Начало 21-го века характеризуется перспективой революционных изменений в технологиях освещения. Твердотельные (светодиодные) источники освещения (СДИО) уже давно и прочно заняли свое место в секторе монохромного освещения, найдя свое применение в автомобильных тормозных фонарях, светофорах, дорожных знаках, вывесках и указателях [1, 7, 9].
Последние достижения полупроводниковой технологии позволяют СДИО составить серьезную конкуренцию существующим источникам белого света. Как источники света для наружного и декоративного освещения, они обладают рядом уникальных достоинств, среди которых точная направленность света и возможность управления цветом и интенсивностью излучения. Все это позволяет предположить, что наступившее третье тысячелетие станут по праву называть эрой светодиодной светотехники для рынка общего освещения, требующего от источников световой поток порядка 200 лм и выше.
Однако, использование различных по эффективности источников света неоднородно в зависимости от групп потребителей. Например, в количестве света, потребляемом коммерческим сектором, доля ламп накаливания (ЛН) составляет 5,2 %, люминесцентных (ЛЛ) – 79,8 %. Для сравнения, жилой сектор гораздо больше света получает от низкоэффективных ЛН, а доля ЛЛ и других высокоэффективных источников света составляет всего 13 %.
Причем, что характерно, комплектация и конструктивное исполнение источников света для этих секторов различно. Поскольку основные части ЛН и ЛЛ общеизвестны, рассмотрим особенности, преимущества и комплектацию СДИО.
Комплектация: цоколь (выводы), вторичная оптика, теплоотвод, преобразователь, светодиодные кристаллы.
Таким образом, из приведенных ниже табл. 1 и 2 видно, что светодиодные лампы за счет низкого расхода финансовых средств в течение периода эксплуатации, длительного жизненного цикла, высокой яркости, отсутствия инфракрасного и УФ излучений, являются лидерами в рейтинге прочих источников освещения.
Как бы то ни было, для жилого сектора потребителей главным аргументом в пользу выбора источника освещения является его начальная цена. Перспектива будущей экономии средств на обслуживание и электроэнергию является для них мало убедительной. Этим объясняется такой малый процент участия ламп с высокой эффективностью в общем освещении жилых объектов. Использование светодиодного освещения в этом секторе может иметь место только при наличии у потребителя таких специфических требований к освещению, как направленность светового потока, чистота цвета и новые пользовательские качества. Только в таких случаях высокая начальная стоимость светодиодных ламп не играет существенной роли.
В данной модели цена СДИО является функцией, изменяющейся в зависимости от изменения их световой эффективности.
В настоящее время ведутся интенсивные разработки по совершенствованию новых энергосберегающих технологий, позволяющих снизить энергозатраты и экономить материальные и энергетические ресурсы, в том числе и за счет автоматизации управления освещением в промышленных, офисных и жилых помещениях [4]. Использование альтернативных источников энергии [8] и использование СДИО имеет в этом случае несомненное преимущество.
Развитие систем управления освещением (СУО) ведется по направлениям [4]:
- обеспечение комфортных и рабочих режимов освещения в помещениях;
- «ориентирующее» освещение вспомогательных помещений;
- подсветка элементов интерьера или оборудования;
- сигнальное освещение (ночники, аварийное освещение, указатели вывесок);
- архитектурное и ландшафтное освещение.
Функции СУО осветительными приборами можно разделить на две группы:
- обеспечение минимальных функциональных возможностей;
- повышение потребительских свойств.
К первой группе относятся устройства с простыми аппаратными системами. Это - устройства, которые при минимальных затратах на автоматику обеспечивают автоматический режим их работы независимо от его размещения. Они обеспечивают работу в широком температурном диапазоне и имеют высокую надежность, их конструкции устойчивы к «вандализму». Такие устройства, как правило, предназначены для освещения вспомогательных производственных помещений и жилых зданий. Алгоритм работы такой системы прост и надежен, и обеспечивает включения/выключения осветительного прибора.
Ко второй группе относятся устройства с программно-аппаратной системой, в которых режим работы меняется в соответствии с назначением (многопрограммные осветительные приборы). Алгоритм работы системы подразумевает регулировку яркости источников освещения, создание различных образов и сценариев освещения.
Основную часть рынка СУО занимают недорогие локальные «СУО светильников» и «СУО помещений». Если на СУО возлагается только функция поддержания освещенности на заданном уровне, система может быть выполнена в виде единственного фотодатчика. Большинство компаний-производителей СУО светильников изготовляют эти системы в виде отдельных блоков, которые могут быть встроены в светильники различных типов. Системы выполняют функции отслеживания уровня освещенности в помещении, учета присутствия людей в помещении и работы с пультами дистанционного управления.
Особенности СУО для СДИО:
- совместимые уровни напряжений СДИО и электроники;
- близкие требования по условиям эксплуатации;
- малогабаритность;
- возможность выполнения на единой технологической базе (печатных плат, гибридных схем и т.д.);
- сравнимые сроки службы и уровень рассеиваемой мощности.
Темпы и объемы развития рынка СДИО впечатляют и с учетом проекта создания корпораций РОСНАНО трех центров отрасли СДИО в РФ возникает вопрос о производстве комплектующих для них.
На российский рынок кристаллы светодиодов попадают, в основном, из-за границы (прежде всего, Тайвань, Китай, Корея). В отношении блоков питания и контроллеров преобладают также поставки из-за рубежа, что отражает стремление быстро и качественно обеспечить имеющиеся заказы. Некоторые компании, такие как Philips, продают свою продукцию через свои представительства в регионах РФ. Однако самый широкий канал – через дистрибьюторов электронной и оптической техники, в том числе интернет – магазины. Таких небольших фирм довольно много: «Планар», «Гало», «Электронные компоненты» и др.
Предприятие, которое имеет возможность самостоятельно производить белые светодиоды, – ЗАО «Светлана – Оптоэлектроника» (Санкт – Петербург). Компания располагает несколькими ростовыми установками для создания полупроводниковых материалов.
Созданием конструктивных элементов для импортных светодиодов, например, конструкции корпуса, позволяющих использовать почти 100 % излучения кристалла, занимается фирма «Белый свет».
Большинство компаний, занимающихся светодиодной оптикой, расположены в США, Италии и Великобритании и др. странах. В их числе: Cree, Ledil, Polymer Optics Ltd., Shenzhen Baikang Optical, Fraen Srl [2], Khatod Optoelectronics, L2Optics, Polymer Optics. Они выпускают широкий спектр оптических систем, которые согласуются с изделиями ведущих производителей светодиодов.
Светодиодные системы применяются в освещении как общественных, так и жилых помещений [3]. В состав светодиодных систем входят практически все направления разработок и производства СДИО. Хорошим примером является совмещение осветительных устройств на светодиодах с системой управления [4, 6].
Производства данного вида продукции мало, хотя прямые затраты на изготовление интеллектуальных СДИО небольшие, но необходима разработка новых электрических схем, которые бы обеспечивали соответствие всем предъявляемым требованиям и прежде всего по электромагнитной совместимости.
Ясно, что, в дальнейшем, отрасль будет развиваться, активность компаний - расти. Несомненно, что без развития производства отечественных комплектующих и интеллектуальных светильников темпы освоения рынка освещения СДИО будут ниже желаемых.
Литература:
- Полищук: Вопросы выбора мощных светодиодных ламп для светотехнических применений, Современная электроника, № 1, с. 20 – 23 (2006).
- www.fraensrl.com/prodinfo.html.
- Д. Фиалковский: Системы освещения на основе светодиодов вытеснят все существующие виды ламп, Эксперт Северо – Запад, №12, (360)/ 24 марта 2008.
- Е.Э. Газиева, А.А. Вилисов, Д.Ю. Пелявин, В.И. Юрченко, «Адаптивная система управления освещением на основе полупроводниковых источников света», «Известие вузов. Физика», 9/3, с. 132 – 133, 2008г.
- http://ledcommunity.ru
- В.С. Лукаш, В.И. Юрченко, В.Ю. Яковлев. Гибридно-интегральные полупроводниковые излучатели с задаваемым светораспределением. 4-ая международная светотехническая конференция 19-20 июня 2000 г., г. Вологда.
- В.С. Лукаш, В.И. Юрченко, С.В. Трофимов. “Цветные источники света на основе полупроводниковых излучающих элементов”. Электрон. промышленность, 1998, №4,с.185-187.
- В.И. Юрченко, А.А. Ушеренко, В.С. Лукаш. Светотехнические полупроводниковые устройства с питанием от солнечных батарей. - Тезисы 1ой Межотраслевой научно-практической конференции по Солнечной энергетике. 1995, Санк-Петербург, стр.52.
- В.И. Юрченко, И.П. Денисов, В.С. Лукаш, В.Ю. Яковлев Полупроводниковые источники света для сигнальных устройств железнодорожного транспорта. Электронная промышленность №2-3, 2002 г., стр.193-195.
- Екатерина Газиева., Николай Бакин, Василий Юрченко, ОАО НИИ ПП, г. Томск
