Энергоэффективные светодиодные системы
опыты и эксперименты на тему

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Саратовской области

«Поволжский колледж технологий и менеджмента»

Энергоэффективные светодиодные системы

Автор:

Алексей Викторович

Колесников

г. Балаково

2016 год

Содержание

1. Введение                                                                                        3
2. Основная часть                                                                                4
3. Системы освещения «ИграСвета»                                                        4
4. Заключение                                                                                9
5. Список используемой литературы                                                        10
6. Приложения                                                                                 11
7. Energy efficient led system                                                                16

ВВЕДЕНИЕ

Давайте переходить на энергосберегающие технологии – высказал свое предложение действующий президент Российской Федерации В.В. Путин. Ну что ж, партия сказала – и из продажи пропали лампочки накаливания мощностью более 95 Вт. Но Китай не дремлет, и Российский рынок тут же наводнили компактные люминесцентные лампы, в народе именуемые «энергосберегайки». Электроэнергию, конечно, они сберегали, а вот деньги рядового потребителя – нет. Причиной тому стала низкая надежность блока питания этих ламп. Заплатив за лампу 200 – 300 рублей человек надеялся, что теперь-то, счета за электроэнергию снизятся в разы, и так и оно было. Но радость от покупки была не долгой, лампы быстро теряли световой поток, светили неприятным «мертвым» светом, а через полгода и вовсе перегорали, не успев наэкономить и десятой доли от своей цены. На этом первый этап энергосбережения закончился вместе с этим странным понятием «энергосбережение».  Зачем электроэнергию беречь? Её надо эффективно использовать – повышать полезную работу электроприборов при уменьшении энергозатрат.

Одновременно с появлением на рынке «энергосберегаек»  совершается прорыв в изготовлении мощных светодиодов – наконец они начали отдавать более 50 Люмен / Вт. Это в 5 раз больше чем лампа накаливания, уже сравнимо с обыкновенными линейными люминесцентными лампами. Очень перспективный источник света. Но проблемы повторились: светильники, изготовленные на базе этих светодиодов, имели холодный «мертвый» свет, как следствие низкого индекса цветопередачи, ненадежный блок питания, и очень высокую цену.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Системы освещения «ИграСвета»

В ГАПОУ СО«Поволжский Колледж Технологий и Менеджмента» города Балаково, который я представляю, основная часть элекропотребления приходится именно на освещение лабораторий и учебных аудиторий. В качестве источников света применены люминесцентные лампы. Пластик светильников, в которые они установлены, стал хрупким, и при очередной замене лампы просто рассыпается в руках. Да и цены на электроэнергию растут, и вопрос утилизации отслуживших люминесцентных ламп никто не снимал, а достойной недорогой альтернативы люминесцентным светильникам все нет.

Так что же делать? Вот тогда и было принято решение создать инициативную группу по разработке собственных недорогих энергоэффективных светодиодных систем освещения.(Приложение 1)

Инициативной группой состоящей из двух человек был проведен анализ рынка существующих светодиодов мощностью от 0,2 Вт. Отбирались кандидаты по следующим критериям:

1. Энергоэффективность не менее 80 Лм/Вт.
2. Индекс цветопередачи CRI не менее 80 (солнечный свет приравнен к 100)
3. Цветовая температура в районе 5800 К0

Поясню по пунктам:

1. Энергоэффективность Лм/Вт – это количество света излучаемого светодиодом при затрате электроэнергии в 1 Вт. Естественно чем больше света отдает светодиод на единицу мощности тем лучше.
2. Индекс цветопередачи CRI – говоря простым языком, солнечный свет состоит из множества цветов и их оттенков, которые сливаясь вместе дают привычный нам белый цвет. Помните радугу? В ней как раз и происходит разложение солнечного белого света на его составляющие. А теперь представьте темную комнату, в которой на синем столе лежит спелый апельсин. Возьмем источник света, который не способен излучать красную область видимого спектра, и посветим им на стол. Что мы увидим? А увидим мы хорошо освещенный синий стол, на нем темный «мячик» а вовсе не апельсин. Почему так произошло? Дело в том, что апельсин оранжевый потому что он отражает часть красной области спектра и поглощает весь остальной спектр. Отраженный от апельсина свет попадает в наши глаза, и мы видим апельсин именно таким. И как бы «сильно» мы бы не светили таким источником на наш апельсин, мы не смогли бы его осветить.

Из этого делаем очень важный вывод – если в источнике света отсутствует или выбивается из природного баланса часть спектра, то освещенные им предметы перестают быть узнаваемыми и привычными нам. Теряется микроконтраст предметов. Для того чтобы однозначно идентифицировать освещенный таким светом предмет, мозг человека производит колоссальную работу, извлекая из памяти и пережитого опыта предметы с похожими очертаниями, сравнивая и примеряя их к наблюдаемому объекту.  Именно по этому люди, находясь в помещениях с подобным освещением, быстро утомляются, жалуются на головную боль и усталость глаз. Свет таких ламп неприятен, кажется «мертвым» - вроде светит ярко, а ничего не видно. По этому, показатель CRI – самый важный у источников света.

3. Цветовая температура – тут все проще. Любое тело нагретое до температуры выше 1000 С0 излучает видимый свет. Чем сильнее нагрето тело, тем более коротковолновом спектре оно излучает свет, то есть от красного свечения к голубому. А так как наше Солнце имеет температуру поверхности около 5800К0, то и искусственные источники света должны стремиться к такой температуре свечения.

Проанализировав предложения производителей светодиодов, мы отобрали следующие светодиоды - SMD5630 (5730), световой поток 110 Лм/Вт, цветовая температура 5200К0, мощность 0,5 Вт, индекс цветопередачи CRI 80+. Отличный экземпляр! На базе этих светодиодов для упрощения жизни была приобретена светодиодная лента 60 светодиодов на 1 метр, питающее напряжение 12 Вольт.

Ну что ж, приступим к работе!

Размер стандартного светильника «Армстронг», которые повсеместно у нас установлены, 595*595 мм. Для изготовления собственного светильника «Армстронг», мы разработали собственный дизайн: светодиодная лента располагается по периметру светильника, отвод тепла от светодиодной ленты осуществляется посредством радиатора изготовленного из жести 0,5мм. На одном из ребер радиатора сформирован фигурный выступ для крепления рассеивателя с нанесенным на него логотипом.(Приложение 2)

Результат превзошел все ожидания. При потребляемой мощности 36 Вт световой поток составил 3960 Лм! Получается, что светодиодный светильник, произведенный нами превосходит стандартный офисный светильник с новыми лампами 4*18 Вт и со световым потоком 3200 Люмен более чем в 2 раза: 4 лампы * 18 Вт = 72 Вт, к этому прибавим 10 Вт потеря на дросселе – получим 82 Вт, и это при световом потоке 3200 Люмен. Стоимость комплектующих на 1 светильник составила 1290 рублей, что почти в 2 раза дешевле аналогичных светильников сторонних производителей.

Как говорится – модель получилась удачная. По результатам проведенной работы Советом руководства ГАПОУ СО«Поволжский Колледж Технологий и Менеджмента» был издан приказ о создании учебно-производственного участка «ИграСвета» штатом в 4 человека

И немного экономики:

Рассчитаем экономическую выгоду от применения системы освещения «ИграСвета», в сравнении с традиционными люминесцентными светильниками «Армстронг».

Потребление системы освещения «Армстронг» до замены на светильники «ИграСвета» для одного светильника составляет:

4 лампы * 18 Вт = 72 Вт, к этому прибавим 10 Вт потеря на дросселе – получим 82 Вт, и это при световом потоке 3200 Люмен (с новыми лампами).

а для системы освещения состоящей из 100 светильников:

100 светильника * 82 Вт = 8200 Вт при суммарном световом потоке:

100 светильника * 3200 Люмен = 320000 Люмен.

Не забываем про потерю светового потока люминесцентных ламп связанную:

•  С необратимыми процессами старения люминофора (теряют более 10% светового потока за свои первые 400 часов жизни);
•  Со снижением светоотражения зеркальных отражателей светильников (помутнением, запылением, и т.д.)  - примерно 5% от первоначального светового потока за первый год, и 20% от первоначального светового потока за первые 3 года.

Вот картина за первый год:

320000 Люмен (суммарный световой поток) – 10% (старение люминофора) – 5% (помутнение светоотражателя) = 272000 Люмен.

Вот картина за третий год:

320000Люмен (суммарный световой поток) – 10% (старение люминофора и считаем что лампу уже заменили) – 20% (помутнение светоотражателя) = 224000 Люмен.

Итого по люминесцентным лампам:

Потребление электроэнергии в час = 8,2 кВт

Потребление электроэнергии в день = 8,2 кВт * 8 часов = 65,6 кВт

Потребление электроэнергии в месяц =

= 65,6 кВт * 22 раб. дня = 1443,2 кВт

В деньгах за месяц  (http://www.energo-consultant.ru/):

1443,2 кВт * 2,80 руб/кВт = 4040,96 рубля в месяц за освещенность 224000 Люмен (по итогам третьего года).

Это не считая стоимости замены и утилизации сгоревших ламп (примерно раз в год)…

Энергоэфективность составит

224000 Люмен / 8200 Вт = 27,3Люмен / Вт.

Итого по светодиодным светильникам «ИграСвета»:

Потребление электроэнергии в час = 100 светильников * 36 Вт = 3,6 кВт

Потребление электроэнергии в день = 3,6 кВт * 8 часов = 28,8 кВт

Потребление электроэнергии в месяц  = 28,8 кВт * 22 раб. дня = 633,6кВт

В деньгах за месяц  (http://www.energo-consultant.ru/):

633,6кВт * 2,80 руб/кВт = 1774,08 рубля в месяц за освещенность 396000 Люмен (по итогам первого года).

Энергоэфективность составит

400000 Люмен / 3600 Вт = 111 Люмен / Вт

Если уровнять световые потоки «Армстронг» и «ИграСвета» осветительных систем, то есть применить в 1,5 раза меньшее количество светильников «ИграСвета» – 65 шт. вместо 100 шт., то получим тот же уровень освещения что и у 100 люминесцентных светильников 18 Вт * 4 лампы.

В деньгах экономия составит примерно в 2,5 раза в оплате за электроэнергию, относительно системы освещения с источниками света на люминесцентных лампах. (Приложение 3,4,5)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из приведенного нами опыта можно сделать вывод, что освещение может быть дешевым, с высокой светоотдачей, долговечным, экологически чистым, с одинаковой светоотдачей на всем сроке службы, безопасным, без мерцания и шума, без толстых кабелей и перегрузок во время включения, без сложных поломок и соответственно ремонтов, которые станут очень редки, и самое главное с качественной цветопередачей. Пора прекращать смотреть на мир в желтых или синих оттенках, а видеть всю его красоту во всех цветах даже ночью.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. СОВРЕМЕННЫЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА И СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЯ. Пантелеев А.В. Учебный эксперимент в образовании. 2012. № 3. С. 78-81.
2. СОВРЕМЕННАЯ НОМЕНКЛАТУРА СВЕТИЛЬНИКОВ, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ТОРГОВЛИ. Ефременко О.А., Амелькина С.А. 2015. С. 101-105.
3. СОВРЕМЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ШКОЛ. Федюкина Г. Энергетический вестник. 2012. № 14. С. 62-68.
4. СОВРЕМЕННОЕ СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ: ПРЕИМУЩЕСТВА, ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ, ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. Байнева И.И., Байнев В.В. Научные исследования и разработки. Экономика фирмы. 2016. Т. 5. № 1. С. 13-16.
5. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЯ. Бозриков А.В., Алексеев В.С., Антонов И.Н. Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. Т. 1. № 3 (54). С. 80-84.

Приложение 1.

Энергоэффективный светодиодный светильник, разработанный в лаборатории нашего колледжа

Приложение 2.

Освещение в коридорах учебных мастерских

Приложение 3.

Освещение в коридоре учебного корпуса

Приложение 4.

Освещение в учебной мастерской «Сварочное дело»

Приложение 5.

Освещение в столовой Колледжа

Energy efficient led system

In GAPO WITH"Volga College of Technology and Management" the city of Balakovo, which I represent, the bulk of elektroporcelany falls on the coverage of laboratories and classrooms. As light sources used fluorescent lamps. Plastic fixtures, in which they are installed has become fragile, and when it is time to replace the lamp just falls apart in your hands. And electricity prices are growing, and the issue of recycling old fluorescent lamps has not been removed, but a decent inexpensive alternative to fluorescent lamps. 

So what to do? Then it was decided to create an initiative group to develop their own low cost, energy efficient led lighting systems.(Fig.1)

Fig.1

The initiative group consisting of two persons was the analysis of market available led power 0.2 W.

The size of the standard lamp "Armstrong", which is everywhere we have installed, 595*595 mm. For making your own lamp "Armstrong", we have developed our own design: led light strip is located on the perimeter of the lamp, the heat from led strip by means of a radiator made of tinplate 0,5 mm. On one edge of the radiator is formed a shaped protrusion for attachment of a lens with the applied logo.( Fig.2)

Fig.2 The lighting in the training workshop

The result exceeded all expectations. Power 36 W luminous flux amounted to 3960 LM! It turns out that the led lamp produced by us exceeds standard office lamp with new lamps 4*18 W and with a luminous flux of 3200 Lumens more than 2 times: 4 bulbs * 18 watts = 72 watts, to that we add 10 W loss in the choke – get 82 watts, and this is when light output 3200 Lumens. The cost of components in 1 light amounted to 1290 rubles, which is almost 2 times cheaper than similar lamps from other manufacturers.

As they say – it is a successful model. According to the results of work by the Board of governors of GAPO WITH"Volga College of Technology and Management" was published a decree on the establishment of the training production area "Igracica" a staff of 4 people

And a little Economics:

Calculate the economic benefit from the application of the lighting system "Igracica", in comparison with traditional fluorescent lamps "Armstrong".

Consumption of lighting system "Armstrong" before replacing the lamps "Igracica" for a single lamp is:

4 bulbs * 18 watts = 72 watts, to that we add 10 W loss in the choke – get 82 watts, and this is when light output 3200 Lumens (with new lamps).

and to a lighting system comprising 100 lighting fixtures:

100 lamp * 82 W = 8200 W total light flux:

100 lamp * 3200 Lumens = 320000 Lumens.

Don't forget about the loss of the luminous flux of fluorescent lamps connected:

• With the irreversible aging process of the phosphor (losing more than 10% of luminous flux during its first 400 hours of life);

• Reduced light reflection mirror reflector lamps (turbidity, dust, etc.) - about 5% of the initial luminous flux for the first year, and 20% of the initial luminous flux for the first 3 years.

Here is a picture for the first year:

320000 Lumens (total luminous flux) – 10% (aging of the phosphor) – 5% (clouding of the reflector) = 272000 Lumens.

Here is a picture for the third year:

320000Люмен (total luminous flux) – 10% (aging of the phosphor and believe that the lamp already replaced) – 20% (the clouding of the reflector) = 224000 Lumen.

Total for fluorescent lamps: Electricity consumption per hour = 8,2 kWElectricity consumption per day = 8,2 kW * 8 hours = 65,6 kW

Electricity consumption per month =

= 65,6 kW * 22 working. day = 1443,2 kW

The money for the month (http://www.energo-consultant.ru/):

1443,2 kW * 2,80 $ /kW = 4040,96 rubles per month for illumination 224000 Lumen (at the end of the third year).

That's not counting the cost of replacing and disposing of burned-out lamps (about once a year)...

The efficiency will be

224000 Lumen / 8200 W = 27.3 Lumen / Watt.

Total led lamps "Igracica":

Electricity consumption per hour = 100 fixtures * 36 watts = 3.6 kW

Electricity consumption per day = 3.6 kW * 8 hours = 28,8 kW

Electricity consumption per month = 28,8 kW * 22 working. day = 633,6 kW

The money for the month (http://www.energo-consultant.ru/):

633,6 kW * 2,80 $ /kW = 1774,08 rubles per month for a total 396,000 Lumen illuminance (at the end of the first year).

The efficiency will be

400000 Lumen / 3600 W = 111 Lumens / W

If smooth light streams "Armstrong" and "Igracica" lighting systems, that is to use 1.5 times fewer lamps "Igracica" – 65 PCs instead of 100 PCs, we will receive the same level of coverage and 100 fluorescent lamps 18 W * 4 bulb.

The money savings will be approximately 2.5 times the pay for electricity, relative to lighting systems with light sources for fluorescent lamps.(Fig.3)

Fig.3 The Lighting in the hallway of the academic building 

Conclusion

From the us experience we can conclude that the coverage can be cheap, with high luminous efficiency, durable, environmentally friendly, with the same light output throughout service life, safe, no flicker and noise, no thick cables and overcurrent during the power-on, without a lot of breakdowns and repairs accordingly which will become very rare, and most importantly with high-quality color reproduction. It's time to stop looking at the world in yellow or blue shades, and to see all its beauty in all colors, even at night.