования светового потока ламп до 50%, что может обеспечить экономию потребляемой мощности по сравнению с полным режимом освещения до 45% . Общее уменьшение энергопотребления за счет того, что ночной режим составляет около половины от всего времени работы ламп, может достигать 25%. МКО признает предпочтительным такой способ регулирования при снижении интенсивности дорожного движения в ночное время.
Суммарный резерв по снижению энергопотребления в сетях НО, таким образом, приближается к 50%.
Рассмотрим несколько методов управления линиями НО с точки зрения энергосбережения.
1. Традиционная схема трехфазной установки НО с обычными светильниками с ЭмПРА и возможностью уменьшения освещенности за счет отключения в ночное время 1/3 или 2/3 светильников, что не признается целесообразным и поэтому в нашем анализе не рассматривается.
2. Схема с двойным количеством светильников (по два на опору), половина из которых в ночном режиме отключается. Схема довольно проста, однако требует больших затрат при монтаже, а также в эксплуатации.
3. Схема со светильниками с двухрежимными ЭмПРА, обеспечивающая уменьшение освещенности в ночном режиме до 50% с экономией энергопотребления до 30% за счет подключения в каждом светильнике в ночном режиме дополнительного балластного дросселя. Исторически это были первые на Европейском рынке энергоэкономичные устройства, обеспечивающие снижение энергопотребления без частичного отключения светильников. Необходимо учитывать, что такая схема существенно снижает надежность ЭмПРА и требует использования дополнительного компенсирующего конденсатора, а также линии управления.
4. Схема с симисторными регуляторами, обеспечивающими фазовое регулирование напряжения линии освещения с изменением формы питающего напряжения. Она обеспечивает уменьшение освещенности в ночном режиме до 50% с экономией суммарного энергопотребления до 35%. При простоте реализации такая схема требует использования дополнительного общего регулируемого компенсатора коэффициента мощности и не нашла широкого применения в НО.
5. Схема со светильниками с ЭПРА, обеспечивающая уменьшение освещенности в ночном режиме до 50% с экономией энергопотребления до 40%. Такая концепция впервые позволяла использовать все известные возможности по экономии энергопотребления. Однако, решая проблему управления светильниками, эта схема снижает их надежность и существенно увеличивает их стоимость.
6. Схема с регулятором напряжения в шкафу пункта включения НО, построенная на многообмоточном автотрансформаторе с переключаемыми с помощью симисторов обмотками. Она обеспечивает уменьшение освещенности в ночном режиме до 50% с экономией энергопотребления до 35%. Схема нашла довольно широкое распространение в Европе, но требует использование дополнительного силового шкафа.
7. Схема с конверторами (или так называемыми «электронными трансформаторами») в шкафу пункта включения НО, обеспечивающая уменьшение освещенности в ночном режиме до 50% с экономией энергопотребления до 35%. Реализации такой схемы нам не известны; вероятно, это связано с тем, что весьма затруднительно получить в ней требуемую надежность.
8. Перспективная схема установки НО со светильниками с ЭПРА на линиях постоянного напряжения, обеспечивающая уменьшение освещенности в ночном режиме до 50% с экономией энергопотребления до 45%. Являясь модернизацией схемы по п. 5, эта схема имеет повышенную, по сравнению с ней, надежность и меньшую материалоемкость.
9. Установка НО со светодиодными светильниками.
По вариантам 3, 5, 8 и 9, в которых используются регулируемые (диммируемые) светильники, возможны следующие подварианты, связанные с различными способами управления светильниками
а) Управление светильниками по дополнительной командной линии с общепринятыми во внутреннем освещении интерфейсами DALI, DSI, 1-10V или другими проводными интерфейсами.
б) Управление светильниками путем коммутации напряжения (тока) в линии НО.
в) Управление светильниками с помощью PLC или FM-модема.
г) Автономное управление светильниками встроенными таймерами.
Все варианты от 3-го по 9-й представляют собой дополнительный уровень автоматизированной системы управления наружным освещением (АСУНО), а именно групповое и индивидуальное управление регуляторами и светильниками.
Было рассмотрено 20 вариантов и подвариантов управления энергосбережением в линиях НО. Многие из этих вариантов уже реализованы, другие вполне могут быть реализованы, а некоторые, скорее всего, не будут реализованы никогда.
Для обеспечения объективности оценки вариантов нам необходимо учесть все факторы, влияющие на экономическую эффективность внедрения каждой конкретной инновации.
Как уже отмечалось, аналогичная революция в области внутреннего освещения, продолжается уже более 20 лет. На начальной стадии этой революции самые примечательные сдвиги произошли в части широкого применения энергосберегающих светильников с ЛЛ и встроенными ЭПРА, дальнейший прогресс многие исследователи связывают с применением сверхярких светодиодов.
Оценка экономической эффективности
При исследовании возможных вариантов управления была разработана методика оценки эффективности внедрения энергосберегающей технологии в НО.
При проведении оценки эффективности учитывалась разница в показателях между конкретным вариантом и типовым вариантом линии НО. В расчете учитывалось:
Энергопотребление линии НО;
Стоимость силовых и управляющих кабелей;
Стоимость светильников;
Затраты на монтаж линии НО;
Затраты на ремонт и обслуживание линии НО;
Стоимость дополнительного оборудования и материалов.
В оценке были учтены прогнозы по росту тарифов на электроэнергию по РФ на весь расчетный период.
Объектом анализа в проводимом исследовании выступает типовой участок скоростной автодороги, за который принят магистральный отрезок трассы длиной 2 км по 4 полосы в двух направлениях, имеющий 328 светильников, 8,2 км линий освещения и обслуживаемый одной трансформаторной подстанцией и 2-мя шкафами управления НО.
Сравнение вариантов проведено по сроку окупаемости (СО). За период расчета принят промежуток в 6 лет.
Результаты оценки представлены в таблице 3.
|
Таблица 3. Результаты оценки вариантов энергосберегающих технологий |
|||
|
Варианты технологий |
Срок окупаемости, лет |
% экономии |
|
|
Типовая система |
|||
|
Двойное число светильников |
|||
|
2-режимные ЭмПРА |
|||
|
2-режимные ЭмПРА |
|||
|
2-режимные ЭмПРА |
|||
|
2-режимные ЭмПРА |
|||
|
Фазорегурятор |
|||
|
Система с ЭПРА |
|||
|
Система с ЭПРА |
|||
|
Система с ЭПРА |
|||
|
Система с ЭПРА |
|||
|
Переключаемый автотрансформатор |
|||
|
Конвертор |
|||
|
Система с ЭПРА на линиях с постоянным напряжением |
|||
|
Система с ЭПРА на линиях с постоянным напряжением |
|||
|
Система с ЭПРА на линиях с постоянным напряжением |
|||
|
Светодиоды |
|||
|
Светодиоды |
|||
|
Светодиоды |
|||
|
Светодиоды |
|||
Лучшие сроки окупаемости вариантов 8б и 8в объясняются реализацией максимальной экономии электроэнергии при более высокой надежности ЭПРА в сравнении с другими вариантами.
Очевидно, что варианты 4 и 6 из-за меньшей экономии электроэнергии существенно проигрывают варианту 8 в далекой перспективе. Что касается варианта 5, то его недостаточно высокие показатели могут быть объяснены относительно большей ценой ЭПРА и сравнительно меньшей их надежностью. При отладке серийного изготовления высоконадежных ЭПРА при всех других равных условиях этот вариант, вероятно, сможет по эффективности конкурировать с вариантом 8. Система наружного освещения со светодиодными светильниками (вариант 9) имеет большие начальные затраты (высокая цена светильников) и меньшую экономию электроэнергии в сравнении с другими вариантами, СО такой системы превышает 6 лет. Очевидно, что при таких показателях наибольшее применение в НО светодиодные светильники найдут не в утилитарном освещении, а в архитектурно-художественной подсветке.
Особо следует отметить, что расчеты проводились для нового строительства линий НО, либо их капитальной реконструкции. Внедрение технологий энергосбережения на действующих линиях НО без капитальной реконструкции линий потребует уточняющих расчетов, при этом оценки отдельных вариантов могут претерпеть изменения. Впрочем, такие расчеты необходимы для любого конкретного проекта.
Таким образом в области наружного освещения в настоящее время происходит революционное развитие технологий, связанное с расширением возможностей по экономии энергопотребления за счет рационального управления.
На конкретном примере разработки в области управления энергосбережением впервые проведена технико-экономическая оценка эффекта внедрения различных типов технологий на самом раннем этапе проектирования системы.
Анализ и предварительный расчет экономической эффективности вариантов внедрения энергосберегающих технологий показывает наибольшую перспективность систем освещения с ЭПРА на линиях с постоянным и переменным напряжением, обеспечивающих быструю окупаемость и экономию электроэнергии до 40—45%.
