Светодиодное освещение для зданий и улиц - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Техника и технологии

3196
Светодиодное освещение для зданий и улиц

Сложившееся в настоящее время в энергетике Украины крайне сложное положение, связанное, в первую очередь, с дефицитом топлива на ТЭС, а именно с острой нехваткой угля и природного газа. Обострившиеся в 2014 г. проблемы в экономике Украины, потеря ряда традиционных рынков сбыта и продолжающаяся АТО на Юго-Востоке страны больно ударили по украинской энергетике. В условиях зимы 2014–2015 гг., углеводородного сырья не хватает даже для производства необходимого количества тепла на ТЭЦ, что привело к понижению средней температуры в квартирах жилых домов (в г. Киеве, до 17...18°С).

В таких условиях, когда для производства электроэнергии топлива хронически не хватает, произошло не только падение частоты в Единой энергетической системе Украины, но и участились вынужденные внеплановые веерные отключения электроснабжения. В связи с этим правительство приняло ряд жестких мер для ограничения потребления электроэнергии, особенно в зимний период, введя плановое принудительно отключение, как предприятий, так и населенных пунктов от электроснабжения на 4...8 ч в сутки.

Конечно, можно увеличить импорт углеводородного сырья, однако из-за кризиса неплатежей, в частности из-за растущей задолженности за электроэнергию коммунальных предприятий, топливо купить просто не за что. Так, в ноябре 2014 г. распределительная компания «Киевэнерго» отключила от электроснабжения ряд объектов компании «Киевгорсвета» в связи со значительной задолженностью за потребленную электроэнергию. Тогда вопрос удалось достаточно быстро решить, и г. Киев не погрузился во мрак, но ежедневный лимит электроэнергии на уличное освещение значительно уменьшили.

Не лучше ситуация и в крупных ТРЦ г. Киева, которым власти предложили:

- открываться утром на 4 часа позже (чтобы они не работали в утренние часы пикового потребления);

- включать на парковках только дежурное освещение;

- включать эскалаторы только на подъем;

- отключить большую часть освещения торговых галерей.

В областных и районных центрах ситуация с электроснабжением ещё хуже. В этой ситуации властям и представителям бизнеса необходимо принимать какие-то кардинальные решения, пока энергосистема страны не развалилась и Украина не погрузилась, в полном смысле этого слова, во мрак. При этом, на уровнях как государственных, так и коммунальных и частных предприятий, немалое внимание уделяется поискам новых путей экономии электроэнергии. Одно из решений – это пойти по пути экономии электроэнергии, например, путем внедрения более экономичных светодиодных систем освещения, как улиц, так и других объектов городской инфраструктуры.

Бытует мнение, что использование современных светодиодных светильников позволяет снизить не только расход электроэнергии на освещение, но уменьшить общие расходы на освещение, при этом улучшив его качество. Однако это не совсем так.

 

Освещение торгово-развлекательных центров (ТРЦ)

В таких центрах широко используется искусственное освещение не только торговых залов и галерей, но и внешнее освещение самих зданий ТРЦ. Важно отметить, что в современных ТРЦ практически отсутствует естественное освещение из-за того, что в большинстве ТРЦ нет ни окон, ни прозрачных крыш. Поэтому искусственное освещение в ТРЦ используется практически постоянно (даже когда ТРЦ закрыт, в нём работает дежурное освещение). Это приводит к достаточно большим расходам на освещение ТРЦ.

Специально для использования в закрытых помещения, таких как офисные здания и ТРЦ, разработаны светодиодные светильники типа «Armstrong» FR-AR-01 мощностью 30 Вт (рис.1), в котором используются лампы производства LG. Предлагается такой светильник по цене 55 USD.

Освещение типовой галереи ТРЦ

Типовая торговая галерея ТРЦ освещается 100 светильниками. Подсчитаем, какую экономию обеспечит использование светильников «Armstrong» по сравнению с обычными люминесцентными лампами Т8 мощностью 18 Вт. Световой поток светильника «Armstrong – 25 Вт» в 4 раза выше, чем у указанной выше люминесцентной лампы, поэтому один светильник «Armstrong – 25 Вт» заменяет светильник с 4 люминесцентными лампами Т8.

ТРЦ, как правило, работают с 8:00 до 23:00, т.е. 15 ч в сутки. За 5 лет работы лампы проработают около 27 тыс. ч. При этом 4 лампы Т8 потребят 1944 кВт·ч, а лампа «Арстронг» – 810 кВт·ч электроэнергии. Т.е. экономия составит 1134 кВт·ч, или 59%, что составит 63 USD (при нынешнем тарифе 1 кВт·ч на Украине стоит 0,056 USD, или 1 грн.).

Но дело не только в экономии электроэнергии. Светильники с лампами типа Т8 (рис.2) в течение 1...2 лет эксплуатации уменьшают создаваемую ими освещенность на 25...40%, т.е. при проектировании торговой галереи это надо учитывать и закладывать изначально большее количество таких светильников. К тому же, работающие от сети переменного тока 220В/50 Гц лампы Т8 мигают и создают, так называемый, «мерцательно-стробоскопический» эффект, утомляющий зрение человека. Поэтому расположенные рядом светильники приходится подключать к разным фазам питающей сети, что усложняет разводку проводов питания и увеличивает стоимость системы освещения в целом.

Утилизация люминесцентных ламп

Ещё одной неприятной особенностью люминесцентных ламп является наличие в них ртути. Поэтому для исключения ущерба экологии они подлежат специальной дорогостоящей утилизации, которая обходится примерно в 0,15 USD(3 грн.)за лампу. Т.е. для данной торговой галереи со 100 светильниками, в каждом из которых установлено 4 лампы Т8, стоимость утилизации ламп составит 60 USD. А это сопоставимо с величиной экономии на электроэнергии при замене люминесцентных ламп светодиодными.

 

Достоинства светодиодных светильников

Экономичность

Для обеспечения такого же, как у люминесцентных ламп светового потока светодиодные лампы потребляют в 1,8–2 раза меньше электроэнергии. Причем эта разница непрерывно увеличивается по мере совершенствования светодиодных ламп и повышения их экономичности.

Надежность

В отличие от люминесцентных ламп, срок службы которых составляет от 9 до 13 тыс. ч, срок службы светодиодных ламп составляет 60...100 тыс. ч. Т.е. при работе 15 ч в сутки такая лампа будет служить более 10 лет.

Регулируемая яркость и цветовая температура

Эти качества, отсутствующие у люминесцентных ламп, значительно повышают эргономичность светодиодного освещения. Появляется возможность, используя одни и те же светильники, создавать холодный или нейтральный свет в деловых помещениях офисов, или теплый и приглушенный свет в зонах отдыха или на рецепции.

Экологичность

Поскольку, в отличие от люминесцентных ламп, светодиодные не содержат вредных компонентов, то они не требуют специальной утилизации, и их переработка, после окончания срока службы, обходится гораздо дешевле.

 

Какие светильники выбрать?

Несмотря на очевидные преимущества светодиодные светильники значительно дороже устаревших люминесцентных и галогенных. Поэтому многие предприятия и коммунальные службы не готовы инвестировать деньги в замену системы освещения. Более того, при замене системы освещения зачастую выбор делается не в пользу использования дорогих светодиодных ламп известных производителей, а в пользу дешевых китайских светильников стоящих в разы дешевле.

Такой подход понятен, но он абсолютно не правилен с технической точки зрения. Дело в том, что если такие мировые производители как LG, Osram, Cree и Philips предоставляют на свою светодиодную продукцию гарантию 3...5 лет, то китайские производители – только 1 год. И это не случайно. Довольно часто дешевые китайские лампы (рис.3) выходят из строя через 2...3 месяца после начала их эксплуатации, даже при работе в «тепличных» условиях (напряжение в сети 190...230 В, температура окружающей среды 15...25°С).

Ещё один недостаток дешевых китайских ламп – повышенная скорость деградации их характеристик, причём как светового потока, так и цветовой температуры. Если «фирменные» лампы имеют скорость деградации светового потока примерно 1...3% в год, то у дешевых китайских ламп световой поток может уменьшаться на 10...15% ежегодно.

 

Особенности конструкции

Рассмотрим особенности и различия в конструкции брендовых и дешевых светодиодных ламп на примере популярных трубчатых светодиодных ламп типа Т8 G13, которые массово выпускаются различными производителями.

Синий свет

Основной недостаток дешевых светодиодов и ламп на их основе – чрезмерное излучение в «синей» части спектра видимого диапазона волн. Это приводит к атрофии сетчатки человеческого глаза, бессоннице и другим нарушениям.

В брендовых лампах этот недостаток устранён. Более того, брендовые производители предлагают на выбор потребителя несколько вариантов цветовых температур своих ламп. В основном, это лампы с нейтральным естественным белым светом, максимально приближенным к солнечному спектру, привычному для человеческого глаза.

В то же время дешевые светодиодные лампы потому и дешевы, что в них используются светодиоды с указанным выше недостатком.

Электронный балласт (драйвер)

При работе лампы, напряжение на одном светодиоде составляет 3,1...3,6 В. Поэтому даже при наличии в лампе 48 последовательно включенных светодиодов их нельзя просто подключить к сети 220 В/50 Гц.

В связи с этим во всех светодиодных лампах используется специальный драйвер. Такой драйвер может быть выполнен или по аналоговой или по цифровой схеме. Брендовые производители используют аналоговые драйверы, содержащие дорогостоящие оксидные конденсаторы большой емкости. Благодаря этому они обеспечивают работу светодиодных ламп в широком диапазоне питающих напряжений – от 85 В до 265 В. Т.е. даже при значительном понижении напряжения в питающей сети свет не погаснет, а скачки напряжения в сети не выведут светодиодную лампу из строя.

В дешевых китайских лампах используется цифровой драйвер. Мало того, что это приводит к миганию лампы (чтобы человеческий глаз не различал мигание светодиода, частота питающих его импульсов должна превышать 250 кГц), но такие драйверы обеспечивают нормальную работу лампы только при напряжении в сети 195...240 В. Но в нынешней экономической ситуации колебание напряжения в украинских электросетях гораздо выше.

Ещё одним недостатком дешевых цифровых драйверов является отсутствие поддержания требуемого тока через светодиоды при колебаниях напряжения в питающей сети. В таких драйверах ток через светодиоды задается при номинальном напряжении в сети. При его понижении лампа светится слабее, и при превышении напряжением номинального значения светодиоды перегреваются и их характеристики деградируют.

В брендовых драйверах применяется автоматическое поддержание тока через светодиоды, что и обеспечивает работу лампы при напряжении в сети 85...265 В.

Отказ части светодиодов

В брендовых светодиодных лампах используется, как привило, 48 шт. светодиодов. Это позволяет, при отказе до 10% имеющихся в лампе светодиодов, увеличить ток через оставшиеся исправными. В итоге световой поток лампы практически не уменьшится. Разумеется, в дешевых лампах сделать это невозможно.

Корпус лампы

В отличие от люминесцентных ламп Т8 (рис.4) он изготавливается не из стекла, а из ударопрочного пластика. В брендовых лампах используется высококачественный износостойкий пластик, который не мутнее и не желтеет со временем. Такой пластик устойчив к инфракрасному и ультрафиолетовому излучению.

Китайские лампы удешевляются за счёт использования недорогого пластика, который довольно быстро мутнеет, что заметно уменьшает световой поток лампы.

Плата светодиодов

При работе осветительные светодиоды сильно нагреваются. Чтобы не допустить деградации их характеристик, от них надо отводить тепло. Поэтому в качественной лампе сборка светодиодов производится на плате из алюминия, которая хорошо отводит тепло от светодиодов.

В дешевых лампах плата выполнена из пластика. Такая плата очень плохо отводит тепло, более того, из-за нагрева она гнется, что изменяет диаграмму направленности излучаемого света. Это значительно сокращает срок службы лампы.

 

Уличное светодиодное освещение в Киеве

Существует опыт западных стран, которые в муниципально-коммунальном секторе значительно уменьшили расход электроэнергии на уличное освещение путем внедрения светодиодных (LED) светильников. При этом утверждается, что внедрение таких передовых разработок позволяет улучшить также качество освещения городов в ночное время. Т.е. наиболее перспективных развитием уличного освещения является переход на светодиодное освещение таких объектов, как: городские здания, пешеходные переходы, улицы, торговые центры, промышленные и офисные здания.

Подобный проект с некоторых пор осуществляется и в г. Киеве. Разработчики проекта из компании SunPower утверждают, что в плане развития электроэнергетической инфраструктуры Киев отстает на 10...20 лет от ряда столиц европейских государств, но лидирует по потреблению электроэнергии на одного жителя. При этом в рамках упомянутого проекта, планируется замена люминесцентных и натриевых ламп светодиодными. Утверждается, что срок окупаемости такого проекта составляет всего 1...3 года. Более того, после его реализации значительно сократятся как расход электроэнергии на уличное освещение, так и эксплуатационные расходы компании «Киевгорсвет» на обслуживание новой системы освещения.

Экономия

Для её достижения предлагается заменить ртутные фонари мощностью 400 Вт LED-фонарями Matrix 80 мощностью 150 Вт, а натриевые лампы ДНАТ 250 Вт (рис.5) заменить LED-светильниками SunPower 90 Вт (рис.6). Это позволит уменьшить расход электроэнергии на освещение одного и того же участка улицы примерно в 2,5 раза.

В настоящее время проводится радикальная реформа всей системы ЖКХ Украины, т.е. сокращается персонал, предприятиям ЖКХ не хватает как квалифицированных кадров, так и техники. В этих условиях появляется ещё один источник экономии – более длительный срок службы светодиодных ламп, что позволяет производить их замену примерно через 15...16 лет. Это обеспечивается тем обстоятельством, что производители ламп заявляют срок их безотказной работы 60…100 тыс. ч, но при этом фирмы-изготовители предоставляют на свои светодиодные изделия гарантию всего лишь 3...5 лет.

Улучшения качества освещения

Для обеспечения безопасности на дороге в темное время суток важно как равномерное освещение всех её участков, так и чтобы это освещение было максимально приближено к естественному освещению.

На Украине наиболее часто устанавливают на осветительных опорах фонари типа ДКУ-250, ДКУ-400 и ЖКУ-250 (рис.7). При этом стандартное расстояние между опорами составляет 35 м. Это создает очень неравномерное освещение дорожного полотна с ярким световым пятном под опорой и со слабо освещенным участком между опорами. Такие условия освещения дороги очень неблагоприятны для зрения водителя автомобиля, так как приводят к его быстрому утомлению. А это приводит к ДТП, в частности, к наезду на пешеходов которые совершенно незаметны на темном участке дороги, после того как водителя ослепило яркое пятно под осветительной опорой.

Не менее важен, чем равномерное освещение дорожного покрытия, также и спектральный состав источников дорожного освещения. Как известно, натриевые лампы обладают высокой экономичностью и большим световым потоком, но их спектр излучения значительно отличается от естественного освещения. LED-светильники могут обеспечить дорожное освещение со спектром максимально приближенным к солнечному свету. Это важно, поскольку в таких условиях пешеходы и водители чувствуют себя на дороге уверенней, что повышает безопасность дорожного движения.

 

Модернизации систем освещения в городах Украины

Проект, подобный описанному выше, предполагают реализовать также в г. Сумы. Главное отличие этого проекта от киевского – источники финансирования. Если в Киеве проект финансируется из средств городского бюджета, то в Сумах для этого планируется привлечь кредитные средства банка ЕБРР. Соответствующая заявка уже подана в банк и находится на стадии рассмотрения.

Ряд других крупных городов Украины, особенно в центральных областях страны, также рассматривает возможности внедрения энергосберегающих систем светодиодного освещения.

При этом фирмы, поставляющие светодиодные светильники, в настоящее время участвуют в нескольких тендерах на замену систем освещения в городах. Топ-менеджеры таких компаний утверждают, что, несмотря на серьезный экономический кризис в украинской экономике, в ближайшие 3...5 лет все украинские автомагистрали и города перейдут на светодиодное освещение. Декларируется, что внедрение светодиодного освещения не только сократит расход электроэнергии, но позитивно отразится как на безопасности на дорогах и экологической ситуации в стране, так и на экономической ситуации и качестве жизни её жителей.

 

Итоги

Действительно, внедрение светодиодных систем освещения позволяет, в настоящее время, обеспечить почти 2-кратное сокращение потребления электроэнергии. Кроме того, стоимость эксплуатации светодиодных систем освещения ниже благодаря большему сроку службы светодиодных ламп. Но есть одно «но» - светодиодные светильники имеет смысл приобретать только для объектов предполагающих их длительную эксплуатации. Т.е. если Вам нужен светильник на 1-2 года – дешевле приобрести обычный люминесцентный.

Поясним это на примере. Рассчитаем стоимость владения светильником со светодиодными и люминесцентными лампами за 2 года и 10 лет. Для сравнения выберем светодиодный светильник «Armstrong 30 Вт» с 4 лампами Т8, который стоит 55 USDи люминесцентный светильник «Филипс» с 4 лампами 18 Вт Т8, который стоит 6,3 USD(120 грн.).

2 года работы

При работе в течение 15 часов в сутки (например, в ТРЦ) за два года светильники наработают 10950 ч – что как раз соответствует сроку службы светильника «Филипс» до замены ламп. При этом светильник «Armstrong» потребит 328,5 кВт•ч электроэнергии (на 18,4 USD), а светильник «Филипс» - 788,4 кВт•ч электроэнергии (на 44,15 USD). В конце этого срока надо будет произвести утилизацию ламп светильника «Филипс», что будет дополнительно стоить 0,6 USD. Т.е. стоимость владения за 2 года составит: «Armstrong» - 73,4 USD, «Филипс» - 51,05 USD. Как видим, в этом случае приобретать светодиодный светильник экономически нецелесообразно.

10лет работы или 54750 часов

Это как раз срок службы светильника «Armstrong» до замены в нём ламп. За это время светильник «Armstrong» потребит 1642,5 кВт•ч электроэнергии (на 91,98 USD), а светильник «Филипс» - 3942 кВт•ч электроэнергии (на 220,75 USD). Кроме того, за это время надо будут утилизировать 5 комплектов люминесцентных ламп от светильника «Филипс» что обойдется в 3 USD. Стоимость владения составит: «Armstrong» - 147 USD, «Филипс» - 230,05 USD.

Как видим, при существующих тарифах на электроэнергию и огромной (практически десятикратной) разнице в ценах на люминесцентные и светодиодные светильники приобретение светодиодного светильника - это инвестиции в будущее. А делать такие инвестиции в странах СНГ весьма рискованно.

В связи с этим, до значительного снижения цен на светодиодные светильники, их применение оправдано лишь в немногих случаях, например, когда заменить вышедшую из строя лампу сложно или дорого.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus