Nowe produkty w oświetleniu LED. Innowacje techniczne w oświetleniu wnętrz
Partnerstwo non-profit producentów diod LED i systemów opartych na diodach LED (NP PSS) przeanalizowało światowy rynek produktów oświetleniowych i opublikowało odpowiedni raport.
Trendy w oświetleniu LED
Oświetlenie LED dzisiaj demonstruje swoje zalety w porównaniu z tradycyjnymi źródłami światła. Rynek LED ma ogromny potencjał do dalszego rozwoju. Wśród trendów, które obecnie pojawiają się w oświetleniu LED i które mogą mieć wpływ na dalszy rozwój tego obszaru, można wymienić:
Obniżenie kosztów produktów LED
Producenci lamp LED postawili sobie za zadanie obniżanie cen produktów, aby aktywnie zastępować tradycyjne źródła światła. Aby to osiągnąć, konieczne jest obniżenie kosztów produkcji komponentów. Nowe technologie i zwiększona produkcja seryjna znacząco obniżają ceny gotowych diod LED. Różnorodność mocy i rodzajów diod LED sugeruje jednak, że rynek jest jeszcze na etapie ustalania optymalnych parametrów diod LED do zastosowania w danym obszarze. Co więcej, koszt diody LED w większości przypadków nie wpływa znacząco na ostateczny koszt oprawy lub lampy; decydującą rolę odgrywa koszt źródła zasilania i systemu odprowadzania ciepła. Producenci starają się obniżyć swoje koszty, zastępując aluminium termoplastem w chłodnicy lub stosując wysokonapięciowe diody LED, które mogą działać bez sterowników.
Aktywne wdrażanie systemów sterowania oświetleniem
Korzystając dziś z aplikacji na smartfony, można skutecznie sterować oświetleniem, ustawiając jasność i parametry włączania/wyłączania. Lampy LED w połączeniu z systemami sterowania oświetleniem mogą zmniejszyć zużycie energii o 20-60%.
Systemy oświetleniowe oparte na organicznych diodach elektroluminescencyjnych (OLED)
Technologie OLED pozwalają na zastosowanie cienkich, wyginanych paneli do oświetlenia imitującego naturalne światło dzienne. Takie oświetlenie jest bardziej naturalne w porównaniu do konwencjonalnych diod LED, ale jego koszt jest nadal bardzo wysoki w przypadku wprowadzenia na rynek masowy.
Nowe technologie w oświetleniu LED
Chcąc poprawić efektywność oświetlenia LED, producenci skupiają się na następujących technologiach:
Oświetlenie laserowe
W diodach LED wydajność promieniowania maleje wraz ze wzrostem gęstości prądu, natomiast w przypadku diod laserowych jest odwrotnie: wraz ze wzrostem gęstości prądu wzrasta wydajność promieniowania.
Nanokryształy wąsów (NW)
Nanokryształy drutopodobne są stosunkowo nowym materiałem, który nie znalazł jeszcze zastosowania przemysłowego. Niektórzy producenci aktywnie badają możliwość tworzenia na ich podstawie diod LED. NW mają unikalne właściwości: mają dużą powierzchnię właściwą, skutecznie usuwają światło i są wolne od naprężeń mechanicznych powodowanych przez podłoże.
Technologia zdalnego fosforu
Oznacza przestrzenne oddzielenie luminoforu i chipa. Technologia ta może zwiększyć skuteczność świetlną, zmniejszyć jasność i olśnienie, rozwiązać problem rozpraszania ciepła i stworzyć nowe możliwości projektowe. Przy przestrzennym oddzieleniu chip i luminofor nie nagrzewają się wzajemnie, co korzystnie wpływa na parametry użytkowe lampy.
Geografia i główne obszary zastosowań oświetlenia LED
Według prognozy instytutu badań przemysłowych CSIL do 2018 roku światowy rynek produktów oświetleniowych LED wzrośnie do 63,6 miliarda dolarów, czyli prawie 3 razy więcej niż w 2013 roku.
Wielkość rynku produktów oświetleniowych LED w latach 2013-2018, miliardy dolarów amerykańskich
Jeśli chodzi o dystrybucję geograficzną, większość rynku produktów oświetleniowych LED znajduje się w krajach azjatyckich - 43% (stan na 2015 r.), po 25% należy do krajów Europy i Ameryki Północnej. Oczekuje się, że do 2018 roku struktura geograficzna rynku nie ulegnie większym zmianom, a udział procentowy pozostanie taki sam.
Według rozkładu segmentowego za rok 2015 największy udział w rynku produktów LED ma oświetlenie komercyjne – 39,3%. Oświetlenie zewnętrzne stanowi 37,3%, oświetlenie przemysłowe 13,7%, a oświetlenie mieszkaniowe 9,7%. Do 2018 roku rozkład procentowy według segmentów nie ulegnie większym zmianom.
Struktura rynku produktów oświetleniowych LED według segmentów w latach 2013-2018, %
Według wstępnych szacunków CSIL do 2018 roku największymi rynkami produktów oświetleniowych LED będą Chiny (17,4 mld dolarów), Europa (15,3 mld dolarów) i USA (14,9 mld dolarów). W zakresie eksportu produktów NP PSS doradza rosyjskim producentom, aby priorytetowo potraktowali kraje UE.
Obecnie od 15% do 20% energii elektrycznej zużywanej w domach pochodzi z oświetlenia. Jeśli przeliczy się koszty tego w skali roku, zaskakujące będzie to, że tak niewiele osób przeszło na korzystanie z lamp energooszczędnych. Niektórzy mogą błędnie sądzić, że oświetleniu niskoenergetycznemu brakuje wszystkich zalet, które sprawiają, że tradycyjne lampy są tak popularne. Jednakże, chociaż stosowanie starych i nieefektywnych lamp będzie wycofywane, centralne miejsce zajmą lampy diodowe (LED) o wysokiej jasności.
Podobnie jak większość wysokiej jakości produktów elektrycznych, diody LED sprawdzą się bez zarzutu zarówno przy długotrwałym użytkowaniu, jak i przy regularnym włączaniu i wyłączaniu. Producenci lamp LED osiągnęli ten poziom niezawodności dzięki skutecznym systemom zarządzania temperaturą, zaprojektowanym w celu zapobiegania przegrzaniu diod LED.
Wysokiej jakości świetlówki LED mogą świecić nawet do 40 tysięcy godzin, czyli co najmniej dwukrotnie (lub więcej) dłużej niż żywotność typowej świetlówki kompaktowej, a często nawet trzy-czterokrotnie. W przypadku lamp LED, używanych zwykle w ciemności przez kilka godzin, oznacza to, że raz zainstalowana w dniu narodzin dziecka w rodzinie, będzie działać do momentu opuszczenia przez niego domu rodzinnego i założenia własnej rodziny.
Jak działa ten świat...
Jeśli rozłożysz lampę LED, znajdziesz mnóstwo maleńkich chipów, które zapalają się, gdy przepływa przez nie prąd.
Obwód lampy LED
Taki zestaw elementów jest odpowiedzią na to, dlaczego oświetlenie LED jest tak atrakcyjne. Niektóre lampy LED emitują światło białe w taki sam sposób, jak świetlówki: elementy wytwarzają światło niebieskie, ale powłoka fosforowa na powierzchni diody LED przekształca je w widzialne światło białe. Zdolność lamp LED do łatwego odtwarzania różnych odcieni światła jest kluczową, ale nie jedyną przewagą, jaką mają one nad kompaktowymi lampami fluorescencyjnymi.
|
|
Kompaktowa lampa fluorescencyjna (CFL) | Dosłowna dioda LED |
| Moc | 8 W | 7,7 W |
| Siła strumienia świetlnego | 400 mb | 500 mb |
| Moc świetlna | 50 lm/W | 65 lm/W |
| Efektywność energetyczna | 80% | 82% |
| Regulacja jasności (ściemnianie) | Wybiórczo | Tak |
| Materiały szkodliwe lub niebezpieczne | Tak, rtęć | NIE |
| Żywotność | 6 tysięcy - 15 tysięcy godzin | OK. 40 tysięcy godzin |
| Praca na pełnych obrotach | Odłożony | Natychmiastowy |
| Roczny koszt energii elektrycznej* | 5 euro | 4,7 euro |
| *Koszt zużytej energii elektrycznej obliczono przy założeniu codziennego oświetlenia przez 10 godzin dziennie, 365 dni w roku, przy średniej taryfie za energię elektryczną w Europie wynoszącej 0,17 euro za kWh | ||
Tabela 1: Porównanie lamp
Lampy LED vs świetlówki
W przypadku świetlówek konsument zawsze musi pójść na kompromis. Na przykład minie kilka minut, zanim świetlówka CFL osiągnie pełną jasność. Co więcej, nawet przy pełnej jasności świetlówki nie wydają się tak atrakcyjne jak zwykłe oświetlenie, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Niepokojące jest również to, jak szybko świetlówki kompaktowe „blakną” i jak ich promienie UV mogą z czasem negatywnie wpływać na dzieła sztuki, tkaniny i wykończenia mebli.
Kompaktowe świetlówki są technologicznie identyczne ze świetlówkami stosowanymi w magazynach i biurach – środowiskach, w których funkcjonalność i wydajność stają się głównymi kryteriami oświetlenia, a nie względami estetycznymi. W końcu nie każdy zdecyduje się na instalację świetlówek przemysłowych w swoim salonie. Dla porównania żarówki LED emitują atrakcyjne odcienie białego światła.
Inną wadą kompaktowych lamp fluorescencyjnych jest to, że wykorzystują toksyczną rtęć elementarną do przekształcania energii elektrycznej w światło. Obecność wysoce toksycznej rtęci oznacza, że nie można jej po prostu wyrzucić do śmieci, ponieważ po rozbiciu wydzielają toksyczne opary. Świetlówki kompaktowe należy utylizować w specjalny sposób, przekazując je wyspecjalizowanym punktom zbiórki.
Lampy oparte na diodach LED nie zawierają żadnych substancji niebezpiecznych, dlatego po zakończeniu okresu użytkowania można je łatwo zutylizować, zmniejszając tym samym ilość stałych odpadów domowych.
Technologia LED konkuruje obecnie z ekologicznymi lampami halogenowymi, czyli lampami halogenowymi IRC, które obniżają koszty o 30% w porównaniu z konwencjonalnymi lampami halogenowymi. Lampa halogenowa, podobnie jak lampa Iljicza, emituje światło, gdy żarnik wolframowy jest podgrzewany prądem elektrycznym. Aby zwiększyć wydajność, w nowych ekolampach halogenowych zastosowano specjalną powłokę, która przepuszcza światło widzialne, ale blokuje promieniowanie podczerwone i odbija je z powrotem do spirali. Jednak nowe żarówki halogenowe są nadal znacznie mniej wydajne i trwałe niż świetlówki kompaktowe i żarówki LED. Żarówki LED są co najmniej trzy razy bardziej wydajne niż eko żarówki halogenowe, a dzięki niezawodnej technologii półprzewodnikowej działają zazwyczaj 15 razy dłużej.
| Typ lampy | Zalety | Wady |
 |
|
|
|
|
Tabela 2: Zalety i wady diod LED i świetlówek CFL
Tym samym lampy LED stanowią bardzo atrakcyjną opcję oświetlenia domu. Diody LED są bardziej przyjazne dla środowiska i energooszczędne niż alternatywne technologie oświetleniowe. Chociaż początkowo mogą kosztować więcej niż świetlówki kompaktowe i przyjazne dla środowiska żarówki halogenowe, oświetlenie LED pozwoli Ci zaoszczędzić pieniądze w dłuższej perspektywie, ponieważ żarówki LED wytrzymują znacznie dłużej niż jakakolwiek inna technologia oświetleniowa i zwrócą się wielokrotnie, zanim będą wymagały wymiany.
Nowe produkty oświetleniowe firmy Verbatim
Niedawno firma Verbatim wprowadziła na rynek nowe produkty oświetleniowe LED, koncentrując się na rozbudowie istniejących linii produktów LED zarówno w segmencie profesjonalnym, jak i domowym.
Nowa generacja lamp dla użytkowników końcowych Verbatim Classic A posiada tradycyjny trzonek E27 i najbardziej odpowiednią do oświetlenia domu temperaturę barwową: 2700K i 3000K. Opcje zasilania: 4W, 8W, 10W, 12W i 13W. Jasność: 250-1100 lm. Wszystkie nowe modele można przyciemniać, co można wykorzystać do stworzenia bardziej komfortowego środowiska w domu i jednocześnie zmniejszenia zużycia energii.
Lampy tego typu stanowią korzystną alternatywę dla klasycznych żarówek i tworzą komfortową atmosferę zarówno w domu, jak i w hotelach czy restauracjach. 
Inne nowe produkty obejmują elegancko zaprojektowane lampy Verbatim LED PAR16 Diamond, które stanowią idealny zamiennik standardowych lamp halogenowych wysokiego napięcia do oświetlenia akcentującego i oświetlenia sufitowego. Zaprojektowane z gołym chipem i optyką o szlifie diamentowym, lampy Verbatim LED PAR16 7,3W GU10 są dostępne w trzech opcjach temperatury barwowej: 2700K, 3000K i 4000K. Optyka z pojedynczym ogniskiem nadaje tym lampom miękkość i wrażenie oświetlenia halogenowego, jednocześnie utrzymując wiązkę doskonale kontrolowaną i minimalizując odblaski. Ich odpowiednik halogenowy sięga 66 W, zużycie energii nie przekracza 87% w porównaniu do konwencjonalnej lampy halogenowej o mocy 60 W. Technologia Bare Chip LED poprawia odporność termiczną i zapewnia lepszą jakość i wydajność oświetlenia. 
Wszystkie modele LED PAR16 Diamond można przyciemniać i charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną. Wyposażone są we wbudowany system kontroli temperatury, który gwarantuje długą żywotność przy doskonałym w swojej kategorii stosunku ceny do jakości. Żywotność sięga 35 000 godzin (15 razy dłużej niż w przypadku konwencjonalnej lampy halogenowej), co zmniejsza koszty napraw i konserwacji. Ich główne obszary zastosowania to oświetlenie witryn sklepowych i lad, a także iluminacja różnorodnych obiektów w sklepach, muzeach i restauracjach. 
Oświetlenie jest prawdopodobnie jedną z najbardziej rewolucyjnych dziedzin projektowania: branża posunęła się już daleko do przodu, a wydaje się, że to dopiero początek. Energooszczędne technologie, diody LED, rozwój oświetlenia akcentującego i otoczenia, bezprzewodowe technologie sterowania oświetleniem, zarówno intensywnością, jak i tonem – wszystko to ogromnie zmieniło środowisko wewnętrzne i zewnętrzne, a wraz z nimi nasze życie. W tym materiale opowiadamy o ważnych trendach, dzięki którym znaleźliśmy się już u progu przyszłości.
Więcej niż tylko światło
„Inteligentne” lampy LED stały się prawdziwym przełomem. Ich zdolność do jednoczesnego bycia źródłem światła i przekazywania informacji umożliwiła stworzenie inteligentnych systemów oświetleniowych, w których każda lampa wyposażona jest w czujniki (ruchu, światła, wilgotności i jakości powietrza) w połączeniu z innymi systemami informacyjnymi (inteligentne zegarki, smartfony) , gadżety domowe i systemy nawigacji) i zamienia się w swego rodzaju minikomputer. Możesz wykorzystać te dane na różne sposoby. „Inteligentny dom” stanie się najwygodniejszym miejscem do życia, jeśli zostanie w pełni dostosowany do jego mieszkańca: od natężenia oświetlenia po analizę jakości powietrza w pomieszczeniach. W „inteligentnym biurze” diody LED mogą sygnalizować zarówno przemieszczanie się ludzi, jak i to, czy pomieszczenie wymaga sprzątania, a panele świetlne na ścianach sprawdzą się w budowaniu określonego nastroju wśród pracowników. W „inteligentnym sklepie” produkty można oświetlić w sposób podkreślający ich walory, a w przymierzalni „inteligentne lustro” podpowie, jak ubrania będą wyglądać w świetle dziennym lub wieczornym.
„Inteligentne miasto”
„Inteligentne światła” w San Diego (USA) będą monitorować ruch uliczny, zajętość parkingów, jakość powietrza i warunki pogodowe w mieście.
Wszystkie te „inteligentne” domy, sklepy i biura logicznie łączą się w obraz „inteligentnego miasta”. „Inteligentne” oświetlenie ulic miast pozwala regulować, oszczędzać energię i zwiększać komfort samego miasta. Tym samym zwykłe latarnie uliczne (a raczej słupy, na których są zamontowane) można już wykorzystać jako system monitoringu wideo, jako źródło Wi-Fi lub jako ładowarkę do samochodu elektrycznego.
Rozmiar ma znaczenie
Chipy sterujące, czyli urządzenia do zasilania diod LED, stają się coraz mniejsze. Pozwala to na tworzenie maleńkich lamp sufitowych i podłogowych z ultracienkimi nóżkami: dla projektanta to prawdziwe pole do eksperymentów, a dla producenta szansa na obniżenie kosztów materiałów. Zwykły użytkownik może też kupić malutką lampkę. Przykładowo Philips i NliteN opracowują już technologie produkcji ultracienkich lamp LED SlimStyle, które będą kosztować nawet 10 dolarów i będą miały moc 10,5 W.
Kontrola światła i koloru
Za pomocą telefonu komórkowego możesz kontrolować nie tylko włączanie i wyłączanie lampy LED oraz intensywność jej działania, ale także kolor, jakim będzie oświetlone pomieszczenie. Tym samym w asortymencie Philipsa znajdują się zestawy lamp Hue LED, których promieniowanie (natężenie, kolor) użytkownik może zaprogramować dla różnych sytuacji życiowych: jednej do wypoczynku, drugiej do pracy. Co więcej, kolor promieniowania można wybrać z palety lub nawet ze zdjęcia.
Światło jak sztuka
Wielkoskalowe instalacje świetlne i mapping 3D mogą zamienić fasadę budynku w fascynującą atrakcję, zapierający dech w piersiach miraż, który zadziwi wyobraźnię. Wykorzystuje się wszystko, od zwykłych reflektorów po pełnokolorowe ekrany wideo wbudowane w ścianę budynku – coś, czego wcześniej nawet nie mogliśmy sobie wyobrazić, nazywa się dziś „projektowaniem oświetlenia” i jest potężnym narzędziem do przekształcania miasta.
Światło w służbie technologii
Harald Haas, wykładowca na Uniwersytecie w Edynburgu, wpadł na pomysł wykorzystania światła widzialnego jako kanału komunikacji. Szybka technologia bezprzewodowa nazywa się Li-Fi. Jako nośnik informacji wykorzystuje światło pochodzące z diod LED. Pomimo tego, że zasięg takiej komunikacji jest niewielki (fale świetlne nie mogą np. przenikać przez ściany), prędkość przesyłania danych przez Li-Fi jest znacznie większa niż przez Wi-Fi, które wykorzystuje fale radiowe. Przykład pierwszego dostępnego dla konsumentów systemu Li-Fi zaprezentowano w 2014 roku na Światowym Kongresie Mobilnym w Barcelonie. Nazywał się PureLiFi.
Firmy Infineon, Intel I jasność ogłosić wspólny projekt stworzenia sejfu ulice miast połączone z globalną siecią.
W miarę wzrostu populacji dużych miast rządy na całym świecie szukają sposobów na uczynienie miast, ich infrastruktury i systemów energetycznych inteligentniejszymi, bezpieczniejszymi i bardziej energooszczędnymi. Jednocześnie podłączenie pojazdów do globalnej sieci zapewnia służbom miejskim większe możliwości interakcji z kierowcami w celu wygodnego i efektywnego zarządzania przepływem ruchu. Jednak w miarę przenoszenia coraz większej liczby systemów sterowania do chmury, tworząc w ten sposób Internet rzeczy (IoT), istnieje coraz więcej możliwości nieuprawnionego dostępu do wrażliwych danych.
Artykuł ten zawiera przegląd niektórych podstawowych technologii stworzonych we współpracy pomiędzy firmami I nfineon, jasność I Intela, które pozwolą uczynić miasta przyszłości bardziej inteligentnymi, a także innowacyjne rozwiązania w zakresie systemów oświetleniowych, które mogą stać się ważną częścią inteligentnych miast zintegrowanych w globalną sieć.
Przyspieszające procesy urbanizacyjne i dostęp do nowych technologii zwiększają wymagania konsumentów dotyczące komfortu ich życia w najbliższej przyszłości. Do niedawna skupiano się na ulepszaniu urządzeń mobilnych i powiązanych produktów, ale obecnie staje się jasne, że ulepszanie infrastruktury odgrywa ważną rolę w ewolucji technologicznej świata, w którym żyjemy. Deweloperzy infrastruktury miejskiej stoją przed coraz bardziej złożonymi wyzwaniami i wymaganiami, które często są sprzeczne. Z jednej strony szybko wprowadzają nowe technologie, mające na celu dodanie większej funkcjonalności do elementów życia codziennego, takich jak konwencjonalne oświetlenie uliczne, a z drugiej strony starają się minimalizować zużycie energii ze względu na ciągły wzrost jej kosztów.
W nowym, bardziej zaawansowanym świecie latarnia uliczna nie jest już tylko źródłem światła, ale wielofunkcyjnym portalem komunikacyjnym, będącym podstawą inteligentnej infrastruktury miejskiej. Aby zapewnić niezbędną funkcjonalność i możliwość dostępu do zasobów sieciowych, twórcy systemów oświetleniowych wykorzystują technologie komórkowe, różnego rodzaju czujniki, zarówno aktywne, jak i pasywne, a także nowoczesne rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa informacji.
Radar pracujący w paśmie 24 GHz
Radarowa metoda wykrywania obiektów opiera się na wykorzystaniu odbitych fal elektromagnetycznych, dzięki którym możliwe jest określenie odległości od obiektu, kąta i prędkości jego ruchu. Typowe systemy radarowe obejmują nadajnik generujący impulsy elektromagnetyczne lub promieniowanie w postaci fali ciągłej w zakresie częstotliwości radiowych lub mikrofalowych, oddzielne anteny nadawcze i odbiorcze oraz odbiornik odbierający i przetwarzający sygnały.
Radar impulsowy mierzy odległość do obiektów nieruchomych lub poruszających się, generując krótki, mocny impuls i otrzymując odpowiedź odbitą od obiektu. Czas między wysłanym impulsem a otrzymaną odpowiedzią jest wprost proporcjonalny do odległości systemu radarowego od obiektu.
Radary z falą ciągłą generują w sposób ciągły fale elektromagnetyczne z modulacją częstotliwości, realizowaną na jeden z dwóch sposobów (rysunek 1). Radar z falą ciągłą z modulacją częstotliwości (FMCW) jest w stanie wykrywać zarówno obiekty stacjonarne, jak i poruszające się poprzez transmisję sygnału o liniowej modulacji częstotliwości, który jest mieszany w odbiorniku z odebranym sygnałem. Wyjście niskoczęstotliwościowe odbiornika zawiera informację o odległości od obiektu i jego prędkości. Modulację ze przeskakiwaniem częstotliwości, zwaną także kluczowaniem częstotliwości (FSK), można zastosować do określenia odległości tylko w przypadku poruszających się obiektów. Dzięki tej metodzie modulacji nadajnik wysyła sekwencyjnie sygnały o dwóch różnych częstotliwościach, a odległość jest określana na podstawie przesunięcia fazowego Dopplera odbieranych sygnałów.
Ponieważ wykrywanie obiektów staje się coraz bardziej popularne w inteligentnych systemach i urządzeniach, technologia radarowa 24 GHz jest wykorzystywana w różnych zastosowaniach IoT, w tym w multicopterach/dronach, inteligentnych zamkach do drzwi, systemach automatyki domowej i przemysłowej, prędkościomierzach, robotyce i nie tylko.
Inteligentne oświetlenie uliczne
Ryż. 2. W inteligentnych miastach przyszłości inteligentne oświetlenie uliczne to tylko jedna z funkcji inteligentnych węzłów
Niedawno ogłoszony wspólny projekt firm Infineon, eluminocity i Intel ma na celu stworzenie inteligentnych miast przyszłości, połączonych z globalną siecią. Łącząc swoje know-how i najnowocześniejszą technologię, trzy firmy opracowały zaawansowane, wysokowydajne oświetlenie uliczne LED, które obejmuje również precyzyjne czujniki i bezpieczny system transmisji danych. Wspólny projekt stworzenia inteligentnego systemu oświetlenia miejskiego opiera się na latarniach ulicznych o dużej jasności, które są jednocześnie węzłami sieciowymi dla inteligentnych aplikacji (rysunek 2). Układy elektroniczne oparte są na technologiach Infineon i obejmują radar 24 GHz, urządzenia półprzewodnikowe mocy (S/P), serię mikrokontrolerów (MK) XMC™ oraz serię wysokowydajnych urządzeń zabezpieczających informacje OPTIGA™. Technologia Intel umożliwia łączność sieciową za pośrednictwem modemu rozległego o niskim poborze mocy, który obsługuje sieci komórkowe korzystające ze standardów LTE Cat.1, LTE Cat.M1, Cat.NM1, LTE-NB i 5G-IoT.
W połączeniu z technologią OPTIGA™ firmy Infineon, komunikacja komórkowa oparta na standardowych protokołach tworzy otwarty system, który jest skalowalny i całkowicie niezależny od istniejącej infrastruktury, zapewniając jednocześnie wysoki poziom bezpieczeństwa informacji.
Ryż. 3. Wygląd inteligentnych świateł ulicznych luminocity
W takim przypadku operator systemów oświetlenia ulicznego (zwykle agencja rządowa) musi jedynie podłączyć węzły oświetlenia ulicznego do istniejącej infrastruktury.
Oprócz tego, że oświetlenie uliczne wykorzystujące układy zarządzania energią Infineon i przełączniki zasilania same w sobie są bardzo energooszczędne, zastosowanie radaru 24 GHz pozwala im wykrywać obecność obiektów i zwiększać jasność światła tylko tam, gdzie jest to potrzebne, co skutkuje większą wydajnością wydajne rozwiązanie oświetleniowe w porównaniu do większości opraw stale włączonych.
Jednak inteligentne oprawy luminocity to nie tylko wysoce energooszczędne systemy oświetleniowe (rysunek 3). Ich wbudowane czujniki zbliżeniowe mogą wykrywać pobliskie wolne miejsca parkingowe, co w połączeniu z technologiami sieciowymi Intel zapewnia kierowcom znajdującym się w pobliżu informację o liczbie dostępnych miejsc parkingowych.
Funkcja ta charakteryzuje oprawy luminocity jako jeden z elementów w pełni funkcjonalnego inteligentnego systemu zarządzania ruchem.
Monitorując lokalne warunki drogowe, urbaniści i właściciele lokalnych sklepów zyskują przydatne informacje, które mogą pomóc kierowcom pojazdów w zatłoczonych obszarach, albo za pomocą sygnałów lub znaków drogowych, albo poprzez dostarczanie aktualnie istotnych informacji do pokładowych systemów nawigacji satelitarnej.
Nowoczesne inteligentne oświetlenie uliczne można także wyposażyć we wbudowane ładowarki do pojazdów elektrycznych.
Ponieważ takie ładowarki nie wymagają dodatkowej przestrzeni, jest to kluczowy czynnik przyczyniający się do pomyślnego rozwoju miejskiego transportu elektrycznego.
Przegląd inteligentnych technologii oświetleniowych
Zapewnienie bezpieczeństwa danych w koncentratorach OPTIGA™
Duży potencjał tworzenia struktury sieciowej inteligentnych miast w oparciu o węzły oświetlenia ulicznego oraz korzyści płynące z otwartego dostępu użytkowników do tej struktury stwarzają potencjalny problem podatności sieci. Aby wyeliminować zagrożenie nieuprawnionym dostępem i zapewnić bezpieczeństwo sieci, na których opierają się inteligentne miasta, węzły oświetlenia ulicznego wdrażają niezawodną technologię bezpieczeństwa informacji, wykorzystując urządzenia z rodziny OPTIGA™ firmy Infineon. Wbudowane funkcje zabezpieczeń OPTIGA™ obejmują weryfikację integralności systemu i danych, uwierzytelnianie oraz zabezpieczony przed manipulacją transfer i przechowywanie danych, a także bezpieczne aktualizacje oprogramowania.
Rodzina urządzeń OPTIGA™ zawiera najnowocześniejszy 16-bitowy kontroler z ochroną danych, który można łatwo zintegrować z szeroką gamą urządzeń IoT. Aby zapewnić pełną elastyczność potrzebną programistom systemów, rodzina urządzeń OPTIGA™ obsługuje systemy Microsoft Windows, Linux i ich pochodne, a także wsparcie integracji z zastrzeżonymi systemami operacyjnymi. Rodzina OPTIGA™ obejmuje także procesor kryptograficzny TPM, który obsługuje najnowszą wersję standardu TPM 2.0 konsorcjum TCG Consortium, umożliwiając programiście korzystanie z najbardziej zaawansowanych protokołów bezpieczeństwa.
Detekcja bliskości obiektów w inteligentnych węzłach oświetlenia ulicznego realizowana jest w oparciu o radar przemysłowy BGT24LTR11 Pasmo 24 GHz (rys. 4), które charakteryzuje się minimalnymi rozmiarami obudowy w tej klasie urządzeń i pozwala mierzyć odległość do obiektu oraz jego prędkość za pomocą efektu Dopplera. Dodatkowe kanały odbiorcze umożliwiają także określenie kąta i kierunku ruchu obiektu poprzez detekcję fazy sygnałów z różnych anten.
Pasmo 24 GHz zapewnia wysoką dokładność wykrywania obiektów: do 50 m dla pieszych i do 150 m dla pojazdów. Ponadto metody wykrywania radarowego są znacznie czulsze niż czujniki pasywnej podczerwieni (IR) i są w stanie wykryć na przykład wibracje oddechowe z dokładnością do kilku milimetrów. Można śmiało powiedzieć, że radary ostatecznie zastąpią czujniki PIR w wielu zastosowaniach. Pasmo 24 GHz nadaje się do pracy w warunkach różnorodnych wpływów atmosferycznych, w tym znacznych zmian temperatury, dużej wilgotności i zwiększonego zapylenia powietrza, co pozwala na wykorzystanie radarów pracujących w tym zakresie nawet w najbardziej niesprzyjających warunkach współczesnych miast.
Dla programistów, którzy nie są jeszcze zaznajomieni z technologią radarową 24 GHz, Infineon oferuje szereg płyt demonstracyjnych, takich jak Sense2GoL. Ta w pełni funkcjonalna płytka o wymiarach 25x25 mm zawiera, wraz z radarem BGT24LTR11, specjalistyczne anteny paskowe nadawczo-odbiorcze, a także 32-bitowy przemysłowy MCU XMC1302 ARM® Cortex® M0. Płytka demonstracyjna radaru jest połączona z płytką rozwojową za pomocą perforowanej zworki Seggera, za pomocą którego można programować i oceniać funkcjonalność tablicy radarowej.
Płytka demonstracyjna zawiera również oprogramowanie do wykrywania ruchu i graficzny interfejs użytkownika (GUI) do monitorowania sygnałów radarowych, a także instrukcję obsługi oraz kompletny zestaw schematów i plików gerber PCB, aby przyspieszyć rozwój do produkcji.
Możliwość podłączenia dodatkowych czujników
Do inteligentnych węzłów systemów oświetlenia ulicznego można podłączyć prawie wszystkie czujniki: na przykład czujniki gazu mogą monitorować jakość powietrza, a czujniki dźwięku mogą rozpoznawać podwyższony poziom hałasu. Konkretne zastosowania czujników mogą obejmować wskazówki dźwiękowe na drodze lub wykrywanie wystrzałów z broni palnej. Czujniki światła, pomimo swojej prostoty, odgrywają ważną rolę w zwiększaniu inteligencji oświetlenia ulicznego: mierząc poziom światła naturalnego, będą mogły włączyć oświetlenie uliczne podczas pochmurnej pogody. Ponadto kontrolując rzeczywisty poziom oświetlenia, są w stanie przekazać do sterownika sygnał zwrotny, aby zapewnić standardowy poziom oświetlenia w każdych warunkach pracy, niezależnie od wyczerpanej żywotności lamp ulicznych. Jednocześnie dane dotyczące zużycia sprzętu można zdalnie przesyłać do personelu technicznego w celu lepszego planowania rutynowych konserwacji i zapobiegania przedwczesnym awariom sprzętu.
Efekt wdrożenia:
-dla obiektu: zmniejszenie kosztu kilowatogodziny poprzez zmniejszenie strat omowych w przewodach;
-dla gminy: redukcja (kilkukrotna) kosztów inwestycyjnych związanych z układaniem linii energetycznych, zwłaszcza linii kablowych; oszczędność (kilkukrotna) metali nieżelaznych; redukcja kosztów operacyjnych; wykluczenie wypadków z powodu braku zwarcia w przewodach, w tym z powodu niebezpiecznych zjawisk pogodowych (silny wiatr, lód itp.); zmniejszenie zużycia energii poprzez zmniejszenie strat energii w przewodach. .
Obiekty realizacji: Systemy oświetleniowe, Przemysł, Przepompownie, Podstacje, sieci elektryczne.
V.M. Ugarov, dyrektor generalny ResonanceEnergo CJSC, Moskwa
Sugerowane rozwiązanie
Opracowano ekonomiczny, ognioodporny, rezonansowy system oświetlenia elektrycznego wykorzystujący ultrajasne diody LED i świetlówki. Jako źródło energii wykorzystywany jest jednoprzewodowy rezonansowy układ elektryczny wysokiej częstotliwości. Zastosowanie drutu lub kabla z jednym cienkim rdzeniem pozwala zmniejszyć zużycie metali nieżelaznych, zmniejszyć koszty inwestycyjne sieci oświetleniowych, wyeliminować możliwość zwarć w liniach oraz kradzieży kabli i przewodów. System zasilania rezonansowego może być stosowany do ekonomicznego i energooszczędnego oświetlenia budynków mieszkalnych i przemysłowych, a także do oświetlenia osiedli wiejskich, dróg i ulic.
Linie jednoprzewodowe umożliwiają przesyłanie energii elektrycznej na większe odległości w porównaniu z liniami tradycyjnymi, zmniejszają straty w linii elektroenergetycznej, eliminują wypadki na linii związane ze zjawiskami pogodowymi oraz oszczędzają metale nieżelazne. Z linii jednoprzewodowej można zasilać odbiorniki z jednego generatora, w tym celu wystarczy podłączyć do linii (3) przetwornice odwrotne składające się z transformatora rezonansowego (4), prostownika (5) i przetwornicy ze standardem. napięcie wyjściowe (6) (ryc. 1).
Linia energetyczna może być napowietrzna, kablowa (ułożona w ziemi) lub może po prostu leżeć na powierzchni ziemi. Istniejące linie elektroenergetyczne można wykorzystać jako linię napowietrzną.
System z zasilaniem jednoprzewodowym w trybie rezonansowym przeznaczony jest do oświetlenia dużych pomieszczeń, wnętrz obiektów podziemnych i naziemnych, dworców kolejowych, dworców kolejowych, pawilonów wystawienniczych, wagonów, oświetlenia obiektów mieszkalnych, sportowych, przemysłowych, kolejowych i rolniczych i lokali, odległych ulic i dworców kolejowych.
Zastosowanie pojedynczego przewodnika jako falowodu do przesyłania energii elektromagnetycznej o wysokich częstotliwościach opiera się na właściwości otwartej linii do indukowania ładunków elektrycznych na powierzchni przewodnika, dzięki czemu przesyłana jest energia elektryczna.
Tradycyjny układ uliczny (ryc. 2)
oświetlenie dalekosiężne składa się z trójfazowej linii elektroenergetycznej wysokiego napięcia (1) o napięciu 6-10 kV, kilku podstacji transformatorowych (2) 6-10/0,4 kV, odcinków trójfazowej linii niskiego napięcia (3) o długości do 2-3 km oraz latarnie na lampy wyładowcze o mocy przepustnicy. Moc dławika z reguły ma cosφ równy 0,4-0,55, co zwiększa pobór prądu w transformatorach i liniach elektroenergetycznych, co z kolei wymaga zwiększenia przekroju przewodów lub zainstalowania indywidualnych kompensatorów mocy biernej.
Zatem 6 przewodów zasilających (3 wysokiego napięcia i 3 niskiego napięcia) należy rozciągnąć równolegle do linii oświetleniowej, nie licząc przewodów neutralnego i uziemiającego.
Rezonansowy system oświetlenia ulicznego (ryc. 3) składa się z jednej stacji transformatorowej (5) 6-10/0,4-0,6 kV, przetwornicy częstotliwości (6), transformatora rezonansowego (7), linii jednoprzewodowej (8) i oświetlenia (9) z przetwornicami inwerterowymi.
System działa w następujący sposób. Napięcie źródła energii elektrycznej podawane do przetwornicy napięcia jest przetwarzane na napięcie o podwyższonej częstotliwości i podawane do linii jednoprzewodowej. Światła są podłączone do linii jednoprzewodowej. Można stosować świetlówki kompaktowe lub lampy LED.
Przykładowo dla linii oświetleniowej o standardowym systemie zasilania o mocy 20 kW i długości 6 km konieczne jest:
- Trójfazowa linia elektroenergetyczna o napięciu 6-10 kV o długości 3 km i minimalnym przekroju 70 mm2 x 3 (na odczepach w liniach 6-10 kV minimalny przekrój wynosi 35 mm2 dozwolony);
- podstacja transformatorowa 6-10/0,4, moc 25 kVA (przy cosφ=0,9);
- dwie trójfazowe linie elektroenergetyczne niskiego napięcia o napięciu 0,4 kV, długość 3000 m, przekrój 150 mm2 x 3, ze stratami napięcia do 8%;
- latarnie ze statecznikiem przepustnicy (0,9 kg miedzi w każdej) i kompensatorami mocy biernej;
- lampy sodowe lub rtęciowe.
Dla linii oświetleniowej o mocy rezonansowej 20 kW i długości 6 km należy:
- transformator 6-10/0,4-0,66 o mocy 25 kVA (przy cosφ=0,9 i sprawności przetwornicy 0,9);
- przetwornica częstotliwości o mocy 20 kW;
- transformator rezonansowy (10 kg miedzi);
- jednoprzewodowa linia elektroenergetyczna o długości 6 km i przekroju 6mm2;
- lampy z przetwornicą inwerterową i statecznikami elektronicznymi (miedź 0,12 kg);
- Lampy LED lub świetlówki kompaktowe.
System oświetlenia elektrycznego był testowany na forach młodzieżowych „Seliger-2006” i „Seliger-2007” (ryc. 4), a także pokazywany na wystawach „Archimedes-2007”, „Archimedes-2008”, Złota Jesień 2008 itp. .
Ogólnorosyjski Naukowo-Badawczy Instytut Oświetlenia (VNISI) opracował i opatentował elektryczny system oświetlenia oparty na lampach LED zasilanych rezonansową linią jednoprzewodową.
Zalety
Zalety rezonansowych systemów oświetleniowych LED:
- przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości bez stosowania podstacji transformatorowych;
- redukcja kosztów kapitałowych dostaw energii elektrycznej;
- redukcja strat liniowych podczas przesyłu energii elektrycznej;
- eliminowanie wypadków na linii związanych ze zjawiskami pogodowymi;
- zasadniczy brak zwarć w przewodach;
- uzyskanie oszczędności w metalach nieżelaznych;
- ulepszone oddawanie barw;
- oszczędność energii;
- długa żywotność - do 100 tysięcy godzin;
- Możliwość płynnej regulacji jasności.
Doświadczenie wdrożeniowe
Na podstawie testów tego systemu w kurniku Państwowego Przedsiębiorstwa Unitarnego PPZ „Ptichnoje” Rosyjskiej Akademii Rolniczej (ryc. 5) ustalono:
- Obecnie ogniwa o wymiarach 1m x 2m w układzie dwupoziomowym oświetlane są dwiema żarówkami o mocy 60 W co daje w sumie 120 W, układ ten nie pozwala na równomierne oświetlenie ogniw wszystkich poziomów (ogniwa dolne są mniej oświetlone, 5 luksów w porównaniu z 15 luksami), zatem do oświetlenia jednej klatki o dwupoziomowej konstrukcji zużywa się 40 W;
- na jedną klatkę dla ptaków o wymiarach 1m x 2m do oświetlenia przejścia personelu obsługowego wystarczą 2 lampy LED o mocy 1 W każda i jedna lampa LED o mocy 1 W, zatem na oświetlenie jednej klatki przy pomocy lampy wystarczą 2,5 W. struktura dwupoziomowa;
- Diody LED zapewniają równomierne oświetlenie wnętrza klatki, niezależnie od poziomu klatki;
- rezonansowy system oświetlenia elektrycznego oparty na lampach LED umożliwia uzyskanie regulowanego oświetlenia wewnątrz dowolnej komórki w zakresie 2-20 lux przy stałym widmie promieniowania (przy zmianie jasności żarówek zmienia się widmo promieniowania);
- Żywotność lamp LED wynosi 50 tysięcy godzin (przy spadku strumienia świetlnego o 20%), w przypadku lamp żarowych do 1 tysiąca godzin (wymiana co miesiąc 30%).
Wyniki badań produkcyjnych opracowanego jednoprzewodowego rezonansowego systemu oświetleniowego opartego na diodach LED w celu wymiany istniejących linii oświetleniowych wskazują na wysoką efektywność i opłacalność.
Standardy oświetlenia wewnątrz klatek zapewnione są poprzez zainstalowanie dwóch lamp LED o mocy 1 W na zewnątrz klatki po różnych stronach po przekątnej.
System oświetlenia rezonansowego z pojedynczym przewodem można zastosować w celu zastąpienia istniejącego systemu oświetlenia.
Literatura
1. Strebkov D.S., Niekrasow A.I. Rezonansowe metody przesyłu energii elektrycznej, wydanie drugie. wyd. WIESKH, M., 2008.
2. Strebkov D.S., Yuferev L.Yu., Roshchin O.A. Jednoprzewodowe systemy zasilania (oświetlenia). Wystawa specjalistyczna „Produkty i technologie podwójnego zastosowania. Dywersyfikacja przemysłu obronnego” Zbiór prac naukowych i osiągnięć inżynieryjnych. Moskwa 2008. s. 358-362.
3. Strebkov D.S., Nekrasov A.I., Yuferev L.Yu., Roshchin O.A. Rezonansowy system oświetlenia elektrycznego. Ekologia i technologia rolnicza. Materiały z V międzynarodowej konferencji naukowo-praktycznej 15-16 maja 2007 Tom 3. Środowiskowe aspekty produkcji zwierzęcej i technologie elektryczne. S-P 2007. s. 246-250
