Изучение светодиодной лампы. Сравнение экономических показателей светодиодной лампы по отношению к экономическим показателям лампы накаливания.

Изучение светодиодной лампы.

Сравнение экономических показателей

светодиодной лампы  по отношению к экономическим

показателям лампы накаливания.

            Амельченко Илья, Паршин Евгений

        Светодиодные лампы — второй в мире по распространенности источник света, а в Японии они занимают даже первое место. Ежегодно в мире производится более одного миллиарда светодиодных ламп.

Устройство светодиодной лампы.

         Светодиодная лампа (СЛ) для напряжения 220 В состоит из следующих элементов: корпуса; цоколя; драйвера; радиатора; платы, на которой размещены включенные последовательно светодиоды; защитного колпачка или рассеивателя.

Цоколь предназначен для подсоединения лампы к сетевому патрону. Вместе с защитным колпачком он крепится к корпусу лампочки. Плата с диодами устанавливается на радиаторе, который отвечает за отвод тепла от светодиодов. Драйвер служит для обеспечения работы светодиодов и преобразовывает переменное напряжение 220 в постоянное.

В наиболее качественных и дорогих лампах применяются стабилизаторы тока с использованием микросхемы. Такие драйверы обеспечивают наилучший режим работы светодиодов.

В дешёвых изделиях, например, лампах китайского производства, используется мостовой выпрямитель переменного тока со сглаживающим конденсатором и балластным резистором.

Недостатком такого блока питания является зависимость выходного напряжения и тока от скачков сети, что плохо влияет на работу светодиодов.

       У светодиодов тоже есть свои особенности, делающие технику их применения отдельным инженерным миром. Например, лампа накаливания совершенно спокойно работает при температурах в тысячи градусов – светодиоды очень требовательны к охлаждению: часто заявляемый срок службы в сотни тысяч часов (для сравнения – у лампочки накаливания около тысячи) достигается только при практически комнатной рабочей температуре, или, как минимум, чрезвычайно щадящем режиме. Эффективность светодиодов тоже зависит от качества их охлаждения. Как и газоразрядные трубки, светодиоды нельзя включить в сеть просто так – им нужна особая схема-драйвер, от качества которой напрямую зависит общее качество лампы. Отдельная проблема – обеспечение совместимости с традиционными светильниками. Геометрия лампы накаливания чужда светодиодам – охлаждение (в котором лампа накаливания не нуждалась) часто затруднено; ограниченность объема предъявляет серьезные требования и к габаритам драйвера, что тоже отражается на характеристиках.

В целом, параметры светодиодных ламп можно разделить на две группы: световые и электрические.
К световым параметрам прежде всего относится полный световой поток лампы . Если по-простому, характеризует, сколько же света она излучает в целом во все стороны.. Измеряется поток в идеально сферическом фотометре .). Единица измерения – люмен (lm).
  С точки зрения пользователя гораздо более интересен такой параметр, как освещенность  – показатель того, насколько ярко лампа что-то освещает. На самом деле это, конечно, не относится к характеристикам самой лампы, а зависит в том числе и от конструкции светильника, расстояния от него до освещаемой поверхности, расположения этой самой поверхности и прочего, вроде коэффициента отражения окружающих предметов. Поэтому как-либо обобщить его сложно. Измеряется освещенность в люксах .

Световая отдача  – важный параметр, световой КПД лампы. Показывает, сколько света лампа выдает на один Ватт потребляемой мощности. Измеряется в люменах на Ватт. Абсолютный теоретический предел световой отдачи равен 683 лм/Вт. Эта цифра справедлива только для монохроматического источника зеленого цвета. Для источника белого света теоретический максимум составляет около 240 лм/Вт.

Цветовая температура – если по простому, показывает оттенок излучаемого света, от красноватого до синеватого. Измеряется в Кельвинах. Надписи на упаковках ламп «2700K», «4200K», «6500K» — это про нее. Почему цвет измеряется в единицах температуры? Смысл в следующем: если нагреть абсолютно черное тело до указанной температуры, то оно будет светиться таким же цветом, как и тот световой прибор, на котором написаны эти цифры.

Цветовая температура 2700 — 3000 Кельвин соответствует классическому оттенку ламп накаливания. Лампы накаливания, к слову, и не дают в этом смысле особого выбора – свет в них получается в результате настоящего нагревания, а нагреть вольфрам до температуры более примерно трех тысяч Кельвин не получится — при 3700K он уже плавится, а нить накаливания в процессе работы все же должна сохранять достаточную механическую прочность. В светодиодных и люминесцентных лампах процесс получения света не связан с нагреванием непосредственным образом, потому возможно получение любого оттенка. Ццветовая температура около 4200K соответствует утреннему солнцу, а за 6500K принят стандартный дневной свет.

Индекс цветопередачи  – показывает, насколько цвета, наблюдаемые в свете искусственного источника освещения, будут близки к тем, которые мы наблюдаем при свете солнца. Измеряется в относительных единицах либо процентах; идеальное значение, соответствующее солнечному свету, – 100% или 1.

Пульсации светового потока – из-за того, что напряжение в сети переменное, лампы могут мерцать. Низкочастотные пульсации плохи по многим причинам, одна из которых – упоминавшийся в «исторической» части стробоскопический эффект. Разумеется, производители всеми силами стараются сделать световой поток светильника как можно более равномерным. Измеряются пульсации светового потока в процентах; на пульсации также существуют санитарные нормы.
 КПД схемы управления  – можно поставить в лампу самые лучшие светодиоды на свете, но свести все их преимущества в ноль схемой стабилизации тока, расходующей больше мощности, чем сами излучатели. Имеряется КПД, как известно, в процентах, вычисляется как отношение мощности на выходе к мощности на входе. Идеальное значение, разумеется, 100%.
     В целом, перечисленные параметры можно считать основными численными характеристиками, описывающими качество светильника. Конечно, сюда еще стоит добавить такие категории, как качество исполнения а также красота и «правильность» схемотехники, но это уже чисто субъективные соображения, которые, вообще говоря, находят некоторое отражение и в объективных параметрах. Кроме того, конкретно для светодиодных ламп необходимо оценивать и качество охлаждения, поскольку оно непосредственно сказывается на эффективности и сроке службы.

           Исходя из приведенных данных видно, что при гораздо меньшей мощности компактной светодиодной лампы, ее световой поток такой же, как и у лампы накаливания. Эффективность или КПД их находится в примерном соотношении 1:5. То есть, при применении СЛ экономия электрической энергии будет приблизительно 80%. А вот ее цена может в десяток раз превосходить ЛН.

Сравним экономическую эффективность светодиодной лампы и лампы накаливания.

Лампа накаливания:

Мощность – 95 Вт.

Срок службы – 1000 ч.

Цена – 25 руб.

Расход электроэнергии:

0.095кВт х 1000 ч.= 95 кВт*ч

Стоимость электроэнергии:

95 кВт*ч х 2,72 руб/кВт*ч =

 = 258 руб.

Всего затрачено: 283 руб.

Стоимость одного часа

эксплуатации:

285руб/ 1000ч= 0,283 руб./ч

                28,3 коп./ч 

Светодиодная лампа :

Мощность -  20 Вт.

Срок службы - 10000 ч.

Цена – 165 руб.

Расход электроэнергии:

0.02кВт х 10000 ч.=200 кВт*ч

Стоимость электроэнергии:

200кВт*ч х 2,72 руб/кВт*ч =

 = 544 руб.

Всего затрачено: 709 руб.

Стоимость одного часа

эксплуатации:

709руб/ 10000ч= 0,0709 руб./ч

                     7 коп./ч

       Экономически выгоднее использовать светодиодные лампы. Стоимость одного часа эксплуатации ниже в 3,7 раза.

 Расчитаем сроки окупаемости светодиодной лампы.

165 руб. – 25 руб. =140руб.

0.283 руб/ч. – 0,0709 руб./ч. = 0,2 руб/ч – экономия денежных средств за один час эксплуатации светодиодной лампы.

140 руб./0.2 руб./ч = 673 ч  = 0.37 года

Окупается светодиодная лампа через 673 ч. эксплуатации, что соответствует  0,37 года при пяти часовом использовании в сутки.

            Условия эксплуатации очень сильно влияет на срок службы лампочки:

            - качество питающей электроэнергии;

            - частые пуски крайне вредны – 2-3 минуты ей необходимо для того, чтоб выйти на номинальный режим работы;

            - наружная температура не должна быть большой, что делает невозможным использование в закрытых плафонах;

Заявленный производителем срок службы компактной светодиодной лампы колеблется в районе 3000-15000 часов а реальный 2000- 2500 часов.

   Расчитаем сроки окупаемости светодиодной лампы вреалных условиях.

Мощность -  20 Вт.

Срок службы - 2000 ч.

Цена – 165 руб.

Расход электроэнергии:

0.02кВт х 2000 ч.=40 кВт*ч

Стоимость электроэнергии:

40кВт*ч х 2,72 руб/кВт*ч =

 = 109 руб.

Всего затрачено: 273 руб.

Стоимость одного часа

эксплуатации:

273руб/ 2000ч= 0,14 руб./ч

                     14 коп./ч

  165 руб. – 25 руб. =140руб.

0.283 руб/ч. – 0,14 руб./ч. = 0,14 руб/ч – экономия денежных средств за один час эксплуатации светодиодной лампы.

140 руб./0.14 руб./ч = 1000 ч  = 0.55 года

Окупается светодиодная лампа через 1000ч. эксплуатации, что соответствует  0,55 года при пяти часовом использовании в сутки.

             Таким образом, при использовании дома этих ламп, выход их из эксплуатации из-за поломки происходит раньше заявленного производителем срока и зачастую не превышает времени работы лампочки накаливания. И в итоге, мы  получаем на практике снижение экономического эффекта: на одной чаше весов высокая цена, несоблюдения правил эксплуатации (ранний выход из строя) а на другой - высокая светоотдача при потреблении малой мощности, экономия энергии.

                         Литература.

1.  Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261- ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о вне- сении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" URL: http://www.rg.ru/2009/11/27/energo-dok.html

2. Энергосбережение в освещении / ООО «Гипрокоммунэнерго». URL: http://www.gken.ru/lights 

3. Энергосбережение современными лампами / Компания «Световое обору- дование». URL: http://www.svetpro.ru/htm/informations/info_72.html

4. Лампа накаливания // Википедия – свободная энциклопедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Лампа_накаливания

5. Компактная светодиодная лампа // Википедия – свободная энцикло- педия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Компактная_светодиодная_лампа 6. Методика оценки эффективности замены светильников и ламп на энергосберегающие. Тульчинская Я.И. Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт», г. Москва. URL:http://ogbus.ru/authors/Tulchinskaya/Tulchinskaya_3.pdf