Пятая часть производимой в мире электрической энергии расходуется на освещение улиц населенных пунктов, промышленных предприятий, предприятий торговли и т. д. Такие большие затраты электроэнергии связаны в основном с применением устаревших источников света. Однако прогресс в создании новых высокоэффективных источников света дает возможность кардинального решения проблемы расхода электроэнергии на освещение.
Проблема энергосбережения в начале XXI в. приобрела особую актуальность. В настоящее время предпринимаются усилия по внедрению инновационных решений и технологий, позволяющих сократить потребление электроэнергии. Так, в последнее время во многих странах мира происходит постепенное вытеснение ламп накаливания.
В связи с постоянным ростом потребностей людей в использовании искусственного освещения остро стоит вопрос о высокоэффективных источниках света, которые смогли бы не только удовлетворить спрос на качественное освещение, но и обеспечить минимальные затраты электроэнергии.
В настоящее время стала популярной тема светодиодных светильников. Именно это направление в освещении считается наиболее перспективным. Однако многие приписываемые светодиодам достоинства на практике не оправдываются.
Основным аргументом против их массового внедрения считают лишь высокую стоимость. Но помимо этого существует еще целый ряд недостатков, о которых умалчивают производители светодиодов. Так, одним из существенных недостатков использования светодиодов для освещения является необходимость отвода тепла. Увеличение температуры p-n-перехода приводит к снижению яркости свечения и смещению рабочей длины волны. При недостаточном теплоотводе происходит испарение кристалла, т. е. его деградация.
Другой недостаток светодиодных источников света (СД ИС), которому пока не придают должного значения, – воздействие на зрение человека. Информация о вредном воздействии СД ИС на человеческий глаз отсутствует, так как серьезных исследований в этой области не проводилось. Применение точечных источников света создает зоны яркой светимости, что, в свою очередь, повышает показатели ослепленности и дискомфорта [1].
Чтобы добиться равномерного распределения светового потока СД ИС, в настоящее время применяют рассеиватели, что приводит к значительному увеличению стоимости светодиодного светильника. Помимо этого СД ИС имеют пульсацию освещенности в заданной точке помещения при питании непосредственно от сети переменного тока. Известно, что пульсирующий свет не только приводит к повышенной опасности травматизма при работе с движущимися объектами, но и вызывает постоянные сокращения ресничной мышцы, что приводит к развитию близорукости.
В настоящее время светодиоды позиционируют как экологически чистые приборы, не требующие утилизации [1]. Но на сегодняшний день не проводилось исследований, связанных с попаданием отработанных светодиодов в окружающую среду. А с учетом того, что в будущем прогнозируют рост объемов использования СД ИС, рано или поздно мы столкнемся с проблемой утилизации светодиодов.
В настоящее время СД ИС в основном применяют для декоративной, акцентирующей подсветки. Между тем, существуют источники света, которые в настоящий момент имеют лучшие технические характеристики, чем светодиоды, и примерно в три раза дешевле их. Это безэлектродные (индукционные) источники света с индукционными лампами.
В статье выполнена сравнительная оценка основных источников света по следующим показателям: срок службы источника света; потребление электроэнергии; нагрузка на электросети; коэффициент пульсации; экологическая безопасность светильника; вес светильника; время пуска источника света; температурные режимы работы во время эксплуатации; коэффициент мощности; цветовая температура; потеря светового потока; стоимость.
Также в работе проведена оценка электромагнитной совместимости светодиодных источников света и индукционных ламп с системой электроснабжения. В настоящее время это является актуальной задачей, так как ожидается увеличение доли электроэнергии, расходуемой как на светодиодное освещение, так и на освещение с применением индукционных источников света.
Индукционная лампа (ИЛ) – энергосберегающий источник света, принцип работы которого основан на электромагнитной индукции и газовом разряде для генерации видимого света. ИЛ представляет собой безэлектродную лампу (отсутствие нитей накала, электродов), состоящую из колбы, наполненной газом, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором [2].
Свечение люминофора происходит благодаря электромагнитной индукции. В этих источниках света для получения светового излучения используются два физических процесса: электромагнитная индукция и электрический разряд в газе. Именно это существенно отличает данные источники от обычных люминесцентных ламп.
Электронный источник питания ИЛ вырабатывает высокочастотный ток, протекающий по индукционной катушке на магнитном кольце или стержне. Электромагнит и индукционная катушка создают газовый разряд в высокочастотном электромагнитном поле, и под воздействием ультрафиолетового излучения разряда происходит свечение люминофора.
Конструктивно и по принципу работы лампа напоминает трансформатор, где имеется первичная обмотка с высокочастотным током и вторичная обмотка, которая представляет собой газовый разряд, происходящий в стеклянной трубке.
Прямой экономией является не только сбережение электроэнергии, но и срок службы энергосберегающих ламп [3], [4]. Отсутствие у ламп электродов (являющихся неотъемлемым элементом всех видов газоразрядных ламп) позволило достичь срока службы более 100–120 тыс. часов, что в 6–10 раз превышает долговечность люминесцентных ламп, ламп ДРЛ и ДНаТ.
| Мощность | ИЛ | СД ИС | ДРЛ | ДНаТ |
|---|---|---|---|---|
| 15 Вт | ✔ | ✔ | н/д | н/д |
| 23 Вт | ✔ | ✔ | 80 Вт | н/д |
| 40 Вт | ✔ | ✔ | 125 Вт | 100 Вт |
| 80 Вт | ✔ | ✔ | 250 Вт | 150 Вт |
| 120 Вт | ✔ | ✔ | н/д | 250 Вт |
| 150 Вт | ✔ | ✔ | 400 Вт | н/д |
| 200 Вт | ✔ | ✔ | 700 Вт | 400 Вт |
| 300 Вт | ✔ | ✔ | 1000 Вт | 700 Вт |
| 400 Вт | ✔ | н/д | н/д | 1000 Вт |
| 500 Вт | ✔ | н/д | н/д | н/д |
н/д – промышленностью не выпускаются
| Параметры сравнения | Светильник с индукционной лампой 80 Вт | Светильник с лампой ДРЛ-250 | Светильник с лампой ДНаТ-250 | Светодиодный светильник 85 Вт |
|---|---|---|---|---|
| Срок службы источника света, ч | 60 000–120 000 | До 10 000 | До 10 000 | 50 000–100 000 |
| Потребление электроэнергии, Вт | До 85 | До 280 | До 290 | До 100 |
| Световая отдача, лм/Вт | 104 | 40 | 79 | 102 |
| Нагрузка на электросети | Низкая | Большие пусковые токи, время разогрева до 15 мин | Большие пусковые токи, время разогрева до 15 мин | Низкая |
| Коэффициент пульсации | 0 | 7,3 | 4,9 | 0,1 |
| Контрастность и цветопередача | Высокая > 80 Ra | Низкая 42 Ra | Низкая 25 Ra | Высокая > 80 Ra |
| Экологическая безопасность светильника | До 25 мг амальгамы | Лампа содержит до 100 мг паров ртути | Лампа содержит натриево-ртутную амальгаму | Не известно |
| Параметры сравнения | Светильник с индукционной лампой 80 Вт | Светильник с лампой ДРЛ-250 | Светильник с лампой ДНаТ-250 | Светодиодный светильник 85 Вт |
|---|---|---|---|---|
| Время пуска источника света | 0,5 с (макс) | От 3 до 15 мин (разогревание ламп) | От 3 до 15 мин (разогревание ламп) | 0,5 с (макс) |
| Температурные режимы работы, °C | От –40 до +50 | От –40 до +40 (при низких температурах запуск систем затруднен) | От –40 до +40 (при низких температурах запуск систем затруднен) | От –63 до +50 |
| cosφ | 0,99 | 0,74–0,9 | 0,74–0,9 | 0,8–0,9 |
| Перезапуск после перепада U | Мгновенно | После остывания лампы | После остывания лампы | Мгновенно |
| Цветовая температура | 2700–6500 К | 3800 К | 2000 К | 2500–6500 К |
| Потеря светового потока при эксплуатации | 10–15 % | 30–60 % после 3 000 ч | 20–40 % после 5 000 ч | 25 % после 50 000 ч |
| Вес светильника, кг | Максимальный 8 | 10–12 (без лампы) | 10–12 (без лампы) | Максимальный 16 |
| Стоимость, у. е. | 322,58 | 50 | 56 | 645,16 |
| Индукционное освещение | Стоимость, у. е. | Светодиодное освещение | Стоимость, у. е. |
|---|---|---|---|
| Индукционная лампа LCL-QM40W E27, 40 Вт | 58,87 | Светодиодная лампа Geniled Е40, 40 Вт | 211,45 |
| Уличный индукционный светильник LCL-SL012 с индукционной лампой 120 Вт | 340 | Уличный светодиодный светильник Sveteco 96/10752/120 со светодиодной лампой 120 Вт | 810 |
| Уличный индукционный светильник LCL-SL012 с индукционной лампой 150 Вт | 355 | Уличный светодиодный светильник УСС-150 со светодиодной лампой 150 Вт | 1130 |
| Уличный индукционный светильник LCL-SL012 с индукционной лампой 250 Вт | 403,23 | Не производится | – |
Проанализировав данные, приведенные в таблицах 1–3, можно сделать вывод о том, что индукционные источники света не только гораздо дешевле светодиодных (более чем в 2 раза), но и превосходят их по некоторым характеристикам. Индукционные лампы имеют больший срок эксплуатации, большую светоотдачу, больший коэффициент мощности, меньшее потребление электроэнергии и, что немаловажно, полное отсутствие пульсации.
Кроме того, из-за высокого индекса цветопередачи индукционные лампы дают более приятный и естественный свет, недоступный световым решениям посредством светодиодов [5]. Также индукционные лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей для любых светильников с патронами Е14, Е27, Е40 и специальных светильников.
Однако и у индукционных ламп есть свои недостатки. Полностью экологически безопасной её назвать нельзя, хотя содержание твердотельной ртути в ней на два порядка ниже, чем в других газоразрядных лампах [5]. Также к недостаткам как индукционных, так и светодиодных светильников можно отнести их высокую стоимость по сравнению с распространёнными на сегодняшний день светильниками на основе ламп ДРЛ и ДНаТ.
Несомненно, применение СД ИС обеспечивает существенное снижение электропотребления. Однако применение светодиодов сопровождается рядом особенностей, связанных с наличием в кривой потребляемого ими тока высших гармоник. Это связано с тем, что СД ИС представляют собой нелинейную электрическую нагрузку с нелинейностью характеристик самих СД ИС и применением в качестве источника питания светодиодов электронных преобразователей.
Суммарный эффект таких нагрузок выражается в искажении кривой тока, потребляемого из сети, и протекании высших гармоник по всем элементам системы электроснабжения, что отрицательно воздействует на всё оборудование, сокращая срок его службы.
Для светового оборудования с активной потребляемой мощностью, составляющей более 25 Вт, гармонические составляющие тока не должны превышать значений, приведённых в [6].
Для оценки степени искажений, вносимых светодиодными источниками света в сеть, а также необходимости их учёта при построении осветительных установок на основе светодиодных источников света, проведены экспериментальные исследования кривой тока [3], потребляемой светодиодными источниками света из сети.
Действующие значения напряжения Uл и тока Iл на лампе измерялись с помощью приборов электромагнитной системы, а форма и гармонический состав кривой тока сети iс = iл исследовались с помощью прибора «Энергомонитор 3.3».
В качестве источников света использовались светодиодные источники света типа СДК-27 и СДП-27 с ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и без него.
Анализ результатов экспериментальных исследований свидетельствует о том, что уровень высших гармоник кривой тока, потребляемого из сети световыми приборами на основе светодиодных источников света, находится на грани установленных СТБ МЭК 61000-3-2–2006 пределов для светильников СДК-27, а светильник СДП-27 не выдерживает требований.
В соответствии с вышеизложенным можно сделать вывод о том, что использование светодиодных источников света (в особенности, если их совокупная мощность превышает 25 Вт) требует применения специальных мер по снижению уровня высших гармоник. Применять светодиодные светильники рекомендуется совместно с фильтрокомпенсирующими устройствами, установленными в сети на стороне источников света после вводного трёхфазного автомата [7].
На сегодняшний день светодиоды идеально подходят для декоративной подсветки, для различных дизайнерских решений, они могут полностью обеспечить световую рекламу, светофоры и т. д. Но если речь идет об освещении (улиц, рабочих мест и т. д.), то светодиодная техника пока не дотягивает до того качества, при котором не снижалась бы производительность труда, не появлялось чувство дискомфорта. Поэтому в настоящий момент при выборе между светодиодными и индукционными светильниками (лампами) предпочтение следует отдавать индукционным.
Получено 04.02.2013 г.