Світлодіодна лампа і застосування Led освітлення

Стисло: світлодіодна лампа являє собою набір світлодіодів і живлячий контур для перетворення мережевої енергії в постійний струм низької напруги. Їх термін служби і електричний ККД в рази краще, ніж у звичайних ламп розжарювання і більшості люмінесцентних ламп. З виходом LED освітлення на комерційні рейки, ринок цієї технології стрімко зростає з прискоренням близько 25% на рік, що говорить про незаперечний успіх, затребуваності і перспективі даного напрямку. Успіху впровадження даної технології активно сприяють світові тенденції щодо розвитку енергозберігаючих технологій та актуальні для вирішення екологічні проблеми.

В порівнянні з люмінесцентними лампами, світлодіоди, як і звичайні лампи розжарювання, приходять до повної яскравості без необхідності "розігріву" і затримок у часі. На тривалість їх функціонування, а відповідно і термін життя, по відношенню до флуоресцентних освітлювальних приладів, не так значно впливає часті включення або виключення. І не дивлячись на те, що первісна вартість світлодіодних ламп, як правило вище, їх термін експлуатації, деградація матеріалів світлодіодних елементів, зменшення світлового потоку з плином часу, знаходяться в найбільш вигідною зоні для економного практичного застосування.

Завдяки проведеним дослідженням з сфері розробки органічних світлодіодів (OLED) та застосування полімерних світлодіодів (PLED), їх вартість і витрати на їх виробництво постійно скорочуються, що впливає на зменшення їх кінцевої ціни в роздрібних мережах, це також один з елементів, супутній успіху даного продукту лінійки напівпровідникових приладів.

Виготовляють світлодіодні лампи з такого розрахунку, щоб забезпечити їх повну сумісність і заміну для звичайних ламп розжарювання або люмінесцентних ламп. Упаковка лампи може містити інформацію про потужності світлового потоку, енергоспоживанні в ватах, колірну температуру в градусах Кельвіна або опис (наприклад, "теплий білий"), діапазон робочих температур, а іноді й еквівалентну потужність в порівнянні із звичайною лампою розжарювання аналогічної світлової потужності. Так як світлодіоди, в силу їх конструкційних особливостей не випромінюють світло у всіх напрямках, їх характеристики спрямованості впливають на дизайн ламп що випускаються у продаж. Світловітдача одиночних світлодіодів дещо менше, ніж у ламп розжарювання і компактних люмінесцентних ламп, тому в більшості випадків для формування лампи використовується декілька світлодіодів. Це дозволяє забезпечити достатнє розсіювання і необхідну потужність світлового потоку. Вплив високої температури на світлодіоди - несприятливий фактор. Як правило пристрій оснащується радіатором або ребрами охолодження, для відводу зайвої теплової енергії від його тепловидільних елементів.

Як джерело світла використовують не тільки форму звичайного лампового виконання, а й світлодіодні світильники, стрічки, індивідуальні дизайнерські рішення та розробки, які можуть застосуються як в побутових умовах, так і для промисловості або організації вуличного освітлення. Варто окремо відзначити, що світлодіодна лампа є практично одним із найбільш вдалих екологічно чистих джерел світла та не містять ртутьвмісних речовин, які використовуються в деяких видах енергозберігаючих ламп. Світлодіодні лампи не становлять небезпеки хімічного зараження у випадках виходу з ладу або руйнування, легко змінюються.

Світлодіодний світильник являє собою окремий і самостійний пристрій. Його корпус найчастіше індивідуальний по дизайну і спеціально спроектований під різні світлодіодні джерела освітлення. Його конструкція складається з корпусу, набору світлодіодних джерел світла та перетворювача живлення, розрахованого на живлення від мережі. Часто світлодіодними світильниками називають звичайні традиційні світильники, в яких встановлені змінні світлодіодні лампи, але це неправильно, оскільки у спеціально спроектованих пристроїв більш продумана надійність і краще параметри енергоефективності. Світильники з використанням світлодіодних елементів застосовуються для місцевого або формування спрямованого освітлення.

Їх явна перевага, як і помічалося раніше: досить низьке енергоспоживання, тривалий термін служби, який коливається в межах від 30000 до 50000 (в інших випадках і більше) годин, зручність і простота в установці, значно нижча температура елементів корпусу в порівнянні з аналогічними пристроями на звичайних лампах розжарювання і рівній яскравості. Позитивним моментом є досить висока механічна міцність, а також невеликі габарити пристрою. Істотний недолік - високі ціни на кінцевий продукт. Позитивний момент - високий ступінь ремонтопридатності (при виході з ладу будь-якого з елементів пристрою, подібні агрегати найчастіше підлягають ремонту шляхом заміни на аналогічний елемент). Недоліки у високих цінах на пристрій, в переважній більшості компенсуються значною економією споживаної електроенергії і економією на поточному обслуговуванні або замінах ламп, що актуально і все частіше використовується для організації вуличного освітлення.

За типами ці світильники можна розподілити умовно на три групи:

1 - світлодіодні світильники для архітектурного освітлення, для освітлення вулиць або парків, доріг, рекламних вивісок і бігбордів. Конструкція подібних світильників виконується в достатньо захищеному від пилу і вологи корпусі, а сам корпус може виконувати роль тепловідводного елемента і, як правило, виготовляється з матеріалів, які добре проводять тепло.

2 - пристрої для використання у виробничих цілях, офісах та житлово комунальному господарстві. До даних пристроїв зазвичай пред'являються підвищені вимоги. Це стосується стабільності і якості освітлення, точності перенесення кольорів і умовам практичної експлуатації. Пристрої частіше виробляються в корпусах з антивандальним виконанням (захищає від несанкціонованого розкриття), комплектуються спеціальними саморізами для кріплення і викруткою. Рассіюватель світлового пучка у подібних світильників зазвичай виконується з полікарбонату, міцність якого в десятки разів може перевищувати міцність звичайного традиційного скла.

3 - світильники для використання в побутових умовах. Вони, як правило, невисокої потужності (акцент зроблений на ефект енергозбереження), однак повинні задовольняти в дизайнерському і ергономічному відношенні численним вимогам до стабільності, електробезпеки та якості освітлення. Чи не немаловажним моментом є вимоги до забезпечення пожежобезпеки і зовнішнього вигляду. Такі світильники комплектуються змінними лампами і добре підходять до будь-якого інтер'єру. В силу того, що спектр світлодіодних ламп не містить ультрафіолетової складової, їх активно застосовують не тільки в побуті, але і для організації освітлення в музеях, ресторанах, барах та інших приміщеннях.

Світлодіодні світильники прекрасно пристосовані і можуть бути включені в системи автоматичного управління освітленням в громадських місцях, житлових будинках комунального господарства, на виробничих підприємствах і в офісних, складських та інших приміщеннях. Їх починають широко використовувати на сходових клітках і маршах під'їздів, в коридорах і переходах, на під'їзних козирках і вхідних тамбурах, на горищних приміщеннях і в підвалах, а також у ліфтах і на ліфтових площадках, в господарських кімнатах і підсобних приміщеннях, для освітлення предпод'ездних територій , підземних автостоянок, а також інших другорядних приміщень, які потребують догляду і використання освітлення. Економічний ефект від використання світильників на основі світлодіода збільшується в кожним роком експлуатації та оптимальний при використанні автоматичних систем управління освітленням, датчиків присутності і аналогічних пристроїв.

Подібного роду світильник повинен задовольняти багатьом критеріям, адже його застосування для освітлення доріг, парків та вулиць, налаштовує на використання в самих екстремальних польових умовах. Головні особливості, які рекомендується враховувати:

1. Достатня економія електроенергії. Вуличні світильники розраховуються на освітлення великих територій. Основний критерій, щоб максимальна частина випромінюваного світла проектувалася і спрямовувалася на конкретну освітлювану площину з хорошим розсіюванням. Конструкції в виконаннях переважно випромінювання прямого світла найбільш задовольняють цим вимогам. Це дозволяє отримати хорошу економію дорогої електроенергії навіть у порівнянні з аналогами застосування газорозрядних ламп високого тиску і натрієвих ламп.

2. Забезпечення гарної міцності конструкції світильника і його захищеність від впливу зовнішнього навколишнього середовища. Корпус пристрою має бути сконструйований таким чином, щоб звичайнє для вуличних світильників сміття, комахи і вода не скупчувалися на поверхні приладу, погіршуючи його прозорість і охолоджуючу здатність, зберігаючи ці характеристики протягом максимального строку експлуатації.

3. Хороші параметри передачі кольору. Даний критерій властивий для пристроїв світлодіодних джерел освітлення в більшості випадків, однак можливість підбору індексу передачі кольору і колірного відтінку має бути присутня при виборі конкретного світильника для певних споживачем потреб.

4. Термін експлуатації світильників на основі світлодіодних ламп в значній мірі перевищує термін служби звичайних традиційних вуличних світильників. Адже світлодіодні елементи чутливі до підвищеної температури, особливо в літній період. При недостатньому тепловідведенні, на жаль, термін служби пристрою може бути помітно знижений.

5. Рівномірний розподіл освітлення повинно безпосередньо враховуватися в конструкції світильника і забезпечувати необхідні діаграми спрямованості для подібних приладів та світильників з прямим світлом.

6. Вартість готового світлодіодного світильника. Цей параметр часто значно вище аналогічної ціни традиційних освітлювальних приладів. При задовільних критеріях конструкції і правильному встановленні освітлювального приладу, економія відбувається за рахунок скорочень витрат на дороге обслуговування (т. к. для заміни та обслуговування традиційних вуличних ламп необхідно використання дорогої спецтехніки та обладнання) і відповідно за рахунок скорочення витрат по рахунках за використання електричних мереж.

Дані освітлювальні прилади, як правило вимагають додаткової установки у вже існуючий світильник, який конструкційно може призначатися як для установки звичайних змінних ламп розжарювання, так і світлодіодних ламп з відповідними параметрами посадкового місця і габаритів. Можливо подібний світильник потребує деякого доопрацювання. Сучасні світлодіодні лампи в даний час випускаються практично під всі стандартні типи цоколів. Потужність світлодіодних ламп для побутового використання буває в межах до 40 Вт. Параметри продуктивності, передачі кольору та відповідності потужності вказуються на упаковці. Термін їх служби значно перевищував аналоги звичайних ламп розжарювання.

В 2008-му році компанія Sentry Equipment Corporation, штат Вісконсін, США, в ході будівництва свого нового підприємства вирішила повністю відмовитися від традиційних ламп розжарювання і оснастити всі свої освітлювальні прилади виключно світлодіодами. Первісна вартість проекту склала суму, яка була в три рази більше, ніж подібне рішення на звичайних традиційних і люмінесцентних лампах. В процесі експлуатації витрачена сума окупилася протягом двох років тільки за рахунок економії електроенергії. Використані в проекті лампи не найсучасніші, проте їх орієнтовний термін служби складає близько 20 років, до того ж враховується явна економія на скороченні замін та обслуговуванні під час всього терміну служби. Це дозволило підприємству істотно економити на оплаті споживаної електроенергії і знизити витрати на основний продукт, що дозволило стати більш конкурентноспроможними і мати більш стійкі позиції в своєму сегменті.

В 2009-му році індійская IT-компанія Manapakkam, вирішила обладнати свої офіси, площею в 5300м2 джерелами світлодіодного освітлення і витратила на це близько $ 80 000. Фірма очікує, що нове освітлення, окупить себе у повному обсязі протягом 5 років, далі очікується пряма вигода. Також в 2009-му році у Фінляндії було вирішено оснастити велику Різдвяну ялинку, яка стоїть перед знаменитим собором Turku світлодіодними лампами в кількості 710 шт., кожна з яких потужністю по 2Вт. Фахівці порахували, що ці світлодіодні лампи, окупляться міському бюджету за три з половиною роки, хоча освітлення на цій Різдвяній ялинці працює тільки 48 днів у році. В цьому ж році в Португалії, м. Авейру, на нову магістраль (A29) вийшли перші зразки європейського громадського транспорту, оснащеного виключно елементами світлодіодних освітлювальних приладів салону і зовнішнього освітлення.

До 2010 року масовість використання приладів з застосуванням світлодіодного освітлення для комерційних та громадських цілей виросла в значній мірі. Світлодіодні лампи активно стали застосовуватися для цілого ряду демонстраційних проектів, в зовнішньому освітленні і в світлодіодних вуличних ліхтарях, світлофорах і муніципальних проектах освітлення.

Проведені в Мадридському університеті відповідні тести показують, що тривалий вплив хвиль короткого спектра LED підсвічування (синя смуга), потенціольно може привести до пошкодження пігментних епітеліальних клітин сітківки ока. Досліди були проведені в умовах, еквівалентних прямому перегляду джерела світлодіодного освітлення потужністю 100 ват на відстані від джерела розжарювання від 20 см протягом 12 годин. Дослідники говорять, що додаткове тестування допоможе більш точно з'ясувати, яка інтенсивність, довжина хвилі, і час експозиції світлодіодних освітлювальних приладів безпосередньо на сітківку ока згубні для тканин сітківки, однак це не йде ні в яке порівняння з подібним ефектом від звичайної лампи розжарювання, де небезпека ураження набагато вище і ширше.