Растущее количество проектов с использованием светодиодов позволяет говорить о их перспективном применении в наружном и внутреннем освещении. Это позволяет создавать новые, ранее невозможные концепции дизайна.
Человечество всегда искало эффективные и экономичные источники света. Качественно иной путь решения этой задачи был найден после обнаружения светового излучения новых полупроводниковых соединений - фосфида и арсенида галлия и их твердых растворов. В итоге были созданы светодиоды.
Светодиоды, размеры которых составляют лишь несколько миллиметров, обладают совершенно уникальными технологическими преимуществами и служат реальной альтернативой традиционным источникам света.
Еще несколько лет назад тема этой статьи показалась бы лишенной смысла. О каком применении светодиодов в освещении может идти речь, если их света едва хватало для использования, например, в елочных гирляндах?
Первые светодиоды появились в 1962 году, а в 1968 были созданы первая светодиодная лампочка и первый светодиодный дисплей. Световой поток их был слабым, всего 0,001 лм,
а цвет был только красным. К 1970 году получены оранжевые, желтые и желто-зеленые светодиоды, настолько яркие, что их можно было разглядеть и при солнечном свете. До
1985 года они использовались исключительно в качестве индикаторов, со световым потоком всего лишь 0,1 лм на одну точку.
История создания высокомощных светодиодов для освещения берег свое начало в 1990 году, когда японский ученый Судзи Накамура, работавший в то время на компанию Nichia Chemical Industries, изобрел синий светодиод на основе нитрида галлия.
Именно такого светодиода с коротковолновым диапазоном видимого излучения и не хватало - к уже существующим красному и зеленому, - чтобы создать натуральный белый свет с хорошей цветопередачей. Это было прорывом в технологии, потому что все существующие сегодня белые светодиоды используют синий цвет как основу.
Благодаря люминофору синий свет в них частично преобразуется в желтый, а затем смесь этих цветов и дает необходимый белый.
На сегодняшний день в мире существуют много производителей светодиодов, гарантирующих высокое качество, основные: Philips (Голландия), Osiam(Гермапия), Nichia (Япония).
За последнее время полупроводниковые технологии настолько шагнули вперед, что сейчас уже идет речь о замене ксеноновых и галогенных ламп в передних фарах автомобилей на светодиоды.
Светодиодная фара выполняет все функции обычной, включая ближнее и дальнее освещение. Дополнительно к этому она может включаться в режиме дневного света, в отношении которого в некоторых странах, включая Германию,действуют специальные стандарты.
Светодиодные фары расходуют намного меньше электроэнергии, чем обычные. К тому же они на порядок технологичнее в изготовлении и позволяют вносить кардинальные изменения в конструкцию и дизайн внешнего освещения.
Уже сейчас эффективность мощных светодиодов составляет до 200 лм/Вт, что выше эффективности галогенных ламп. Судя же по сегодняшним темпам развития технологии,
в ближайшем будущем нас ожидают и 1000 лм/Вт.
Для сравнения рассмотрим другие источники света. Существуют дна основных вида электрических источников света - лампы накаливания и газоразрядные лампы, среди которых главное место занимают лампы люминесцентные.
В быту традиционно распространены лампы накаливания, в которых свет испускает нить накала, раскаленная добела проходящим по ней током. В бытовых осветительных приборах применяются лампы накаливания мощностью от 15 до 300 Вт, рассчитанные на напряжение 220 или 127 В. При этом эффективность их не превышает 15 лм/Вт. Срок службы ламп накаливания любого назначения около 750-1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких-то причин является повышенным или время от времени повышается хотя бы на короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. С учетом этих обстоятельств промышленность наряду с обычными выпускает лампы для повышенного напряжения. Его величина, например 235-245 В, тоже указывается на колбе лампы.
Достоинства лампы накаливания:
♦ низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования;
♦ компактность, благодаря которой лампа хорошо подходит для регулирования светового потока;
♦ надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход.
К недостаткам, 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.
Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей: стеклянной трубки и двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. 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. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.
Достоинства люминесцентных ламп:
♦ высокая световая отдача (до 80 лм/Вт);
♦ долговечность.
Недостатки люминесцентных ламп:
♦ относительная громоздкость;
♦ необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (стартере и дросселе);
♦ повышенная чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10 С лампа может не зажечься);
♦ наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми (100 раз в секунду) неуловимыми для человеческого глаза миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи.
В результате у человека нарушается правильное восприятие скорости движения предметов, появляются неприятные ощущения.
Следует заметить, что применение электронных ПРА (мигание 42 ООО раз в секунду против 100 при электро-магнитном ПРА) полностью устраняет стробоскопический эффект;
♦ при неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве)люминесцентные лампы становятся источником помех для радиоприемников и телевизоров;
♦ обязательная утилизация ламп после использования (как ртутьсодержащие отходы).
На практике срок службы люминесцентных ламп и особенно ламп накаливания оказывается короче срока, указанного изготовителем. Это объясняется тем, что зачастую условия их эксплуатации не соответствуют нормативам. В случае если меняется напряжение в сети или температура окружающего воздуха, либо освети тельные приборы подвергаются неожиданным механическим воздействиям, лампы пеpeгорают или бьются гораздо чаще, чем можно было предполагать.
Светодиоды - твердотельные источники света - не содержат стекла, нитей накаливания или сменных деталей, их невозможно разбить, и они не чувствительны к любым изменениям в электросетях.
Преимущества светодиодов по отношению к привычным для нас источникам света выглядят просто фантастическими. Прежде всего это долгий срок службы - от 50 ООО часов горения, что позволяет говорить об их "вечности". При этом нет необходимости в обслуживании установки. Их можно регулировать по яркости с помощью простых устройств, создавая красивейшие динамические световые эффекты. Малые размеры и низкая потребляемая мощность делают светодиоды единственно приемлемым решением для архитектурной подсветки зданий и памятников, плюс богатое разнообразие
цветовых решений.
Преимущества светодиодных источников света:
♦ низкое энергопотребление не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания;
♦ долгий срок службы - до 500 ООО часов;
♦ высокий ресурс прочности, ударная и вибрационная устойчивость:
♦ множество цветов, их чистота, направленность излучения;
♦ регулируемая интенсивность;
♦ низкое рабочее напряжение;
♦ экологическая и противопожарная безопасность.
Кроме того, они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются.
К недостаткам светодиодов можно отнести их более высокую стоимость по сравнению с другими источниками освещения. Однако надо понимать, что вышеуказанные достоинства с лихвой оправдывают вложенные средства.
Таким образом, светодиоды благодаря длительному жизненному циклу, высокой яркости, отсутствию инфракрасного и ультрафиолетового излучений являются лидерами в рейтинге разных источников освещения.
Светодиодные системы освещения находят широкое применение в самых разных областях. Это, в частности:
♦ световая реклама;
♦ оформление интерьеров;
♦ сигнализация на транспорте;
♦ освещение для ориентации в зданиях;
♦ обозначение путей эвакуации;
♦ декоративные и встроенные светильники;
♦ световые указатели;
♦ общее освещение помещений.
Применяя светодиодные системы освещения в сочетании с современным электронным управлением, люди смогут регулировать яркость каждого источника света в отдельности, изменять его форму, цвет и эффекты, а также преобразовывать окружающую их действительность с помощью различных световых схем и даже создавать полностью новые схемы. Человечество сможет изменять свой мир.