Светодиодные лампы - лампы будущего!

Лампы накаливания

В быту традиционно наиболее распространены лампы накаливания, в которых свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током. В бытовых осветительных приборах применяются лампы накаливания мощностью от 15 до 300 Вт, рассчитанные на напряжение 220 или 127 В. Срок службы ламп накаливания любого назначения около 750 -1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких-то причин является повышенным или время от времени повышается даже на короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. С учетом этих обстоятельств, промышленность выпускает, наряду с обычными, также лампы, рассчитанные на повышенное напряжение. Его величина тоже указывается на колбе лампы, например, 235—245 В.

Достоинства лампы накаливания :

Низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования

Компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока

Надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход

К недостаткам , способным при некоторых обстоятельствах "перевесить" достоинства, относятся:

Низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% - в тепло

Высокая рабочая температура

Заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания

Недолговечность

Люминесцентные лампы

Применяются для освещения общественных и производственных помещений, таких, как медицинские, образовательные учреждения, вокзалы, учреждения, цеха и т.д.

Достоинства люминесцентных ламп:

Высокая световая отдача (до 80 лм/Вт)

Более длительный период использования.

Недостатки люминесцентных ламп:

Относительная громоздкость

Необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (стартере и дросселе)

Чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься)

Наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми (100 раз в секунду) не уловимыми для глаза миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприятия скорости движения предметов, вызываются неприятные ощущения.

При неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве) люминесцентные лампы становятся источниками помех для радиоприемников и телевизоров

Обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования.

Ну, а что же такое светодиод?

Наверняка в сознании многих светодиод ассоциируется с « а, эта лампочка которая мигает в моей флэшкарте» или «инфракрасный излучатель в TV -пульте». Все эти ассоциации верны, однако на сегодняшний день светодиод ушел далеко вперед, и может предложить нечто большее!

Светодиод (СИД, LED ) - это полупроводник. Его принцип работы основан на явлении электролюминесценции-холодного свечения возникающего при протекании тока. Состав материалов, определяет тип излучения.

К преимуществам светодиодов можно отнести:

. низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания

Долгий срок службы - от 50 000 100 000 часов

Высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость

Чистота и разнообразие цветов, направленность излучения

Регулируемая интенсивность

Низкое рабочее напряжение

Экологическая и противопожарная безопасность.

Почти не нагреваются.

Недостатки:

Более высокая стоимость по сравнению с другими источниками освещения. Однако надо понимать, что вышеуказанные достоинства с лихвой оправдывают вложенные затраты.

Таким образом, систематизируем результаты проведенного сравнительного анализа по следующим критериям:

Таблица 1. Сравнение различных типов освещения по базовым характеристикам

Главными условиями новых источников являются небольшой размер ламп, долговечность и низкое энергопотребление. Именно светодиоды, отвечающие всем этим требованиям, считаются основным претендентом на замену лампам накаливания и люминесцентным. В то время, как все существующие на сегодняшний день источники освещения достигли своей максимальной световой эффективности, светодиоды приблизились только к 10% своих возможностей.

Основными преимуществами светодиодов перед лампами накаливания является долгий срок службы, более высокий световой выход, безопасность, отсутствие нагревания. Светодиоды испускают чистый белый свет, в то время как лампы накаливания излучают и в инфракрасном спектре. Почти 95% электричества, потребляемого лампами накаливания, уходит в тепло, поэтому для помещений, в которых используется большое количество ламп накаливания, требуется проводить дополнительные работы по кондиционированию и охлаждению воздуха. Лампы накаливания потребляют на 80% больше электроэнергии, чем светодиоды, для них требуется высокое напряжение.

Сравнивая светодиоды с люминесцентными лампами нельзя говорить однозначно о преимуществе первых. На сегодняшний момент световая эффективность белых светодиодов вдвое меньше, чем у люминесцентных ламп, а цена - выше. Здесь в первую очередь следует учитывать тот факт, что для большинства случаев, где применяются в настоящее время люминесцентные лампы, по техническим показаниям и условиям эксплуатации выгоднее и безопаснее использовать именно светодиодное освещение. К примеру, в угледобывающих шахтах используются так называемые "взрывобезопасные" люминесцентные лампы, которые работают от напряжения в 127 В. Если происходит бросок напряжения (рядовой случай для забоев и шахт), люминесцентная лампа гаснет немедленно. Точно так же ведут себя лампы при любом отклонении от норм эксплуатации - при тряске или понижении температуры воздуха.

Кроме того, использованные люминесцентные лампы после завершения срока эксплуатации должны быть подвергнуты обязательной утилизации, как ртутьсодержащие отходы (РСО). Для справки: ежегодно в России на 1 млн. населения приходится около 80000 отработанных люминесцентных ламп (или 16 тонн РСО). Стоимость утилизации 1 т РСО составляет 300 долларов США. Нетрудно подсчитать, что ежегодные расходы только на утилизацию люминесцентных ламп для России должны составлять сумму порядка 700 000 долларов.

На практике срок службы люминесцентных ламп и особенно ламп накаливания оказывается короче срока, указанного изготовителем. Это объясняется тем, что зачастую условия их эксплуатации не соответствуют нормативам - если меняется напряжение в сети или температура окружающего воздуха, либо же осветительные приборы подвергаются неожиданным механическим воздействиям, лампы перегорают или бьются гораздо чаще, чем можно предполагать. Светодиоды, как твердотелые источники света, не содержат стекла, нитей накаливания или сменных деталей, их невозможно разбить, и они не чувствительны к перепадам напряжения в электросетях.

Немного истории. Искусственное освещение.

Назначение искусственного освещения

Создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошее самочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения.

История искусственного освещения началась тогда, когда человек стал использовать огонь. Костер, факел и лучина стали первыми искусственными источниками света. Затем появились масляные лампы и свечи. В начале XIX века научились выделять газ и очищенные нефтепродукты, появилась керосиновая лампа, которая используется по сегодняшний день.

Сегодня редкий человек знает о заводах, производивших светильный газ. Газ получали при нагревании каменного угля в ретортах. Реторты - это большие металлические или глиняные полые сосуды, которые наполняли углем и нагревали в печи. Выделившийся газ очищали и собирали в сооружениях для хранения светильного газа - газгольдерах.

Более ста лет назад, в 1838 году, "Общество освещения газом Санкт-Петербурга" построило первый газовый завод. К концу XIX века почти во всех крупных городах России появились газгольдеры. Газом освещали улицы, железнодорожные станции, предприятия, театры и жилые дома. В Киеве инженером А.Е. Струве газовое освещение было устроено в 1872 году.

Создание электрогенераторов постоянного тока с приводом от паровой машины позволило широко использовать возможности электричества.

Кто придумал лампочку?

Изобретателем электрической лампочки накаливания считают русского электротехника А.Н.Лодыгина. В 1872 году он продемонстрировал образец лампы накаливания с угольной нитью и получил привилегию (патент) №1847.
В то же время, другой изобретатель электрической лампочки, по другую сторону Атлантики, впервые задумался об использовании электрического освещения, когда газовая компания отключила газ в его мастерской за неуплату. Его имя - Томас Алва Эдисон. На Всемирной выставке в 1881г. он представил разработанную им систему освещения. Позднее его современник Эмиль Ратенау* так описал свои впечатления: “По тогдашним понятиям гигантский генератор тока, названный “Джумбо”, по своей конструкции и мощности намного уступал современным колоссам. Однако впервые были созданы машины, которые могли претендовать на это название. В центре новой системы находился шедевр - лампа накаливания с угольной нитью. Система освещения Эдисона была настолько продумана до мельчайших деталей и мастерски выполнена, что высказывалось мнение, будто она десятилетиями опробовалась в многочисленных городах”. Следует отметить, что современные лампы с телом накала из спирализованной вольфрамовой проволоки имеют световую отдачу в 8...10 раз выше, чем первые лампы с угольной нитью.

Суд над электролампочкой

Внедрение научно-технических достижений в повседневную практику нередко сталкивалось с таким противодействием, что поборникам нового приходилось порой использовать форму судебного процесса с обвинителями, защитниками и судьями для доказательства преимуществ новой техники. Удивительно, но факт, что с помощью судебного процесса пришлось доказывать широкой публике, казалось бы, очевидные преимущества электрического освещения. Для этого в марте 1879 года английский парламент учредил комиссию, которая должна была положить конец кривотолкам и нелепым слухам, распускавшимся противниками электричества - газовыми компаниями.
Комиссия обладала значительными полномочиями: она имела право вызывать всех свидетелей, каких сочтет нужными, и на тех же правах, на которых их вызывает суд. Дознание производилось так же, как судебное следствие. Ответчиком было электричество.

В приговоре комиссия постановила, что электрический свет вышел из области опытов и проб и ему необходимо предоставить возможность конкуренции с газовым освещением. Комиссия запретила передавать электрическое освещение газовым компаниям, “как некомпетентным в вопросах электротехники”. Что же касается экономичности, то электротехнике предстояло пройти еще длительный путь - к созданию центральных электрических станций, линий электропередачи и распределительных устройств.

Лампа накаливания

Самый распространенный вид лампочек. По мнению специалистов, это обуславливается простотой конструкции и применения, универсальностью и невысокой стоимостью. Лампы накаливания - тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного света преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета. Применяются такие лампы, как правило, в бытовом и декоративном освещении, а также там, где к освещению не предъявляют особых требований, а потребление и срок службы ламп не являются определяющими факторами.

По мнению большинства экспертов, лампы накаливания устарели и являются "вчерашним днем". Коэффициент полезного действия в них составляет только 6-8%, и они в большей степени нагревают, чем освещают (дают 95% тепла и лишь 5% - света). К тому же, такие лампы имеют короткий срок службы (не более 1000 часов) и малую светоотдачу (7-17 лм/Вт).

Галогенные лампы

Это усовершенствованные лампы накаливания. Достоинством галогенных ламп является неизменно яркий свет, прекрасная передача цвета и возможность создания разнообразных световых оттенков. Благодаря добавлению в колбу газов фтора, брома, хлора, йода, уменьшающих количество испарения вольфрама, срок службы лампы увеличился до 2000-5000 часов. Использование специальных фильтров, нанесенных на кварцевое стекло, "останавливает" ультрафиолет, что оберегает освещаемые вещи от выгорания. Дихроичные отражатели отводят тепловое излучение за пределы освещаемой площади. Яркость освещения регулируется с помощью большого ассортимента диаметров отражателей.

Люминесцентная лампа -

газоразрядный источник света низкого давления. Его световой поток определяется свечением люминофора под воздействием ультрафиолетового излучения, которое возникает вследствие электрического разряда.

Преимущества компактных ламп по сравнению с лампами накаливания:

До 80% меньшее потребление тока при том же количестве света;
- люминесцентных ламп: срок службы в 6-15 раз больше по сравнению с обычными лампами накаливания и составляет, соответственно, 6000-15 000 часов в зависимости от типа;
- люминесцентных ламп: меньшие потери на обслуживании за счет длительного времени службы;люминесцентных ламп: возможность выбора цвета свечения.

Компактные люминесцентные лампы имеют универсальное применение и используются во всех сегментах недвижимости. Более того, они экономят больше, чем стоят сами.

Лампы будущего

По мнению большинства специалистов, будущее освещения - за лампами и светильниками на светодиодах. "На данный момент они еще не так востребованы на рынке, как люминесцентные лампы или лампы накаливания, и в основном применяются в архитектурном, ландшафтном и декоративном освещении", - говорит Сергей Бобыкин.

"Особое внимание хотелось уделить светодиодам, продуцирующим большой световой поток, как правило, эти светодиоды с мощностью от 1 Вт до 15 Вт. Данные источники света имеют достаточно большую светоотдачу, приближающуюся уже к значению светоотдачи газоразрядных ламп, большой срок службы, компактные размеры и достаточно большую яркость. Все эти свойства открывают новые возможности применения светодиодов, как для общего, так и для прожекторного освещения", - говорит Вадим Бидненко, технический специалист компании Osram.

Благодаря отсутствию тела накала светодиоды отличаются высоким КПД и большим сроком службы (80 000 - 100 000 часов). Новый источник света излучает свет красного, желтого, белого, голубого или зеленого цвета.

Преимущества светодиодов:

Низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания;
- долгий срок службы - до 100 000 часов;
- высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость;
- чистота и разнообразие цветов, направленность излучения;
- регулируемая интенсивность;
- низкое рабочее напряжение;
- экологическая и противопожарная безопасность. Они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются.

"Светодиоды можно применять для ландшафтной подсветки, интерьера, можно вмонтировать его в брусчатку, асфальт или стену. Это идеальное средство для световой разметки и подсветки дорожек, автомобильных парковок и мест, где замена ламп достаточно трудоемка, например, в подводных светильниках", - говорит Сергей Товстопят.

Светодиоды, или LED (Light Emitting Diodes), а точнее их первые образцы, появились еще в середине прошлого века, но широкий интерес к ним со стороны простых обывателей появился сравнительно недавно. Связано это с тем, что светодиоды постепенно вытесняют привычные для нас искусственные источники света (лампы накаливания, галогенные, люминесцентные лампы и др.). Еще несколько лет назад многие не могли себе представить, что LED-технологии станут частью повседневного быта, и сфера их применения перестанет ограничиваться индикаторами электронных приборов, информационными табло и игрушками.

Причиной растущей популярности является целый ряд преимуществ светодиодов перед остальными источниками света:

• Первый и несомненный плюс - это очень долгий срок службы светодиодов (примерно 50000 часов).
• Низкое энергопотребление по сравнению с другими источниками света.
• Экономическая выгода - результат сочетания долговечности и экономии электроэнергии.
• Высокая светоотдача. Практически всю получаемую энергию светодиод преобразует в свет, в отличие, например, от лампы накаливания, которая при равной мощности дает света меньше, а выделяет тепла в разы больше.

Подвесной светильник со светодиодной матрицей, XAL

• Возможность выбора цветовой температуры светодиода в зависимости от цели освещения: от привычного теплого белого света лампы накаливания (2700-3000К) до холодного белого или дневного света (6500К). Здесь важно обратить внимание на такой параметр как биновка - группировка по длинам волн и цветовой температуре светодиодов. Дело в том, что недобросовестные производители дешевых светодиодных светильников или лент часто не следят за тем, чтобы у всех LED в изделии был одинаковый цветовой бин. Поэтому очень важно при покупке проверить, что светодиоды в светильнике/ленте/лампе не отличаются по цвету или яркости.
• Если стоит задача цветной декоративной подсветки, то RGB светодиоды - лучшее решение, так как количество цветов и сцен освещения ограничивается в этом случае лишь фантазией дизайнера. Они дают возможность организовать подсветку любого из цветов спектра и менять ее с помощью специального контроллера по своему усмотрению.
• Светодиодные светильники можно диммировать (регулировать яркость света).
• Компактность, гибкость и разнообразие модулей LED позволяют реализовывать множество дизайнерских светотехнических решений в самых разных интерьерах.
• Светодиод не нагревается, так как работает на низковольтном напряжении, что обеспечивает высокую степень пожарной безопасности. Благодаря этому свойству LED все чаще используются во встраиваемых в пол светильниках, потому что риск получить ожег, наступив на него босой ногой, сводится к нулю.
• LED устойчивы к механическим повреждениям из-за отсутствия у них хрупких элементов, таких как стеклянная колба или нить накаливания.
• Отсутствие фосфора, ртути и других токсичных элементов позволяет говорить об экологичности и безопасности этого источника света.

И это еще не полный перечень преимуществ светодиодного освещения!

Недостатки светодиодов

В связи с вышеперечисленным, возникает разумный вопрос о минусах и недостатках LED: есть ли подводные камни? На этот вопрос специалисты по освещению отвечают хором: «Цена».

Комментарий профессионала . Екатерина Букина, светодизайнер: «Высокая стоимость - пожалуй, единственный минус. Светодиоды - это почти идеальный источник света».

Безусловно, фактор цены очень важен. С другой стороны, быстрая окупаемость за счет экономии электроэнергии и срока службы светодиодов делает этот минус уже не таким значительным. Сегодня светодиодные технологии шагают семимильными шагами, возрастает конкуренция среди компаний, которые производят светодиодную продукцию, все это, несомненно, приводит к постепенному снижению стоимости. Вполне вероятно, что со временем LED станут более доступны, хотя о снижении цен до уровня ламп накаливания говорить, скорее всего, не приходится.

С помощью светодиодов можно подсветить карниз штор, полки или любую иную конструкцию

Кроме высокой цены, есть еще пара недостатков. Во-первых, светодиод требователен к источнику питания. Необходимость LED-драйвера (блока питания) не только увеличивает стоимость, но и ставит вопрос о том, куда его спрятать, чтобы было и незаметно для глаз, и доступно в случае, если потребуется замена. Многие светотехнические фабрики встраивают блоки питания в корпус светильника, что значительно упрощает подключение и установку.

Во-вторых, несмотря на длительный срок службы, светодиод со временем тускнеет и теряет яркость из-за деградации химических и физических параметров светоизлучающего кристалла. Скорость деградации светодиода напрямую зависит от качества теплоотвода. Поэтому, при покупке светодиодной продукции, стоит обращать внимание не только на цену, но и на производителя: лучше выбрать более дорогого, но проверенного, чтобы избежать ненужных разочарований и дополнительных затрат. Если речь идет о мощных светодиодных лентах, то можно и самостоятельно позаботиться об отводе тепла, например, закрепив ленту на профиль или полоску из алюминия. В остальных случаях все зависит от конструкции светильника и добросовестности производителей.

В-третьих, если светодиод в матрице светильника или в ленте по какой-либо причине перегорел, то заменить его будет очень проблематично, а в большинстве случаев просто невозможно. Однако уже сегодня некоторые светотехнические фабрики заявляют о том, что на случай выхода из строя светодиода у них существуют элементы для замены.

Какими будут светильники будущего , и какую пользу они смогут принести? Предлагаем обзор вероятного развития светодиодных и других технологий для создания систем света.

Как изменится домашнее освещение?

Самыми современными источниками света считаются светодиодные . Однако ученые прогнозируют, что в будущем LED-лампы лишатся цоколей и патронов. В них просто не будет необходимости – светодиоды способны служить долго, а со временем срок их службы будет намного срока эксплуатации светильников.

Кроме того, ожидается еще большее развитие интеллектуальных систем света. Светодиодные лампы будут сигнализировать о возгораниях, аварийных ситуациях, и работать как указатели для эвакуации даже при отключенной электроэнергии. Использование LED-освещения будет актуально для лиц с ограниченными возможностями. Например, человек с нарушениями слуха поймет по световым сигналам о звонке во входную дверь или о необходимости выключить плиту на кухне.

Лампы будущего – какие, кроме светодиодов?

LED-технологии совершили прорыв в освещении. Долговечные, энергоэкономичные и стабильно работающие светодиоды позволили создать новые формы осветительных приборов, а традиционным – обеспечить практичность и долгий срок службы.

Однако лампы будущего – не обязательно светодиодные источники света. Ученые уже объявили о создании углеродных нанотрубок (CNT). Считается, что такие источники будут функциональны и надежны, как светодиодные лампы, но смогут потреблять в 100 раз меньше электроэнергии. Пока новая разработка уступает диодам в яркости, но исследователи уверяют, что со временем этот недостаток будет устранен.

Еще одна технология светильников будущего – электролюминесцентные полимеры (FIPEL). Устройства будут представлять собой пластиковые светильники и лампы, устойчивые к механическим повреждениям и способные работать практически вечно. Достоинства технологии аналогичны со светодиодами – долгий срок службы, малая выработка тепла и отсутствие токсичных веществ. Однако электролюминесцентные полимеры дешевы в производстве, чем светодиоды пока похвастаться не могут.

Будущее светодиодов – что ждать от развития LED-технологий?

Однако большинство производителей склонно делать ставку на LED-технологии. Это подтверждает государственное финансирование программ в этой сфере, утвержденное в разных странах. Например, в США принята программа National Lighting Initiative, на исследования в которой планируется потратить более миллиарда долларов за 11 лет. Главная задача ученых – увеличить производительность белых светодиодов. Исследователи уверены, в будущем светодиоды станут способны создавать поток света в 150 Лм/Вт, а экономия электроэнергии достигнет 1100 ТВт/час ежегодно.

О светодиодных лампах можно сказать как о хорошем, но далеко заброшенном изобретении. Во второй половине 20 столетия ещё не было таких темпов развития технологий, чем в последние 3-5 лет текущего века. Тогда эту находку посчитали непозволительной роскошью для серийного производства, и никто так и не узнал, насколько это выгодный экономически осветительный прибор. При немалых расценках он оправдывает затраты, поскольку даже гарантия на такие лампы предоставляется 2 года, а служат 8-12 лет.

Светодиодные лампы со временем могут заменить обычные лампы накаливания, просто для этого время ещё не пришло. Но, тем не менее, завоёвывают все большую востребованность у покупателей.

Достоинства светодиодных ламп

Энергоэффективность. При мощности лампы в 10 Вт, света в пространство приходит равнозначно мощности 100 Вт. А по продолжительности освещения 50 тыс, часов, тогда как обычная лампочка сгорает через 2-3 месяца. Если пользоваться светодиодной лампой ежедневно 8 часов, то о смене можно забыть на долгие годы.

Приближенность к дневному свету. Не болят глаза. Лампа не мерцает, как неоновая. Нет опасения для здоровья, ввиду отсутствия опасных излучений.

Экономичность. При нагреве лампа отдаёт энергию в свет, и никогда не бывает горячей.

Не взрывается, как обычная лампочка при перепадах напряжения.

Технология использования

Можно купить светодиодную лампу по типу люминисцетной и накаливания, подобрав цоколь. И просто заменить один формат лампы на другой. Мощность у них по диапазону разная - 1-50 Вт. Подбирая лампу, нужно мощность обычность поделить на 8, в остатке получится то, что соответствует светодиодному формату.

Применение светодиодных ламп

Лампы будущего начинают активно шагать в освещении домов, подворий, территории вокруг многоэтажных домов. Ими освещают улицы, парки, автозаправки. Не все устремляются покупать, однако, поскольку дешевой продукцию не назовёшь. Интерес представляют настольные лампы, но даже самая маленькая с небольшим обзором освещения стоит до 400-500 рублей. Что уже говорить о большей мощности. И тем не менее, всё больше граждан понимают - лучше оплатить больше, а потом лет на 10 забыть, нежели покупать обычные лампочки каждые 3-4 месяца.