Что такое лампы будущего светодиоды. Перспективы электрических ламп. Будущее домашнего освещения

Долгое время светодиоды использовались для оснащения декоративных светящихся элементов. Наиболее часто их применяли для создания новогодних или светящихся вывесок. Но благодаря преимуществам этих лампочек производители начали задумываться над тем, чтобы оснастить ими полноценное оборудование, и на сегодняшний день это стало вполне возможно. стремительно набирают популярность.

Технология работы LED-ламп

Все модели осветительных ламп, разработанных на сегодняшний день, за исключением диодных, преобразуют постоянный ток, для чего им необходимо больше энергии. Данный процесс также сопровождается выделением большего количества тепла.

На заметку! Сердцем LED-ламп – светодиоды. Благодаря особенностям строения им нужно значительно меньше энергии, и потребляемый ток преобразуется в свет без дополнительных продуктов в виде тепла.

Преимущества и недостатки

Популярность LED растет с каждым днем благодаря массе преимуществ. Сегодня такие лампы предпочитают использовать все больше людей. С чем же это связано?

1. Первое, на что обращает внимание потребитель, это, конечно же, потребление электроэнергии . Как уже было сказано выше, для выработки необходимого количества света ей требуется меньше электричества.
2. Производители также делают акцент на том, что у их продукции довольно широкий спектр температуры света . Это дает возможность подобрать подходящее оборудование как для дома, так и для общественных мест, офиса и даже склада.
3. Не менее важна прочность . Повредить наружную оболочку значительно сложнее. А если даже это и происходит, то не возникает опасных последствий, как в случае с газовыми образцами. Выносливость, в свою очередь, относится не только к физическим повреждениям, но и к перепадам напряжения.

Российское правительство уже не первый год одной из приоритетных задач в своей деятельности считает повсеместное внедрение энергосберегающих технологий . Ежегодно в стране из-за низкой эффективности и при этом большой энергозатратности обычных ламп тратятся миллиарды рублей. Хорошо, что наконец-то отказались от 100-ватных ламп накаливания. По оценкам экспертов отечественная промышленность и сфера ЖКХ уже давно переоснащаются на галогенные, люминесцентные лампы и осветительные приборы. Однако есть и те, кто думает наперед. Специалисты единогласно считают ближайшим будущим мировой энергосистемы - светодиодное освещение.

Преимущества светодиодов

Светодиод или светоизлучающий диод - это полупроводник, который создает оптическое излучение при прохождении через него электрического тока. Тип излучения зависит от используемых в светодиоде материалов. В зависимости от их химического состава можно создавать светодиоды в диапазоне от ультрафиолета до среднего инфракрасного.

Рассмотрим основные преимущества светодиодов перед традиционными источниками света. Во-первых, срок службы, который в отличие от обычной лампы доходит до 50 000 часов. Во-вторых, высочайший КПД. В-третьих, сверхнадежность и износоустойчивость. В-четвертых, компактность, вибростойкость, эффективность при низких температурах. И, в-пятых, безопасность (в том числе пожаробезопасность) и экологичность (не используется ртуть).

Универсальность светодиодов позволяет всё чаще находить им применение в медицине, коммунальном хозяйстве, уличном освещении, а также в производственных и офисных энергосистемах.

Светодиодные лампы

Самый сильный аргумент в пользу светодиодных ламп - уникальная экономичность и долговечность . Экономия электроэнергии доходит до 90%, а срок службы таких лам составляет более 30 000 часов. Их применение позволяет максимально быстро достичь высоких показателей в энергосбережении и энергоэффективности.

Правда, здесь есть свои особенности. Современный рынок предлагает широчайший выбор светодиодных ламп, отличающихся друг от друга формой, цветом и областью применения.

В основе лампы - большое количество светодиодов со встроенным трансформатором. Его задача заключается в понижении напряжения до уровня, необходимого для стабильной работы светодиодов. Исходя из этого, для уличного освещения, например, оптимальным выбором станут лампы с цоколем Е40. Это 30 сверхярких светодиодов с общей потребляемой мощностью всего 30 Вт. В сравнении с распространенной сейчас лампой для уличного освещения ДРЛ 250 Вт светодиодная экономичнее почти в 12 раз. Или другой пример. Стандартную галогеновую лампу легко заменит 3-х светодиодная с потреблением на уровне 3-4 Вт.

Но и это ещё не всё. Помимо отличных показателей в энергосбережении, светодиодные лампы абсолютно безопасны для здоровья человека. Во-первых, в отличие от ламп накаливания и всех газоразрядных видов, новейшие лампы не создают колебания светового потока, который очень влияет на зрение. Во-вторых, они не производят UV-излучений. Светодиодные лампы обладают чистым светом. В-третьих, как уже говорилось выше, они не содержат ядовитых веществ (ртуть). И, в-четвертых, светодиодные лампы изготавливаются не из стекла, а тонкого прозрачного пластика. Такую лампу сложно разбить, да и благодаря алюминиевому рефлектору она почти не нагревается.

Немного статистики. Непрерывный срок службы светодиодной лампы около 5 лет. Светодиодная лампа мощностью всего 5 Вт с легкостью заменит 60-ватную лампу накаливания. А экономия электроэнергии будет более чем в 10 раз.

Светодиодные светильники

Сегодня они приходят на смену энергосберегающим люминесцентным и галогенным светильникам. И в первую очередь в промышленном секторе. КПД светодиодных приборов позволяет, как минимум, в 5 раз сократить нагрузку на всю сеть объекта.

Преимуществом светодиодных светильников является не только их низкое энергопотребление (12-24 Вт), но и безопасность , а также небольшие затраты на обслуживание и ремонт.

В последнее время из подобных светильников всё чаще монтируют целые модули. Их достаточно просто компоновать и можно создавать даже самые сложные световые композиции. Например, для подсветки зданий.

Однако разнообразие форм светодиодных светильников находит всё большее применение в традиционном освещении. Они бывают встраиваемые, подвесные, что дает возможность закреплять их практически на любую поверхность. Именно поэтому их используют в освещении крупных торговых центров, офисов, парковок, улиц и пр. Нашли им применение и в ЖКХ: освещение придомовых территорий, подъездов, подвалов, где свет горит почти постоянно.

В среднем светодиодные светильники служат более 25 000 часов и могут обеспечить максимальный комфорт и безопасность людей. Главная их проблема только в высокой цене. Но, по мнению экспертов, в течение ближайших пяти лет в связи с массовым переходом на светодиодное освещение стоимость на светильники снизится в 4 раза . Безусловно, это только поможет их более широкому распространению.

Светодиодное освещение

Это целая система светодиодных технологий. При строительстве новых зданий, даже целых кварталов или поселков, в архитектурном плане уже прописывается установка именно светодиодного освещения.

Это говорит о том, что подрядчик изначально ориентируется на максимальную экономию электроэнергии. Да и современные тенденции в архитектуре с целым разнообразием световых решений, требуют делать ставку на экономичность световых источников.

В конце концов, новые объекты оснащаются не только энергоэффективной системой, но получают практически естественный свет, не влияющий на здоровье человека.

Что касается уличного светодиодного освещения, то со временем оно не тускнеет, как это обычно бывает. Более того, на светодиоды не оказывает ни какого воздействия российский климат.

• Срок службы – 1000 часов (примерно 1 год, но фактически лампа служит меньше, часто перегорает)
• Тепловое излучение
• Высокое потребление энергии

Галогенные лампы

Галогенная лампа представляет собой лампу накаливания с колбой, заполненной газом. Такое устройство позволяет нити накаливания гореть ярче. Нанесение галогена, в частности брома, на внутреннюю часть колбы позволяет избежать уменьшения прозрачности стекла в течение срока службы.

Плюсы:

• экономия до 30% энергии
• стабильный свет высокой яркости
• улучшенная цветопередача
• отсутствие ультрафиолетового излучения

Минусы:

• сильное тепловое излучение
• чувствительны к скачкам напряжения
• Срок службы – 2000 – 3000 часов

«Энергосберегающие» (компактные люминесцентные) лампы

В этих лампах поток заряженных частиц проходит по колбе, заполненной парами ртути, в результате чего образуется ультрафиолетовое излучение. Покрытие из люминофора на внутренней поверхности лампы превращает данное излучение в видимый свет.

Плюсы:

• экономия до 80% энергии
• незначительное тепловыделение
• широкий диапазон цветности светового излучения
• срок службы – от 6 до 15 тысяч часов
• равномерность распределения света

Минусы:

• необходима утилизация, т.к содержат ртуть и фосфор (меньше 5 мг), они классифицируются как отходы первой (высшей) категории опасности и требуют утилизации в заводских условиях. Для сравнения: в домашнем градуснике содержится 3 000 – 5 000 мг ртути.
• ИК и УФ излучения
• фаза разогрева (до 1 минуты), но Philips производит лампы, которым достаточно нескольких секунд, чтобы загореться в полную силу, такие лампы имеют логотип Quick Start.
• сравнительно высокая цена
• уменьшение срока службы из-за скачков электричества
• нестабильная работа при температуре воздуха меньше 0°C

Светодиодные лампы

Светодиодные лампы являются высокотехнологичным решением на основе полупроводниковых кристаллов. Вместо использования нити накаливания или газа в светодиодных лампах свет создается в результате прохождения потока заряженных частиц через полупроводниковый кристалл.

Структура светодиода
Существует два основных типа светодиодов: индикаторного и осветительного типа. индикаторного типа, например, 5-миллиметровые, обычно являются недорогими, маломощными светодиодами, пригодными для использования только в качестве световых индикаторов в индикаторных панелях, электронных приборах, компьютерах или для подсветки приборов, расположенных на приборной панели автомобиля. Светодиоды осветительного типа, известные также как монтируемые на поверхность (SMD), светодиоды высокой яркости (HB) или светодиоды высокой мощности (HP) - надежные мощные устройства, способные обеспечивать нужное освещение и имеющие световыход, равный или превосходящий световыход традиционных источников света.

Все светодиоды осветительного типа имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую устанавливается кристалл, контакты для подключения энергии, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус. В некоторых светодиодах, например, в светодиодах TFFC, разработанных Philips Lumileds, соединительные проводники не требуются.

Так как светодиоды индикаторного типа являются маломощными, все генерируемое в них тепло рассеивается внутри самих светодиодов. Светодиоды осветительного типа снабжены корпусом, который припаивается к поверхности, что обеспечивает отвод тепла, генерируемого светодиодом. Хороший теплоотвод жизненно важен для обеспечения нормальной работы светодиода.

Плюсы:

• срок службы – 25 тысяч часов
• энергосбережение – 80%
• мгновенно дает яркий свет
• отсутствие ИК и УФ излучений
• отсутствие теплового излучения
• качество и яркость светового потока не меняется с течением времени

Минусы:

• Относительно высокая стоимость лампы (299 рублей за светодиодную лампу Philips, аналог лампы накаливания 60 Вт)

Цоколи

Цоколи бывают разными по типу и конструкции. Понять, какой из них какой поможет маркировка.

Первая буква указывает на тип цоколя. В домашнем освещении используются в основном:

• E – резьбовой цоколь (Эдисона)
• G – штырьковый цоколь

Число в обозначении цоколя указывает диаметр соединительной части или расстояние между штырьками.

Строчные буквы в конце показывают количество контактных пластин, штырьков или гибких соединений (только для некоторых типов):

• s – один контакт
• d – два контакта

Иногда к первой букве добавляется еще одна уточняющая буква U, обозначающая энергосберегающую лампу.

Светодиодные лампы для домашнего освещения имеют стандартные цоколи, которые подходят к большинству применяемых в быту патронов.

Резьбовой цоколь Е (Эдисона)

Цоколь Е10 – это самый маленький из резьбовых цоколей. Могут применяться в елочных гирляндах или в карманных фонариках.

Цоколь Е14 – так называемые миньоны, чаще всего используются в небольших светильниках, бра и люстрах. Современные светодиодные лампы также изготавливаются в таком цоколе, ими можно заменить любую стандартную лампу накаливания, это позволит существенно экономить электроэнергию. Лампочки под такой патрон отличает большое разнообразие типов: грушевидная, свечеобразная, каплевидная, шарообразная, зеркальная и другие.

Цоколь Е27 – осветительные приборы с таким цоколем наиболее распространены, они подходят под стандартные патроны, которые установлены в каждом помещении. Светодиодные лампы с таким цоколем максимально напоминают стандартные и привычные нам лампы накаливания, они подойдут к любому светильнику с аналогичным патроном.

Штырьковые цоколи

Цоколь GU10 – имеет утолщения на концах контактов для поворотного соединения с патроном. Такой вид цоколя имеют стандартные потолочные светильники.

Цоколь GU5,3 – наиболее часто встречается в галогеновых лампах накаливания MR16. Такой цоколь для акцентного освещения, в мебельных светильниках, в подвесных и натяжных потолках. Светодиодные лампы с таким цоколем представлены достаточно широкой линейкой, поэтому они смогут полноценно заменить галогенные лампы.

Параметры лампочек

В первую очередь лампа характеризуется величиной потребляемой мощности (ватт). Лампы накаливания – привычные 40-60 Вт. Мощность светодиодных ламп для бытовых целей лежит в пределах от 1 до 15 Вт. Важно понимать, что потребляемая мощность характеризует только «скорость» расходования электроэнергии из сети, а не световой поток, который определяет, насколько ярко светит лампа.

Световой поток измеряется в люменах и наиболее полно характеризует источник света с точки зрения его способности осветить помещение.

Цветовая температура — параметр, определяющий оттенок цвета излучения лампы. Тепло-белый свет соответствует цветовой температуре 2700 — 3500°К (2700 — имеет заметный желтый оттенок и обеспечивает уютное освещение, 3500 — ближе к белому и более резкий). Цветовая температура 4000 — 5000° соответствует нейтрально-белому свету, обеспечивает сильное и комфортное освещение. 6500° и выше — холодно-белый свет, часто используемый для уличного освещения (так как при такой цветовой температуре реализуется более высокая светоотдача).

Ещё один важный параметр - коэффициент цветопередачи , который характеризует правильность восприятия цвета предметов при освещении лампой. Коэффициент цветопередачи должен быть указан на упаковке лампы и для светодиодных источников, предназначенных для внутреннего освещения, должен быть 80 Ra.

Не менее важный показатель — срок службы . Рекомендуется использовать лампы известных и проверенных производителей, иначе срок службы рискует не соответствовать заявленному.

Лампочки и здоровье

Современные компании ведут множество разработок, изучая то, как освещение влияет на здоровье и самочувствие людей. В ходе этих исследований создаются новые решения. Производители - члены Европейской светотехнической ассоциации (European Lighting Association), в том числе и Philips, производят светодиодные лампы, соблюдая самые строгие законодательные требования (а в Евросоюзе они очень жесткие).

Нахождение в помещении, освещаемом светодиодными световыми решениями, настолько же безопасно, как и пребывание на улице с естественным освещением или в помещении с любым другим искусственным источником света, будь то галогенная лампа или лампа накаливания.

Согласно стандарту международной электротехнической комиссии (МЭК) 62471, источники света подразделяются на четыре группы риска. Солнечный свет попадает во 2 или 3 группу (самые высокие показатели риска для зрения). В то же время светодиодные лампы для домашнего освещения, как и другие искусственные источники света (лампы накаливания, галогенные и компактные люминесцентные), имеют самый низкий показатель риска – 0 или 1. Поэтому, когда вы длительное время находитесь на улице - лучше всегда пользоваться солнцезащитными очками.

Наиболее вредна для нашего зрения синяя часть спектра. Людям, которые входят в группу риска (слишком чувствительные к этой части спектра), стоит использовать в повседневной жизни светодиодные или компактные люминесцентные лампы с низкой цветовой температурой. Также рекомендуется отдавать предпочтение светильникам с абажурами.

Будущее освещения

Светодиоды – одно из наиболее перспективных направлений развития технологий освещения: благодаря уникальным характеристикам возможности их применения светодиодов практически безграничны.

Учитывая стремительное развитие технического прогресса, сейчас сложно представить, каким будет домашнее освещение, например, через сто лет. Если предположить, что современные тенденции найдут отражение в квартирах будущего, то освещение будет энергоэффективным, динамичным, а также будет максимально использовать и дополнять естественный свет. Благодаря LED- и OLED-технологиям (органические светодиоды) источниками света смогут служить любые поверхности: мебель, стены, пол, одежда. Например, световые обои Philips уже доступны, они создают ощущение, что светится вся стена, причем ее световые режимы могут меняться. Так, утром они могут светить приятным белым светом, а вечером удивлять игрой оттенков. OLED-пластины смогут заменить оконные стекла, которые в светлое время суток будут пропускать дневной свет и служить прозрачным стеклом, а ночью тончайшие панели будут имитировать закат, рассвет или солнечное утро.

Какими будут светильники будущего , и какую пользу они смогут принести? Предлагаем обзор вероятного развития светодиодных и других технологий для создания систем света.

Как изменится домашнее освещение?

Самыми современными источниками света считаются светодиодные . Однако ученые прогнозируют, что в будущем LED-лампы лишатся цоколей и патронов. В них просто не будет необходимости – светодиоды способны служить долго, а со временем срок их службы будет намного срока эксплуатации светильников.

Кроме того, ожидается еще большее развитие интеллектуальных систем света. Светодиодные лампы будут сигнализировать о возгораниях, аварийных ситуациях, и работать как указатели для эвакуации даже при отключенной электроэнергии. Использование LED-освещения будет актуально для лиц с ограниченными возможностями. Например, человек с нарушениями слуха поймет по световым сигналам о звонке во входную дверь или о необходимости выключить плиту на кухне.

Лампы будущего – какие, кроме светодиодов?

LED-технологии совершили прорыв в освещении. Долговечные, энергоэкономичные и стабильно работающие светодиоды позволили создать новые формы осветительных приборов, а традиционным – обеспечить практичность и долгий срок службы.

Однако лампы будущего – не обязательно светодиодные источники света. Ученые уже объявили о создании углеродных нанотрубок (CNT). Считается, что такие источники будут функциональны и надежны, как светодиодные лампы, но смогут потреблять в 100 раз меньше электроэнергии. Пока новая разработка уступает диодам в яркости, но исследователи уверяют, что со временем этот недостаток будет устранен.

Еще одна технология светильников будущего – электролюминесцентные полимеры (FIPEL). Устройства будут представлять собой пластиковые светильники и лампы, устойчивые к механическим повреждениям и способные работать практически вечно. Достоинства технологии аналогичны со светодиодами – долгий срок службы, малая выработка тепла и отсутствие токсичных веществ. Однако электролюминесцентные полимеры дешевы в производстве, чем светодиоды пока похвастаться не могут.

Будущее светодиодов – что ждать от развития LED-технологий?

Однако большинство производителей склонно делать ставку на LED-технологии. Это подтверждает государственное финансирование программ в этой сфере, утвержденное в разных странах. Например, в США принята программа National Lighting Initiative, на исследования в которой планируется потратить более миллиарда долларов за 11 лет. Главная задача ученых – увеличить производительность белых светодиодов. Исследователи уверены, в будущем светодиоды станут способны создавать поток света в 150 Лм/Вт, а экономия электроэнергии достигнет 1100 ТВт/час ежегодно.

Новый свет - все еще впереди!

Каким бы огромным и ярким не было солнце, человечество все равно изобретает все новые и новые источники освещения. Без них уже совершенно невозможно представить нашу жизнь, работу, отдых. Причем потребности в электроэнергии растут с каждым днем.

Всего лишь 10 лет назад в качестве основного источника освещения использовались лампы накаливания. За это время наука ушла далеко вперед, изобретено большое количество ламп и систем освещения.

Сегодня в основном используется 4 вида источников искусственного освещения:

• лампы накаливания;
• лампы галогенные;
• лампы люминесцентные;
• лампы газоразрядные.

Лампы накаливания

С 1879 года, когда Эдисон получил патент на изобретение лампы накаливания, конструкция ее постепенно совершенствовалась, изменялись методы получения света, применялись новые материалы. Несмотря на то, что на рынке появляются все новые виды этих ламп - зеркальные, декоративные, и т.п., «лампочка Ильича» для россиян (а во всем мире лампа Эдисона) продолжает оставаться символом света.

Принцип работы такой лампы мы все изучали на уроках физики. В лампочке накаливания использован эффект нагревания нити из вольфрама в момент прохождения через нее тока. Ее температура растет после включения тока, и часть энергии преобразуется в излучение.

Галогенные лампы

Галогенные источники света становятся популярнее год от года. Это обусловлено, в первую очередь, их сильным и ярким светом, во много раз превосходящим лампы накаливания. Поскольку галогенные лампы позволяют нашим глазам гораздо лучше воспринимать и различать цвета, предметы в их свете выглядят более отчетливыми, живыми, яркими. К тому же галогенный свет может меняться от узко направленного пучка до мягкого рассеянного, не дает тени. Это позволяет дизайнерам варьировать возможности освещения помещения.

Конструкция лампы – колба из кварцевого стекла и наполнитель из газа с галогеном – позволяет им работать намного дольше ламп накаливания. Привлекают в этих лампах также неизменная насыщенность в течение срока службы, возможность регулировки яркости, небольшие размеры, прозрачность колбы.

Люминесцентные лампы

В отличие от галогенных ламп, люминесцентные лампочки более экономичны и служат значительно дольше. Свечение люминофора на стенках колбы обусловлено выделяемым под воздействием электричества ультрафиолетом. Меняя сорт люминофора, можно подбирать цветовую окраску света.

На сегодняшний день можно назвать много различных типов люминесцентных ламп. В зависимости от свойств они используются в самых разных местах – от промышленных цехов и тоннелей, где их замена сопряжена с определенными трудностями, до миниатюрных дисплеев. Очень интересны лампы для аквариумов и растений. В их спектре преобладают красный и синий цвета, что идентично естественному излучению. Свет этих ламп способствует хорошему развитию микрофлоры аквариума и растений при отсутствии естественного освещения.

Энергосберегающие лампы

Несколько лет назад мода на эти лампочки буквально захватила всю страну. Энергосберегающие лампы - это небольшие люминесцентные лампы с электронным регулятором пуска. Поскольку они имеют размер цоколя как у обычной лампы, то могут с успехом заменить их, учитывая то, что срок их службы больше раз в 10.

Газоразрядные лампы

Такие лампы обычно применяются в тех местах, где требуются яркие и компактные осветительные приборы с увеличенным сроком службы. Их работа основана на действии электрических разрядов между электродами, которые и вызывают свечение газа в разрядной трубке.

Ртутные лампы применяются в основном для освещения улиц. Существуют также металлогалогенные лампы , в которых улучшена цветопередача за счет добавления к наполнителю йодидов металлов.

Самой большой светоотдачей и самым долгим сроком службы обладают натриевые лампы . Они экономичны, и дают возможность при освещении увидеть все естественные цвета. Эти лампы нашли применение в уличном освещении, на спортивных стадионах.

Перспективы

Передовые рубежи науки не перестают радовать новинками в области освещения. Перспективная технология OLED (органические светодиоды) уже применяется в дисплеях для карманной техники. Но дальнейшие исследования позволят OLED-панелям, достаточно гибким и широким, найти применение в оформлении целых комнат – ими можно украсить элементы интерьера, стены, потолки.

Специалисты Германии тоже удивляют оригинальными новинками в области освещения – теперь в дамских сумочках может появиться подсветка, представляющая собой зашитую в ткань гибкую люминесцентную панель. Все дамы знают, как порой тяжело в темноте найти нужную вещь в сумочке. В будущем это не составит труда. Но изобретатели не намерены останавливаться на сумочках – в будущем нас ждут светящиеся приборные панели в автомобилях, самолетах, другой технике, светящиеся детали интерьера.

Китайские и американские ученые впервые со времен изобретения лампочки внесли в нее радикальные изменения – заменили вольфрамовую нить на углеродные нанотрубки. Пока проводятся исследования и испытания, но есть надежда в ближайшие 5 лет увидеть такие лампы в продаже.

Недалеко то время, когда уличные фонари наших городов заменят на светящие дорожки, по улицам будут ездить светящиеся автомобили. Нас ждет светлое будущее.