Технические науки/5. Энергетика

Кудашкина М. В.

Научно исследовательский мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева, г. Саранск, Россия

Проблемы светодиодного освещения

Светодиод (светоизлучающий диод, LED) - источник света, основой которого является полупроводниковый чип. При пропускании через чип электрического тока генерируется оптическое излучение. Светодиод состоит из чипа, первичной оптики, внутренней системы теплоотвода и корпуса.

Светодиодное освещение быстро отвоевывает долю на рынке внешнего освещения, включая уличные фонари и локальную подсветку в торговых центрах и на парковках. В то же время повышается опасность заражения окружающей среды световым загрязнением.

Без сомнения, направленность лучей светодиодов должна идеально решать задачу доставки светового потока к нужному месту, такому как дорожное покрытие, не допуская рассеивания на прилегающие к дороге дома. Разработка твердотельных источников, доставляющих правильный световой пучок, является грандиозной задачей, которую стараются решить создатели светодиодов, специалисты по оптике и производители светодиодных светильников.

Светодиоды завоевывают популярность в области внешнего освещения по нескольким простым причинам. Энергосберегающие светильники более энергетически эффективны и обладают большим сроком службы, чем натриевые лампы высокого давления. Эти преимущества для городских служб выражаются в экономии энергии и затрат на обслуживание. Но производители твердотельных источников, понимая проблему светового загрязнения, хотят также улучшить и управление световым потоком.

Светодиодные светильники обладают, по сравнению с предшественниками, многими достоинствами. Это монохромность света, малые размеры, стойкость к механическим повреждениям. Кроме того, светодиоды слабо греются.

То, что светодиоды питаются малыми напряжениями, позволяет свести на нет опасность коротких замыканий, а также избавиться от крупных проводов, которые являются неотъемлемой частью систем освещения газоразрядных ламп.

Светодиодные светильники не только более эффективны и экономичны, но и могут принципиально решать проблемы экологической, пожаро- и взрывобезопасности: они не требуют громоздких защитных конструкций.

На сегодняшний день светодиоды используются только для узкого спектра работ. В основном это рекламное освещение и подсветка. Это не только ограничивает их в действии, но и не позволяет им развиваться.

Идеи по созданию светодиодных светильников не новы: на сегодняшний день существует немало моделей световых приборов подобного типа. Но они имеют множество недостатков. Их не всегда совершенная конструкция приводит к тому, что светильники дороги, обладают низким КПД, неподходящей кривой распределения силы света, а также сильнейшим слепящим эффектом. Для промышленного освещения это недопустимо, поэтому вопрос разработки рациональных конструкций светодиодных светильников остается открытым.

Одним из важных недостатков существующих источников света является слепящий эффект, который снижает производительность работ. Однако благодаря тому, что в приборах используется узкий пучок света, несложно его уменьшить. Направленный слепящий свет можно рассеять с помощью менее сложных оптических систем и с меньшими потерями энергии, чем рассеянный слепящий свет газоразрядных ламп.

В качестве материала для корпуса светильника используют поликарбонат или оргстекло, потому что эти материалы очень прочны, просты для обработки, сравнительно недороги и имеют различные светопропускные способности. Большинство поликарбонатов при горении не выделяют вредных химических веществ, что немаловажно.

Главнейшей характеристикой светильника является кривая распределения силы света - график зависимости силы света от направления в полярных координатах. При сравнение данной кривой с аналогичными характеристиками у газоразрядных ламп показывает, что достигнуто сильное рассеяние света, а визуальная оценка и оценка изменения яркости от направления показали, что слепящий эффект очень мал. Из-за большого рассеяния света освещенность быстро убывает, однако при этом светильник не дает светового пятна на поверхностях и равномерно освещает помещение.

Светодиоды подпитываются постоянным током, что вынуждает к использованию блоков питания. Однако это имеет и свои преимущества. В первую очередь - это дает возможность расположить в помещении блок питания, и тонкие провода гораздо безопаснее, чем проводка под 220 В. Это препятствует возникновению искр, пожаров и взрывов, что важно, например, для шахтного освещения. Также малые токи позволяют питать систему светодиодных светильников от возобновляемых источников энергии.

Так как светодиодные светильники потребляют малое количество энергии, позволяет предложить схему питания системы освещения в любом помещении от солнечных батарей. Это сейчас наиболее эффективный возобновляемый источник энергии.

Тот факт, что яркость светодиодов прямо пропорциональна силе тока, позволяет предложить систему авторегулировки освещения.

Светодиодные светильники принципиально могут обладать свойством конструктора: можно создавать так называемые «элементарные модули», а затем предоставлять потребителю возможность монтировать свою индивидуальную систему освещения.

Использование светодиодов позволяет существенно понизить напряжение питания и питаемую мощность, что значительно повышает жизнеспособность и надежность светильников при аварийных ситуациях.