ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

Важливим питанням енергоефективного освітлення є норми освітленості і проектування освітлення. Значний ефект енергоефективності дає правильне проектування освітлення (поєднання джерел та їх потужності по відношенню до необхідного рівня освітлення і режимів використання світлотехнічних пристроїв). Вибір оптимального поєднання джерел світла слід починати з розрахунку потреби в освітленні і урахування норм освітлення.

Актуальність теми

Світлодіодне освітлення займає лідируючі позиції на светотехническом ринку, адже це світлове рішення максимально екологічно з точки зору того, що воно допомагає зберегти безцінні ресурси нашої планети. В умовах загального скорочення витрат, розробки нових стандартів, зелених ініціатив та прийняття законодавчих актів, спрямованих на захист навколишнього середовища, створюються великі можливості для використання світлодіодного освітлення як на національному, так і на міжнародному рівні.

Одним з бар’єрів, що перешкоджають широкому поширенню світлодіодного освітлення, є досить низька поінформованість людей про цієї технології [3].

Цілі, завдання

Метою моєї роботи було вивчення характеристик світлодіодного освітлення, розробка у контексті вимог сталого розвитку екологічних і економічних показників доцільності використання світлодіодних джерел світла.

1. Порівняльна характеристика різних типів освітлення. Світлодіодне освітлення — як альтернативне джерело

1.1. Лампи розжарювання

Головним недоліком ЛР є низька світлова віддача, яка становить 10–20лм/Вт при терміні служби 1000 год, світлова віддача ГЛР трохи вище — до 26 лм/Вт при терміні служби до 4000 ч. Низька світлова віддача ЛР пояснюється тим, що 70–76 % потужності випромінювання вольфрамового тіла розжарення (ТР) при робочих температурах лежить в ІЧ–області спектра, в той час як на видиму частину припадає лише від 7 до 13 %, тобто ЛР є по суті джерелами інфрачервоного випромінювання [1].

Теоретично можливо значно підвищити світлову віддачу ЛН кількома шляхами:

Роботи у цих напрямках поки що не дали помітних практичних результатів. На початку 90–х голів фірма СЕ випустила дві рефлекторні ГЛН. в яких, завдяки нанесення на зовнішню поверхню кварцової колби багатошарової селективної високотемпературної плівки, що відбиває інфрачервоне випромінювання компактного вольфрамового тіла розжарення назад на ТН, вдалося підвищити світлову віддачу на 35–50 % при збереженні всіх інших параметрів. Створення нових термостійких селективних плівок стало великим кроком у розвитку ІС. Роботи у цих напрямках тривають.

1.2. Розрядні лампи

У сучасних освітлювальних розрядних ламп (РЛ) світлова віддача у 5–10, а термін служби в 10–20 разів перевищує світлову віддачу і термін служби ЛР. Найбільш масовими з РЛ є люмінісцентні лапмпи(ЛЛ). Вони практично повністю витіснили ЛР з освітлення промислових і громадських будівель за рахунок кращої економічної ефективності.

З’явилися в 80–х роках компактних люмінісцентних ламп(КЛЛ), випуск яких зростає швидкими темпами, відкрили дорогу люмінесцентного освітлення в побут, на автотранспорт та ін. області, де прямі ЛЛ не могли застосовуватися. У 1993–1994 рр. передові зарубіжні фірми почали випуск прямих ЛЛ, в яких за рахунок нанесення прозорої захисної плівки на внутрішню поверхню скла перед нанесенням шару люмінофора вдалося досягти виключно високу стабільність світлового потоку і різко знизити вміст ртуті при збереженні всіх інших параметрів. У 1995–1996 рр. почався випуск нового покоління прямих ЛЛ в більш тонких трубках 16 мм (Т5) і надтонких ламп 7 мм. Випускаються дві серії ламп 16 мм (Т5): в одній досягнута найбільш висока світлова віддача (до 104 лм/Вт), в іншій найвищий світловий потік на одиницю довжини ЛЛ. Лампи можуть працювати тільки зі спеціальним електронними пускорегулювальними апаратами (ЕПРА). Середній термін служби цих ламп не менше 16 тис. год при спаді світлового потоку 5 %. У перспективі розвитку і широкого застосування цих ламп немає сумнівів [2].

Друга половина XX ст. ознаменувалася створенням великої групи Р/1 високої інтенсивності (Р/1ВИ), що працюють при ВД і СВД, що володіють високими світловими отдачами і термінами служби при різній якості передачі кольору і інших характеристик. На основі відкриттів другої половини XX століття були розроблені та отримали досить широке поширення два нових класу РЛВИ: натрієві лампи ВД у керамічних колбах — НЛВД і металогалогенні лампи — МГЛ.

1.3. Світлодіоди

Світлодіоди (СД) - найбільш молоді джерела світла, принципово відрізняються від теплових або розрядних випромінювачів. Вони характеризуються низьким енергоспоживанням, довгими термінами роботи і низькою вартістю обслуговування. Однак, на даний момент СД набагато дорожче конкуруючих технологій.Справжня революція у виробництві СД сталася на початку 90–х років, коли були отримані багатопрохідні подвійні гетероструктури. Світлова віддача червоних і зелених СД збільшилася в 100 (!) разів і досягла значень 10-20 лм/Вт.

До 2004 року світлова віддача СД на основі МДГС досягла значень 30–50 лм/Вт, а на лабораторних зразках СД червоного кольору була отримана світлова віддача 102 лм/Вт.

До 2006 року отримано наступні значення параметрів СД: кольоровість випромінювання — практично будь-яка: світлова віддача серійних СД — до 65 лм/Вт (кольорових) і 45 — 55 лм/Вт (білих). Загальний індекс передачі кольору білих СД — 85. За прогнозами фахівців фірми Philips (Голландія) в найближчі роки світлова віддача червоних СД може бути збільшена до 150, зелених — до 135 і білих — до 50 лм/Вт.

Незважаючи на зростання ефективності СД і зниження їх вартості вони все ще залишаються дуже дорогими джерелами світла (в десятки разів дорожче конкурентів), що на даний момент обмежує їх застосування. Важливо, що для широкого застосування СД у загальному освітленні в майбутньому слід замінити конструкції традиційних світлотехнічних пристроїв та їх живлення від електричної мережі так, щоб використовувати особливості СД. Поки розробники йдуть по більш простому шляху, пристосовуючи, наприклад, кріплення СД модуля до звичайного цоколю ЛН.

1.4. Неорганічні світлодіоди

Виготовлення і застосування неорганічних світлодіодів має більш ніж півстолітню історію. Вони характеризуються високою механічною міцністю, малими розмірами, значною енергоефективністю і високою швидкістю перемикання. Традиційні сегменти застосування неорганічних світлодіодів — освітлення та підсвічування, індикація інформації, формування зображення типу рухомий рядок і екранів великих розмірів.

Неорганічні світлодіоди проводяться в два етапи.

Перший — виготовлення світло випромінюючого чіпа методами молекулярно-променевої епітаксії та осадження металоорганічних сполук з газоподібної фази.

Другий — включає збирання світлодіода: корпусирование, приєднання оптичної системи і системи охолодження. Обидва процеси висувають підвищені вимоги до технологічного рівня виробництва — потрібні чисті кімнати і матеріали високого ступеня чистоти.

Світлодіоди на базі фосфидов і арсенидів (інфрачервоний, червоний, жовтий, оранжевий) відносяться до найбільш вивченим типом. Вони мають високий рівень світловіддачі і налагоджено їх масове виробництво.

Світлодіоди на базі нітридів (синій, зелений, фіолетовий). Незважаючи на те, що система InGaN відома давно, основні результати і комерційний успіх мали місце тільки в останні роки завдяки розробці синіх світлодіодів високої яскравості. Світлодіоди на основі цієї системи можуть працювати при більш високих температурах, ніж світлодіоди на основі фосфідів [4]. Сьогодні рівень розробки нітридних технологій істотно нижче, ніж фосфідних. На рисунку 1 показані різні джерела освітлення . На рисунку 2 показані зміна ефективності різних видів освітлення.

Різні джерела освітлення Анімація: формат - gif, кадрів - 4, повторів - 15, тривалість - 6 сек.

Рисунок 1 — Різні джерела освітлення
анімація: формат — gif, кадрів — 4, повторів — 15, тривалість — 6 сек


Рисунок 2 - Змiниння ефективностi рiзних видiв освiтлення

Рисунок 2 — Змiниння ефективностi рiзних видiв освiтлення

2. Переваги і недоліки світлодіодів

Все йде до того, що відбувається швидкий розвиток світлодіодних систем освітлення, які будуть замінювати традиційні джерела світла в системах загального освітлення. Світлодіодні джерела білого світла наближаються, а в деяких випадках перевершують традиційні джерела світла по світловому потоку та якості світла, що робить світлодіодні системи освітлення дуже привабливим [5]. В десятках країн світу зелені ініціативи та директиви про енергоефективність прискорюють перехід з традиційних систем освітлення на світлодіодні системи освітлення, які знижують споживання електроенергії і шкідливий вплив на навколишнє середовище, мають найбільший корисний термін служби і саму низьку вартість володіння та експлуатації в різних областях застосування.

Так як світлодіодне освітлення є технологією, що швидко розвиваються, постачальники світлодіодних джерел світла і світильників повинні продовжувати впроваджувати інновації і вдосконалювати свою продукцію для її просування на ринку. Виробники також повинні відігравати активну роль в інформуванні споживачів про переваги світлодіодного освітлення і про його відмінності від традиційного. Без необхідних знань про технології світлодіодного освітлення споживачі не зможуть правильно оцінити придатність світлодіодним системи освітлення для конкретної області застосування або рішення практичної задачі і правильно порівняти світлодіодну систему освітлення з традиційною.

Світлодіодне освітлення є принципово новим видом освітлення, використовують нові принципи, матеріали та засоби управління. Тому постачальники світлодіодних освітлювальних приладів повинні допомогти споживачам розібратися в їх особливостях. Світлодіодне освітлення може гармонійно інтегруватися в навколишній простір і використовуватися людьми на благо, а адже ще деякий час тому таких можливостей не існувало. Правильно вибрані і коректне встановлені світлодіодні системи освітлення можуть поліпшити якість навколишнього середовища і якість життя людей у всьому світі.

Світлодіоди відкривають дорогу новим додаткам і різних ринків з широким рядах вимог. Крім інших вигідних характеристик, світлодіоди забезпечують високу надійність і тривалий термін служби — понад 50 тис. год, однак виробничий брак і погані умови експлуатації можуть помітно знизити надійність цих виробів. Для того щоб уникнути відмови або швидко знайти рішення що виникли проблем, потрібно добре розбиратися в механізмах збою і використовувати відповідні методи аналізу.

2.1. Різниця між традиційними та світлодіодними типами освітлення

По своїй функціональності, експлуатаційним характеристикам і економічності, правильно сконструйовані світлодіодні світлові прилади перевершують традиційні[6].

Перерахуємо їх можливості:

3. Історія створення світлодіодів

  1. 1962 р. — Перший червоний світлодіод, розроблений Ніком Холоньяком в компанії GE. Червоні індикаторні світлодіоди, випущені компанією HP з матеріалів виробництва Monsanto — 0,01 лм. Перші зелені і жовті світлодіоди.
  2. 1971 р. — Перші сині світлодіоди [7].
  3. 1972 р. — Червоні світлодіоди зі світловим потоком в 1 лм. Світлодіоди починають спользоваться в наручних годинниках, калькуляторах, світлофорах і покажчиках.
  4. 1984 р. — Досягнення в області підвищення ефективності по світловому потоку: перші яскраві червоні світлодіоди.
  5. 1993 р. — Інженер компанії Nichia Суджі Накамура створив перший синій світлодіод високої яскравості.
  6. 1995 р. — Зелені світлодіоди високої яскравості.
  7. 1996 р. — Перший білий світлодіод. Яскраві червоні і бурштинові світлодіоди. Світлодіоди починають витісняти лампи розжарювання там, де потрібно освітлення пофарбованим світлом. Світлодіоди встановлюються в портативних світильниках.
  8. 1997 р. — Створення компанії Color Kinetics.
  9. 1998 р. — Джерела світла RGB.
  10. Білий світ, створений за допомогою RGB світлодіодів. Білий світ, створений за допомогою синього світлодіода з люмінофорною покриттям. Перші настроювані світлодіодні джерела білого світла. Світлодіоди 10–100 лм.
  11. 2003 р. — Світлодіоди широко застосовуються при проведенні розважальних заходів.
  12. 2004 р. — Світлодіоди використовуються для акцентного освітлення об'єктів.
  13. 2005 р. — З'являються світлодіодні кластери зі світловим потоком, що перевищує 1000 лм.
  14. 2008 р. — Світлодіоди використовуються в системах загального освітлення. Збільшення кількості виробників світлодіодів (Nichia, Cree, Osram, Lumileds, King Brite, Toyoda Gosei, Cotco).

Висновки

Високоякісні світлодіодні технології вже досягли стадії розвитку, коли у всіх сегментах ринку вони є конкурентоспроможним, якщо не очевидним рішенням. Їх використання сприяє сталому розвитку — за ними майбутнє.

Світлодіоди сьогодні в 2–3 рази дорожче альтернативних їм люмінесцентних ламп з холодним катодом, які постійно дешевшають.

Завданням для світлодіодів сьогодні є скорочення розриву в ціні по відношенню до люмінесцентних ламп, що застосовуються в підсвічуванні, до прийнятних значень у 20–30 %. Ще один істотний недолік високотехнологічних діодних кристалів: колірна гамма. Особливо гостро дана проблема виглядає на тлі постійного та якісного поліпшення технічних характеристик люмінесцентних ламп. Вибір для виробників, таким чином, досить неочевидний [8].

Розмірковуючи про світлодіодах, скажімо, в році 2000–му, мало хто міг припустити, що високотехнологічні джерела світла за якісь десять років переростуть з дивовижною екзотики в індустрію реального сектора економіки обсягом більше 11 млрд. доларів, а сьогодні це лише питання часу.

Перелiк посилань

  1. Берг,  А. Светодиоды. / А. Берг, П. Дин – М.: Мир, 1979. — 450 с.
  2. Круглов, И. И. Разработка промышленной технологии и организация выпуска единичных и матричных светодиодов на основе карбида кремния / И. И. Круглов, В. И. Павличенко, И. В. Рыжиков // В сб. трудов III Всесоюзной конференции по полупроводниковому карбиду кремния, М., 1970. — С. 276–290 с.
  3. Мешков, С. П.  Основы светотехники. / С. П. Мешков — М.: Техническая литература, 1960. — Т. 1, 2. — 230 с.
  4. Гридин, В. Н. Полупроводниковая лампа – источник освещения будущего / В. Н. Гридин, И. В. Рыжиков, В. Н. Щербаков // Автоматизация в промышленности, 2007. — № 7. — С. 63–65.
  5. Коган,  Л. М. Светодиодные осветительные приборы. Светотехника. 2002. № 5. С. 16–20.
  6. Сайт корпорации Nichia.
  7. Сайт корпорации Philips.
  8. Сайт корпорации Acriche.
  9. Сайт корпорации Cree.
  10. Сайт корпорации Luxeon.