Новые технологии в освещении. Новые технологии освещения – светодиоды. GaN-светодиоды на GaN-подложках

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.

Эффект от внедрения:
-для объекта : снижение стоимости киловатт/часа за счет снижения омических потерь в проводах;
-для муниципального образования : снижение (в несколько раз) капитальных затрат на прокладку линий электропередач, особенно для кабельных линий; экономия (в несколько раз) цветных металлов; снижение затрат на эксплуатацию; исключение аварий, вследствие отсутствия короткого замыкания в проводах, в том числе и за счет опасных погодных явлений (сильный ветер, наледь и др.); снижение уровня энергопотребления за счет уменьшения потерь энергии в проводах. .
Объекты внедрения: Системы освещения , Промышленность , Насосные станции , Подстанции, электрические сети .

В.М. Угаров, генеральный директор, ЗАО «РезонансЭнерго», г. Москва

Предлагаемое решение

Разработана экономичная пожаробезопасная резонансная система электроосвещения с использованием сверхярких светодиодов и люминесцентных ламп. Однопроводная резонансная высокочастотная электрическая система используется в качестве источника энергии. Использование провода или кабеля с одной тонкой жилой позволяет сократить расход цветных металлов, уменьшить капитальные затраты на осветительные сети, исключить возможность короткого замыкания в линиях и хищение кабелей и проводов. Резонансная система питания может найти применение для экономичного энергосберегающего освещения жилых и производственных зданий, а также для освещения сельских населенных пунктов, дорог и улиц.

Однопроводниковые линии позволяют передать электрическую энергию на б́ольшие расстояния, по сравнению с традиционными, уменьшить потери в линии электропередачи, исключить аварии на линии, связанные с погодными явлениями, получить экономию цветных металлов. От однопроводниковой линии можно питать потребителей от одного генератора, для этого достаточно к линии (3) присоединить обратных преобразователей состоящих из резонансного трансформатора (4), выпрямителя (5) и преобразователя со стандартным выходным напряжением (6) (рис. 1).

Линия электропередачи может быть воздушная, кабельная (проложенная в земле) или может просто лежать на поверхности земли. В качестве воздушной линии можно использовать имеющиеся линии электропередачи.

Система с электропитанием по одному проводу в резонансном режиме предназначена для освещения больших помещений, интерьеров подземных и наземных сооружений, вокзалов, железнодорожных станций, выставочных павильонов, вагонов, освещение жилых, спортивных, промышленных, железнодорожных и сельскохозяйственных объектов и помещений, удаленных улиц и железнодорожных станций.

Использование одиночного проводника в качестве волновода для передачи электромагнитной энергии на высокой частоте основаны на свойстве разомкнутой линии индуцировать на поверхности проводника электрические заряды, благодаря которым осуществляется передача электрической энергии.

Традиционная система уличного (рис. 2) освещения большой протяженностью состоит из 3-х фазной высоковольтной линии электропередачи (1) напряжением 6-10 кВ, нескольких трансформаторных подстанций (2) 6-10/0,4 кВ, участков 3-х фазной низковольтной линии (3) протяженностью до 2-3 км и фонарей на газоразрядных лампах с дроссельным питанием. Дроссельное питание, как правило, имеет cosφ равный 0,4-0,55, что увеличивает потребляемый ток в трансформаторах и линии электропередачи, что в свою очередь требует увеличение сечения проводов или установки индивидуальных компенсаторов реактивной мощности.

Таким образом, параллельно линии освещения должны быть протянуты 6 силовых проводов (3-высоковольтных и 3 низковольтных), не считая нулевых и заземляющих.

Резонансная система уличного освещения (рис. 3) состоит из одной трансформаторной подстанции (5) 6-10/0,4-0,6 кВ, преобразователя частоты (6), резонансного трансформатора (7), однопроводниковой линии (8) и фонарей (9) с обратными преобразователями.

Система работает следующим образом. Напряжение источника электрической энергии, подводимое к преобразователю напряжения, преобразуется в повышенное напряжение высокой частоты, и подается на однопроводную линию. К однопроводной линии подсоединены фонари. Лампы могут быть применены компактные люминесцентные или светодиодные.

Например, для линии освещения со стандартной системой питания мощностью 20 кВт, протяженностью 6 км, необходимо:

• 3-х фазная линия электропередачи с напряжением 6-10 кВ, длиной 3 км с минимальным сечением 70 кв.мм х 3 (на отпайках, в линиях 6-10 кВ, допускается минимальное сечение 35 мм2);
• трансформаторная подстанция 6-10/0,4, мощностью 25 кВа (при cosφ=0,9);
• две 3-х фазные низковольтные линии электропередачи с напряжением 0,4 кВ, длиной 3000 м, сечением 150 кв.мм х 3, при потерях напряжения до 8 %;
• фонари с дроссельным балластом (0,9 кг меди в каждом) и компенсаторами реактивной мощности;
• натриевые или дуговые ртутные лампы.

Для линии освещения с резонансным питанием мощностью 20 кВт, протяженностью 6 км, необходимо:

• трансформатор 6-10/0.4-0.66, мощностью 25 кВА (при cosφ=0,9 и кпд преобразователя 0,9);
• преобразователь частоты мощностью 20 кВт;
• резонансный трансформатор (10 кг меди);
• однопроводниковая линия электропередачи длиной 6 км, сечением 6мм2;
• фонари с обратными преобразователями и электронными балластами (0,12 кг меди);
• светодиодные или компактные люминесцентные лампы.

Система электроосвещения прошла апробацию на молодежном форумах «Селигер-2006» и «Селигер-2007» (рис. 4), показывалась на выставках «Архимед-2007», «Архимед-2008», Золотая Осень 2008 и др.

Во всероссийском научно-исследова-тельском светотехническом институте (ВНИСИ) разработана и запатентована система электрического освещения на основе светодиодных ламп с питанием от резонансной однопроводниковой линии.

Преимущества

Преимущества резонансных систем светодиодного освещения:

• передача электрической энергии на большие расстояния без применения трансформаторных подстанций;
• снижение капитальных затрат на электроснабжение;
• уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии;
• исключение аварий на линии, связанных с погодными явлениями;
• принципиальное отсутствие коротких замыканий в проводах;
• получение экономии цветных металлов;
• улучшенная цветопередача;
• экономия электроэнергии;
• высокой срок службы - до 100 тыс. ч;
• возможность плавного регулирования яркости.

Опыт внедрения

На основе апробации данной системы в птичнике ГУП ППЗ «Птичное» Россельхозакадемии (рис. 5) установлено:

• в настоящее время клетки размером 1м х 2м при двух ярусном расположении освещаются двумя лампами накаливания мощностью по 60 Вт итого 120 Вт, данная система не позволяет равномерно освещать клетки всех ярусов (нижние клетки освещены хуже, 5 лк против 15 лк), таким образом, для освещения одной клетки при двух ярусной конструкции расходуется 40 Вт;
• на одну птицеклетку размером 1м х 2 м достаточно 2-х светодиодных ламп мощностью по 1 Вт и одну светодиодную лампу мощностью 1 Вт для освещения прохода обслуживающего персонала, таким образом, для освещения одной клетки при двух ярусной конструкции расходуется 2,5 Вт;
• светодиоды обеспечивают равномерное освещение внутри клетки независимо от яруса расположения клетки;
• резонансная система электрического освещения на основе светодиодных ламп позволяет изготавливать регулируемое освещение внутри любой клетки в пределах 2-20 лк при неизменном спектре излучения (в то время как при изменении яркости ламп накаливания спектр излучения меняется);
• срок службы светодиодных ламп составляет 50 тыс. ч (при уменьшении светового потока на 20 %), у ламп накаливания до 1 тыс. ч (замена 30% ежемесячно).

Полученные результаты производственной апробации разработанной однопроводной резонансной системы освещения на основе светодиодов с целью замены существующих линий освещения свидетельствуют о высокой эффективности и экономичности.

Нормы освещенности внутри клеток обеспечиваются при монтаже двух светодиодных ламп мощностью по 1 Вт снаружи клетки с разных сторон по диагонали.

Однопроводная резонансная система освещения может быть использована для замены существующей системы освещения.

Литература
1. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи электрической энергии, издание второе. Изд. ВИЭСХ, М., 2008.
2. Стребков Д.С., Юферев Л.Ю., Рощин О.А. Однопроводниковые системы электрического снабжения (освещения). Специализированная выставка «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» Сборник научных трудов и инженерных разработок. Москва 2008. С. 358-362.
3. Стребков Д.С., Некрасов А.И., Юферев Л.Ю., Рощин О.А. Резонансная система электрического освещения. Экология и сельскохозяйственная техника. Материалы 5-й международной научно-практической конференции 15-16 мая 2007 г. Том 3. Экологические аспекты производства продукции животноводства и электротехнологий. С-П 2007. С. 246-250

Интервью с вице-президентом и генеральным менеджером Philips «Световые решения» в России, Беларуси, Украине, Турции, Закавказье и Центральной Азии Габриеляном В.Г.

В чем преимущества светодиодных источников света перед люминесцентными? В чем они проигрывают им?
Светодиоды - одно из наиболее перспективных направлений развития технологий освещения: благодаря их уникальным характеристикам, возможности применения светодиодов практически безграничны. Светодиодные технологии имеют огромный потенциал для будущего индустрии освещения.
Если мы сравниваем светодиодные лампы и компактные люминесцентные, то основные преимущества первых следующие:

• отсутствие ртути,
• без ИК и УФ излучений,
• решение проблемы теплового излучения,
• более долгий срок службы - до 45 тыс. ч.

На данный момент перед специалистами светотехнической индустрии стоят две ключевые задачи. Во-первых, необходимо снизить себестоимость светодиодов, чтобы уменьшить цену для конечных потребителей. Сегодня на их покупку необходимо потратить порядка 1000 руб., в то время как лампы накаливания стоят около 10 руб., а компактные люминесцентные лампы - 150 руб. Во-вторых, предстоит увеличить количество света на 1 Вт потребляемой энергии. Сегодня на рынке присутствуют аналоги лампы накаливания 40 Вт, в конце года наша компания представит на российском рынке аналог ЛОН 60 Вт (потребляет 12 Вт).

Как отличить качественные светодиодные источники света от некачественных?
Первым показателем является цена светодиодного изделия - качественные светодиоды не могут стоить дешево в связи с трудоемким процессом производства светодиодных кристаллов.
Процесс создания светодиодного изделия тесно связан с процессом производства самих светодиодных кристаллов, не бывает одинаковых светодиодов, каждый светодиод обладает собственным уровнем яркости и собственным цветом. Для создания качественного светодиодного модуля, который будет содержать наиболее близкие по характеристикам светодиоды, а значит и давать однородный по яркости и цветовой температуре свет, используется огромное количество светодиодных кристаллов. В процессе отбора до 90% светодиодов отбраковывается из-за несоответствия определенным параметрам. Вот почему качественные светодиодные решения имеют цену выше, чем решения на основе низкопробных светодиодов.
Оптическая система светильника также является одним из ключевых моментов. Оптика позволяет правильно распределять свет, тем самым использовать меньшие по мощности источники света. Иногда оптика отсутствует вовсе - что означает неравномерное и небезопасное освещение, а также избыточное энергопотребление. В качественном светодиодном светильнике всегда обязательно должна присутствовать оптическая система, в идеале она должна быть изготовлена из специального стекла. Используемый в большинстве светильников пластик - стареет со временем, быстрее загрязняется, снижая тем самым световой поток светильника. Более того, оптические характеристики пластика значительно хуже чем стекла, он хуже проводит свет и хуже его распределяет.
Также важным фактором является имя производителя - есть признанные игроки светотехнического рынка, в качестве продукции которых можно быть уверенными.

Существует ли такая проблема в светодиодных светильниках как спад освещенности после некоторого срока эксплуатации? Как решается?
Светодиоды, как и все источники света, теряют свой световой поток в течение срока службы, т.е. потребляя одинаковое количество электроэнергии, с течением времени они дают меньше света. Некачественные светодиодные решения теряют значительную часть своего светового потока в первые годы эксплуатации, а к концу срока службы практически не светят.
Очень важно, чтобы производитель говорил о том, насколько сильно снижается световой поток их продукции за заявленный срок службы.

Какова ремонтопригодность светодиодных светильников? Возможны ли ситуации, при которых потребуется ремонт изделия (например, перегорит часть светодиодов или блок питания). Можно ли заменить сломанную деталь на месте или придется отправлять изделие на техническую экспертизу и гарантийный или послегарантийный ремонт продавцу?
В случае возникновения проблем со светодиодным светильником, светильник заменяется целиком или возмещается его стоимость, возможны случаи замены целиком светового модуля. Однако все эти процедуры производятся только после экспертизы светильника на фабрике. В адрес нашей компании высылаются светильники, с которыми есть проблема по качеству или второй вариант - мы просим выслать в наш адрес фотографии и иную техническую документацию. Иногда специалист компании выезжает на объект, если проблема могла возникнуть при неправильном монтаже, подключении, программировании. Во всех случаях компанией будут проводиться необходимые тестирования, на локальном или на международном уровне, для установки причин брака / поломки.
После установки причин компанией предоставляется официальное письмо-объяснение. Если причина поломки в самом светильнике, тогда стоимость брака возмещается в 100% объеме в рамках гарантийного периода.
Аналогично и в случае проблем с ПРА, ПРА заменяется целиком после проведения экспертизы.

Какие предложения уже сейчас существуют на рынке светодиодных технологий? Что уже можно применять?
Светодиодное освещение применяется в различных сферах. Оно преображает офисы, украшает улицы и предлагает энергосберегающие решения для гостиниц.

Светодиоды для магазинов
Поход за покупками - важное мероприятие. Важнейшую роль в особой атмосфере для «шопинга» играет освещение, будь то маленький бутик модной одежды или крупный универмаг. Светодиоды идеально подходят для торговли. Яркие и влекущие, они формируют атмосферу в магазине и буквально манят зайти в магазин. Свет акцентирует внимание на продукте, вызывает к нему интерес, выражает настроение, - идеальная среда.

Светодиоды для офисов
Эффективность труда повышается, если сбалансировать освещение и адаптировать его под конкретную функцию. Блики на мониторе вызывают усталость, снижается концентрация. Светодиодные решения универсальны, например, они способны менять интенсивность света в зависимости от времени суток, - люди чувствуют себя комфортно, работоспособность высока, при этом низкие расходы на электроэнергию и техобслуживание.

Светодиоды для гостиниц
Освещение в гостинице или ресторане - непростая задача. Например, коридоры, вестибюли и стойки регистрации в гостиницах должны освещаться круглосуточно без выходных. Свет должен создавать настроение, передавать атмосферу гостеприимства, комфорта и безопасности для гостей. Вместе с тем, они существенно экономят электроэнергию, требуют минимальное техобслуживание, что значительно снижает текущие расходы.

Светодиоды для наружного освещения
Требования к городскому освещению меняются. Сегодня городам требуется нечто большее, чем просто свет в темноте и безопасность на улицах, его используют, чтобы создать особую атмосферу, преображающую город в темное время суток. Светодиоды - практичное решение для наружного освещения в городах. Они универсальны, позволяя дизайнерам отказаться от традиционного статического освещения и создать гибкие решения для различных погодных условий, украсить город на праздниках. Все это - при несравнимо низких затратах электроэнергии по сравнению с традиционными световыми решениями.

Расскажите, пожалуйста, о проектах, реализованных с использованием светодиодных технологий.
Конюшенный музей, г. Санкт-Петербург
В Конюшенном музее Реставрационно-хранительского центра «Старая деревня» был реализован уникальный для российских музеев проект динамического освещения экспозиции на светодиодном оборудовании. Специально для этого выставочного пространства мы разработали акцентную систему освещения на светодиодных прожекторах, которые способны изменять не только яркость освещения, но и цветовую температуру, создавая сложные световые эффекты.
Попадая в помещение, посетители окунаются в неповторимую атмосферу вечерней улицы XIX века: теплая акцентная подсветка имитирует свет газового уличного фонаря, кружение белых пучков света - вьюгу, а базовое освещение экспозиционного зала точно передает характерный холодноватый свет петербургских белых ночей. Новая система освещения также позволяет создавать световые представления с эффектом движения карет по ночному Петербургу, что делает посещение музея незабываемым.
Все световые решения учитывают особые требования музея и позволяют существенно сократить затраты на поддержание экспозиции за счет экономии электроэнергии, обеспечивая при этом оптимальное освещение выставочных залов.

Гипермаркет «Лента», г. Санкт-Петербург
В мясном отделе было принято решение отказаться от установки прожекторов над холодильными витринами, поскольку это создавало блики. Вместо этого мясные изделия осветили изнутри, встроив светодиодные линейки в корпус холодильных камер.

Медиа-тоннель в Башне «Федерация», г. Москва
Медиа-тоннель в Башне «Федерация» - инновационный, высокотехнологичный и перспективный проект в области автоматизации зданий, реализованный в 2008 г. В рамках проекта была создана концепция и технология подсветки, конструкция из светорассеивающей ткани для создания световых эффектов, смонтировано оборудование для управления светодинамическими эффектами для Медиа-тоннеля, расположенного на -1 этаже, который служит для соединения общей зоны башни с диспетчерской по управлению и службой безопасности здания. При реализации данного проекта компания учла самые важные аспекты: возможность перепрограммирования визуальных эффектов, простое управление программами, учет температурных режимов, расположение вентиляции и проблему энергоэффективности. Этого удалось достичь благодаря использованию самых передовых светодиодных технологий. Для освещения использованы гибкие светодиодные конструкции, которые были встроены по всему периметру тоннеля. Медиа-тоннель в Башне «Федерация» на сегодняшний день является уникальным проектом в России, сочетающим в себе легкость конструкции и высокую технологичность световых решений, которые позволяют воплощать в жизнь самые креативные и технически сложные концепции.

Насколько конкурентоспособны сегодня светодиодные источники света в системах наружного освещения в сравнении с лампами ДРЛ, МГЛ, НЛВД?
В настоящее время уже существуют разумные решения на базе светодиодов для всех областей городского освещения. На прошедшей во Франкфурте-на-Майне ярмарке Light + Building, крупнейшем мероприятии светотехнической отрасли в мире были представлены новые светодиодные решения для уличного освещения - на базе нового высокотехнологичного светодиодного модуля. Данный модуль для уличных светильников создан таким образом, что при необходимости может быть функционально модернизирован согласно новейшим тенденциям в светодиодном освещении, что позволит ему долгое время соответствовать самым высоким техническим стандартам, ведь светодиодные технологии стремительно развиваются и постоянно появляются новые более эффективные решения. Кроме того, светодиодный модуль обеспечивает равномерный белый свет, вследствие чего повышается класс освещения и снижается энергопотребление за счет более четкой видимости. Высококачественная оптическая система новых светильников обеспечивает отсутствие светового загрязнения благодаря точно сформированным углам пучка и плоскому стеклу. Четыре вида сложных оптических систем, каждый из которых используется в зависимости от типа участка применения, гарантируют лучшее светораспределение на улицах, трассах, в центре города и жилых районах.
Несмотря на то, что светодиодные источники света уже практически не уступают самым современным газоразрядным лампам по своим характеристикам, светильники со светодиодными модулями пока не могут считаться эффективной альтернативой светильникам с газоразрядными лампами. Одна из основных причин этому то, что качественный светодиодный светильник такой же мощности, что и с газоразрядной лампой, стоит сейчас намного дороже. А многочисленные дешевые светодиодные светильники, наводнившие рынок, зачастую не соответствуют декларируемым производителями характеристикам.

Современные крупные сети наружного освещения - это энергоемкие автоматизированные объекты, правильное построение которых в значительной мере определяет эффективность труда и комфорта современной жизни. Важно при этом учитывать ограничения, связанные с рациональным расходованием энергетических ресурсов на обеспечение работы систем освещения, затрат на текущую эксплуатацию осветительного оборудования.

Появление новых технологий в системах наружного (уличного) освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве муниципальных систем уличного освещения может составлять более 50%. Рассмотрим основные существующие способы повышения энергоэффективности в наружном освещении.

Реальную экономию электроэнергии дает замена устаревших светильников с лампами ДРЛ на светильники с высокоэнергоэкономичными натриевыми лампами высокого давления. Так, замена светильника с лампой ДРЛ 400 Вт (световой поток 22 клм) на светильник аналогичного назначения с лампой ДНАТ 250 Вт (световой поток 27 клм) позволяет снизить расход электроэнергии на 580 кВт ч в год и повысить уровень освещения на 22%. Соответственно, замена светильника с лампой ДРЛ 250 Вт (световой поток 12,5 клм) на светильник с лампой ДНАТ 150 Вт (14,5 клм) - годовое снижение расхода электроэнергии почти 400 кВт ч и т. д. Поэтому натриевые лампы как источники света применяются все шире для экономичного наружного освещения.

Значительную экономию электроэнергии дает введение так называемого режима «ночной фазы». При работе такой системы управления предусматривается два режима работы линий освещения - вечерний и ночной. При вечернем режиме включены все светильники, а при ночном, когда интенсивность дорожного движения существенно снижается, - часть (1/3 или 2/3) светильников отключаются за счет отключения одной или двух фаз в каждой из отходящих от шкафа управления линий освещения. Но такой способ экономии имеет значительный недостаток - он приводит к повышению контрастности освещения и, как следствие, - к зрительному утомлению и снижению безопасности движения.

Одно из направлений в области энергосбережения - использование специальных регуляторов-стабилизаторов для питания наружного освещения. Помимо регулирования это устройство позволяет выровнять напряжение питания, создать оптимальный режим для работы ламп и продлить их долговечность. Регулирование происходит извне: по команде из диспетчерской, по радиотелефонной связи или по сигналу датчика освещенности. Можно запрограммировать устройство по астрономическому графику или по специальному режиму. Но данные регуляторы не нашли широкое применение в силу того, что большинство существующих линий имеют плачевное состояние и значительную протяженность, что приводит к тому что на конце линии происходит снижение питающего напряжения до уровня когда лампы гаснут. Таким образом, при снижении напряжения на входе линии для организации энергосбережения не произойдет включение значительного количества ламп или они погаснут в процессе работы. Регулирование возможно в пределах не более 5%, что значительно увеличивает срок окупаемости такой системы.

Реальным способом экономии также является четкое соблюдение графика освещения, утвержденного в администрации населенного пункта. Такую задачу решает ввод автоматизированной системы управления (АСУ) наружным освещением. Пункты питания уличного освещения без системы АСУ включаются и выключаются на данный момент с большими разбросами по времени. Это обусловлено тем, что в системах уличного освещения используются четыре приема управления включения/отключения: управление ручное диспетчером по телефонным линиям связи, управление по таймерам, управление по программируемым устройствам, управление по фотореле. Время включения/отключения разбито в течение года на пятидневки. При ручном управлении нетрудно по линиям связи обеспечить точное время включения/отключения. Однако при этом присутствует человеческий фактор, а именно, непрогнозируемое поведение диспетчера, который самовольно может изменить график работы уличного освещения. К тому же стоимость аренды телефонной линии в некоторых городах достигает до 1500 рублей в месяц. Реле времени необходимо каждые 5 дней программировать вручную путем их объездов. При этом присутствуют затраты на автотранспорт, затраты на зарплату и т.д. Объезды, как правило, не всегда выполняются точно по запланированной дате, поэтому потребление электроэнергии значительно возрастает. Как показала практика эксплуатации уличного освещения, возможны изменения графика его включения/выключения администрацией города (праздничные и официальные мероприятия и т.д.). В этом случае часть каскадов, управляемых программируемыми устройствами, изменению не подвергаются. Аналогично предыдущему случаю, фотореле также включается и выключается при задании определенного уровня освещенности (его настройка может занимать не одни сутки) и при изменении графика режима работы, например, времени выключения освещения, после полуночи, невозможно изменить режим работы фотореле. К недостаткам фотореле также можно отнести необходимость очень частой очистки внешнего фотодатчика от грязи и пыли, что значительно увеличивает эксплутационные расходы. Отклонение времени выключения от графика при управлении от фотореле и программируемого устройства может достигать несколько часов в сутки.

Комплексно задачу энергосбережения в наружном освещении с экономией электроэнергии до 40-50% позволяет решить автоматизированная система управления АСУ «Горсвет» производства ФГУП «НПО автоматики им. академика Н.А. Семихатова» г. Екатеринбург. Данная система была впервые введена в эксплуатацию в 2000 г в г. Сургуте и на данный момент успешно эксплуатируется в 24 населенном пункте России и Казахстана (Екатеринбург, Самара, Пермь, Хабаровск, Сургут, Тобольск, Пенза, Караганда и др.).

Сегодня АСУ «Горсвет» это хорошо отлаженная 3-х уровневая самоокупаемая система, с полностью сертифицированным оборудованием и программным обеспечением. Надежность, высокая производительность, разумное соотношение «Цена/качество», система подготовки кадров, сервисное обслуживание и гарантии производителя являются отличительными чертами АСУ «Горсвет».

Главные требования, которые должны ставиться к современной системе управления и уже решенные на настоящее время АСУ «Горсвет» это:

• Возможность независимого управления отдельной светоточкой (лампой) без изменения
• существующих линий.
• Контроль параметров работы светоточки с выдачей диагностической информацией на
• диспетчерский пункт.
• Максимальное снижение энергопотребления светоточки, продления срока службы лампы.
• Возможность оперативного изменения режимов работы пунктов включения с полным контролем их состояния.
• Экономический эффект от внедрения АСУ «Горсвет» достигается за счет следующих факторов:
• Введения экономичного «ночного» режима освещения (экономия до 2/3 электроэнергии на освещение);
• Установки современных пуско-регулирующих аппаратов ЭПРАН 150, 250 Вт (экономия электроэнергии до 50%, двукратное увеличение срока службы ламп);
• Централизованного управления и контроля технического состояния системы (сокращение эксплуатационных затрат и сокращение численности обслуживающего персонала);
• Антивандального исполнения исполнительных пунктов и охранной сигнализация (сохранение оборудования и проводов от воровства);
• Отказ от арендуемых телефонных линий (УТУ-4М) с переходом на GSM, радиосвязь, ВОЛС;
• Обеспечение автоматического учета потребленной электроэнергии.

При использовании в системе наружного освещения электронного ПРА - ЭПРАН производства ФГУП «НПОА», кроме значительного увеличения ресурса осветительных ламп, появляется возможность автоматического управления потребляемой мощностью (диммирование), яркостью свечения ламп, адресного управления светильниками, проведение диагностики состояния каждого светильника с привязкой к месту его расположения.

К отличительным техническим характеристикам АСУ «Горсвет» можно отнести:

• Повышение надежности работы оборудования за счет применения блоков бесконтактной коммутации (симистор) силовых линий.
• Оперативность централизованного или группового управления объектами наружного освещения.
• Оперативность контроля и выявление обрывов, короткого замыкания в линиях, дистанционный сброс аварии, звуковая и световая сигнализация в случаях возникновения аварийных ситуаций.
• Возможность архивирования получаемой информации и действий диспетчера, формирование отчетных журналов.
• Возможность «привязки» контролируемых пунктов к карте города.
• Модульная структура бесконтактного коммутатора (до 8 модулей).
• Различные модификации пунктов включения с линейкой коммутируемых токов от 15А до 200А.
• Возможность резервирования канала связи с диспетчерским пунктом.
• Наличие технических решений для подключения шкафов АСУ НО других производителей.

Основным и главным элементом в АСУ «Горсвет» является электронный ПРА - ЭПРАН. Его преимущества заключаются в следующем:

• Уменьшение энергопотребления при сохранении светового потока за счет повышения светоотдачи лампы на повышенной частоте и более высокого КПД (КПД ПРА 65-75%, ЭПРА 95%).
• Увеличение срока службы ламп благодаря щадящему режиму работы и пуска (пусковой ток лампы отсутствует).
• Комфортное освещение (отсутствие мерцаний на частоте 100Гц - стробоскопический эффект).
• Стабильность освещения независимо от колебаний сетевого напряжения (до 160В).
• Отсутствие мерцаний и вспышек неисправных ламп (импульсы перезажигания).
• Высокое качество потребляемой энергии (коэффициент мощности 0,98).
• Снижение эксплутационных расходов (по замене ламп).
• Полная диагностика работы лампы в процессе ее работы и выдача этой информации по существующим силовым проводам на пункт включения.
• Возможность диммирования (снижения) мощности лампы в пределах до 50%.

Ориентировочный срок окупаемости АСУ «Горсвет» - 2,5 года.

На данный момент все больше разговоров ведется об использовании светодиодных светильников в наружном освещении. Но в угоду энергосбережения не стоит забывать об их значительных недостатках, не дающих возможность их широкого применения:

• Низкая полная световая отдача (Светодиоды - с учетом потерь до 64 Лм/Вт, ДНаТ - 140 Лм/Вт).
• Завышенный паспортный срок службы 50 000 - 100 000 часов (использование в светильнике импульсных блоков питания, конденсаторов со значительно меньшим ресурсом, проведение испытаний только на 10000 часов).
• Снижение светового потока на 30% со временем.
• Неравномерность распределения яркости по дорожному покрытию.
• Низкая надежность драйверов светильников (блоков питания светодиодных модулей), неустойчивость их к перепадам напряжения.
• Значительная стоимость (светодиодный светильник - 12 000 - 18 000 руб., светильник с Днат и ЭПРАН - до 3500 руб.).
• Неизученность зрительного восприятия человеком света излучаемого светодиодами (психофизиологические исследования не завершены).

Не стоит также забывать, что задачу энергосбережения следует решать уже в настоящее время, а создание современного светодиодного светильника и последующая замена им уже установленных в огромных количествах в предыдущие пять лет светильников с лампами ДНаТ займет не менее 5-10 лет.

По нашему мнению развитие и внедрение светодиодной техники и электронных ПРА в наружном освещении должно идти параллельно, с учетом конкретных условий их применения.

Соловьев А.В.,
ФГУП НПОА им. академика Н.А.Семихатова,
начальник отдела энергосбережения

Светодиодные осветительные приборы становятся все более популярны. Их применяют для освещения дома и сада. Они постепенно вытесняют с рынка менее эффективные источники освещения. Можно ли освещать свой дом с помощью светодиодов?

Что следует в общем знать о светодиоде? Это электрический осветительный прибор, состоящий из особых кристаллических полупроводников и оптической системы. В один корпус могут быть смонтированы сразу много полупроводниковых кристаллов, которые и определяют насыщенность и яркость светового потока. По сравнению с привычными нам лампами накаливания, светодиод обладает целым рядом неоспоримых преимуществ. Он, во-первых, не нагревается, т.е. электрическая энергия практически полностью преобразуется в световую. Во-вторых, отсутствие нагрева сопровождается значительной прочностью и особо длительным периодом эксплуатации. В-третьих, светодиод абсолютно безопасен для окружающей среды, т.к. не содержит опасных веществ для человека и окружающей природной среды. Его средний срок службы может достигать ста тысяч часов, что составит около 10 лет непрерывной эксплуатации. Именно это и является главным аргументом в его пользу. Если же сказать проще, то светодиод меньше потребляет энергии и не нагревается, экологически безопасен и служит фантастически долго.

Излучаемый светодиодной лампой яркий и чистый свет украсит любой интерьер. Отдельно следует упомянуть такое свойство светодиодного освещения, как возможность настройки того или иного цвета или оттенка под ваше желание или предпочтение. Это ценное свойство освещения светодиодами успешно используется на практике инженерами и дизайнерами. Специальный контроллер позволит регулировать насыщенность и яркость освещения, что порой бывает необходимо в местах общественного назначения.

Все чаще светодиоды начинают использоваться и в уличных системах освещения. Здесь www.dominio.com.ua вы увидите яркие примеры освещения улиц, дорог, парков светодиодными лампами. Использование этого типа освещения позволяет значительно снизить нагрузку на электрические сети. Создаваемый светодиодной лампой световой поток весьма стабилен и обладает максимальным углом рассеивания. Важно и то, что такие осветительные приборы можно выпускать в абсолютно любых модификациях и конфигурациях, что позволяет им стать самым оптимальным средством при реализации каких угодно идей в области дизайна. Полет фантазии дизайнера в области освещения теперь практически ничем не ограничен. Используемые в уличном освещении светодиодные светильники крайне устойчивы к неблагоприятным атмосферным явлениям, в т. ч. практически не подвержены влиянию высоких и низких температур. Их рабочий диапазон от плюс 50 до минус 50 градусов по Цельсию. Такая живучесть позволяет использовать их в саунах, банях и бассейнах.