Nové produkty v LED osvetlení. Technické inovácie v interiérovom osvetlení
Neziskové partnerstvo výrobcov LED diód a systémov na báze LED (NP PSS) analyzovalo globálny trh s osvetľovacími výrobkami a zverejnilo zodpovedajúcu správu.
Trendy LED osvetlenia
LED osvetlenie dnes demonštruje svoje výhody oproti tradičným svetelným zdrojom. Trh LED má obrovský potenciál pre ďalší rozvoj. Medzi trendy, ktoré sa v súčasnosti v LED osvetlení objavujú a môžu ovplyvniť ďalší vývoj v tejto oblasti, patria:
Zníženie nákladov na produkty LED
Výrobcovia LED svietidiel si dali za úlohu znížiť ceny produktov s cieľom aktívne nahradiť tradičné svetelné zdroje. K tomu je potrebné znížiť náklady na výrobu komponentov. Nové technológie a zvýšená sériová výroba výrazne znižujú ceny hotových LED diód. Rozmanitosť výkonov a typov LED však naznačuje, že trh je stále v štádiu určovania optimálnych parametrov LED pre použitie v konkrétnej oblasti. Okrem toho náklady na LED vo väčšine prípadov výrazne neovplyvňujú konečné náklady na svietidlo alebo lampu, pričom rozhodujúcu úlohu zohrávajú náklady na zdroj energie a systém odvodu tepla. Výrobcovia sa snažia znížiť svoje náklady nahradením hliníka termoplastom v chladiči alebo použitím vysokonapäťových LED diód, ktoré môžu fungovať bez ovládačov.
Aktívna implementácia systémov riadenia osvetlenia
Pomocou aplikácií pre smartfóny dnes môžete efektívne ovládať osvetlenie nastavením jasu a parametrov zapnutia/vypnutia. LED žiarovky v kombinácii so systémami riadenia osvetlenia môžu znížiť spotrebu energie o 20-60%.
Systémy osvetlenia založené na organických svetelných diódach (OLED)
OLED technológie umožňujú použitie tenkých ohýbateľných panelov na osvetlenie, ktoré dokáže imitovať prirodzené denné svetlo. Takéto osvetlenie je prirodzenejšie na rozdiel od konvenčných LED, ale jeho cena je stále veľmi vysoká pre masové uvedenie na trh.
Nové technológie v LED osvetlení
V snahe zlepšiť efektivitu LED osvetlenia sa výrobcovia zameriavajú na nasledujúce technológie:
Laserové osvetlenie
V LED sa účinnosť žiarenia znižuje so zvyšujúcou sa hustotou prúdu, avšak v laserových diódach je to naopak: so zvyšujúcou sa hustotou prúdu sa zvyšuje účinnosť žiarenia.
Whiskerové nanokryštály (NW)
Drôtovité nanokryštály sú relatívne novým materiálom, ktorý zatiaľ nenašiel priemyselné uplatnenie. Niektorí výrobcovia aktívne študujú možnosť vytvárania LED diód na ich základe. NW majú jedinečné vlastnosti: majú veľký špecifický povrch, účinne odstraňujú svetlo a nepodliehajú mechanickému namáhaniu spôsobenému substrátom.
Vzdialená fosforová technológia
Znamená to priestorové oddelenie fosforu a čipu. Táto technológia môže zvýšiť svetelnú účinnosť, znížiť jas a oslnenie, vyriešiť problém rozptylu tepla a vytvoriť nové možnosti dizajnu. Pri priestorovom oddelení sa čip a fosfor navzájom nezohrievajú, čo má priaznivý vplyv na výkonové charakteristiky svietidla.
Geografia a hlavné oblasti použitia LED osvetlenia
Podľa prognózy priemyselného výskumného inštitútu CSIL vzrastie do roku 2018 celosvetový trh s produktmi LED osvetlenia na 63,6 miliardy USD, čo je takmer 3-krát viac ako v roku 2013.
Objem trhu produktov LED osvetlenia v rokoch 2013-2018, miliardy amerických dolárov
Pokiaľ ide o geografickú distribúciu, väčšina trhu s výrobkami LED osvetlenia je v ázijských krajinách – 43 % (stav 2015), po 25 % patrí krajinám Európy a Severnej Ameriky. Očakáva sa, že do roku 2018 geografická štruktúra trhu neprejde zásadnými zmenami a percentuálny pomer zostane rovnaký.
Podľa segmentovej distribúcie za rok 2015 má najväčší podiel na trhu LED produktov komerčné osvetlenie – 39,3 %. Vonkajšie osvetlenie predstavuje 37,3 %, priemyselné osvetlenie 13,7 % a obytné osvetlenie 9,7 %. Do roku 2018 neprejde percentuálne rozdelenie podľa segmentov zásadnými zmenami.
Štruktúra trhu produktov LED osvetlenia podľa segmentov v rokoch 2013-2018, %
Podľa predbežných odhadov CSIL budú do roku 2018 najväčšími trhmi pre produkty LED osvetlenia Čína (17,4 miliardy USD), Európa (15,3 miliardy USD) a USA (14,9 miliardy USD). Pokiaľ ide o export produktov, NP PSS odporúča ruským výrobcom, aby považovali krajiny EÚ za prioritu.
Dnes 15 % až 20 % elektriny spotrebovanej v domácnostiach pochádza z osvetlenia. Ak si spočítate náklady naň za rok, je prekvapujúce, že tak málo ľudí prešlo na používanie energeticky úsporných žiariviek. Niektorí sa môžu mylne domnievať, že nízkoenergetické osvetlenie nemá všetky výhody, vďaka ktorým sú tradičné lampy také populárne. Zatiaľ čo sa však používanie starých a neefektívnych lámp postupne ukončí, do centra pozornosti sa zaslúžene dostanú vysokosvietivé diódy (LED) s vysokým jasom.
Ako väčšina kvalitných elektrických produktov, LED diódy budú bezchybne fungovať ako pri dlhšom používaní, tak aj pri pravidelnom zapínaní a vypínaní. Výrobcovia LED svietidiel dosiahli túto úroveň spoľahlivosti vďaka efektívnym systémom tepelného manažmentu navrhnutým tak, aby zabránili prehriatiu LED.
Kvalitné LED svietidlá môžu vydržať až 40-tisíc hodín, čo je minimálne dvojnásobok (alebo viac) životnosti bežnej kompaktnej žiarivky a často aj troj- až štvornásobok. Pre LED svietidlá, ktoré sa zvyčajne používajú v tme niekoľko hodín, to znamená, že po nainštalovaní v deň narodenia dieťaťa do rodiny vydržia až do odchodu z rodičovského domu a založenia vlastnej rodiny.
Ako funguje tento svet...
Ak LED lampu rozoberiete, nájdete množstvo maličkých čipov, ktoré sa rozsvietia, keď nimi prechádza elektrina.
Obvod LED žiarovky
Tento rad prvkov je odpoveďou na to, prečo je LED osvetlenie také atraktívne. Niektoré LED lampy vyžarujú biele svetlo rovnakým spôsobom ako žiarivky: komponenty produkujú modré svetlo, ale fosforový povlak na povrchu LED ho premieňa na viditeľné biele svetlo. Schopnosť LED lámp jednoducho reprodukovať rôzne odtiene svetla je kľúčovou, ale nie jedinou výhodou, ktorú majú oproti kompaktným žiarivkám.
|
|
Kompaktná žiarivka (CFL) | Verbatim LED |
| Sila | 8 W | 7,7 W |
| Sila svetelného toku | 400 lm | 500 lm |
| Svetelný výkon | 50 lm/W | 65 lm/W |
| Energetická účinnosť | 80% | 82% |
| Ovládanie jasu (stmievanie) | Selektívne | áno |
| Škodlivé alebo nebezpečné materiály | Áno, ortuť | Nie |
| Životnosť | 6 tisíc - 15 tisíc hodín | OK. 40 tisíc hodín |
| Práca na plný výkon | Odložené | Okamžité |
| Náklady na elektrinu za rok* | 5 eur | 4,7 eura |
| *Náklady na spotrebovanú elektrickú energiu sa vypočítavajú na základe denného osvetlenia 10 hodín denne, 365 dní v roku, s priemernou tarifou za elektrinu v Európe 0,17 eura za kWh | ||
Tabuľka 1: Porovnanie svietidiel
LED vs žiarivky
Pri žiarivkách musí spotrebiteľ vždy urobiť kompromis. Napríklad, kým CFL dosiahne plný jas, uplynie niekoľko minút. Navyše ani pri plnom jase nepôsobia žiarivky tak atraktívne ako bežné osvetlenie, na ktoré sme zvyknutí. Znepokojujúce je aj to, ako rýchlo CFL „vyblednú“ a ako ich UV žiarenie môže časom negatívne ovplyvniť umelecké diela, tkaniny a povrchovú úpravu nábytku.
Kompaktné žiarivky sú technologicky identické so žiarivkami používanými v skladoch a kanceláriách – v prostrediach, kde sa hlavným kritériom osvetlenia stáva funkčnosť a účinnosť, a nie estetické hľadisko. Nie každý sa totiž rozhodne pre inštaláciu priemyselných žiariviek vo svojej obývačke. Na porovnanie, LED žiarovky vyžarujú atraktívne tóny bieleho svetla.
Ďalšou nevýhodou kompaktných žiariviek je, že na premenu elektriny na svetlo využívajú toxickú elementárnu ortuť. Prítomnosť vysoko toxickej ortuti znamená, že ich nemožno jednoducho vyhodiť do koša, pretože ak sa rozbijú, uvoľňujú toxické výpary. Kompaktné žiarivky sa musia zlikvidovať špeciálnym spôsobom a odovzdať ich do špecializovaných zberných miest.
Svietidlá na báze LED neobsahujú žiadne nebezpečné látky, a preto je možné ich po skončení životnosti ľahko zlikvidovať, čím sa zníži množstvo tuhého domového odpadu.
Technológia LED teraz konkuruje ekologickým halogénovým alebo IRC-halogénovým žiarovkám, ktoré znižujú náklady o 30 % v porovnaní s bežnými halogénovými žiarovkami. Halogénová lampa, podobne ako Iljičova lampa, vyžaruje svetlo, keď sa volfrámové vlákno zahrieva elektrickým prúdom. Pre zvýšenie účinnosti využívajú nové halogénové eko-žiarovky špeciálny povlak, ktorý prepúšťa viditeľné svetlo, ale blokuje infračervené žiarenie a odráža ho späť do špirály. Nové halogénové žiarovky sú však stále oveľa menej účinné a odolné ako CFL a LED žiarovky. LED žiarovky sú najmenej trikrát účinnejšie ako halogénové ekologické žiarovky a vďaka svojej spoľahlivej polovodičovej technológii zvyčajne vydržia 15-krát dlhšie.
| Typ lampy | Výhody | Nedostatky |
 |
|
|
|
|
Tabuľka 2: Výhody a nevýhody LED a CFL
LED lampy sú teda veľmi atraktívnou možnosťou pre domáce osvetlenie. LED diódy sú ekologickejšie a energeticky efektívnejšie ako alternatívne technológie osvetlenia. Aj keď môžu spočiatku stáť viac ako CFL a ekologické halogénové žiarovky, LED osvetlenie vám z dlhodobého hľadiska ušetrí peniaze, pretože LED žiarovky vydržia oveľa dlhšie ako ktorákoľvek iná technológia osvetlenia a mnohonásobne sa vrátia, kým budú vyžadovať výmenu.
Nové produkty osvetlenia od Verbatimu
Nie je to tak dávno, čo Verbatim predstavil nové produkty LED osvetlenia so zameraním na rozšírenie existujúcich radov LED produktov v segmente profesionálov aj domácností.
Nová generácia lámp pre koncového užívateľa Verbatim Classic A má tradičnú päticu E27 a najvhodnejšiu farebnú teplotu pre domáce osvetlenie: 2700K a 3000K. Možnosti výkonu: 4W, 8W, 10W, 12W a 13W. Svietivosť: 250-1100 lm. Všetky nové modely sú stmievateľné, čím je možné v domácnosti vytvoriť príjemnejšie prostredie a zároveň znížiť spotrebu energie.
Takéto svietidlá sú výhodnou alternatívou ku klasickým žiarovkám a vytvárajú príjemnú atmosféru v domácnosti, ako aj v hoteloch či reštauráciách. 
Medzi ďalšie novinky patria elegantne navrhnuté žiarovky Verbatim LED PAR16 Diamond, ktoré sú ideálnou náhradou za štandardné vysokonapäťové halogénové žiarovky pre akcentačné osvetlenie a podsvietenie. Žiarovky Verbatim LED PAR16 7,3 W GU10, navrhnuté s holým čipom a diamantom brúsenou optikou, sú dostupné v troch variantoch teploty farieb: 2700 K, 3 000 K a 4 000 K. Optika s jedným ohniskom dodáva týmto lampám jemnosť a pocit halogénového osvetlenia, pričom lúč dokonale ovláda a oslnenie je obmedzené na minimum. Ich halogénový ekvivalent dosahuje 66 W, spotreba energie nepresahuje 87 % v porovnaní s bežnou 60 W halogénovou žiarovkou. Technológia LED s holým čipom zlepšuje tepelnú odolnosť a poskytuje lepšiu kvalitu a účinnosť osvetlenia. 
Všetky modely LED PAR16 Diamond sú stmievateľné a vyznačujú sa vysokou energetickou účinnosťou. Sú vybavené vstavaným systémom regulácie teploty, ktorý zaručuje dlhú životnosť s výborným pomerom ceny a kvality vo svojej kategórii. Životnosť dosahuje 35 000 hodín (15-krát dlhšia ako bežná halogénová žiarovka), čím sa znižujú náklady na opravy a údržbu. Ich hlavnou oblasťou použitia je osvetlenie vitrín a pultov, ako aj osvetlenie rôznych predmetov v obchodoch, múzeách a reštauráciách. 
Osvetlenie je možno jednou z najrevolučnejších oblastí dizajnu: priemysel už pokročil ďaleko vpred a zdá sa, že toto je len začiatok. Energeticky úsporné technológie, LED diódy, vývoj akcentačného a ambientného osvetlenia, bezdrôtové technológie na ovládanie osvetlenia, intenzity aj tónu – to všetko výrazne zmenilo vnútorné aj vonkajšie prostredie a s nimi aj naše životy. V tomto materiáli hovoríme o dôležitých trendoch, vďaka ktorým stojíme už na prahu budúcnosti.
Viac ako len svetlo
„Inteligentné“ LED žiarovky sa stali skutočným prelomom. Ich schopnosť byť súčasne zdrojom svetla a prenášať informácie umožnila vytvárať inteligentné osvetľovacie systémy, kde je každé svietidlo vybavené senzormi (pohyb, svetlo, vlhkosť a kvalita vzduchu), kombinovanými s ďalšími informačnými systémami (inteligentné hodinky, smartfóny). , domáce prístroje a navigačné systémy) a mení sa na akýsi minipočítač. Tieto údaje môžete použiť rôznymi spôsobmi. „Inteligentný dom“ sa stane najpohodlnejším miestom na život, ak sa úplne prispôsobí svojmu obyvateľovi: od intenzity osvetlenia až po analýzu kvality vnútorného vzduchu. V „inteligentnej kancelárii“ môžu LED diódy hlásiť pohyb ľudí aj to, či miestnosť potrebuje upratovanie, a svetelné panely na stenách vytvoria medzi zamestnancami určitú náladu. V „inteligentnom obchode“ môžu byť produkty osvetlené spôsobom, ktorý zdôrazní ich kvality, a v montážnej miestnosti vám „inteligentné zrkadlo“ povie, ako bude oblečenie vyzerať pri dennom alebo večernom svetle.
"inteligentné mesto"
„Inteligentné svetlá“ v San Diegu (USA) budú monitorovať premávku, obsadenosť parkovísk, kvalitu ovzdušia a poveternostné podmienky v meste.
Všetky tieto „inteligentné“ domy, obchody a kancelárie sú logicky spojené do obrazu „inteligentného mesta“. „Inteligentné“ osvetlenie v uliciach mesta vám umožňuje regulovať, šetriť energiu a robiť samotné mesto komfortnejším. Zvyčajné pouličné osvetlenie (alebo skôr stĺpy, na ktorých sú inštalované) sa teda už dajú použiť ako video monitorovací systém, ako zdroj wi-fi alebo ako nabíjačka pre elektrické auto.
Na veľkosti záleží
Čipy ovládačov, teda zariadenia na napájanie LED diód, sú čoraz menšie. To vám umožňuje vytvárať malé stropné svietidlá a stojanové svietidlá s ultratenkými nohami: pre dizajnéra je to skutočné pole na experimentovanie a pre výrobcu príležitosť na zníženie nákladov na materiál. Maličkú lampu si môže kúpiť aj bežný užívateľ. Napríklad Philips a NliteN už vyvíjajú technológie na výrobu ultratenkých LED svietidiel SlimStyle, ktoré budú stáť až 10 dolárov a majú výkon 10,5 W.
Ovládanie svetla a farieb
Pomocou mobilného telefónu môžete ovládať nielen zapínanie a vypínanie LED lampy a intenzitu jej prevádzky, ale aj farbu, ktorou bude miestnosť osvetlená. Sortiment Philips teda obsahuje sady lámp Hue LED, ktorých vyžarovanie (intenzitu, farbu) môže užívateľ naprogramovať na rôzne životné situácie: na relax - jeden, na prácu - iný. Farbu žiarenia je navyše možné vybrať z palety alebo dokonca z fotografie.
Svetlo ako umenie
Veľkoplošné svetelné inštalácie a 3D mapovanie môžu zmeniť fasádu budovy na fascinujúcu atrakciu, úchvatnú fatamorgánu, ktorá ohromí predstavivosť. Používa sa všetko, od bežných reflektorov až po plnofarebné video obrazovky zabudované do steny budovy – niečo, čo sme si predtým ani nevedeli predstaviť, sa dnes nazýva „svetelný dizajn“ a je to silný nástroj na transformáciu mesta.
Svetlo v službách techniky
Harald Haas, prednášajúci na univerzite v Edinburghu, prišiel s myšlienkou využitia viditeľného svetla ako komunikačného kanála. Vysokorýchlostná bezdrôtová technológia sa nazýva Li-Fi. Ako nosič informácií využíva svetlo z LED diód. Napriek tomu, že pokrytie takejto komunikácie je malé (svetelné vlny nemôžu napríklad preniknúť cez steny), rýchlosť prenosu dát cez Li-Fi je oveľa vyššia ako cez Wi-Fi, ktorá využíva rádiové vlny. Príklad prvého Li-Fi systému dostupného pre spotrebiteľov bol predstavený v roku 2014 na Mobile World Congress v Barcelone. Volalo sa to PureLiFi.
Spoločnosti Infineon, Intel A svietivosť vyhlásiť spoločný projekt na vytvorenie bezp mestské ulice napojené na globálnu sieť.
Keďže populácia veľkých miest rastie, vlády na celom svete hľadajú spôsoby, ako urobiť mestá, ich infraštruktúru a energetické systémy inteligentnejšími, bezpečnejšími a energeticky účinnejšími. Pripojenie vozidiel do globálnej siete zároveň poskytuje mestským službám viac príležitostí na interakciu s vodičmi pre pohodlné a efektívne riadenie dopravných tokov. Ako sa však stále viac riadiacich systémov presúva do cloudu, čím sa vytvára internet vecí (IoT), pribúdajú príležitosti na neoprávnený prístup k citlivým údajom.
Tento článok poskytuje prehľad niektorých základných technológií vytvorených v spolupráci medzi spoločnosťami I nfineon, svietivosť A Intel, ktoré umožňujú robiť mestá budúcnosti inteligentnejšími, ako aj inovatívne riešenia osvetľovacích systémov, ktoré sa môžu stať dôležitou súčasťou inteligentných miest integrovaných do globálnej siete.
Zrýchľujúce sa urbanizačné procesy a prístup k novým technológiám zvyšujú požiadavky spotrebiteľov na to, aký pohodlný bude ich život v blízkej budúcnosti. Až donedávna sa pozornosť sústreďovala na zlepšovanie mobilných zariadení a súvisiacich produktov, no teraz sa ukazuje, že zlepšovanie infraštruktúry hrá dôležitú úlohu v technologickom vývoji sveta, v ktorom žijeme. Vývojári mestskej infraštruktúry čelia čoraz zložitejším výzvam a požiadavkám, ktoré sú často protichodné. Na jednej strane rýchlo zavádzajú nové technológie na pridanie ďalších funkcií do funkcií každodenného života, ako je klasické pouličné osvetlenie, a na druhej strane sa snažia minimalizovať spotrebu energie v dôsledku neustáleho zvyšovania nákladov na energiu.
V novom, vyspelejšom svete už pouličná lampa nie je len zdrojom svetla, ale multifunkčným komunikačným portálom, ktorý je základom inteligentnej mestskej infraštruktúry. Na zabezpečenie potrebnej funkčnosti a možnosti prístupu k sieťovým zdrojom vývojári osvetľovacích systémov využívajú mobilné technológie, rôzne typy senzorov, aktívnych aj pasívnych, ako aj moderné riešenia informačnej bezpečnosti.
Radar pracujúci v pásme 24 GHz
Radarová metóda detekcie objektov je založená na využití odrazených elektromagnetických vĺn, prostredníctvom ktorých je možné určiť vzdialenosť objektu, uhol a rýchlosť jeho pohybu. Typické radarové systémy zahŕňajú vysielač, ktorý generuje elektromagnetické impulzy alebo kontinuálne vlnové žiarenie v rozsahu rádiovej frekvencie alebo mikrovlnnej frekvencie, samostatné vysielacie a prijímacie antény a prijímač, ktorý prijíma a spracováva signály.
Pulzný radar meria vzdialenosť od stacionárnych alebo pohybujúcich sa objektov vygenerovaním krátkeho, silného impulzu a prijatím odpovede odrazenej od objektu. Čas medzi vyslaným impulzom a prijatou odpoveďou je priamo úmerný vzdialenosti od radarového systému k objektu.
Kontinuálne vlnové radary neustále generujú elektromagnetické vlny s frekvenčnou moduláciou, realizované jedným z dvoch spôsobov (obrázok 1). Frekvenčne modulovaný radar so spojitou vlnou (FMCW) je schopný detegovať stacionárne aj pohybujúce sa objekty vysielaním lineárne frekvenčne modulovaného signálu, ktorý je zmiešaný v prijímači s prijímaným signálom. Nízkofrekvenčný výstupný signál z prijímača obsahuje informáciu o vzdialenosti objektu a jeho rýchlosti. Modulácia frekvenčného skoku, nazývaná aj kľúčovanie frekvenčného posunu (FSK), sa môže použiť na určenie vzdialenosti len pre pohybujúce sa objekty. Pri tejto modulačnej metóde vysielač sekvenčne vysiela signály na dvoch rôznych frekvenciách a vzdialenosť je určená Dopplerovým fázovým posunom prijímaných signálov.
Keďže detekcia objektov sa v inteligentných systémoch a zariadeniach stáva čoraz populárnejšou, radarová technológia 24 GHz sa používa v rôznych aplikáciách internetu vecí, vrátane multikoptér/dronov, inteligentných dverových zámkov, domácich a priemyselných automatizačných systémov, meračov rýchlosti, robotiky a ďalších.
Inteligentné pouličné osvetlenie
Ryža. 2. V inteligentných mestách budúcnosti je inteligentné pouličné osvetlenie len jednou z funkcií inteligentných uzlov
Nedávno ohlásený spoločný projekt medzi spoločnosťami Infineon, eluminocity a Intel má za cieľ vytvoriť inteligentné mestá budúcnosti prepojené s globálnou sieťou. Kombináciou svojho know-how a špičkovej technológie tieto tri spoločnosti vyvinuli pokročilé, vysokoúčinné LED pouličné osvetlenie, ktoré zahŕňa aj presné senzory a bezpečný systém prenosu dát. Spoločný projekt vytvorenia systému inteligentného osvetlenia mesta je založený na pouličných svietidlách eluminocity, ktoré sú zároveň sieťovými uzlami pre inteligentné aplikácie (obrázok 2). Elektronické systémy sú založené na technológiách Infineon a zahŕňajú 24 GHz radar, výkonové polovodičové zariadenia (S/P), mikrokontroléry (MK) série XMC™ a séria vysokovýkonných zariadení na zabezpečenie informácií OPTIGA™. Technológia Intel umožňuje pripojenie k sieti prostredníctvom širokopásmového modemu s nízkou spotrebou energie, ktorý podporuje mobilné siete využívajúce štandardy LTE Cat.1, LTE Cat.M1, Cat.NM1, LTE-NB a 5G-IoT.
V kombinácii s technológiou Infineon OPTIGA™ poskytuje bunková komunikácia založená na štandardných protokoloch otvorený systém, ktorý je škálovateľný a úplne nezávislý od existujúcej infraštruktúry, pričom poskytuje vysokú úroveň informačnej bezpečnosti.
Ryža. 3. Vzhľad inteligentného pouličného osvetlenia eluminocity
V tomto prípade musí prevádzkovateľ systémov verejného osvetlenia (zvyčajne vládny orgán) len pripojiť uzly verejného osvetlenia k existujúcej infraštruktúre.
Okrem toho, že pouličné osvetlenie využívajúce čipy správy napájania Infineon a vypínače napájania sú samy o sebe vysoko energeticky efektívne, použitie 24 GHz radaru im umožňuje detekovať prítomnosť objektov a zvýšiť jas svetla len tam, kde je to potrebné, čo vedie k efektívne riešenie osvetlenia v porovnaní s väčšinou stále zapnutých svietidiel.
Inteligentné svietidlá eluminocity však nie sú len vysoko energeticky účinnými osvetľovacími systémami (obrázok 3). Ich vstavané detektory blízkosti dokážu rozpoznať dostupné parkovacie miesta v okolí, čo v kombinácii so sieťovými technológiami Intel poskytuje vodičom v okolí informácie o počte dostupných parkovacích miest.
Táto funkcia charakterizuje svietidlá eluminocity ako jeden z prvkov plne funkčného inteligentného systému riadenia dopravy.
Sledovaním miestnych dopravných podmienok získavajú urbanisti a majitelia obchodov v susedstve užitočné informácie na vedenie vodičov vozidiel v preplnených oblastiach, či už prostredníctvom signálov alebo dopravných značiek, alebo poskytovaním aktuálne relevantných informácií palubným satelitným navigačným systémom.
Moderné inteligentné pouličné svetlá môžu byť vybavené aj vstavanými nabíjačkami pre elektromobily.
Keďže takéto nabíjačky nevyžadujú ďalší priestor, ide o kľúčový faktor, ktorý prispieva k úspešnému rozvoju mestskej elektrickej dopravy.
Prehľad technológií inteligentného osvetlenia
Zaistenie bezpečnosti dát v rozbočovačoch OPTIGA™
Veľký potenciál pre vytvorenie sieťovej štruktúry inteligentných miest na základe uzlov pouličného osvetlenia a výhody realizované prostredníctvom otvoreného prístupu používateľov k tejto štruktúre vytvárajú potenciálny problém zraniteľnosti siete. Aby sa eliminovala hrozba neoprávneného prístupu a zabezpečila sa bezpečnosť sietí, na ktorých sú založené inteligentné mestá, centrá pouličného osvetlenia implementujú spoľahlivú technológiu informačnej bezpečnosti pomocou zariadení z rodiny OPTIGA™ od Infineon. Vstavané bezpečnostné funkcie OPTIGA™ zahŕňajú overenie integrity systému a údajov, autentifikáciu a prenos a ukladanie údajov odolný voči falšovaniu a bezpečné aktualizácie softvéru.
Rodina zariadení OPTIGA™ obsahuje najmodernejší 16-bitový radič s ochranou údajov, ktorý možno ľahko integrovať do širokej škály zariadení internetu vecí. Na zabezpečenie plnej flexibility, ktorú vývojári systémov potrebujú, podporuje rodina zariadení OPTIGA™ Microsoft Windows, Linux a ich deriváty, ako aj integračnú podporu pre proprietárne operačné systémy. Rodina OPTIGA™ obsahuje aj kryptoprocesor TPM, ktorý podporuje najnovšiu verziu štandardu TCG Consortium TPM 2.0, čo umožňuje vývojárom používať najpokročilejšie bezpečnostné protokoly.
Detekcia blízkosti objektu v centrách inteligentného pouličného osvetlenia je implementovaná na základe priemyselného radaru BGT24LTR11 24 GHz rozsah (obrázok 4), ktorý má minimálnu veľkosť krytu v tejto triede zariadení a umožňuje merať vzdialenosť k objektu a jeho rýchlosť pomocou Dopplerovho efektu. Ďalšie prijímacie kanály tiež umožňujú určiť uhol a smer pohybu objektu pomocou fázovej detekcie signálov z rôznych antén.
Pásmo 24 GHz poskytuje vysokú presnosť detekcie objektov: až 50 m pre chodcov a až 150 m pre vozidlá. Okrem toho sú metódy radarovej detekcie podstatne citlivejšie ako pasívne infračervené (IR) senzory a sú schopné napríklad detekovať respiračnú osciláciu v rozmedzí niekoľkých milimetrov. Dá sa s istotou povedať, že radary časom nahradia PIR senzory v mnohých aplikáciách. Pásmo 24 GHz je vhodné na prevádzku pri rôznych atmosférických vplyvoch, vrátane výrazných teplotných zmien, vysokej vlhkosti a zvýšenej prašnosti vzduchu, čo umožňuje použitie radarov pracujúcich v tomto rozsahu aj v tých najnepriaznivejších podmienkach moderných miest.
Pre vývojárov, ktorí ešte nie sú oboznámení s 24 GHz radarovou technológiou, Infineon ponúka rad demo dosiek, ako napr. Sense2GoL. Táto plnohodnotná doska s rozmermi 25x25 mm obsahuje spolu s radarom BGT24LTR11 špecializované páskové vysielacie a prijímacie antény, ako aj 32-bitový priemyselný MCU XMC1302 ARM® Cortex® M0. Radarová demo doska je prepojená perforovanou prepojkou s vývojovou doskou Segger, prostredníctvom ktorého môžete programovať a vyhodnocovať funkčnosť radarovej dosky.
Demo doska tiež obsahuje softvér na detekciu pohybu a grafické používateľské rozhranie (GUI) na monitorovanie radarových signálov, ako aj používateľskú príručku a kompletnú sadu schém a súborov PCB gerber na urýchlenie vývoja do výroby.
Možnosť pripojenia ďalších snímačov
K inteligentným rozbočovačom systémov pouličného osvetlenia možno pripojiť takmer akékoľvek senzory: napríklad senzory plynu dokážu monitorovať kvalitu vzduchu a senzory zvuku dokážu rozpoznať zvýšenú hladinu hluku. Špecifické aplikácie pre senzory môžu zahŕňať zvukové navádzanie na ceste alebo detekciu výstrelu zo strelnej zbrane. Svetelné senzory napriek svojej jednoduchosti zohrávajú dôležitú úlohu pri zvyšovaní inteligencie pouličného osvetlenia: meraním úrovne prirodzeného svetla budú môcť zapnúť pouličné osvetlenie počas zamračeného počasia. Monitorovaním skutočnej úrovne osvetlenia sú navyše schopné prenášať spätnoväzbový signál do ovládača, aby zabezpečili štandardnú úroveň osvetlenia za akýchkoľvek prevádzkových podmienok bez ohľadu na vyčerpanú životnosť pouličných lámp. Zároveň je možné údaje o opotrebovaní zariadení na diaľku prenášať technickému personálu pre lepšie plánovanie bežnej údržby a prevenciu predčasných porúch zariadení.
Efekt implementácie:
-pre objekt: zníženie nákladov na kilowatt/hodinu znížením ohmických strát vo vodičoch;
-pre obec: zníženie (niekoľkonásobné) kapitálových nákladov na kladenie elektrických vedení, najmä káblových vedení; šetrenie (niekoľkokrát) neželezných kovov; zníženie prevádzkových nákladov; vylúčenie nehôd v dôsledku absencie skratu v drôtoch, a to aj v dôsledku nebezpečných poveternostných javov (silný vietor, ľad atď.); zníženie spotreby energie znížením strát energie v drôtoch. .
Predmety realizácie: Osvetľovacie sústavy, Priemysel, Čerpacie stanice, Rozvodne, elektrické siete.
V.M. Ugarov, generálny riaditeľ, ResonanceEnergo CJSC, Moskva
Navrhované riešenie
Bol vyvinutý ekonomický protipožiarny rezonančný elektrický osvetľovací systém využívajúci ultrajasné LED diódy a žiarivky. Ako zdroj energie sa používa jednovodičový rezonančný vysokofrekvenčný elektrický systém. Použitie drôtu alebo kábla s jedným tenkým jadrom umožňuje znížiť spotrebu neželezných kovov, znížiť kapitálové náklady na osvetľovacie siete, eliminovať možnosť skratov vo vedení a krádeže káblov a drôtov. Rezonančný napájací systém je možné použiť na ekonomické, energeticky úsporné osvetlenie obytných a priemyselných budov, ako aj na osvetlenie vidieckych sídiel, ciest a ulíc.
Jednovodičové vedenia umožňujú prenášať elektrickú energiu na väčšie vzdialenosti v porovnaní s tradičnými, znižujú straty vo vedení, eliminujú havárie na vedení spojené s poveternostnými javmi a šetria farebné kovy. Z jednovodičového vedenia môžete napájať spotrebiče z jedného generátora, stačí na to pripojiť inverzné meniče k vedeniu (3) pozostávajúce z rezonančného transformátora (4), usmerňovača (5) a meniča so štandardom; výstupné napätie (6) (obr. 1).
Elektrické vedenie môže byť nadzemné, káblové (uložené v zemi) alebo môže jednoducho ležať na povrchu zeme. Existujúce elektrické vedenia môžu byť použité ako nadzemné vedenie.
Systém s napájaním cez jeden vodič v rezonančnom režime je určený pre osvetlenie veľkých miestností, interiérov podzemných a nadzemných objektov, vlakových staníc, železničných staníc, výstavných pavilónov, vozňov, osvetlenie obytných, športových, priemyselných, železničných a poľnohospodárskych objektov. a priestory, vzdialené ulice a železničné stanice .
Použitie jediného vodiča ako vlnovodu na prenos elektromagnetickej energie pri vysokých frekvenciách je založené na vlastnosti otvoreného vedenia indukovať elektrické náboje na povrchu vodiča, vďaka čomu sa prenáša elektrická energia.
Tradičný systém ulíc (obr. 2)
diaľkové osvetlenie pozostáva z 3-fázového vysokonapäťového vedenia (1) s napätím 6-10 kV, niekoľkých trafostaníc (2) 6-10/0,4 kV, úsekov 3-fázového nízkonapäťového vedenia. (3) s dĺžkou do 2-3 km a svietidlá využívajúce plynové výbojky s škrtiacou klapkou. Výkon tlmivky má spravidla cosφ rovný 0,4-0,55, čo zvyšuje spotrebu prúdu v transformátoroch a elektrických vedeniach, čo si zase vyžaduje zväčšenie prierezu vodičov alebo inštaláciu jednotlivých kompenzátorov jalového výkonu.
Preto je potrebné natiahnuť 6 napájacích vodičov (3 vysokonapäťové a 3 nízkonapäťové) paralelne s osvetľovacím vedením, nepočítajúc nulový a uzemňovací vodič.
Rezonančný systém pouličného osvetlenia (obr. 3) pozostáva z jednej trafostanice (5) 6-10/0,4-0,6 kV, frekvenčného meniča (6), rezonančného transformátora (7), jednovodičového vedenia (8) a svietidiel (9) s inverznými meničmi.
Systém funguje nasledovne. Napätie zdroja elektrickej energie privádzaného do meniča napätia sa premieňa na zvýšené vysokofrekvenčné napätie a privádza sa do jednovodičového vedenia. Svietidlá sú pripojené k jednovodičovému vedeniu. Je možné použiť kompaktné žiarivky alebo LED žiarovky.
Napríklad pre osvetľovacie vedenie so štandardným napájacím systémom 20 kW s dĺžkou 6 km je potrebné:
- 3-fázové elektrické vedenie s napätím 6-10 kV, 3 km dlhé s minimálnym prierezom 70 mm2 x 3 (na odbočkách vo vedení 6-10 kV je minimálny prierez 35 mm2 povolené);
- trafostanica 6-10/0,4, výkon 25 kVA (pri cosφ=0,9);
- dve 3-fázové nízkonapäťové vedenia s napätím 0,4 kV, dĺžka 3000 m, prierez 150 mm2 x 3, so stratami napätia do 8 %;
- svietidlá s predradníkom škrtiacej klapky (0,9 kg medi v každom) a kompenzátormi jalového výkonu;
- sodíkové alebo ortuťové oblúkové výbojky.
Pre osvetľovacie vedenie s rezonančným napájaním 20 kW v dĺžke 6 km je potrebné:
- transformátor 6-10/0,4-0,66, výkon 25 kVA (s cosφ=0,9 a účinnosťou meniča 0,9);
- frekvenčný menič s výkonom 20 kW;
- rezonančný transformátor (10 kg medi);
- jednovodičové vedenie na prenos energie 6 km dlhé, prierez 6mm2;
- svetlá s inverznými meničmi a elektronickými predradníkmi (0,12 kg medi);
- LED alebo kompaktné žiarivky.
Elektrický osvetľovací systém bol testovaný na mládežníckych fórach „Seliger-2006“ a „Seliger-2007“ (obr. 4) a bol vystavený na výstavách „Archimedes-2007“, „Archimedes-2008“, Zlatá jeseň 2008 atď. .
All-Russian Scientific Research Lighting Institute (VNISI) vyvinul a patentoval elektrický osvetľovací systém založený na LED žiarovkách napájaných rezonančným jednovodičovým vedením.
Výhody
Výhody rezonančných LED osvetľovacích systémov:
- prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti bez použitia transformátorových staníc;
- zníženie kapitálových nákladov na dodávku elektriny;
- zníženie strát vo vedení pri prenose elektriny;
- odstraňovanie nehôd na trati spojených s poveternostnými javmi;
- zásadná absencia skratov v drôtoch;
- získanie úspor v neželezných kovoch;
- vylepšené podanie farieb;
- úspory energie;
- dlhá životnosť - až 100 tisíc hodín;
- Možnosť plynulej regulácie jasu.
Skúsenosti s implementáciou
Na základe testovania tohto systému v hydinárni Štátneho jednotného podniku PPZ „Ptichnoje“ Ruskej poľnohospodárskej akadémie (obr. 5) bolo zriadené:
- V súčasnosti sú články s rozmermi 1m x 2m s dvojstupňovým usporiadaním osvetlené dvomi žiarovkami s výkonom 60W spolu 120W, tento systém neumožňuje rovnomerné osvetlenie článkov všetkých vrstiev (spodné články sú menej osvetlené, 5 luxov oproti 15 luxom), teda na osvetlenie jednej klietky s dvojvrstvovou konštrukciou spotrebuje 40 W;
- na jednu vtáčiu klietku s rozmermi 1m x 2m stačia na osvetlenie prechodu obslužného personálu 2 LED svietidlá s výkonom 1W a jedno LED svietidlo s výkonom 1W, teda na osvetlenie jednej klietky sa spotrebuje 2,5W. dvojvrstvová štruktúra;
- LED diódy poskytujú rovnomerné osvetlenie vo vnútri klietky bez ohľadu na úroveň klietky;
- rezonančný elektrický osvetľovací systém na báze LED žiaroviek umožňuje vytvárať nastaviteľné osvetlenie vo vnútri akejkoľvek bunky v rozsahu 2-20 luxov s konštantným spektrom žiarenia (zatiaľ čo pri zmene jasu žiaroviek sa mení spektrum žiarenia);
- Životnosť LED svietidiel je 50 000 hodín (s poklesom svetelného toku o 20%), u žiaroviek až 1 000 hodín (výmena 30% mesačne).
Výsledky výrobného testovania vyvinutého jednovodičového rezonančného osvetľovacieho systému na báze LED za účelom výmeny existujúcich osvetľovacích vedení poukazujú na vysokú účinnosť a hospodárnosť.
Štandardy osvetlenia vo vnútri klietok sú zabezpečené inštaláciou dvoch 1W LED žiaroviek mimo klietky na rôznych stranách diagonálne.
Jednovodičový rezonančný osvetľovací systém možno použiť na nahradenie existujúceho osvetľovacieho systému.
Literatúra
1. Strebkov D.S., Nekrasov A.I. Rezonančné metódy prenosu elektrickej energie, druhé vydanie. Ed. VIESKH, M., 2008.
2. Strebkov D.S., Yuferev L.Yu., Roshchin O.A. Jednovodičové elektrické napájacie (osvetľovacie) systémy. Špecializovaná výstava „Výrobky a technológie dvojakého použitia. Diverzifikácia obranného priemyslu" Zbierka vedeckých prác a inžinierskych objavov. Moskva 2008. s. 358-362.
3. Strebkov D.S., Nekrasov A.I., Yuferev L.Yu., Roshchin O.A. Systém rezonančného elektrického osvetlenia. Ekológia a poľnohospodárska technika. Zborník príspevkov z 5. medzinárodnej vedeckej a praktickej konferencie 15.-16.5.2007 Ročník 3. Environmentálne aspekty živočíšnej výroby a elektrotechnológie. S-P 2007. S. 246-250
