Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Суббота, 14 декабря
 
 


Это интересно!

Ранее

В поисках внутреннего рынка. Российские светодиодные технологии

Компания «Оптоган» является вертикально интегрированным производителем светодиодных чипов и светодиодов по собственным запатентованным технологиям. Компания имеет линейку производства, включая эпитаксиальное выращивание, в Германии, и в настоящий момент осваивает массовое производство светодиодов и светодиодных чипов в России. Запуск первого цикла производства в Санкт-Петербурге запланирован на III-й квартал 2010 года. Компания также разрабатывает собственные модели светодиодных светильников и начинает их выпуск во II-м квартале 2010 в кооперации с российскими производственными партнерами

Конференция «Новая электроника России – 2010»

Xilinx два года спустя: хорошие продажи, обнадеживающие перспективы

Два года назад наш журнал (см. ЭК1, 2008) рассказал о положении дел в компании Xilinx на момент вступления в должность исполнительного директора и президента фирмы Моше Гаврилова (Moshe Gavrielov). Мы встретились с Андреасом Шеффером (Andreas Scheffer), директором по продажам в Центральной Европе, чтобы узнать у него, что удалось компании сделать за это время, каково ее положение в нынешней рыночной ситуации, каковы перспективы развития программируемых ИС.

 

2 марта

Как занять место под светодиодным солнцем? Постулаты развития светодиодной техники



Юрий Трофимов,

led.trofimov@gmail.com

К.т.н., директор Республиканского научно-производственного унитарного предприятия «Центр светодиодных и оптоэлектронных технологий Национальной Академии наук Беларуси»

Для начала хотелось бы коротко рассказать об истории и опыте нашей организации, которые позволяют оценивать состояние рынка светодиодной техники и дают нам право формулировать постулаты ее дальнейшего развития.

История Центра светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН Беларуси (ЦСОТ НАН Беларуси) началась еще в 1977 году, когда в Институте электроники НАН Беларуси начали проводиться разработки в области измерительных оптоэлектронных преобразователей (рис. 1) с использованием GaAlAs-светодиодов, к тому же времени относятся и первые исследования в области светодиодных мнемонических индикаторов и дисплеев. В 1993 году начались разработки светодиодных подсветок для жидкокристаллических индикаторов, а в 1999 году появились первые светодиодные осветительные устройства. В 2001 году совместно с российской компанией «Лайтмастер» были разработаны первые в СНГ светодиодные RGB-прожекторы с управлением по протоколу DMХ512. В 2003 году совместно с российской компанией «Кванд» был реализован первый в мире проект полностью светодиодного освещения VIP-салонов самолетов. Тогда в салоне самолета было установлено несколько типов светодиодной осветительной и декоративной техники, включая основное освещение, общей мощностью 2 кВт. В 2004 году был создан первый осветительный прибор на светодиодах для наружного освещения — 60 Вт осветитель пешеходной зоны, совмещенный с дорожным знаком «пешеходный переход» с эффектом анимации. Все пешеходные переходы от Орши до Бреста были оснащены такими осветителями, и они работают до сих пор. В 2006—2007 гг., опять же впервые в мире, был реализован проект полностью светодиодного освещения VIP-вагона железнодорожного транспорта.

Рис. 1. Иллюстрированная история центра светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН Беларуси

Несколько слов об экономических предпосылках создания в Республике Беларусь программы развития светодиодной техники. По данным Министерства энергетики Беларуси в настоящее время 18% всего энергобаланса страны расходуется на освещение, что составляет около 6 млрд. кВт·ч. или в денежном выражении — около 600 млн. долл. США. К примеру, в 2006 году для освещения мест общего пользования только в одном из восьми районов двухмиллионного города Минска было израсходовано 460 тыс. долл. США. По причине чрезмерного расхода электроэнергии в мае 2009 года в Минске и других городах страны проводились профилактические отключения освещения улиц в ночное время суток.

Мы взялись подсчитать потенциальную возможность экономии электроэнергии в стране и направили в соответствующие ведомства и областные центры Беларуси анкеты с вопросами о реальном потреблении электроэнергии. Собранная информация позволила на уровне правительства говорить о низкой эффективности применяемых источников света и доказывать необходимость решения вопросов энергосбережения. Была предложена схема развития светодиодной техники, предусматривающая три этапа. Первый этап — сборка светодиодной светотехнической продукции с использованием импортных светодиодов и комплектующих. На втором этапе будет организована сборка светодиодов на основе импортных кристаллов, пластин. И только на третьем этапе будет налажен выпуск отечественных светодиодов, включая эпитаксию и чип-процессинг. Стратегия развития светодиодной техники в Беларуси является пошаговой: если на первом этапе будут достигнуты позитивные результаты, то можно будет переходить к сборке светодиодов на покупных чипах. В случае устойчивого положительного эффекта после первых двух этапов можно будет перейти к эпитаксии и чип-процессингу. Это все прокалькурировано, оценены затраты, в результате чего сделан вывод о том, что Беларусь может занять свое место под светодиодным солнцем.

18% всего энергобаланса Беларуси расходуется на освещение, что составляет около 6 млрд. кВт•ч. или 600 млн. долл. США

Какая же продукция планируется к выпуску в Республике Беларусь? Основные два направления производства — светодиодные уличные светильники и светодиодные тепличные облучатели. Здесь важно заметить, что в настоящее время имеет смысл заниматься преимущественно технологическим светом. Если рассматривать систему уличного освещения, то бесспорный приоритет имеют туннельные осветители, которые используются двадцать четыре часа в сутки. Максимальный энергетический и экономический эффект может быть достигнут в результате применения светодиодного освещения в теплицах. Это, как минимум, восемьдесят процентов экономии, а для некоторых культур и значительно больше.

Чтобы занять место под «светодиодным солнцем» выпускаемая продукция должна характеризоваться высокими технико-экономическими показателями. С этой целью в нашей организации проводятся исследования по оптимизации эффективности светодиодных светильников. Как известно КПД светильника (ηLED) определяется произведением трех коэффициентов: КПД оптической системы (ηop), КПД блока питания и управления (ηel) и коэффициента тепловых потерь (ηth) светового потока из-за повышения температуры светодиода:

(1)

ηlamp = ηLED ηel ηop ηth,

Если не оптимизировать каждый коэффициент, то при их перемножении получаешь в лучшем случае КПД порядка пятидесяти—семидесяти процентов.

Второй важный момент — это утилизация светодиодного света. Как правило, в современных светодиодных приборах этому вопросу не уделяется должного внимания. Специалистам практически неизвестны научные исследования, посвященные тому, насколько много света от натриевых или любых других источников света расходуется на освещение соседних зданий, тротуаров, парков. Если же заняться оптимизацией использования света, то, используя качественную оптику можно довести коэффициент утилизации до 85—90 %. Это очень сложная стратегическая задача, и светильников такого класса пока не существует.

Кроме того, для достижения высоких технико-экономических показателей необходимо учитывать ряд условий или постулатов светодиодной техники, которые, к сожалению, в настоящее время большинством производителей не учитываются или сознательно искажаются, что приводит к дискредитации в глазах потенциальных потребителей всего направления светодиодной светотехники.

Первое условие или постулат создания качественной светодиодной техники звучит так: «Проверяйте технические характеристики светодиодной элементной базы, используя для этого качественную измерительную технику». В нашей организации имеется уникальный (по своей комплектации и метрологическим возможностям) в Восточной Европе комплекс для измерения светодиодов, светодиодных модулей и дисплеев. Измерение характеристик светодиодов, представленных на рисунке 2, показало, что в большинстве случаев по уровню светового потока светодиоды не соответствуют бинам, заявляемым производителем. Причина несоответствия заключается как в маркетинговой политике, так и в методиках разбиновки. Измерять светодиоды при производстве и разбиновке, придавая этому процессу не только качественный, но и количественный характер, производителю невыгодно. Обычно заводская разбиновка светодиодов занимает несколько секунд: на светодиод подается кратковременный импульс тока и измеряется его характеристика, величина которой позволяет отнести светодиод к тому или иному бину. Естественно, при таких условиях измерений бины светодиодов, присвоенные производителем, будут существенно отличаться от рабочих характеристик светодиодов, хотя бы по той причине, что при тестировании светодиод не находится в тепловом равновесии.

Рис. 2. Исследованные образцы светодиодов1

Второй постулат: «Срок гарантии должен быть больше периода окупаемости». В настоящее время на рынке в основном предлагаются светильники с гарантией один год. В то же время согласно экономическим расчетам период окупаемости уличного светильника при действующих ценах на светодиодную технику и тарифе на электроэнергию в лучшем случае составляет 3—5 лет.

На наш взгляд не менее важным моментом, который практически никто не учитывает, является воздействие окружающей среды на работоспособность светильника в выключенном состоянии. Если работа светильника и его основных компонентов, включая светодиоды, во включенном состоянии, деградация светодиода от протекающего тока, от температуры хоть как-то изучается, то исследования по поводу того, как деградируют светодиоды в условиях постоянного (длительного) нахождения светильника на солнце, как деградируют блоки питания, полимерные покрытия, герметики, оптика — практически не проводятся. А между тем известны результаты исследований, согласно которым большинство полимерных красок, нанесенных на качественно проанодированные алюминиевые детали, через 5—7 лет под воздействием солнечной радиации и вредных примесей, содержащихся в окружающей среде, практически полностью разрушаются, выгорают и растрескиваются, что ведет к выходу из строя светодиодного светильника. Большинство корпусов светодиодных уличных светильников имеет развитое оребрение, которое будучи аналогом «черного тела», практически полностью поглощает всю солнечную радиацию, и приводит к нагреву корпуса светильника, особенно в яркий солнечный день, до 130°С и выше. К сожалению, большинство светильников выполнены без четкого понимания основополагающих принципов теплового дизайна. Отсюда третий важный постулат: «Корпус светодиодного светильника во многом определяет надежность изделия».

Большинство корпусов уличных LED светильников выполнены без учета основополагающих принципов теплового дизайна

Следующий постулат выведен нами на основе анализа патентной информации и конструктивных особенностей светильников. Формулируется он так: «Для эффективного охлаждения светодиодного светильника на каждый ватт потребляемой электрической мощности светильника требуется тепловой радиатор массой от 0,08 до 0,1 кг, при условии, что в светильниках не применяются улучшенные системы охлаждения». Благодаря данному постулату у специалиста и потребителя появляется возможность судить о качестве светодиодного изделия. В частности, если вам предлагают 100 Вт уличный светильник массой менее 8 кг, то очевидно, что в его конструкции должны использоваться усовершенствованные способы отведения тепла, например, тепловые трубы. В противном случае такой светильник не обеспечит долговременную надежность изделия, и его характеристики с течением времени существенно деградируют.

Пятый постулат развития светодиодной техники формулируется следующим образом: «Для светодиодного тепличного освещения необходимы регламенты выращивания растений». К сожалению, в последнее время производством светодиодных теплиц начали заниматься большое количество непрофильных компаний. При этом тепличные облучатели поставляются «как есть», продавец не дает регламентов того, как с помощью его изделия можно вырастить ту или иную сельскохозяйственную культуру, зелень или декоративные растения, как контролировать сроки созревания плодов, а также есть ли подтвержденная гарантия окупаемости установки. В отличие от большинства других производителей мы используем научно-практический подход к светодиодному тепличному освещению: в работе участвуют не только конструктора светодиодной техники, но и специалисты смежных знаний: физики и биофизики, ботаники и аграрии. Эти работы начаты более пяти лет назад, и в настоящее время у нас имеются наработки по использованию светодиодных облучателей для выращивания карликовой пшеницы и салата для космических применений, создан биотехнологический комплекс, в котором светодиодные излучатели различных конструктивов используются для разработки регламентов выращивания некоторых видов растений (рис. 3).

Рис. 3. Светодиодные облучатели для прототипов космических оранжерей (а) и аналог светодиодной теплицы (б)

Еще один постулат: «Давайте сообщать правду!» Одна уважаемая фирма выпустила люминесцентную лампу с указанием, что срок ее службы составляет шесть лет, а на обратной стороне упаковки уточнение: «срок службы шесть лет при работе около 2,7 часов в день». Или вот пример PR-акции другой светотехнической компании: «Высокая эффективность, низкие затраты на обслуживание, исключительная надежность продукции…», а ниже дополнение: «Конструкция корпуса позволяет проводить замену драйвера и светодиодных модулей без демонтажа светильника». Получается, что конструктор, разрабатывая светильник, заведомо знает, что использует некачественные драйвер и светодиоды, которые по истечении определенного времени необходимо будет заменить на новые. Это совершенно неприемлемо, так как замена дорогостоящих компонент светильника ставит крест на окупаемости светильника и дискредитирует светодиодную технику в целом. Для того чтобы исключить подобный обман потребителя необходимо понимать, что светодиодный светильник — должен быть практически необслуживаемым и «вечным» изделием, которое по истечение срока службы просто заменяется на новый светильник. Только при таких условиях потребитель может достичь реальной 3—5 кратной самоокупаемости изделия.

Итак, как же найти свое место под светодиодным солнцем? Здесь хотелось бы сформулировать постулат — золотое правило для игроков рынка: «При серийном выпуске светодиодной продукции необходимо иметь устойчивые каналы обеспечения светодиодами». К сожалению, в последнее время работа через коммерческие организации — поставщики светодиодов, затрудняет получение хорошего результата. Беда в том, что дистрибуторы не всегда обладают техническими знаниями нужного уровня.

И еще один вывод, который мы сделали: «Работа через компании, которые наряду с поставками светодиодов сами занимаются разработкой светодиодной техники и, следовательно, являются потенциальными конкурентами, не всегда эффективна». Такие компании всегда могут отследить объемы закупаемых вами светодиодов и комплектующих, и в ответственный момент прекратить эти поставки либо увеличить их стоимость. Таким образом, для успешной работы на рынке светодиодной техники необходимо иметь независимые каналы поставки светодиодной элементной базы, желательно напрямую от производителя, либо самим контролировать процесс производства светодиодов.

Если мы эти вопросы будем решать сообща, то результат, несомненно, будет достигнут, и светодиодное солнце будет светить всем.

Границы бина по световому потоку, указанные производителями, и измеренные значения
светового потока образцов при номинальном токе

Образец

Сд1

Сд2

Сд3

Сд4

Сд5

Граница бина, лм

90…100

100…120

82…130

107…114

91…118,5

Световой поток, лм

89,7

90,6

100,2

100,3

80,1

Максимально допустимая температура хранения некоторых компонентов светодиодных
светильников

Наименование компонента

Температура хранения, °С

Светодиоды

–30…85

Блоки питания

≤85

Оптика

≤95

Защитные покрытия (полимерные)

≤90



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Юрий Трофимов, led.trofimov@gmail.com



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты