Амангельдина М.А.

Восточно-Казахстанский государственный Технический университет им.Д.Серикбаева

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ LED-СВЕТИЛЬНИКОВ

Светодиодные источники света становятся частью большинства реализуемых в настоящее время проектов по освещению, однако результаты их использования только за два последних года стали сравнимы с теми, что достигаются за счет применения традиционных ламп.

Почти все первые светодиодные приложения относились к декоративному освещению (особенно это касается внешнего освещения), поначалу основываясь на RGB-эффектах. В начале 2000-х гг. первое поколение мощных светодиодов иногда использовалось в розничной торговле для направленного освещения.

Из-за низкой светоотдачи (менее 60 лм/Вт) этих источников и невысокой светопередачи оптических систем, существовавших на рынке в то время, светодиодные установки освещали объекты с очень близкого расстояния с помощью линз. Как правило, эти источники света применялись в небольших витринах, в полках и рекламных стойках, которые прежде подсвечивались галогенными лампами с дихроичными отражателями

Из-за очень низкой светоотдачи этих ламп возникла вполне оправданная потребность в использовании столь дорогих светодиодных источников. К настоящему времени параметры этих устройств намного улучшились, благодаря чему они стали успешно применяться практически во всех стандартных приложениях для внутреннего и внешнего освещения, обеспечивая не только сравнительно лучшие эксплуатационные характеристики (уровень освещенности и качество света), но и экономию энергии.

Тем не менее, существуют некоторые непреодолимые на текущий момент ограничения. Они касаются светодиодов и существенно отличаются от тех, которые действуют в отношении таких стандартных источников света как галогенные и ртутные люминесцентные лампы, а также разрядные лампы высокой интенсивности.

Мы рассмотрим некоторые новые аспекты применения светодиодных ламп, которые иногда трудно понять по той причине, что они относятся к электротехнической области. Электротехники, являющиеся промежуточным звеном между производителями и потребителями компонентов, зачастую оказывают известное влияние на рынок.

Спустя несколько лет всем разработчикам осветительного оборудования потребуется досконально разбираться в методах управления тепловыми режимами, биннинге, светоотдаче и т.д. В приложениях по освещению магазинов эти аспекты начинают играть более важную роль, чем в приложениях по наружному освещению, поскольку качество света далеко не в последнюю очередь определяет возможность продать выставляемую на витринах продукцию.

Решая вопрос об освещении фасада здания, мы не обращаем внимания на разброс параметров светодиодов, если уже выбрана цветовая температура. Однако если речь идет об освещении драгоценного украшения стоимостью 50 тыс. евро или кожаной сумки из последней коллекции известного дома мод, разработчику требуется не только очень тщательно относиться к биннингу, но и в деталях разбираться в особенностях светодиодов от всех известных на рынке производителей.

Например, при разработке осветительной системы для кожаной обуви предпочтительно воспользоваться источником с температурой 3000°K, чтобы добиться максимальной цветопередачи. Однако недостаточно указать поставщику только этот параметр, т.к. в свете такого источника будет содержаться большая доля зеленого компонента, в результате чего все изделия из кожи примут непривлекательный серый оттенок, особенно в сравнении результатов освещения с помощью галогенной лампы.

Новые светодиодные источники света характеризуются широким рядом цветовых температур, что позволяет разработчикам выбрать устройство с лучшей цветопередачей. Работа над проектами по освещению все больше становится схожей с трудом портного, выполняющего индивидуальные заказы, а не с производством массовой продукции. Другим важным преимуществом применения светодиодов является возможность управления их цветом на протяжении всего времени эксплуатации осветительной установки, за исключением тех случаев, когда заказчик без уведомления исполнителя проекта заменяет все лампы на источники света с другой цветовой температурой. Слишком часто мы оказываемся свидетелями тех случаев, когда при запланированном техническом осмотре осветительных систем, требующих ламп с определенными характеристиками, обнаруживается, что заказчик без уведомления исполнителя проекта заменил в целях экономии все лампы на источники с другой цветовой температурой.

Вопрос, насколько велика гарантия того, что замена ламп в осветительной установке не потребуется, на самом деле, непрост. Рынок по-прежнему недостаточно зрелый, и эксплуатация большей части предлагаемой продукции представляет определенные трудности, связанные с методами теплового управления. В результате остается только мечтать о том, чтобы срок эксплуатации этих изделий достигал 50 тыс. ч. В настоящее время этот параметр ограничен 1—5 тыс. ч.

Часто наиболее недооцениваемым параметром системы является размер ее теплоотвода, главным образом потому, что он нарушает эстетический вид осветительной установки. Активные системы рассеивания тепла вообще не рассматриваются: вентиляторы и схожие компоненты ненадежны и являются источниками шума, который неприемлем в тихой обстановке какого-нибудь дорогого бутика.

Исходя из этих соображений, многие разработчики отказались от первоначального решения использовать светодиоды в осветительных установках. В настоящее время их очень трудно убедить в том, что на рынке имеются лампы, которые действительно отвечают заявленным производителями характеристикам. Таким образом, разработчики должны уметь правильно оценить продукцию по всем техническим аспектам — электрическим и светотехническим.

Не следует забывать и о том, что светодиодный источник света питается через драйвер, выбор которого так же важен, как и выбор светодиода — срок эксплуатации драйвера должен быть не меньше срока эксплуатации светодиода.

Многие недорогие драйверы, технологически схожие со стандартными трансформаторами для галогенных ламп, ненадежны. С другой стороны, на рынке предлагаются драйверы, созданные по тем же трансформаторным технологиям и используемые в сетевых серверах или схожих компьютерных приложениях с гарантированным сроком эксплуатации, который составляет сотни тысяч часов. У этих драйверов более высокая цена, но имеющиеся сертификаты позволяют их использовать в системе без технического обслуживания.

Для создания светового потока 1000 лм или выше используется матрица из источников света достаточно больших размеров. Внешний вид такого массива не очень привлекателен. Кроме того, слишком плотное размещение большого числа источников света вызывает проблемы, связанные с рассеиванием тепла. Чем дальше эти источники находятся друг от друга, тем выше КПД теплоотвода.

В то же время использование линз небольшого размера менее эффективно, чем линз относительно больших размеров. Миниатюризацию нельзя считать возможным преимуществом светодиодных систем, применяемых взамен стандартных источников света, если требуется обеспечить те же рабочие характеристики (возможно, это требование со временем изменится на противоположное).

Однако если мы будем стремиться создать установку, в которой будут использоваться основные преимущества светодиодов, а не только добиваться того, чтобы характеристики новых систем в точности совпали с параметрами уже существующих решений, светодиодные источники света получат широкое коммерческое применение.

Благодаря тому, что у светодиодов выросла выходная мощность, их можно использовать в очень многих приложениях по направленному освещению. Например, у разработчиков появилась возможность использовать матрицы с 18-ю белыми светодиодами, ток потребления каждого из которых составляет 700 мА, тогда как суммарная (лампы, оптики и электроники) светоотдача близка к светоотдаче установки, использующей 70-Вт металлогалогенную лампу, причем потребление матрицы составляет 60% от потребления установки.

Давайте станем использовать свет только там, где он действительно необходим — в итоге удастся сэкономить и деньги, и энергию

Кроме того, для приложений по освещению коммерческих площадей было разработано несколько решений, рабочие характеристики которых сравнимы с параметрами традиционных ламп OSRAM DULUX L 4×55 для установки в подвесных потолках. Не представляет особого труда реализовать систему общего освещения на светодиодах, обеспечивающую среднее значение выше 500 лк и использующуюся в супермаркетах, моллах и схожих крупных торговых центрах.

Разумеется, проще задействовать светодиодные решения в таких магазинах как модные бутики или в ювелирных лавках, для посетителей которых необходимо создать определенную эмоциональную атмосферу. В этом случае часть площадей, например коридоры, затемняется, а товары на витрине подсвечиваются с помощью прямо направленного света.

При уровне общей освещенности порядка 150 лк разработчику требуется обеспечить 1000 лк для выгодной подсветки предлагаемых на витрине изделий. Одной из отличительных особенностей светодиодов от других источников света является узконаправленность их светового потока

По этой причине оптические средства (как правило, линзы) для светодиодных решений являются более эффективными, чем рефлекторы для других источников света: требуется лишь модулировать световой поток, не перенаправляя, по меньшей мере, 50% излучения так, как это делают рефлекторы. Таким образом, применение светодиодов целесообразно при точечной подсветке, однако в том случае, когда требуется осветить и стены, и потолок, использование светодиодов сопряжено со многими трудностями.

Из-за диффузных рассеивателей света теряется много энергии, и светодиодное решение оказывается неоправданно дорогим. Едва ли потребителей заинтересует установка на основе матрицы светодиодов, излучающих в совокупности во всех направлениях. Мне кажется, традиционный способ освещения с помощью источника света, равномерно излучающего во все направления, является совершенно неверным из-за световых потерь. Появление на рынке светодиодных установок можно рассматривать как усовершенствование большинства световых систем, применяемых в магазинном и домашнем освещении.

Светодиодными источниками легко управлять с помощью таких устройств как программно-управляемые регуляторы, подключенные к датчикам силы света, движения, зазора, ИК-датчикам и камерам. Светодиоды не страдают от частых циклов переключений. Кроме того, яркость этих устройств легко регулируется. На более низких уровнях яркости эффективность светодиодов увеличивается. Более того, у разработчика имеется возможность управлять массивом светодиодов с разной цветовой температурой и комбинировать выходное излучение в соответствии с топологией освещаемых объектов.

В других приложениях световая мощность источника меняется с помощью системы считывания и обработки данных от светочувствительного датчика, реагирующего на внешний уровень освещенности. Например, для поддержания постоянного уровня совокупной освещенности в помещении система уменьшает или повышает уровень искусственного освещения.

Очевидно, поступающие от датчика значения изменяются в течение дня, что позволяет экономить энергию и увеличивает срок службы источника света. Системы управления светом обеспечивают более комфортную и динамическую световую среду для человека.

Разумеется, упомянутые электронные устройства можно не только использовать для управления световым потоком и цветовой температурой, но и цветами в случае со световыми источниками RGB. До сих пор мы рассматривали лишь мощные светодиоды. Говоря о светотехнических эффектах, создаваемых с помощью RGB-источников, в первую очередь имеются в виду менее дорогостоящие и простые в использовании SMD-источники (управление RGB-источниками с выходным током, например 350 мА, характеризуется многими ограничениями, особенно если речь идет о большом числе ламп).

Для создания в помещении декоративного эффекта можно установить светодиодную полоску в ниши или позади матового диффузора

Массивы источников света позволяют заменять неоновые или люминесцентные лампы T5 и T8 для создания рассеянного освещения в витринах и для задней подсветки световых коробов при сравнимых уровнях освещения. При этом следует отметить такие преимущества, например 24-В светодиодной полоски, как высокая надежность, компактность и отсутствие затруднений, связанных с рассеиванием тепла.

Светодиодную полоску можно изогнуть в той или иной форме, в зависимости от решаемой задачи, выбрать желаемую длину, чтобы, например, устранить неосвещенную область, возникшую при использовании двух люминесцентных ламп. Стоимость светодиодной полоски (а не только энергопотребление) ниже, чем стоимость неоновых ламп с холодным катодом.

Очевидно, если мы попытаемся воплотить ту же концепцию сегодня с помощью диодов, светоотдача которых выросла от 50 до 100 лм/Вт, нам потребуется меньшее их количество при том же уровне освещенности, либо, если их число не изменять, освещенность вырастет в два раза. В 2005 г. светоотдача источника света с температурой 3000°K была очень низкой, причем поставщик не гарантировал хорошего биннинга.

Вероятно, если бы производство было автоматизированным, а не ручным, процент этих дефектов был бы ниже. В любом случае, все приведенные расчеты, основанные на наших практических результатах, показывают, что применение светодиодных ламп дает отличные результаты, касающиеся не только более выигрышной осветительной схемы и установки, но и стоимости технического обслуживания.

Мы являемся свидетелями начала эры светодиодного освещения, эры, когда проектировщики осветительного оборудования станут более ответственными за свою сложную, но, в то же время, интересную и важную работу.