Энергосберегающие технологии в наружном освещении. Передовые технологии и инновации в сфере освещения Хорошего вкуса рост развитие технологий освещения принесли

Энергосберегающие устройства незаменимы в наш век, век прогрессивных технологий и повышенного энергопотребления. Повышенный спрос на светодиодные устройства способствует уменьшению цены, и они становятся доступными для простого обывателя.

Учитывая постоянное понижение цены, замена обычных лампочек на светодиодные сегодня стала выгодной. Раньше их использовали только для подсветки, а сегодня более 50 процентов рынка светодиодов приходится на освещение. Кроме этого, ученые не стоят на месте и постоянно развивают новые решения. Сегодня важными аспектами в разработках являются интеллектуальность, мощность и минимальное энергопотребление решений.

Светодиодные лампы LED SlimStyle

Их производством занимаются такие известные компании, как NliteN и Philips. Это тонкие и легкие лампы. Основным достоинством является то, что лампа имеет теплоотвод. На нем располагаются 26 светодиодов. Срок эксплуатации LED SlimStyle – 3 года, а заявленная стоимость – всего около 10 долларов. По мнению производителей, такую лампу можно использовать при освещении квартиры или дома.

LED-лампы с настройкой цвета

Компания Philips представила на рынке LED-лампы, которые способны излучать любой цвет в радиусе своего действия. Комплект состоит из ламп (3 штуки) и концентратора. Кроме этого, устройство интеллектуально. Пользователь может управлять им с мобильного телефона, где можно запрограммировать график работы освещения, установить режимы и цвета излучения.

Светодиоды-GaN на кремниевых подложках

Инновационная разработка – технология GaN. Особенностью этого решения является использование кремниевых подложек, которые пришли на смену сапфировым. Первые не прижились в устройстве из-за высокой цены, кремниевые подложки значительно дешевле (на 30%). Устройства, произведенные по технологии GaN, имеют высокую яркость свечения и минимальное потребление электроэнергии. Сегодня разработкой GaN занимаются ARC Energy, Toshiba и другие компании.

GaN-светодиоды на GaN-подложках

Еще одним направлением технологии GaN является разработка GaN-светодиодов. Она выгодно отличается от своей предшественницы качеством цветопередачи и интенсивностью излучения. Данной разработкой занимается компания Soraa. Специалисты считают, что использование идентичной подложки (не кремниевой или сапфировой) значительно упрощает процесс производства и снижает стоимость продукции.

Светильники Human Centric Lighting (HCL)

Особым направлением является адаптация освещения к особенностям человеческого организма. Сегодня уже есть светильники, в которых интенсивность светового потока зависит от биоритмов человека. Производители считают, что такие лампы способны повысить настроение, нормализовать сон и увеличить работоспособность.

В последнее десятилетие отмечается интенсивное развитие технологий освещения. Приобретают все более широкую популярность светодиодные приборы, которые обеспечивают качественное освещение объектов, отличаются длительным сроком эксплуатации и экономичностью в использовании. Высокая конкуренция заставляет производителей светодиодов снижать стоимость своей продукции и расширять ее функциональные возможности.

Тенденции XXI века в сфере освещения помещений

XXI век ознаменовался развитием новых технологий светодиодного освещения, которые по своей эффективности существенно опережают лампы накаливания и люминесцентное оборудование. Ученые разных стран проводят исследования материалов и методов производства светодиодов (СД), что позволяет активно совершенствовать продукцию. К преимуществам светодиодных осветительных приборов можно отнести нижеследующие характеристики.

Энергоэффективность и экономичность

Светодиоды значительно более экономичные источники света, чем аналоги. Так, светоотдача СД составляет 120–150 люмен/ватт, в то время как у люминесцентных ламп этот показатель всего 60–100, а у ламп накаливания и галогеновых - всего 10–24.

Использование светодиодов позволяет экономить финансовые средства на профилактических и ремонтных мероприятиях. Также отсутствует риск перегрузки электросетей при включении светильников, а потери на линиях питания сводятся к минимуму. Это объясняется тем, что ток, потребляемый СД-устройствами, равен 0,6–0,9 А (у газовых приборов - порядка 2,2 А).

Экологичность и безопасность

Данное оборудование является экологически чистым и не требует особых условий обслуживания и утилизации. Оно пожаро- и электробезопасно, может использоваться под водой и в помещениях с высокой влажностью. Также СД, в отличие от люминесцентных аналогов, не выделяют ртутных паров и не содержат фосфор. У них отсутствует отрицательный эффект низкочастотных пульсаций, вызывающих усталость глаз.

Стабильность и длительность работы

Средний срок работы светодиодов составляет порядка 50 000 часов, что в 10–100 раз больше, чем у ламп накаливания. Кроме того, световой поток и сила света СД не изменяются со временем (у традиционных ламп отмечается снижение светового потока на 40–60% уже в первые месяцы использования).

Эти осветительные приборы оснащаются корпусами из алюминиевых сплавов и поликарбонатными стеклами, благодаря чему отличаются прочностью, надежностью и виброустойчивостью. Они работают в широком диапазоне - 80–230 В, поэтому исправно функционируют в условиях перепадов напряжения. Так, если напряжение снижается до 110 В, обычные лампы выключаются, а СД-устройства продолжают выполнять свои функции (хотя их яркость уменьшается).

Светодиодные светильники лучшим образом зарекомендовали себя в суровых погодных условиях. Традиционные лампы, используемые для освещения улиц, неудовлетворительно запускаются при температуре воздуха -20°С. А светодиоды исправно работают при температуре до -60°С.

Повышение качества цветопередачи

Высокая контрастность излучения, которая обеспечивается СД-светильниками, позволяет повысить четкость освещаемых объектов и улучшить цветопередачу (ее индекс составляет 75–85 Ra, у ламп накаливания - 68, у натриевых светильников - 25). КПД использования светового потока в данных осветительных приборах достигает 100%, в то время как у стандартных уличных светильников он не превышает 75%.

Интеллектуальная управляемость

Передовые разработчики осветительного оборудования предлагают приборы, контролировать работу которых можно, например, посредством мобильных устройств. В частности, пользователь имеет возможность программировать включение и выключение светильников, настраивать режимы работы для различных жизненных ситуаций, изменять цвет излучения и др.

Расширение сфер применения светодиодного освещения и активное развитие LED-технологий

Благодаря активному развитию световых технологий, светодиодные светильники начали активно использоваться в жилых и офисных помещениях, а также на улицах. СД-приборы используются для организации нестандартных осветительных систем, для подсветки рекламных щитов и витрин, элементов ландшафтного дизайна, фасадов зданий.

Новые технологии светодиодного освещения: инновационные разработки и решения

Активное развитие энергосберегающих технологий светодиодного освещения привело к тому, что мировой объем продаж СД-устройств еще в 2013 году возрос до 14,4 миллиардов долларов, а к 2018 году может достигнуть 25,9 миллиардов. Увеличению темпов роста продаж способствует уменьшение цен на светодиоды до такого уровня, который делает выгодной замену традиционных ламп на светодиодные. Если до 2012 года СД наиболее активно использовались для подсветки дисплеев и экранов телевизоров, то сейчас более 50% рынка приходится на эти осветительные системы.

Основной объем продаж СД-устройств обеспечивают японские (Nichia Corporation, Everlight Electronics и др.) и южнокорейские (Seoul Semiconductor, LG и др.) производители. На долю первых приходится порядка 27–32% рынка, а на долю вторых - около 26–27%. В США рост продаж обеспечивают 3 компании - Cree, Veeco Instruments, Applied Materials, в Европе - только одна - Philips Lighting (Нидерланды). На долю восьми вышеперечисленных производителей приходится порядка 68% продаж СД-техники. Однако в последние годы в обеспечение роста продаж активно включились предприятия из Тайваня (13 компаний) и Китая (9 предприятий).

В развитии технологий освещения отмечаются такие тенденции, как консолидация производителей (обусловленная снижением цен на товары, а, соответственно, и прибылей), интеллектуализация продукции, рост продаж устройств средней и высокой мощности, развитие сферы производства источников питания для светодиодов. Сегодня ученые работают над внедрением следующих инновационных решений.

GaN-светодиоды на кремниевых подложках: на шаг вперед

Эта технология освещения обеспечивает отличную светоотдачу, а, соответственно, высокую яркость света и экономичность использования электроэнергии. Изначально при производстве применялись достаточно дорогие сапфировые подложки, но затем им на смену пришли более доступные по цене кремниевые. Они примерно на 30% дешевле сапфировых, однако вопрос о целесообразности их массового производства пока не решен, так как устройства с кремниевыми подложками оснащаются дорогостоящими источниками питания и оптикой. Соответственно, стоимость конечного продукта снижается незначительно. Разработкой технологий GaN-светодиодов на подложках диаметром 100 и 150 мм в настоящее время занимаются компании Toshiba, LatticePower, Aledia, BridgeLux, Azzurro Semiconductors, Plessey и ARC Energy.

GaN-светодиоды на GaN-подложках: технология будущего

Это еще одна активно развивающаяся современная технология, которая выгодно отличается от технологии с кремниевыми подложками более высоким качеством цветопередачи и интенсивностью светового потока (у GaN-на-GaN изделий он в 5–10 выше, чем у СД GaN-на-Si и GaN-на-SiC). Разработкой данной технологии занимается, в частности, компания Soraa. По мнению специалистов этого предприятия, использование «родной» GaN-подложки дает возможность упростить процесс изготовления светодиодов и снизить себестоимость продукции.

LED SlimStyle: тоньше - значит лучше

Компании Philips и NliteN разрабатывают технологи производства светодиодных ламп SlimStyle . Заявленная стоимость этого изящного изделия составляет менее 10 долларов. Оно отличается тонкостью и легкостью, а также относительно невысокой стоимостью производства. Основная особенность таких ламп - наличие дискообразного теплоотвода, на котором расположены 26 светодиодов. Яркость свечения устройства - 800 лм, мощность - 10,5 Вт.

Лампа излучает мягкий белый свет, срок ее службы составляет примерно 3 года (и это главная причина сомнений в том, что конкурентоспособность продукта будет высокой, так как срок эксплуатации конкурирующих изделий может достигать 10 лет). Разработчики считают, что это СД-устройство может найти применение для освещения квартир и домов.

Источники питания светодиодов по переменному току: проще и эффективнее

При разработке новых технологий освещения уделяется внимание и источникам питания. Так, традиционно для обеспечения равномерного (без мерцания) освещения применяются источники питания на постоянном токе, обеспечивающие защиту светодиодного светильника от короткого замыкания, перегревания и перепадов напряжения.

Но в последнее время намечается тенденция к использованию источников переменного тока. К их преимуществам относится простота архитектуры и способность избавлять светодиоды от таких недостатков как низкая мощность и значительные нелинейные искажения. Разработкой и внедрением источников питания по переменному току занимаются компании Seoul Semiconductor (серия Acriche) и Lynk Labs (серия Tesla).

LED с возможностью настройки цвета

Современные световые технологии позволяют проектировать СД-светильники для получения любого цвета в видимом диапазоне. Полный спектр цветов излучают фиолетовые и синие светильники. Востребованы цветные приборы, прежде всего, для оформления автомашин, торговых и жилых помещений.

Так, Philips производит комплекты СД-ламп Hue , излучение которых (интенсивность, цвет) можно контролировать при помощи мобильных приложений. В комплекте - три лампы и концентратор. Пользователь может программировать график включения и выключения устройств, режимы их работы в различных жизненных ситуациях (работа, отдых и др.). Цвет излучения можно выбрать из палитры или даже с фотографии. Но есть у таких комплектов существенный недостаток - стоимость, достигающая 200 долларов. Этот фактор пока препятствует широкому распространению подобного оборудования.

Human Centric Lighting (HCL): освещение и биоритмы

Разработчики стремятся адаптировать технологии освещения жилого помещения к особенностям человеческого организма, поэтому появились светильники с управляемым цветом излучения. Использование такого оборудования позволяет организовать освещение, которое благоприятно влияет на здоровье человека, в частности, на биоритмы, от которых, по утверждениям исследователей (в рамках программы «Освещение, ориентированное на человека»), в некоторой степени зависит вероятность развития ожирения, диабета и онкологических заболеваний. Эта программа пользуется особой популярностью в США и Европе. Она затрагивает вопросы улучшения настроения, повышения внимания и работоспособности, нормализации режима сна и бодрствования и др. Светодиоды в HCL-светильниках обеспечивают управление цветовой температурой и потоком света. По прогнозам специалистов ассоциации LightingEurope , к 2020 году такие устройства составят около 7% рынка осветительных приборов.

Таким образом, современные технологии систем освещения позволяют пользователям снижать затраты на покупку и обслуживание осветительного оборудования. А наметившаяся интеллектуализация устройств уже сегодня дает возможность дистанционно управлять осветительными системами и настраивать их работу под собственные нужды.

Некоммерческое Партнерство Производителей Светодиодов и Систем на их основе (НП ПСС) проанализировало мировой рынок светотехнической продукции и опубликовало соответствующий отчет.

Тренды в светодиодном освещении

Светодиодное освещение демонстрирует сегодня свои преимущества перед традиционными источниками света. Рынок светодиодной продукции обладает огромным потенциалом для дальнейшего развития. Среди трендов, которые сейчас складываются в светодиодном освещении и способны повлиять на дальнейшее развитие данной сферы, можно выделить следующие:

Снижение стоимости светодиодной продукции

Производители светодиодных светильников ставят перед собой задачу снизить цены на продукцию, чтобы активнее заменять традиционные источники света. Для этого необходимо снизить стоимость производства комплектующих. Новые технологии и наращивание серийного производства существенно снижают цены на готовые светодиоды. Однако разнообразие мощностей и типов светодиодов говорит о том, что рынок еще находится в стадии определения оптимальных параметров светодиодов для использования в той или иной сфере. Более того, стоимость светодиода в большинстве случаев несущественно влияет на конечную стоимость светильника или лампы, определяющую роль играет стоимость источника питания и системы теплоотвода. Снизить их стоимость производители стремятся, заменив в радиаторе алюминий термопластиком или используя высоковольтные светодиоды, способные работать без драйверов.

Активное внедрение систем управления освещением

С помощью приложений для смартфонов сегодня можно эффективно управлять освещением, задавая параметры яркости, включения/выключения. Светодиодные светильники в совокупности с системами управления освещением способны снизить энергопотребление на 20-60%.

Системы освещения на базе органических светодиодов (OLED)

OLED технологии позволяют использовать для освещения тонкие сгибаемые панели, способные имитировать природный дневной свет. Такое освещение является более естественным в отличие от обычных светодиодов, но стоимость его пока еще очень высока для массового внедрения на рынок.

Новые технологии в светодиодном освещении

Стремясь повысить эффективность светодиодного освещения, внимание производителей сконцентрировано вокруг следующих технологий:

Лазерное освещение

В светодиодах эффективность излучения падает при повышении плотности тока, однако, в лазерных диодах все наоборот: с ростом плотности тока увеличивается эффективность излучения.

Нитевидные нанокристаллы (ННК)

Нитевидные нанокристаллы - сравнительно новый материал, пока не нашедший промышленного применения. Возможность создания светодиодов на их основе активно изучается некоторыми производителями. ННК обладают уникальными свойствами: отличаются большой удельной площадью поверхности, эффективно выводят свет, свободны от механического напряжения, вызванного подложкой.

Технология удаленного люминофора

Подразумевает пространственное разделение люминофора и чипа. Данная технология позволяет увеличить световую эффективность, уменьшить яркость и слепящий эффект, решить проблему отвода тепла и создать новые возможности для дизайна. При пространственном разделении чип и люминофор не нагревают друг друга, что благоприятно сказывается на эксплуатационных характеристиках светильника.

География и основные сферы использования светодиодного освещения

Согласно прогнозу института промышленных исследований CSIL, к 2018 г. мировой рынок светодиодной светотехнической продукции вырастет до $63,6 млрд., что почти в 3 раза больше объема 2013 г.

Объем рынка светодиодной светотехнической продукции в 2013-2018 гг., млрд долл. США

Что касается географического распределения, большая часть рынка светодиодной светотехнической продукции приходится на страны Азии - 43% (на 2015 г.), по 25% принадлежит странам Европы и Северной Америки. Ожидается, что до 2018 г. географическая структура рынка не претерпит больших изменений и процентное соотношение останется прежним.

По сегментному распределению на 2015 г. большая доля рынка светодиодной продукции принадлежит коммерческому освещению - 39,3%. На наружное освещение приходится 37,3%, на промышленное освещение - 13,7%, на жилое освещение - 9,7%. К 2018 г. процентное распределение по сегментам не претерпит серьезных изменений.

Структура рынка светодиодной светотехнической продукции по сегментам в 2013-2018 гг., %

По предварительной оценке CSIL, к 2018 г. самыми крупными рынками светодиодной светотехнической продукции станут Китай ($17,4 млрд.), Европа ($15,3 млрд.) и США ($14,9 млрд.). В плане экспорта продукции НП ПСС советует российским производителям считать приоритетным направление стран ЕС.

LED (light-emitting diode, светоизлучающий диод, светодиод) - это общее название технологии полупроводникового прибора, используемого при создании светоизлучающих приборов (комнатного освещения, светофоров, автомобильных фар, декоративной подсветки). В отличие от привычной «лампы Ильича», излучающей в широком спектре, свет светодиода изначально лежит в узком диапазоне спектра и зависит от химического состава используемых полупроводников. Светодиодные лампы отличаются высокой яркостью и энергосбережением, но имеют ограниченный ресурс включения. До недавних пор светодиоды были весьма дорогими, а теперь без них не обходится ни одно включение света.

На что только не пойдёшь ради того, чтобы быть модным в XXI веке. Художники, дизайнеры и стилисты проявляют верх изобретательности, чтобы впечатлить окружающих своими работами. В том числе используя в проектах различные технологические ухищрения. Яркий макияж сегодня уже никого не удивляет, поэтому техасский дизайнер Тьен Фам решил в буквальном смысле подсветить глаза своих моделей. накладки на ресницы получили название f.lashes (игра слов от «flash» — вспышка и «lashes» — ресницы).

Компания Sony представила первый в мире изогнутый HDTV с LED подсветкой. Для тех, кто сейчас сидит в легком недоумении и задается вопросом — а как же изогнутые -телевизоры от LG, которые уже почти на рынке, — ответим: LED и OLED это две совершенно разные технологии. Свою изогнутую LED-новинку, которая помимо прочего обладает внушительными углами обзора, Sony назвала S990A.

Свет это, пожалуй, одна из самых революционных отраслей дизайна: индустрия уже шагнула далеко вперед, и это, кажется, только начало. Энергосберегающие технологии, светодиоды, развитие акцентного и амбиентного освещения, беспроводные технологии управления освещением, как интенсивностью, так и тоном – все это сильно изменило интерьерную и экстерьерную среду, а вместе с ними и нашу жизнь. В этом материале рассказываем о важных тенденциях, благодаря которым мы уже стоим на пороге в будущее.

Больше, чем просто свет

«Умные» светодиодные светильники стали настоящим прорывом. Их способность быть одновременно источником света и передавать информацию позволила создавать интеллектуальные системы освещения, где каждый светильник оснащается датчиками (движения, освещенности, влажности и качестве воздуха), сочетается с другими информационными системами (смарт-часами, смартфонами, домашними гаджетами и системами навигации) и превращается в, своего рода, мини-компьютер. Использовать эти данные можно по-разному. «Умный дом» станет максимально комфортным местом для жизни, если станет полностью подстроенным под своего жителя: начиная с интенсивности освещения и заканчивая анализом качества воздуха в помещении. В «умном офисе» светодиоды могут сообщать как о передвижении людей, так и о том, нужна ли в помещении уборка, а световые панели на стенах будут работать на создание у сотрудников определенного настроя. В «умном магазине» продукты можно подсвечивать так, чтобы это подчеркивало их качества, а в примерочной «умное зеркало» подскажет, как одежда будет смотреться при дневном или вечернем свете.

«Умный город»

«Умные фонари» в Сан-Диего (США) будут отслеживать трафик, заполненность парковки, качество воздуха и погодные условия в городе.

Все эти «умные» дома, магазины и офисы логично объединяются в образе «умного города». «Умное» освещение на городских улицах позволяет регулировать экономить электроэнергию и сделать сам город более комфортным. Так, привычные уличные фонари (а точнее столбы, на которых они установлены) уже сейчас можно использовать в качестве системы видеонаблюдения, как источник wi-fi или зарядку для электромобиля.

Размер имеет значение

Микросхемы драйверов, то есть устройства для питания светодиодов становятся все меньше и меньше. Это позволяет создавать крошечные потолочные светильники и торшеры со сверхтонкими ножками: для дизайнера это настоящее поле для экспериментов, а для производителя – возможность снизить затраты на материалы. Купить крошечную лампу сможет и обычный пользователь. Philips и NliteN, например, уже сейчас разрабатывают технологии производства ультратонких светодиодных ламп SlimStyle, которые будут стоить до 10 долларов и обладать мощностью 10,5 Вт.

Управление светом и – цветом

Контролировать с помощью мобильного телефона можно не только включение-выключение светодиодного светильника и интенсивность его работы, но и цвет, которым будет освещаться комната. Так, в ассортименте Philips есть комплекты светодиодных ламп Hue, излучение которых (интенсивность, цвет) пользователь может программировать для различных жизненных ситуациях: для отдыха – один, для работы – другой. Причем цвет излучения можно выбрать из палитры или даже с фотографии.

Свет как искусство

Масштабные световые инсталляции и 3D-мэппинг способны превратить фасад здания в увлекательный аттракцион, захватывающий мираж, который поражает воображение. В дело идет все, от привычных прожекторов до полноцветных видеоэкранов, внедренных в стену здания – то, чего раньше мы не могли даже вообразить, сегодня именуется «светодизайном» и является мощнейшим инструментом преображения города.

Свет на службе технологий

Использовать видимый свет как канал связи придумал преподаватель эдинбургского университета Харальд Хаас. Высокоскоростная беспроводная технология получила название Li-Fi. Она использует свет от светодиодов в качестве носителя информации. Несмотря на то, что покрытие такой связи небольшое (световые волны не могут, например, проникать через стены), скорость передачи данных через Li-Fi куда выше, чем через Wi-Fi, который использует радиоволны. Пример первой доступной для потребителя Li-Fi системы был представлен в 2014 году на Mobile World Congress в Барселоне. Она получила название PureLiFi.