Достоинства и недостатки светодиодного освещения

Технические науки/5. Энергетика

К.т.н. Занина И.А., Соколовская О.В.

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, Россия

Достоинства и недостатки светодиодного освещения

В настоящее время внимание общественности направлено на такие важные темы, как устойчивое развитие, защита окружающей среды и минимизация вредного воздействия жизнедеятельности человека на экологическую ситуацию, снижение энергоемкости экономики. Недавно принятые законы и инициативы правительства России направлены на повышение энергоэффективности и снижение энергоемкости российской экономики. На заседании «Круглого стола» по развитию светодиодной промышленности, которое состоялось 28.04.2010 г. в Москве, отмечено, что ежегодно в мире на оплату освещения расходуется более 600 млрд. рублей. При этом 52% вырабатываемого светового потока приходится на лампы накаливания. Закон о лампах накаливания приведет к полному запрету на их продажу к 2014 году, как одного из самых неэффективных источников света. Модернизация освещения направлена на использование инновационных источников света вместо традиционных, что позволит уменьшить энергоемкость российской экономики на 40% к 2020 г.

Все эти мероприятия стимулируют научные исследования, конструкторские разработки и производство альтернативных источников света. Светодиодные лампы - одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использовании светодиодов в качестве источника света. Следует отметить основные преимущества светодиодных ламп в сравнении с другими типами ламп:

Во-первых, они экономично используют электроэнергию по сравнению с традиционными лампами накаливания. Так, световая отдача светодиодных ламп уличного освещения с резонансным источником питания достигает 132 лм/ Вт и сравнима с отдачей натриевых газоразрядных ламп (150-220 лм/ Вт). Обычные лампы накаливания имеют световую отдачу 10-30 лм/Вт, включая галогенные, люминесцентные лампы - 80-100 лм/Вт.

Во-вторых, их срок службы в 30 раз больше по сравнению с лампами накаливания и в 4-6 раз больше, чем у большинства люминесцентных ламп.

Следующим достоинством является возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров (как в случае ламп накаливания). Так же преимуществом является безопасность использования и малые размеры. Достоинством, учитывающим экологический аспект светодиодного освещения, является отсутствие ртутных паров (в отличие от газоразрядных люминесцентных ламп и других приборов), что исключает отравление ртутью при переработке и при эксплуатации. Значительно снижает класс опасности электронных отходов.

Также следует отметить малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, незначительное тепловыделение (для маломощных устройств).

Другим достоинством светодиодных ламп является то, что с прогревом потребляемая мощность падает до 30 % при сохранении яркости, это обусловлено уменьшением падения напряжения на светодиоде с прогревом, в отличие от люминесцентных ламп, у которых с прогревом потребляемая мощность увеличивается. Конструктивным достоинством является их высокая прочность. Среди производителей именно светодиодные лампы считаются наиболее функционально-перспективным направлением как с точки зрения энергоэффективности, так и затратности и практического применения.

Однако можно отметить следующие недостатки светодиодных источников света. Основной недостаток-это высокая цена. Отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодных ламп в 50 – 100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания. Другой недостаток – это низкая предельная температура. Мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они имеют слишком малую площадь поверхности) и не могут при заданной допустимой температуре кристалла рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп накаливания). Осветительный светодиод мощностью 10 Вт требует пассивный радиатор размером как у микропроцессора Pentium 4 без вентилятора (эксперимент со светодиодом 2009-го года выпуска). Такой большой радиатор не только удорожает конструкцию, но и с трудом может быть вписан в формат бытовых осветительных приборов. Нагрев светодиода выше приблизительно 50°C приводит к быстрой его деградации, что снижает светоотдачу и срок службы.

Следующим недостатком можно отметить высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора.

Также можно отметить, что для питания светодиода от сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что увеличивает объём светильника, а его наличие снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно. Такой подход может увеличить пульсации света вплоть до 100%, а также сильно снизить срок службы светодиодов и изделия в целом.

Немецкие специалисты в процессе тестирования обнаружили, что реальный средний срок службы светодиодных ламп для напряжения 220-240 В оказался около 1000 часов против заявляемых производителями 50000 часов. Дешёвые массовые светодиоды имеют светоотдачу всего 60-100 лм/Вт. Следует отметить также, что спектр излучения светодиодных ламп отличается от солнечного, хотя и в меньшей степени, чем у люминесцентных ламп. По спектру и индексу цветопередачи светодиодный свет ближе к солнечному. Одним из недостатков применения светодиодных ламп является отсутствие санитарно - гигиенических нормативов и норм проектирования светодиодного освещения для различных областей, так как недостаточно исследовано влияние данного типа освещения на психофизиологическое состояние человека и на фоторецепторы сетчатки глаза. Освещение необходимо рассматривать не только с точки зрения его непосредственного предназначения, но и как форму излучения, воздействующего на человека. Видимый свет, будучи слишком ярким или длительно действующим, способен оказать повреждающее действие на глаз. Для человека эта проблема становится все более актуальной в связи с появлением освещения, имеющей мощное и концентрированное световое излучение. Работы в области офтальмологии и гигиены глаза последнего времени показали, что фотоповреждение может приводить к дегенерации клеточных элементов сетчатки, в первую очередь ее рецепторов и клеток пигментного эпителия. Наиболее подвержены повреждению фоторецепторные клетки сетчатки - палочки и колбочки. Так, через сутки после достаточно длительного действия на крыс света умеренной интенсивности наблюдали выраженные патологические изменения фоторецепторов. Т.о. требуется пересмотр некоторых светотехнических норм для людей, профессиональная деятельность которых связана или с длительной работой при повышенной освещенности, или с интенсивными вспышками света.

Выбор оборудования для освещения должен производиться с обязательным учетом не только технических параметров, но и его физиологического эффекта на организм человека.

Современные светодиодные лампы отличаются высокими техническими характеристиками яркости и эффективности преобразования электрической энергии в световую. А также значительным внешним квантовым выходом излучения (до 45% в инфракрасном диапазоне); быстродействием (до единиц наносекунд); надежностью и большим сроком службы (до сотен тыс. часов). Поэтому они имеют обширные и многообразные области применения.

Литература:

2. http://www.gidrolux.ru/