Начало 21 века ознаменовалось стремительным развитием светотехники на основе полупроводниковых источников света. Которые благодаря своей экономичности, световой эффективности и рекордным ресурсным характеристикам, за прошедшее десятилетие значительно потеснили традиционные источники света во всех областях внутреннего и наружного освещения, создав конкуренцию практически на всех уровнях и нишах светотехнического рынка. В настоящее время уже становится очевидным перспективное будущее светодиодной техники, из-за чего многочисленные предприятия малого и среднего бизнеса активно включаются в разработку и производство данного вида продукции. Внутренний рынок наполняется продукцией широкого ассортимента для внутреннего и наружного освещения. И здесь актуально оценить уровень предлагаемой светотехники, перспективы её развития и возможные проблемы, которые могут возникнуть в процессе её эксплуатации.

Достоинства светодиодов многочисленны и на данный период они претендуют на то, чтобы стать серьезной альтернативой другим источникам света. Рассмотрим их преимущества и недостатки, чтобы самостоятельно оценить, насколько оправданы эти ожидания. Первое и самое главное достоинство – энергетическая эффективность. Электрический ток в светодиоде преобразуется непосредственно в кванты света – фотоны. Такое преобразование теоретически происходит без потери энергии – сколько энергии потрачено, столько и излучается. На практике потери, конечно, есть, но уже достигнуты впечатляющие результаты по сравнению с другими источниками.

Малый размер светодиода и большая устойчивость к деформациям и вибрациям создает удобство для потребителя и защищает от хулиганства.

Экологическая безопасность. Светодиоды не содержат ртути, как большинство люминесцентных и разрядных ламп, что существенно облегчает проблему утилизации.

Надежность и время жизни. Лидирующие производители заявляют о времени жизни не менее 50 тыс. часов при работе в номинальном режиме. Данные по традиционным источникам света приведены по критерию полного выхода источника из строя (табл.1)

Время включения-выключения и управление яркостью. Светодиоду требуются доли микросекунд для начала работы с полной отдачей после подачи на него электрического тока. Это дает возможность регулировать световой поток путем подачи коротких импульсов тока, следующих с высокой частотой. Таким образом, яркость светильника может регулироваться в любых пределах с сохранением 100 % эффективности. Можно отметить и еще один эффект – светодиод некритичен к количеству циклов включений-выключений, что является бичом, например, недорогих энергосберегающих ламп.

Таблица 1 – Характеристики источников света

Стабильная работа при низких температурах без сокращения срока службы и потери яркости. Светодиодному светильнику не требуется запуск, он практически мгновенно выходит на заданный температурный режим.

На самом деле, светодиоды, кроме вышеперечисленных достоинств, имеют целый ряд недостатков. Начать хотелось бы с наиболее главного из них – наиболее быстрый спад светового потока по сравнению с предполагаемым. Выяснить точно, сколько проработают светодиоды, сложно. Во многом этот время зависит от соблюдения условий производства, качества используемых компонентов и последующих условий эксплуатации. Стандартов, определяющих качество светодиодов и срок их службы, не существует. Поэтому производители рекомендуют считать сроком службы тот период времени, в течение которого световой поток снижается до 50 %. При достижении этого показателя светодиод нужно менять – он считается вышедшим из строя. При преодолении 70 % порога человек сможет определить разницу в интенсивности свечения старого и нового диодов [2]. Однако некоторые инженеры предлагают способ обойти даже это. Идея в том, чтобы после того, как светодиоды начинают излучать меньше света, увеличить мощность электричества. Но, к сожалению, это еще сильнее уменьшает срок их службы.

Для светодиодов с люминофором актуальным является такое понятие как деградация (старение) люминофора. Большинство люминофоров постепенно теряют эффективность, и механизмы этого могут быть различны: может изменяться валентность активаторов (обычно окислением), может деградировать кристаллическая решетка, атомы – чаще активационные – диффундируют через материал, химически реагирует с окружающей средой поверхность и т.д.

Но самой главной причиной деградации люминофора является изменение температуры. Люминофор обычно наносят непосредственно на кристалл, который довольно сильно нагревается. Поэтому повышение температуры светодиода приводит к снижению его светового потока примерно на 2,5%[3].

Деградация люминофора приводит не только к уменьшению яркости светодиода, но и к изменению оттенка его свечения. При сильной деградации люминофора хорошо заметен синий оттенок свечения. Это связано как с изменением свойств люминофора, так и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение кристалла.

Не мене важной проблемой при проектировании светодиодных светильников является решение вопроса о том, что делать с выделяемым теплом. Как уже говорилось, светодиод преобразует электрический ток непосредственно в световой поток. Это достоинство, которое превращается в недостаток, когда речь заходит об отводе тепла. Дело в том, что светодиод практически не излучает мощности в инфракрасном диапазоне спектра. Инфракрасное излучение, исходящее от лампочки, хорошо отводит лишнее тепло от источника света. На практике в свет превращается около 25% энергии, а остальное переходит в тепло. Полупроводники не любят нагрев, их срок службы существенно падает при температуре выше 130–1500С [2]. Итак, нужно отводить тепло и делать это приходиться при помощи радиаторов, а иногда даже активных систем охлаждения. Для того, чтобы получить ожидаемую эффективность светодиодного светильника, требуется позаботиться о правильном источнике питания. Источник должен обеспечивать стабилизированный ток (а не напряжение, как требует подавляющее большинство устройств) на уровне от 100 мA до 1 А в зависимости от типа диода. Для достижения эффективности обычно используются импульсные источники с коррекцией коэффициента мощности.

Последний недостаток, вероятно существующий лишь временно, – высокая цена светодиодов. В светотехнической отрасли принято говорить о люменах, получаемых на затраченный доллар или евро. На сегодняшний момент эта величина составляет до 3 евроцентов за 1 люмен, что на порядок выше, чем стоимость 1 люмена в люминесцентной лампе. Это основной фактор, препятствующий широкому распространению светодиодных светильников в быту.

Сопоставив все факты «за» и «против» светодиодной техники, можно сделать однозначный вывод, что будущее энергосбережения стоит именно за светодиодами, потому что на данный момент не существует иной альтернативы, которая смогла бы вытеснить данный вид продукции с мирового рынка электроэнергетики. Прогресс в технологии производства светодиодов не стоит на месте и это свидетельствует о том, светодиоды будут играть ключевую роль в создании осветительных приборов уже в ближайшем будущем во всем мире. Светодиодное освещение – самый экономичный и перспективный вид освещения на многие годы вперед.

Список литературы:

1. Галущак В.С., Сошинов А.Г., Артюхов И.И., Угаров Г.Г, Стратегия развития энергосбережения в уличном освещении// Научный журнал «Современные проблемы науки и образования». – 2009. - №5.
2. Басов В.Б., Светодиоды – преимущества и недостатки// Электро. – 2010. - №6. – с.35 – 37.
3. Срок службы светодиодных светильников: рекомендации по тестированию//Современная светотехника. –2010. - №5.