Дослідження споживчих властивостей та якості світлодіодних ламп

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження споживчих властивостей та якості світлодіодних ламп

Басова Ю.А., Кожушко Г.М., Кислиця С.Г.

Анотація

УДК 621.321

ДОСЛІДЖЕННЯ СПОЖИВЧИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТА ЯКОСТІ СВІТЛОДІОДНИХ ЛАМП

Басова Ю.А. (ПУЕТ, Полтава);

Кожушко Г.М., д.т.н., проф. (ПУЕТ, Полтава);

Кислиця С.Г., к.т.н., доц. (ПНТУ, Полтава).

У роботі наведені результати досліджень споживних властивостей світлодіодних ламп, які використовуються для загального освітлення, в тому числі і для освітлення житлових приміщень.

Ключові слова: світлодіодні лампи, джерело світла, споживні властивості, якість, світлова віддача, кольоропередача, колірна температура.

Зміст статті

Проблема економії енергетичних ресурсів на сучасному етапі є надзвичайно актуальною. Відомо, що сьогодні значно вигідніше знижувати споживання електроенергії (ЕЕ) на освітлення за рахунок сучасних технологій, ніж створювати нові додаткові генеруючі потужності для забезпечення зростаючих потреб в світловій енергії.

Розвиток фізики і техніки напівпровідникових джерел світла та застосування їх в світлотехніці за останнє десятиріччя зробили гігантський крок вперед. ХХІ століття уже називають століттям твердотільного освітлення. На сьогодні створено науково-технічне підґрунтя для конкурентної боротьби світловипромінювальних діодів (СД) з традиційними джерелами світла - лампами розжарювання (ЛР), розрядними лампи низького тиску (РЛНТ) та розрядними лампами високого тиску (РЛВТ), які є основою сучасної технології електричного освітлення. Ряд країн, в тому числі і Україна, уже зробили своїми пріоритетами розвиток світлодіодної техніки.

В 2008 році кабінетом Міністрів України затверджена Державна цільова науково-технічна програма "Розробка та впровадження енергозберігаючих світлодіодних джерел світла та освітлювальних систем на їх основі" на 2009-2013 роки.

Про переваги СД та прогнози їх розвитку на перспективу в останній час в світлотехнічних виданнях опубліковано надзвичайно багато матеріалів [1-3]. Безумовно переваг у СД багато, вони в окремих сферах уже витіснили ЛР та РЛ і в недалекому майбутньому не будуть мати альтернативи застосування ще в цілому ряді світлових приладів і, навіть, галузях світлотехніки. Це стосується перш за все автомобільної світлотехніки, аварійних світильників, світлосигнальної та світлорекламної апаратури, дорожніх покажчиків, світлових доріжок, світлофорів та ін.

Що стосується загального освітлення, зокрема освітлення житлових приміщень, то тут є іще дуже багато проблем про які хотілося б наголосити в цій статті.

Багато авторів вважають, що на сьогодні для світлодіодів не вирішена одна проблема - це їх висока вартість. Безумовно, це одна із головних проблем, але далеко не єдина. Головні споживчі переваги світлодіодів - висока світлова віддача, значно вища надійність та тривалість горіння в порівнянні з традиційними на сьогодні джерелам світла - не завжди можуть компенсувати їх недоліки.

Мета даної роботи - дослідження споживних властивостей і якості світлодіодних ламп та порівняння їх з аналогічними властивостями інших типів ламп.

Предметом дослідження була партія світлодіодних ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W виробництва ТОВ "Атілос", м. Чернігів. Світлодіодна лампа ЛС-4,4-220-Е 27-W розроблена на базі одного модуля з надяскравим світловипромінювальним діодом Acriche AW 3221 (виробництво компанії "Seoul Semiconductor", Південна Корея). По даним виробника модуль має такі параметри: споживана потужність - 4,4 Вт, світловий потік - 230 лм, колірна температура - 6300 К, індекс кольоропередачі R_a = 80.

Досліджувались світлотехнічні та електричні характеристики ламп при номінальні напрузі живлення 220 В та при її зміні в межах ± 15 %. Для дослідження використовувались стандарті методики вимірювання світлових та електричних характеристик ламп згідно з [4], методики вимірювання спектральних та колірних характеристики електричних ламп [5], а також спеціальні методики вимірювання характеристики світлодіодних ламп згідно з технічними умовами на ці лампи (ТУ У 31.5-14228451-015:2009).

Вимірювання проводили на обладнанні акредитованого центру випробування електричних ламп ДП "Полтавастандартметрологія", де діє філіал кафедри товарознавства непродовольчих товарів Полтавського університету економіки і торгівлі та лабораторії Інституту фізики провідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України.

Партія в кількості 6 шт. закуплена в ТОВ "Атілос" пройшла перевірку на відповідність вимогам технічних умов при номінальній напрузі живлення 220V. Були також проведені вимірювання основних характеристик в процесі стабілізації теплового режиму ламп та при напругах 190 та 250 В.

Середні значення характеристик світлодіодних ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W при номінальному значенні напруги живлення 220 В приведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Середні значення характеристики партії ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W (при напрузі мережі 220 В та температур навколишнього середовища 25 °С)

Процес стабілізації теплового режиму СВД в лампах при температурі навколишнього повітря 18-25 °Стриває більше години. За цей час величина світлового потоку знижується на 6-8 % від максимального значення, а колірна температура зростає приблизно на 1100-1200 К. Зміна світлового потоку Ф в процесі стабілізації ламп (від моменту подачі напруги на лампу) приведена на рис. 1, а колірної температури - на рис. 2.

Рисунок 1 - Зміна світлового потоку світлодіодної лампи ЛС-4,4-220-Е 27-W в період стабілізації

Рисунок 2 - Зміна колірної температури Т_кол в період стабілізації світлодіодної лампи ЛС-4,4-220-Е 27-W

При зміні напруги живлення в межах 220±30 В зміна світлового потоку має, приблизно, лінійну залежність і змінюється на 1,25 % на 1 В, тобто змінюється на ± 38 % від номінального значення при U=220 В.

Залежність колірної температури Т_кол та загального індексу кольоропередачі Ra від величини напруги живлення приведені на рис. 3,4.

Рисунок 3 - Залежність середнього значення колірної температури Т_кол від напруги мережі живлення U (- інтервал розмаху значень Т_кол для окремих ламп)

Рисунок 4 - Залежність середнього значення загального індексу кольоропередачі R_a від напруги мережі живлення U (- інтервал розмаху значень R_a для окремих ламп)

Аналізуючи отримані результати та порівнюючи їх з досягненнями в галузі світлодіодної техніки можна констатувати наступне.

1. Світловий потік та потужність партії ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W не відповідають вимогам технічних умов ТУ У 31.5-14228451-015:2009. Світловий потік для ламп з колірною температурою (Т_кол) 4300-10000 К має бути не нижчим 195 лм, а потужність не перевищувати 4,4 Вт.

2. Порівняння характеристик досліджуваних ламп з передовими світловими досягненнями показує, що вони суттєво їм поступаються.

Слід зазначити, що в проспектах на СВД як правило вказуються їх характеристики при оптимальній температурі. При зміні температури p-n переходу суттєво змінюються всі характеристики, особливо колірна температура Т_кол та світловий потік. На рис. 3 показана залежність відносної зміни колірної температури Т_{кол /} Т_{кол, t=25°C} від температури p-n переходу СВД (по даним інституту фізики напівпровідників ім.. В.Є. Лашкарьова НАНУ). При підвищенні температури на 65-70 °C Т_кол зростає більш як на 1000 К.

Рисунок 5 - Відносна залежність колірної температури Ткол від температури світловипромінювального діода (p-n переходу (t° C)

Характеристики світлодіодних ламп різних виробників, які приводяться в каталогах та рекламних матеріалах, досить суттєво відрізняються і досягають значень більш як 100 лм/Вт, але в багатьох випадках приводяться не достовірні дані. Інформація стосується дослідних, а не комерційних зразків ламп, інколи приводяться дані по світлотехнічних характеристиках самих світловипромінювальних діодів, де не враховуються втрати потужності в системах живлення, зниження світлового потоку в результаті нагрівання p-n переходу світловипромінювального діода, втрати світлового потоку в оптичних системах та інш. На думку автора [6] найбільш достовірними результатами по досягнутому на сьогодні рівню для промислових зразків є дані фірми "Philips Lumileds": світлова віддача до 80 лм/Вт, строк служби - до 25000 год, R_a =80.

3. Дослідження зміни світлотехнічних характеристик в процесі стабілізації теплового режиму ламп після початку їх горіння протягом 15-30 хв. показали, що світловий потік (до стабілізації теплового режиму ламп) падає на 4-6 %, Т_кол зростає на 1000-1100 К, R_a зростає на 3-5 одиниць. Користуючись залежністю, приведеною на рис. 5 можна зробити оцінку температури p-n переходу СВД - вона має перевищувати 90 °С.

4. При зміні напруги живлення в межах 190-250 В колірна температура змінюється для окремих ламп на 300-400 К (4-5 %), індекс кольоропередачі R_a - приблизно на 3 одиниці (4 %), світловий потік змінюється на 1,25 % на 1 В, тобто в межах ± 38 % від номінального значення.

5. Порівнюючи якість світла та ефективність ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W з компактними люмінесцентними лампами (які є основними конкурентами СВД-ламп для загального освітлення) слід відзначити, що досліджена партія потупається по цим показникам КЛЛ. СВД-лампи мають дуже високу колірну температуру (7300 К), та досить низький індекс кольоропередачі R_a, що не рекомендується для використання в житлових приміщеннях. Для житлових та офісних приміщень надаються переваги Т_кол 2800-4000 К, R_a>80. Світлова віддача досліджених СВД ламп суттєво нижча, ніж досягнутий середній рівень для малопотужних КЛЛ (55-60 лм/Вт). Партія ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W має велику відмінність характеристик для окремих ламп по колірності (більше 1000 К) та по зміні колірності в процесі стабілізації теплового режиму. Слід зазначити, що в процесі стабілізації КЛЛ, а також при зміні напруги живлення в зазначених межах (190-250 В) суттєвих змін Т_кол не відбувається. електрична світлотехнічна світлодіодна лампа

Основні переваги досліджуваних СВД-ламп - висока надійність, тривалий строк служби (30 тис. год.), розширені функціональні можливості стосовно експлуатації в режимах частих вмикань, функціонування при низьких температурах, вібраціях та ін. Але ці характеристики в даній роботі не досліджувались.

Висновки

1. СД є перспективними джерелами світла як для спеціального, так і для загального освітлення, в т.ч. і для освітлення побутових приміщень.

2. Досліджена конструкція ламп ЛС-4,4-220-Е 27-W поступається по своїм техніко-економічним характеристикам КЛЛ і досягненням виробників СВД-ламп. Для досягнення конкурентоспроможного рівня потрібно підвищувати світлову віддачу не менше як до 60 лм/Вт, індекс кольоропередачі R_a - не менше 80 одиниць, розробити конструкцію ламп з Т_кол<4000 К.

3. Світлова віддача СВД-ламп, які випускаються серійно провідними світловими виробниками досягла 80 лм/Вт і уже перевищила цей параметр для КЛЛ

4. Якість білого світла СД в цілому ще поступається якості світла ЛР та ЛЛ. Недоліками сучасних СВД-приладів є недостатня однорідність світла в межах світлового пучка та великі відмінності колірності окремих ламп в межах окремих партій.

5. Якість значної частини партій СВД-ламп, які поступають на ринок, в тому числі і на ринок України, не відповідають задекларованим даним. Мають місце значні відмінності за робочими характеристиками як в межах партії так і між окремими партіями.

Список використаних джерел

1. Юнович А.Э. Светодиоды как основа освещение будущего / А.Э. Юнович // Светотехника. - 2003. - № 3. - С. 2-6.

2. Юнович А.Э. Современное состояние и тенденции развития светодиодов и светодиодного освещения / А.Э. Юнович // Светотехника. - 2007. - № 6. - С. 50-52.

3. Сорокин В.М. Светодиодное освещение разширяет границы / В.М. Сорокин // СвітлоЛюкс. - 2009. - №2. - С. 37-41.

4. Лампи электрические. Методы измерения электрических и световых параметров: ГОСТ 17616-82. - [Чинний від 1983-01-01]. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 46 с.

5. Лампи электрические. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик параметров: ГОСТ 12198-94. - [Чинний від 1996-01-01]. - К.: Госстандарт Украины, 1997. - 89 с.

6. Ворфоломеев Л.П. 16-я международная светотехническая выставка "Интерсвет-2010" / Л.П. Ворфоломеев // Светотехника. - 2011. - № 1. - С. 64-71.

Размещено на Allbest.ru