Светодиодное освещение

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Электроэнергетический факультет

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

РЕФЕРАТ по электроснабжению

Светодиодное освещение

Руководитель С.К. Алешина

Исполнитель

студент группы 10ЭС С.В. Рожнов

Оренбург 2012

Содержание

Введение

1. Сравнение светодиодов с лампами накаливания и люминесцентными лампами

2. Производство и рынок светодиодов

3. Примеры проектов практического применения светодиодов для освещения

Список использованных источников

Введение

На рубеже двух тысячелетий принципиальным отличием в оценке целей и средств научно-технического прогресса становится учет не только экономических параметров, но и его экологических последствий. Глобальный характер воздействия человека на среду обитания, т.н. антропогенный фактор, определяет жесткие требования к выбору параметров внедрения технологических решений.

Один из рядовых элементов электроники - светоизлучающий диод (СД) совершает переворот в светотехнической промышленности, и практически готов вытеснить лампы накаливания из сферы искусственного освещения. Не надо объяснять, что это значит в плане экономии энергии, сохранения невозобновляемых природных ресурсов, сохранения и оздоровления природной среды в планетарном масштабе.

Лампа накаливания, которой уже около 135 лет, уступает новым технологиям по многим параметрам и самая обнадеживающая из них - технология СД.

Идея прямой замены ламп накаливания на светодиодные «аналоги» уже давно не воспринимается как фантастическая. «Заменители» на базе светодиодов имеются как для низковольтных галогеновых ламп, так и для ламп с другими стандартными цоколями. Замещение быстрее всего происходит в мобильных приложениях: подсветка всевозможных ЖК-дисплеев, от мобильных телефонов до ЖК - мониторов; разного рода фонари, велосипедные фонари и т.д.

Но самое главное - это вторжение светодиодных технологий в традиционное освещение. Этот процесс начался там, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, маркировочное освещение и т.п.

С ростом световой отдачи и удешевления светодиодных приборов процесс их внедрения распространяется и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают обычные и галогенные лампы накаливания, а также люминесцентные лампы. По прогнозам к 2010-2015 годам производители обещают довести отдачу белых светодиодов до 150-200 лм/Вт, а цену на них снизить до стоимости современных ламп накаливания.

На освещение расходуется по разным оценкам 15-20 % производимой в мире электроэнергии. При этом промышленность использует на освещение 6-7 % потребляемой сектором электроэнергии, общественный и коммерческий секторы - 28-30 %, бытовой - 11-12 %.

По ряду прогнозов к 2025 году доля светодиодов приблизится к 50% от общего количества производимого света. В результате этого ежегодно будет экономиться 167 млрд. кВт*ч электроэнергии. Совокупная экономия будет составлять 86,9 млрд. долларов. Сэкономленная мощность в 2025 году составит 17,2 ГВт, что эквивалентно 29 новым электростанциям по 600 МВт.

В мире ежегодно тратится около $38 млрд. на освещение керосинок и других ламп на жидком органическом топливе. Это требует ежегодного расхода 77 млрд. литров жидкого топлива, для получения которого нужно перерабатывать 1,3 млн. баррелей сырой нефти в день - именно столько добывается ежедневно в Ливии, Индонезии или Катаре.

В середине 90-х годов рекордным показателем световой эффективности белых СД было 5 лм/Вт, теперь же эта цифра приближается к 100 лм. У керосинки показатель эффективности - лишь 0,1 лм/Вт. Выпускаемые сейчас в промышленном масштабе белые СД потребляют мощность 1 Вт - на 80% меньше наиболее компактных люминесцентных ламп, при этом излучают света столько же, сколько обычная электрическая лампа, потребляющая 100 Вт. Столь малый расход энергии в белых СД, как и небольшое требуемое для их работы напряжение, позволяет использовать для их питания небольшие батарейки размера АА или, что еще эффективнее, такие же аккумуляторы, заряжаемые от небольших солнечных фотоэлементов. По некоторым оценкам стоимость такого устройства составит $25 США. Оно окупится за несколько месяцев работы - средние затраты на керосин для освещения составляет $77 США на семью.

Всеобщий переход на белые СД в странах третьего мира потребует значительных усилий - надо будет переориентировать и потребителей, и производителей. Необходимо также построить новые линии по выпуску аккумуляторов и солнечных батарей. Однако результат не заставит себя долго ждать, и экономическая эффективность станет скоро очевидной для всех.

1. Сравнение светодиодов с лампами накаливания и люминесцентными лампами

В настоящее время два основных вида электрических источников света - лампы накаливания и газоразрядные лампы, среди которых главное место занимают люминесцентные лампы.

В быту традиционно наиболее распространены лампы накаливания, в которых свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током. В бытовых осветительных приборах применяются лампы накаливания мощностью 15-300 Вт, рассчитанные на напряжение 220 и 127 В. Срок службы ламп накаливания любого назначения около 750-1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не превосходит указанного на лампе. Достоинства лампы накаливания: низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования; компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока; надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход. К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах «перевесить» достоинства, относятся: низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% - в тепло; Высокая рабочая температура; заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания; недолговечность.

Люминесцентная лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновения со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет. Достоинства люминесцентных ламп: высокая световая отдача (до 80лм/Вт); большая долговечность. Недостатки люминесцентных ламп: относительная громоздкость; необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (ПРУ) (стартере и дросселе); чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10 градусов Цельсия лампа может не зажечься); наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми (100 раз в секунду) не уловимыми для глаза миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприятия скорости движения предметов, вызываются неприятные ощущения; при неправильном включении (без защитных конденсаторов в ПРУ) люминесцентные лампы становятся источниками помех для радиоприемников и телевизоров; обязательная утилизация ламп после использования (отходы, содержащие ртуть).

Светодиод - это полупроводниковый прибор. Его принцип работы основан на явлении электролюминесценции - холодного свечения, возникающего при протекании тока. Состав материалов, образующих p-n переход определяет тип излучения.

К преимуществам СД можно отвести: низкое энергопотребление - менее 10% по сравнению с лампами накаливания; долгий срок службы - до 100 000 часов; высокий ресурс прочности - ударную и вибрационную устойчивость; чистоту и разнообразие цветов; направленность излучения; регулируемую интенсивность; низкое рабочее напряжение; экологическую и противопожарную безопасность - они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются. Временным недостатком светодиодов является их пока более высокая стоимость по сравнению с другими источниками освещения.

2. Производство и рынок светодиодов

Рынок светодиодов расценивается как исключительно важный всеми производителями компонентов, включая и «китов» светотехнической индустрии. В течение последних пяти лет рынок светодиодов устойчиво развивается, достигая величины прироста товарной продукции до 60% в год. В 2005 году ежегодный объем рынка превысил 3 млрд. долларов.

Для того, чтобы изготавливать качественные сверхъяркие белые светодиоды в нужном количестве, понадобилась тесная кооперация двух отраслей промышленности - электронной и светотехнической.

Рекордное количество заключенных последние годы стратегических альянсов косвенно свидетельствует о серьезном движении капиталов в рассматриваемой области.

В южнокорейском городе Кванчжу создается «Светодиодная долина» (LED Valley) - аналог знаменитой Силиконовой долины в Америке, но с иной, более узкой, специализацией.

На создание Светодиодной долины - своеобразного корейского технопарка, в котором будет размещено самое совершенное на сегодняшний день производство светодиодов, - только в период 2005-2008 гг. будет затрачено 100 млн. долларов США. Предполагается объединить на одной территории 40-50 компаний, связанных с производством светодиодных устройств на всех стадиях - от чипов до их интеграции. Девять таких компаний уже размещены в бизнес-инкубаторе корейского института фотонных технологий (Korea Photonics Technology Institute, KOPTI).

К настоящему времени, сообщает Optics.org, в Кванчжу уже приняли решение «осесть» около 230 высокотехнологичных компаний, специализирующихся в области полупроводников, оптических средств связи и оптических материалов. За прошлый год совокупный объем продаж в регионе, по данным агентства привлечения инвестиций муниципалитета Кванчжу, составил 1,2 млрд. долларов США.

К именитым мировым производителям светодиодов можно отнести компании Philips; Gree; Osram; Toyoda Gosei Co., Ltd; Seoul Semiconductors и другие.

К крупным отечественным производителям СД относятся ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника», Оптоган.

ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» -- один из крупнейших в Восточной Европе и СНГ производитель светодиодов, осветительных устройств на их основе, приборов пожарной сигнализации. За 11 лет существования компания заняла стабильное лидирующее положение на рынке нанотехнологий России, выпуская на собственном производстве в Санкт-Петербурге высококачественные светотехнические приборы на базе LED, которые используются во всех сегментах экономики.

Реализованы крупнейшие в стране проекты по переводу на светодиодное освещение объектов железнодорожного транспорта, химической, энергетической, нефтегазовой промышленности, складской и инженерной инфраструктуры, жилищно-коммунального хозяйства.

Компания «Оптоган» одна из немногих в мире и единственная в России, обладающая технологиями и полным циклом производства светодиодов и светодиодной техники, начиная с выращивания полупроводниковых кристаллов и заканчивая производством интеллектуальных систем освещения.

Производственные мощности компании «Оптоган» расположены в Санкт- Петербурге (Россия) и Ландсхуте (Германия).

светодиодное освещение

3. Примеры проектов практического применения светодиодов для освещения

Светодиодные источники света, активно разрабатываемые в настоящее время, могут стать еще более экономичной альтернативой и лампачкам накаливания, и лампам «дневного света» всевозможных модификаций. Их мощность растет на глазах - уже появились светодиодные прожекторы, способные осветить целиком архитектурный ансамбль или даже небольшой населенный пункт. Появляются мощные и сверхкомпактные светодиодные источники света. Какая именно технология придет на смену «лампочке Эдисона» в XXI веке, покажет ближайшее время.

Власти американского города Роли, столицы штата Северная Каролина, приняли решение о переходе на технологию светодиодного освещения городских улиц и общественных помещений. В ближайшие полтора года все уличные фонари, устройства для подсветки зданий, лампы в гаражах и парковках будут заменены на светодиодные источники света.

Компания Progress Energy, которая будет выполнять этот заказ, провела оценку, согласно которой расходы на освещение должны сократиться на 40%. К тому же значительно улучшится и качество освещения.

При замене фонарей и ламп будут испытаны различные варианты светодиодного освещения. Власти города рассчитывают, что их примеру последуют и другие города США.

Австралия может стать первой страной, где не останется традиционных ламп накаливания.

Министр по охране окружающей среды в австралийском правительстве Малькольм Тернбулл считает, что дни ламп накаливания, изобретенных Эдисоном еще в XIX веке, уже сочтены. К 2010 году, по его мнению, эти лампы должны быть вытеснены более экономными, долговечными и безопасными люминесцентными лампами.

Пока не слишком понятно, какими мерами удастся австралийскому правительству добиться поставленной цели, ведь речь идет об изменении быта миллионов людей. Представители оппозиционных партий считают, что начинать надо с энергосбережения в сфере бизнеса и государственных организаций.

Проблема использования новых источников освещения рассматривается и в России. По оценке специалистов Всероссийского научно-исследовательского института им. С.И. Вавилова (ВНИСИ, г.Москва) в настоящее время перспективными с точки зрения использования светильников со светодиодами могут быть те объекты ЖКХ, в которых действующими нормативными документами установлены сравнительно низкие уровни освещенности при отсутствии или невысоком требовании к качеству цветопередачи. К таким объектам можно отнести: лестничные клетки (площадки, пролеты, марши), лифты, номерные знаки домов и указатели названий улиц.

Применение СД в качестве альтернативного источника света только в трех названных участках ЖКХ может обеспечить годовую экономию электроэнергии не менее 200 млн. кВт*ч. По мере снижения стоимости белых и многокристальных (полноцветных) светодиодов область их применения в ЖКХ может быть значительно расширена.

Список использованных источников

1 Дудин Е.Б. Светоизлучающие диоды - революция в технологии освещения // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. - 2007. - №6. - с. 99-106.

2 Давиденко Ю. Современные светодиоды // Компоненты и технологии. - 2004. - №6 - с. 38-43.

3 Давиденко Ю. Светодиодные источники белого света // Светотехника. - 2004. - №4. - с. 52-55.

4 http://www.leds.ru

5 http://www.cnews.ru

6 http://www.soptel.ru

7 http://www.optogan.ru

Размещено на Allbest.ru