Компании Infineon, Intel и eluminocity анонсируют совместный проект по созданию безопасных городских улиц, объединенных в глобальную сеть .
С ростом численности населения крупных городов органы государственной власти в разных странах мира ищут способы сделать города, их инфраструктуру и энергетические системы более интеллектуальными, безопасными и энергоэффективными. Наряду с этим подключение транспортных средств к глобальной сети предоставляет городским службам больше возможностей взаимодействия с водителями для комфортного и эффективного управления транспортными потоками. Однако, по мере того как все большее число систем управления переходит к использованию облачных технологий, формируя тем самым Интернет вещей (IoT), появляется больше возможностей для несанкционированного доступа к конфиденциальным данным.
В данной статье приведен обзор некоторых фундаментальных технологий, созданных в сотрудничестве компаниями Infineon, eluminocity и Intel , которые позволяют сделать города будущего более интеллектуальными, а также – инновационных решений для систем освещения, которые могут стать важной составной частью умных городов, объединенных в глобальную сеть.
Ускорение процессов урбанизации и доступ к новым технологиям повышает требования потребителей к тому, насколько их жизнь будет комфортной в ближайшем будущем. До недавнего времени основное внимание уделялось совершенствованию мобильных устройств и связанных с ними продуктов, однако в настоящее время становится очевидным, что улучшение инфраструктуры играет важную роль в технологической эволюции мира, в котором мы живем. Разработчики городской инфраструктуры сталкиваются со все более сложными проблемами и требованиями, которые зачастую противоречат друг другу. С одной стороны они быстро внедряют новые технологии, чтобы добавить больше функциональности атрибутам повседневной жизни, например, обычному уличному освещению, а с другой – пытаются свести к минимуму потребление энергии ввиду постоянного роста стоимости энергоносителей.
В новом, более совершенном, мире уличный фонарь – это уже не просто источник света, а многофункциональный коммуникационный портал, который является основой интеллектуальной городской инфраструктуры. Для того чтобы обеспечить необходимую функциональность и возможность доступа к сетевым ресурсам, разработчики систем освещения используют технологии сотовой связи, разнообразные типы датчиков, – как активных, так и пассивных, – а также современные решения в области защиты информации.
Радиолокатор, работающий в диапазоне 24 ГГц
Радиолокационный способ обнаружения объектов основан на использовании отраженных электромагнитных волн, посредством которых можно определить расстояние до объекта, угол и скорость его движения. Типичные радиолокационные системы (радары) включают в себя передатчик, генерирующий электромагнитные импульсы или непрерывное излучение в радиочастотном или микроволновом диапазоне частот, раздельные передающую и приемную антенны и приемник, осуществляющий прием и обработку сигналов.
Импульсный радар измеряет расстояние до неподвижных или движущихся объектов, генерируя короткий мощный импульс и принимая отклик, отраженный от объекта. Время между посылаемым импульсом и принимаемым откликом прямо пропорционально расстоянию от радиолокационной системы до объекта.
Радары с непрерывным излучением постоянно генерируют электромагнитные волны с частотной модуляцией, реализованной одним из двух способов (рисунок 1). Радар с непрерывным частотно-модулированным излучением (FMCW) способен обнаруживать как стационарные, так и движущиеся объекты, передавая сигнал с линейной частотной модуляцией, который смешивается в приемнике с принятым сигналом. Низкочастотный выходной сигнал приемника содержит информацию о расстоянии до объекта и его скорости. Модуляция скачкообразным изменением частоты, называемая также частотной манипуляцией (FSK), может использоваться для определения расстояния только для движущихся объектов. При данном способе модуляции передатчик последовательно посылает сигналы на двух разных частотах, и расстояние определяется по допплеровскому сдвигу фаз принятых сигналов.
Поскольку обнаружение объектов становится все более востребованным для интеллектуальных систем и устройств, радиолокационная техника диапазона 24 ГГц применяется в различных приложениях Интернета вещей, включая мультикоптеры/дроны, интеллектуальные дверные замки, системы бытовой и производственной автоматизации, измерители скорости, робототехнику и др.
Интеллектуальное уличное освещение
Рис. 2. В «умных городах» будущего интеллектуальная система уличного освещения является лишь одной из функций интеллектуальных концентраторов
Анонсированный недавно совместный проект компаний Infineon, eluminocity и Intel направлен на создание умных городов будущего, объединенных в глобальную сеть. Соединив свои ноу-хау и передовые технологии, три компании разработали усовершенствованное высокоэффективное светодиодное уличное освещение, которое включает в себя также прецизионные датчики и защищенную систему передачи данных. Совместный проект по созданию системы освещения умных городов основан на уличных светильниках компании eluminocity, которые являются также сетевыми концентраторами для интеллектуальных приложений (рисунок 2). Электронные системы базируются на технологиях Infineon и включают в себя радар диапазона 24 ГГц, силовые полупроводниковые приборы (П/П), микроконтроллеры (МК) серии XMC ™ и высокоэффективные устройства защиты информации серии OPTIGA ™ . Технология Intel позволяет подключаться к сети посредством модема с малым энергопотреблением и большой зоной покрытия, поддерживающего работу с сетями сотовой связи, которые используют стандарты LTE Cat.1, LTE Cat.M1, Cat.NM1, LTE-NB и 5G-IoT.
В сочетании с технологией OPTIGA™ компании Infineon сотовая связь, основанная на стандартных протоколах, представляет собой открытую систему, которая является масштабируемой и полностью независимой от существующей инфраструктуры, и обеспечивает при этом высокий уровень защиты информации.
Рис. 3. Внешний вид интеллектуального уличного светильника eluminocity
В этом случае оператору систем уличного освещения (как правило – органу государственного управления) необходимо всего лишь подключить концентраторы уличного освещения к уже имеющейся инфраструктуре.
В дополнение к тому, что уличные светильники, выполненные на микросхемах управления питанием и силовых ключах Infineon, сами по себе обладают высокой энергоэффективностью, применение радара диапазона 24 ГГц позволяет обнаруживать присутствие объектов и увеличивать яркость света только там, где это необходимо, что обеспечивает более эффективное решение по сравнению с большинством постоянно включенных светильников.
Однако интеллектуальные светильники eluminocity – это не только системы освещения с высокой энергоэффективностью (рисунок 3). Встроенные в них бесконтактные детекторы позволяют обнаруживать близлежащие свободные парковочные места, что в сочетании с сетевыми технологиями Intel предоставляет водителям, находящимся поблизости, информацию о доступном количестве парковочных мест.
Данная функция характеризует светильники eluminocity как один из элементов полнофункциональной системы интеллектуального управления транспортным трафиком.
Благодаря мониторингу локальных условий дорожного движения специалисты по городскому планированию и владельцы окрестных магазинов получают полезные сведения, позволяющие ориентировать водителей транспортных средств в зонах их скопления либо посредством сигналов или знаков дорожного движения, либо путем предоставления актуальной на данный момент информации бортовым спутниковым навигационным системам.
Современные интеллектуальные уличные светильники могут также оснащаться встроенными зарядными устройствами для электрических транспортных средств.
Поскольку такие зарядные устройства не требуют выделения под них дополнительных площадей, это является ключевым фактором, способствующим успешному развитию городского электротранспорта.
Обзор технологий интеллектуального освещения
Обеспечение безопасности данных в концентраторах OPTIGA™
Большие возможности по формированию сетевой структуры интеллектуальных городов на основе концентраторов уличного освещения и преимущества, реализуемые посредством открытого доступа к этой структуре со стороны пользователей, создают потенциальную проблему уязвимости сети. Для устранения угрозы несанкционированного доступа и обеспечения безопасности сетей, на которых базируются умные города, в концентраторах уличного освещения реализована технология надежной защиты информации с использованием устройств семейства OPTIGA™ производства компании Infineon. Встроенные функции безопасности OPTIGA™ включают в себя проверку целостности системы и данных, аутентификацию и защищенные от несанкционированного доступа передачу и хранение данных, а также безопасное обновление программного обеспечения.
В семейство устройств OPTIGA™ входит современный 16-разрядный контроллер с функцией защиты данных, который можно легко интегрировать в широкую номенклатуру устройств Интернета вещей. Для обеспечения полной гибкости, необходимой системным разработчикам, семейство устройств OPTIGA™ поддерживает работу с операционными системами Microsoft Windows, Linux и их производными, а также предоставляет интеграционную поддержку для фирменных операционных систем. Семейство OPTIGA™ содержит также криптопроцессор TPM с поддержкой последней версии стандарта TPM 2.0 консорциума TCG, что позволяет разработчику использовать наиболее современные протоколы безопасности.
Обнаружение приближения объекта в интеллектуальных концентраторах уличного освещения реализовано на основе промышленного радара BGT24LTR11 диапазона 24 ГГц (рисунок 4), имеющего минимальный размер корпуса в данном классе устройств и позволяющего измерять расстояние до объекта и его скорость с использованием эффекта Доплера. Дополнительные каналы приема позволяют также определять посредством фазового детектирования сигналов с разных антенн угол и направление движения объекта.
Диапазон 24 ГГц обеспечивает высокую точность обнаружения объектов: до 50 м для пешеходов и до 150 м для транспортных средств. Кроме того, радиолокационные способы обнаружения обладают значительно большей чувствительностью по сравнению с пассивными инфракрасными (ИК) датчиками и способны, например, обнаруживать дыхательное колебание в пределах нескольких миллиметров. Можно с уверенностью утверждать, что радары в конечном итоге заменят пассивные ИК-датчики во многих приложениях. Диапазон 24 ГГц пригоден для работы при различных атмосферных воздействиях, включая существенные изменения температуры, высокий уровень влажности и повышенную запыленность воздуха, что позволяет использовать радары, работающие в данном диапазоне, даже в самых неблагоприятных условиях современных городов.
Разработчикам, которые еще недостаточно хорошо знакомы с радарной технологией диапазона 24 ГГц, компания Infineon предлагает набор демонстрационных плат, например, Sense2GoL . Данная полнофункциональная плата размером 25х25 мм содержит, наряду с радаром BGT24LTR11, специализированные полосковые передающую и приемную антенны, а также 32-битный промышленный МК XMC1302 ARM® Cortex® M0 . Демонстрационная плата радара соединена перфорированной перемычкой с отладочной платой Segger , посредством которой можно осуществлять программирование и оценку функциональных возможностей платы радара.
Комплект поставки демонстрационной платы включает также программное обеспечение детектора движения и программный графический интерфейс пользователя для наблюдения за радиолокационными сигналами, а также руководство пользователя и полный набор схем и файлов печатных плат в формате gerber для ускоренного внедрения разработки в производство.
Возможность подключения дополнительных датчиков
К интеллектуальным концентраторам уличных систем освещения могут быть подключены практически любые датчики: например, датчики газа могут контролировать качество воздуха, а звуковые датчики – распознавать повышенный уровень шума. Конкретные варианты применения датчиков могут включать в себя аудиосопровождение на дороге или обнаружение выстрела из огнестрельного оружия. Датчики освещенности, несмотря на свою простоту, играют важную роль в повышении «интеллекта» уличного освещения: измеряя уровень естественного освещения, они смогут включать уличное освещение во время посмурной погоды. Кроме того, контролируя фактический уровень освещенности, они способны передавать сигнал обратной связи контроллеру для обеспечения нормативного уровня освещенности при любых условиях эксплуатации независимо от выработанного ресурса уличных светильников. При этом данные об износе оборудования могут быть дистанционно переданы техническому персоналу для более качественного планирования регламентных работ и предупреждения преждевременного отказа оборудования.
Алексей МихайловФункциональное освещение – это высоко конкурентная область. В ней происходит постоянное усовершенствование технологий. Изменения затрагивают все стороны этой области. Появляются новые осветительные приборы, повышается эффективность источников света, внедряются системы управления и пр.
Большие перспективы связывают со светодиодным освещением - сферой, развивающейся стремительными темпами.
Классификация
Искусственное освещение можно подразделить на несколько больших категорий. Выделяют функциональное (рабочее), аварийное, охранное и дежурное освещение. Отдельную группу составляет архитектурное освещение, роль которого в большей степени декоративная и сводится к созданию антуража и расстановки акцентов.
Основной сегмент занимает функциональное освещение. Оно обеспечивает нормируемые осветительные условия (тот белый свет, под которым удобно работать) во всех помещениях, а также на участках вне здания, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.
Функциональное освещение тоже делится на несколько видов. По способу монтажа выделяют встраиваемые, подвесные, устанавливаемые на поверхность, свободно размещаемые на полу светильники. Существуют также излучающие вниз светильники, многокомпонентные системы освещения, светильники для высоких и низких пролётов, магистральные системы, реечные источники света.
В зависимости от области применения выделяют, например, освещение магазинов, предприятий, гостиниц, ресторанов, офисов, спортивных объектов, теплиц, школ, прилегающих территорий.
В каждой группе применяют свой подход. Так, освещение промышленных предприятий является наиболее сложным и комплексным сегментом искусственного освещения. Свет играет важнейшую роль в обеспечении безопасности производственного процесса. Самым верным подходом здесь является применение комплекса наиболее современных решений, например магистральных систем с интеллектуальной системой управления для получения максимальной экономии энергии. То же относится к логистическим объектам. Применение систем управления освещением на них крайне актуально. Специфика этих центров такова, что освещение требуется только в отдельных зонах склада, в которых находятся люди. При этом свет может включаться по расписанию или только во время проезда погрузчиков по складу и совершении погрузочно-разгрузочных работ.
Энергоэффективность
Энергоэффективность источников света является главным показателем в сфере функционального освещения, в отличие, например, от архитектурной подсветки, где этот вопрос в настоящее время стоит на третьем, а иногда и на более низком месте (на первом плане - сложность разработки решения, компактность светильников, создание эффектов и пр.).
Согласно СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение», для искусственного освещения следует использовать энергоэкономичные источники света, отдавая предпочтение при равной мощности источникам света с наибольшей светоотдачей и сроком службы. В первую очередь это разнообразные энергосберегающие газоразрядные и люминесцентные лампы. Вместе с тем в условиях общего сокращения расходов, разработки новых стандартов, зелёных инициатив и принятия законодательных актов, направленных на защиту окружающей среды, наметилась тенденция возрастания интереса к светодиодным решениям. Будучи сравнительно молодой технологией, светодиодному освещению удалось стремительно развиться, и на данный момент это наиболее перспективное направление в светотехнике. Светодиодные осветительные приборы могут использоваться практически во всех категориях искусственного освещения. Это световое решение максимально экологично с точки зрения того, что оно помогает сберечь энергетические ресурсы планеты. Кроме того, в отличие от люминесцентных ламп, светодиоды не содержат ртути, поэтому не являются опасными отходами и не требуют специальной утилизации. Правильно сконструированные светодиодные приборы превосходят традиционные светильники по ряду показателей. Они обеспечивают стабильный высококачественный цветной и белый свет практически без видимых цветовых перепадов между светильниками; имеют более высокую энергоэффективность; сохраняют высокий световой поток в течение всего срока эксплуатации; требуют минимальных затрат на обслуживание и т. д.
В настоящее время основные усилия всех ключевых игроков рынка в светодиодной сфере сосредоточены на двух моментах - повышении эффективности светодиодных решений и их удешевлении. По мере усовершенствования технологии светодиодные светильники смогут предоставить огромные возможности при модернизации систем. Например, бóльшая часть промышленного освещения, до сих пор применяемого в России, редко достигает показателя менее 10 Вт/м 2 /100 лк, а удельная мощность современных решений может составлять менее 2 Вт/м 2 /100 лк.
Большой потенциал и в уличном освещении. В этой области приобрели широкое распространение светильники с натриевыми газоразрядными лампами, недостатком которых является получаемый яркий грязно-жёлтый свет, под которым невозможно определить цвет предмета.
По сути высокое качество цветопередачи для освещения магистрали и не нужно. Важно то, что натриевые лампы вырабатывают много света, который позволяет хорошо различать движение на дороге. Но пока не создана такая светодиодная система освещения, которая превзошла бы по экономичности это решение.
Тем временем, динамика рынка такова, что в течение нескольких десятилетий происходит ежегодное снижение стоимости светодиодов в среднем на 20 % и повышение эффективности по параметрам светового потока на уровне 35 %. То есть общая эффективность светодиодов удваивалась каждые 1,5-2 года (данные LEDs Magazine).
Сейчас темпы немного снизились. Вероятнее всего, в будущем темпы продолжат замедляться, но тенденция сохранится, и основной упор будет сделан на ещё большем повышении эффективности технологии.
Современные решения для промышленных объектов и офисов
В промышленном секторе получили распространение две категории светильников - хай-беи и магистральные системы.
Хай-беи (high bay systems, дословно - светильники для высоких пролётов) чаще всего используют на производственных предприятиях и в крупных логистических центрах.
Данное световое решение основано на точечных типах световых приборов. Светильники этой категории круглосимметричные (по своей форме напоминают колокола) и в диаметре достигают 800 мм.
В настоящий момент основная доля хай-беев изготавливается на металлогалогенных лампах (один из видов газоразрядных ламп высокого давления), заменивших ранее распространённые натриевые лампы (они не соответствуют требованиям СП 52.13330.2011 для общего и местного освещения, по которым источники света должны иметь цветовую температуру от 2 400 до 6 800 K и цветопередачу не менее Ra = 50). Металлогалогенные лампы сочетают в себе очень высокий уровень светопередачи, долгий срок службы и имеют максимальную эффективность среди всех газоразрядных ламп. Существуют также светильники с люминесцентными и светодиодными лампами. Последние не нашли широкого распространения в России из-за их большой стоимости.
Помимо высокой эффективности, особенностью светильников этого типа является устойчивая работа в агрессивных средах (в помещениях, где возможны протечки, задымление, выпадение конденсата и т. д.).
Закрытый светильник и лампы в специальной защитной оболочке исключают попадание осколков и ртути в окружающую среду. Благодаря хорошим оптическим характеристикам их с успехом применяют также в помещениях с высокими потолками (порядка 15-20 м), например в выставочных залах и больших спортивных комплексах. Существуют осветительные установки, где светильники для высоких пролётов применены на высотах 40 м и более.
Магистральные системы (light-line systems) знакомы большинству по супермаркетам. Это так называемая световая линия, устанавливаемая на регулируемых подвесах. В магазинах линейные типы светильников, как правило, подвешивают над торговым оборудованием (прилавками, холодильными камерами и пр.).
По эффективности магистральные системы превосходят хай-беи. Во-первых, их можно подвесить на различную высоту и создать оптимальную освещённость по вертикали и горизонтали в конкретном помещении. Во-вторых, они хорошо себя зарекомендовали при работе с системой управления. В отличие от хай-беев, в магистральных системах обычно применяют люминесцентные лампы или светодиодный модуль. И та и другая технология позволяет автоматизировать систему освещения. Данные светильники быстро разгораются, что позволяет их моментально включать и выключать. Металлогалогенные лампы, напротив, разгораются очень медленно (иногда до 10 мин). Белый свет в них достигается горением огромного количества солей разных металлов, и перед тем, как его получить, свечение лампы сменяется с одного цвета на другой. Минус таких ламп - резкая зависимость от напряжения. Если лампу включить, не дав ей остыть, то она может выйти из строя. Чтобы этого не произошло, в конструкции металлогалогенных светильников предусматривают пускорегулирующий аппарат, блокирующий включение лампы до того состояния, при котором она сможет разжечься, не навредив себе.
Офисный сектор представлен в основном светильниками встраиваемого и подвесного типов. Наиболее рационально осветить помещение и создать комфортные условия для сотрудников позволяют подвесные светильники. Главное условие для этого - хорошо выполненный проект освещения, в котором продумана расстановка рабочих мест и учтены вероятные изменения (если возможно). В этом случае каждый светильник располагается непосредственно над рабочим столом и без каких-либо потерь обеспечивает требуемое нормами для конкретного вида деятельности освещение (например, для работы, связанной с различением объектов очень высокой точности, можно добиться необходимой освещённости рабочей поверхности в 500 лк).
Выбирая эту систему освещения, следует учитывать, что перестановка или изменение количества рабочих мест в большинстве случаев создадут огромную проблему. Линия светильников уже расставлена, и сдвинуть их уже никуда нельзя без серьёзных финансовых потерь. Если у компании нет уверенности, что офис не претерпит изменений достаточно продолжительное время, то на это решение лучше не идти.
Система освещения на встроенных светильниках, пусть и не столь эффективна, но позволяет решить вопрос с возможным «движением» внутри фирмы. Компании, как правило, остаётся выбирать между различными типами ламп. Основная европейская тенденция для этой категории светильников - переход с люминесцентных ламп Т8 (диаметр 25,4 мм) на Т5 (диаметр 15,9 мм) и далее на светодиоды. В России, как отмечают некоторые аналитики, скорее всего, минуют стадию Т5 и сразу перейдут на светодиодные лампы, поскольку уже сейчас налажен выпуск недорогих, пусть и уступающих в качестве светодиодов.
Отдельного внимания заслуживает достаточно новый тип офисных осветительных приборов - торшерные светильники. Данная технология становится всё более востребованной в Европе и США в связи с появлением зелёной сертификации. Это довольно дорогое решение. По этой причине в нашей стране такие осветительные приборы пока используются лишь в единичных проектах. Главная особенность торшерных светильников - свобода перемещения. В случае перестановок внутри компании их можно легко переместить, в отличие от подвесных приборов. Кроме того, они имеют низкую высоту подвеса, благодаря чему можно направить свет адресно, как в случае с подвесными светильниками.
Сертификация
Эффективная система освещения позволяет получить высокие баллы в системах сертификации, в частности в LEED и BREEAM. В качестве примера здания, в концепции организации пространства которого акцент сделан на свет, можно привести офис компании Jones Lang LaSalle. Такой подход позволил не только сократить потребление энергоресурсов, но и создать комфортные условия для сотрудников, а также клиентов компании. В офисных помещениях установлены подвесные люминесцентные светильники, оборудованные датчиками освещённости и присутствия. Обеспечена возможность ручного контроля параметров освещённости.
 |
|
Эффективная система освещения офиса компании Jones Lang LaSalle |
Интересной деталью являются динамические светодиодные панели, расположенные на потолке зоны ресепшн. Они представляют собой многоцветные программируемые светодиодные модули, покрытые звукопоглощающей тканью. Все светильники объединены интеллектуальной системой управления.
Основные требования зелёных стандартов - это наличие системы управления, обеспечивающей автоматическое включение и выключение света, изменение уровня освещённости в зависимости от уровня естественного света и пр., а также достижение высокого показателя удельной мощности освещения, измеряемого в Вт/м 2 /100 лк (как указывалось выше, у эффективных решений этот показатель может составлять 2 Вт/м 2 /100 лк и менее). Параметр показывает, какая мощность в ваттах необходима на 1 м 2 , чтобы добиться освещённости в 100 лк. Зачастую при модернизации очень сложно выявить, какой экономии удалось достичь, используя просто показатель освещённости (в люксах). На объекте нормы могли попросту не соблюдаться, и, условно говоря, вместо заявленной освещённости в 400 лк было всего 100 лк. Применение усреднённого показателя в Вт/м 2 /100 лк позволяет решить эту проблему.
Алексей Михайлов - менеджер по работе с ключевыми клиентами компании Philips Lighting.
Офис отвечает основным принципам сразу двух экологических стандартов - LEED (c оценкой «Золотой») и BREEAM («Хорошо»). Векторы в этих системах смещены в разные стороны, что особенно проявляется при оценке офисных зданий. LEED прежде всего требует достижения экономии энергоресурсов. В BREEAM в первую очередь необходимо создать комфортные условия для человека, а уже во вторую - добиваться экономии. При этом нужно неукоснительное соблюдение всех европейских стандартов по освещению, а они очень жёсткие. Чем больше экономии получится, тем выше окажутся баллы. И это действительно сложно - сэкономить там, где эргономика на высочайшем уровне. ●
СТАТЬИ
Экология потребления.Наука и техника:на подходе четвертый вариант освещения, и технология, названная FIPEL, уже по праву считается первой за последние 30 лет, претендующей на звание новой технологии энергосберегающего освещения. FIPEL зазработал новый источник света профессор физики из университета Фореста Уэйка доктор Дэвид Кэрролл.
На освещение приходится немалая доля энергопотребления во всем мире, например считается, что около 12 процентов от общего потребления электроэнергии приходится именно на освещение. Причина кроется в том, что очень распространенные сегодня традиционные лампочки накаливания (лампочка Ильича у нас, или лампочка Эдисона - в США) съедают очень много энергии, 90 процентов энергии попросту теряется в них в виде тепла.
Главной альтернативой по сей день были лишь компактные люминесцентные лампы и светодиоды, которые потребляя значительно меньше электроэнергии могут давать столько же света, сколько и лампы накаливания. Однако на подходе четвертый вариант освещения, и технология, названная FIPEL, уже по праву считается первой за последние 30 лет, претендующей на звание новой технологии энергосберегающего освещения. FIPEL от Field-induced polymer electroluminescent (электролюминесценция полимера, индуцируемая полем). Разработал новый источник света профессор физики из университета Фореста Уэйка (Северная Королина), доктор Дэвид Кэрролл.
Для объяснения, как работает данная технология, доктор Кэрролл предлагает вспомнить о том, как работает микроволновая печь. Возьмем например картофелину. Если поместить ее в микроволновку, и включить разогрев, то устройство станет действовать на картофелину микроволнами, порождая токи смещения, заставляющие молекулы воды внутри картофелины двигаться взад и вперед, при этом будет происходить нагрев продукта изнутри.
Доктор Кэрролл и его команда разработали особый тип пластика, который при взаимодействии с электрическим током индуцирует подобным образом ток смещения. Но в последнем случае происходит не нагрев пластика, а испускание света.
Новый источник света изготовлен из нескольких слоев очень-очень тонкого пластика, каждый слой при этом в 100000 раз тоньше человеческого волоса. Пластик помещается между двумя электродами, один из которых алюминиевый, а другой - прозрачный и тоже проводящий. Когда ток проходит через устройство, пластик стимулируется и светится.
Основа технологии - легированный моностенными нанотрубками и соединениями иридия, полимер поливинилкарбазол. Достигнутая исследователями яркость превышает 18000 Кд/кв.м, что уже позволяет освещать большие площади, не прибегая к сильно нагревающимся переходам светодиодов, в технологии FIPEL нет такого сильного нагрева, как у других осветительных решений.
К счастью для Дэвида Кэрролла, FIPEL появился вовремя, ведь сейчас как раз такой период, когда новые технологии в освещении востребованы как никогда, поскольку производство традиционных ламп накаливания сворачивается быстрыми темпами.
Производители утверждают, что технология FIPEL не имеет аналогов. Например, компактные люминесцентные лампы используют для освещения на 75 процентов меньше электроэнергии, чем лампы накаливания, а светодиоды и того меньше. Это значит, что КЛЛ дает столько же света, что и 100-ваттная лампа накаливания, потребляя 23 ватта, а светодиодная (LED) – 20 ватт. FIPEL же, в свою очередь, несколько эффективней компактных люминесцентных ламп, и равны по эффективности светодиодным, однако имеют ряд преимуществ.
КЛЛ содержат ртуть, которая токсична, и нужна правильная утилизация. В будущих лампочках технологии FIPEL не будет токсичных или любых других едких химикатов, поскольку это - всего лишь пластик, и утилизировать их можно будет как пластик.
Светодиоды часто имеют голубоватый оттенок, который многим не нравится, да и цветопередача у светодиодов не всегда самая лучшая. FIPEL может иметь любой оттенок, в том числе и желтоватый оттенок солнца, к которому привыкли наши глаза в процессе эволюции, который для нас наиболее комфортен.
Хоть новый источник света и не имеет форму традиционной лампочки, он больше похож по форме на большую панель, тем не менее форма может быть изменена, и тогда светильник легко впишется в любой интерьер, будучи установлен в стандартный патрон. Срок службы FIPEL также сравним со светодиодами - от 25000 до 50000 часов.
Однако, не обошлось и без недостатков. Доктор Кэрролл отмечает, что КПД технологии FIPEL все же чуть меньше, чем можно достичь с применением светодиодов, и светодиоды практически лучшие источники света на данный момент. Несмотря на это, доктор Кэрролл надеется увидеть свое детище на рынке уже к 2017 году. опубликовано
Присоединяйтесь к нам в
Энергосберегающие устройства незаменимы в наш век, век прогрессивных технологий и повышенного энергопотребления. Повышенный спрос на светодиодные устройства способствует уменьшению цены, и они становятся доступными для простого обывателя.
Учитывая постоянное понижение цены, замена обычных лампочек на светодиодные сегодня стала выгодной. Раньше их использовали только для подсветки, а сегодня более 50 процентов рынка светодиодов приходится на освещение. Кроме этого, ученые не стоят на месте и постоянно развивают новые решения. Сегодня важными аспектами в разработках являются интеллектуальность, мощность и минимальное энергопотребление решений.
Светодиодные лампы LED SlimStyle
Их производством занимаются такие известные компании, как NliteN и Philips. Это тонкие и легкие лампы. Основным достоинством является то, что лампа имеет теплоотвод. На нем располагаются 26 светодиодов. Срок эксплуатации LED SlimStyle – 3 года, а заявленная стоимость – всего около 10 долларов. По мнению производителей, такую лампу можно использовать при освещении квартиры или дома.
LED-лампы с настройкой цвета
Компания Philips представила на рынке LED-лампы, которые способны излучать любой цвет в радиусе своего действия. Комплект состоит из ламп (3 штуки) и концентратора. Кроме этого, устройство интеллектуально. Пользователь может управлять им с мобильного телефона, где можно запрограммировать график работы освещения, установить режимы и цвета излучения.
Светодиоды-GaN на кремниевых подложках
Инновационная разработка – технология GaN. Особенностью этого решения является использование кремниевых подложек, которые пришли на смену сапфировым. Первые не прижились в устройстве из-за высокой цены, кремниевые подложки значительно дешевле (на 30%). Устройства, произведенные по технологии GaN, имеют высокую яркость свечения и минимальное потребление электроэнергии. Сегодня разработкой GaN занимаются ARC Energy, Toshiba и другие компании.
GaN-светодиоды на GaN-подложках
Еще одним направлением технологии GaN является разработка GaN-светодиодов. Она выгодно отличается от своей предшественницы качеством цветопередачи и интенсивностью излучения. Данной разработкой занимается компания Soraa. Специалисты считают, что использование идентичной подложки (не кремниевой или сапфировой) значительно упрощает процесс производства и снижает стоимость продукции.
Светильники Human Centric Lighting (HCL)
Особым направлением является адаптация освещения к особенностям человеческого организма. Сегодня уже есть светильники, в которых интенсивность светового потока зависит от биоритмов человека. Производители считают, что такие лампы способны повысить настроение, нормализовать сон и увеличить работоспособность.
Некоммерческое Партнерство Производителей Светодиодов и Систем на их основе (НП ПСС) проанализировало мировой рынок светотехнической продукции и опубликовало соответствующий отчет.
Тренды в светодиодном освещении
Светодиодное освещение демонстрирует сегодня свои преимущества перед традиционными источниками света. Рынок светодиодной продукции обладает огромным потенциалом для дальнейшего развития. Среди трендов, которые сейчас складываются в светодиодном освещении и способны повлиять на дальнейшее развитие данной сферы, можно выделить следующие:
Снижение стоимости светодиодной продукции
Производители светодиодных светильников ставят перед собой задачу снизить цены на продукцию, чтобы активнее заменять традиционные источники света. Для этого необходимо снизить стоимость производства комплектующих. Новые технологии и наращивание серийного производства существенно снижают цены на готовые светодиоды. Однако разнообразие мощностей и типов светодиодов говорит о том, что рынок еще находится в стадии определения оптимальных параметров светодиодов для использования в той или иной сфере. Более того, стоимость светодиода в большинстве случаев несущественно влияет на конечную стоимость светильника или лампы, определяющую роль играет стоимость источника питания и системы теплоотвода. Снизить их стоимость производители стремятся, заменив в радиаторе алюминий термопластиком или используя высоковольтные светодиоды, способные работать без драйверов.
Активное внедрение систем управления освещением
С помощью приложений для смартфонов сегодня можно эффективно управлять освещением, задавая параметры яркости, включения/выключения. Светодиодные светильники в совокупности с системами управления освещением способны снизить энергопотребление на 20-60%.
Системы освещения на базе органических светодиодов (OLED)
OLED технологии позволяют использовать для освещения тонкие сгибаемые панели, способные имитировать природный дневной свет. Такое освещение является более естественным в отличие от обычных светодиодов, но стоимость его пока еще очень высока для массового внедрения на рынок.
Новые технологии в светодиодном освещении
Стремясь повысить эффективность светодиодного освещения, внимание производителей сконцентрировано вокруг следующих технологий:
Лазерное освещение
В светодиодах эффективность излучения падает при повышении плотности тока, однако, в лазерных диодах все наоборот: с ростом плотности тока увеличивается эффективность излучения.
Нитевидные нанокристаллы (ННК)
Нитевидные нанокристаллы - сравнительно новый материал, пока не нашедший промышленного применения. Возможность создания светодиодов на их основе активно изучается некоторыми производителями. ННК обладают уникальными свойствами: отличаются большой удельной площадью поверхности, эффективно выводят свет, свободны от механического напряжения, вызванного подложкой.
Технология удаленного люминофора
Подразумевает пространственное разделение люминофора и чипа. Данная технология позволяет увеличить световую эффективность, уменьшить яркость и слепящий эффект, решить проблему отвода тепла и создать новые возможности для дизайна. При пространственном разделении чип и люминофор не нагревают друг друга, что благоприятно сказывается на эксплуатационных характеристиках светильника.
География и основные сферы использования светодиодного освещения
Согласно прогнозу института промышленных исследований CSIL, к 2018 г. мировой рынок светодиодной светотехнической продукции вырастет до $63,6 млрд., что почти в 3 раза больше объема 2013 г.
Объем рынка светодиодной светотехнической продукции в 2013-2018 гг., млрд долл. США
Что касается географического распределения, большая часть рынка светодиодной светотехнической продукции приходится на страны Азии - 43% (на 2015 г.), по 25% принадлежит странам Европы и Северной Америки. Ожидается, что до 2018 г. географическая структура рынка не претерпит больших изменений и процентное соотношение останется прежним.
По сегментному распределению на 2015 г. большая доля рынка светодиодной продукции принадлежит коммерческому освещению - 39,3%. На наружное освещение приходится 37,3%, на промышленное освещение - 13,7%, на жилое освещение - 9,7%. К 2018 г. процентное распределение по сегментам не претерпит серьезных изменений.
Структура рынка светодиодной светотехнической продукции по сегментам в 2013-2018 гг., %
По предварительной оценке CSIL, к 2018 г. самыми крупными рынками светодиодной светотехнической продукции станут Китай ($17,4 млрд.), Европа ($15,3 млрд.) и США ($14,9 млрд.). В плане экспорта продукции НП ПСС советует российским производителям считать приоритетным направление стран ЕС.