Министерство образования и науки Украины
Донбасская национальная академия строительства иархитектуры
Кафедра «Технология, организация и охрана труда встроительстве»
РЕФЕРАТ
на тему «Светоизлучающие диоды. Светодиодноеосвещение»
Выполнил
ст. гр. ГСХ-13Б
Дмитренко А.А.
Проверила
Кузьменко Л.В.
Макеевка 2010 г.
Содержание
Введение
1. Светоизлучающий диод. Принцип работы
2. Преимущества и недостаткисветоизлучающего диода
3. Область применения
4. Стоимость светодиодного светильника,пути снижения себестоимости
5. Перспективы светодиодных ламп в сфереЖКХ, на широком рынке
6. Использование светодиодных ламп дляпередачи информации в современных коммуникационных сетях
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Светодиодные лампы — это современнаяальтернатива традиционной лампе накаливания.
Светодиодные энергосберегающие лампы предназначены для использования,как на улице, так и внутри помещения, сочетают в себе традиционное исполнение(цоколь Е-27, Е-14, MR-16, GU-10) и высокую надежность, отсутствиеультрафиолетового и инфракрасного излучения вредного для здоровья, высокуюнасыщенность и чистоту цвета.
1. Светоизлучающийдиод. Принцип работы
Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через негоэлектрического тока.
Излучаемый свет лежит в узкомдиапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава,использованного в нем полупроводника.
Считается, что первый светодиод,излучающий свет в видимомдиапазоне спектра, был изготовлен в 1962году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.
Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиодеимеется p-n переход. Припропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки— рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одногоэнергетического уровня на другой).
Не всякие полупроводниковые материалыэффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешеныпрямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAsили InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe).
Варьируя состав полупроводников,можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасногодиапазона (PbS). Диоды, сделанные из непрямозонныхполупроводников (например, кремния, германия или карбидакремния), свет практически не излучают.
Впрочем, в связи с развитиемкремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основекремния. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовыхточек и фотонных кристаллов.
2.Преимущества и недостатки светоизлучающего диода
Преимущества, которымиобладает светоизлучающий диод (СИД) по сравнению с традиционными лампами,позволяют с уверенностью утверждать, что появление новых типов осветительных приборов на основе СИД станет революционнымтехнологическим прорывом в светотехнике.
Впервые светодиоды стали использоватьсяв промышленной продукции во времена СССР в конце 60-х – начале 70-х гг. Тогдаони не обладали требуемой для осветительных приборов светоотдачей, ресурс ихбыл невелик, и светили они не белым цветом, как нужно, а красным или каким-тоиным. Все упиралось в материалы. В 90-х гг. по понятным причинам работа надсозданием светоизлучающих диодов была приостановлена.
В мире же, наоборот, подобные работывелись нарастающими темпами, и был создан новый материал – нитрид галлия насапфире, позволивший достичь свечения белого цвета. Особенно в этом планепреуспела японская компания Nichia и ее коллеги-конкуренты из другихсопутствующих фирм, разработавшие пять технологических блоков процессаизготовления светильников:
— рост кристаллов сапфира по методуКиропулоса;
— механическую обработку кристалловсапфира, в т.ч. резку, шлифовку и полировку пластин до 14 класса;
— эпитаксиальное наращивание нитридагаллия на полированных подложках сапфира методом газотранспортных реакций;
— изготовление на эпитаксиальныхструктурах методом электронной литографии чипов светодиодов;
— сборочное производство(корпусирование) светодиодов.
В настоящеевремя в мире кристаллы светодиодов поставлены на массовое производство, иежегодно общемировой прирост объемов их выпуска увеличивается на 30–40%. Порезультатам 2008 г., мировой рынок светодиодов достиг 25–30 млрд долл.
В настоящее время разработана целаясерия осветительных приборов, в т.ч. идентичных по цоколю лампам накаливаниямощностью от 40 до 100 Вт, с энергопотреблением 4–10 Вт. Значительно расширенысферы, в которых могут быть использованы приборы. Фактически речь идет овозможной замене существующих ламп накаливания и люминесцентных лампсветильниками на СИД.
Можно отметить основные преимущества лампна светодиодах:
— низкое энергопотребление – в 10 разниже, чем у обычной лампы накаливания, и на 20–25% ниже, чем уэнергосберегающей люминесцентной лампы;
— лампы на светодиодах не требуют особойсистемы утилизации, т.к. они, в отличие от люминесцентных ламп, экологическибезвредны. Светодиод не представляет вреда для экологии, его размерыотносительно малы;
— пожаро- и взрывобезопасность;
— полная цветовая гамма излучения;
— высокий КПД. Современные светодиоды немного уступаютпо этому параметру только натриевым газоразрядным лампам. Однако натриевыелампы непригодны для освещения жилых помещений из-за низкого качества света;
— высокая механическая прочность, вибростойкость(отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);
— сверхдолгий срок работы – до 100 тыс. ч.Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждениипроисходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости;
— спектр современных люминофорных диодов аналогиченспектру люминесцентных ламп, которые давно используются в быту. Схожестьспектра обусловлена тем, что в этих светодиодах также используется люминофор,преобразующий ультрафиолетовое или синее излучение в видимое с хорошимспектром;
— малая инерционность;
— малый угол излучения — также может быть какдостоинством, так и недостатком;
— безопасность — не требуются высокиенапряжения;
— нечувствительность к низким и очень низкимтемпературам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как илюбым полупроводникам.
Недостатки ламп на светодиодах:
— основной недостаток — высокая цена. Отношениецена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50 — 100 раз больше, чем у обычной лампынакаливания;
— низкая предельная температура:
мощные осветительные светодиоды требуютвнешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют неблагоприятноесоотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком мелкие)и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на болеевысокий КПД, чем у ламп накаливания). Осветительный светодиод мощностью 10 Ватттребует пассивный радиатор размером как у микропроцессора Pentium 4без вентилятора. Такой большой радиатор не только удорожает конструкцию,но и с трудом может быть вписан в формат бытовых осветительных приборов;
— для питания светодиода от питающей сети необходимнизковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, чтодополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительноснижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многиеразработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включаютпоследовательно;
— высокий коэффициент пульсаций светового потока припитании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора,при его наличии пульсации малы;
— дешёвые массовые LED имеют светоотдачу 60-100лм/Вт;
— спектр отличается от солнечного.
3. Область применения
Сейчас в РФ«освещено» около 60 самолетов типа Ту-134 и Ту-154, а также несколько десятковвертолетов фирмы ОАО «Камов».
Совместно с флотом оснащаются подводные инадводные корабли аналогичными светодиодными светильниками. Кроме этого,разрабатываются приборы для освещения космических кораблей и МКС.
Также разрабатываютсяразличные осветительные приборы: для нумерации домов и улиц, заградительных огней,рекламных щитов, светофоров и табло обратного отсчета времени, освещения лифтови подъездов домов.
Сейчас ведетсяработа для создания серии осветительных приборов, необходимых дляжилищно-коммунального хозяйства, ТЭКа, транспорта и связи.
В планеуличного освещения ученые ориентируются на создание небольших тротуарных илипарковых светильников, при этом разрабатывается светильник с энергопитанием отсолнечных батарей. Другими словами, батарея, находящаяся над светодиоднымсветильником, вырабатывает энергию, которая накапливается в аккумуляторе, аночью используется для освещения. Ввиду того, что энергопотребление усветодиодов низкое (5–10 Вт), солнечные батареи вполне могут обеспечиватьданный светильник.
Светодиодное освещение применяется в светотехнике длясоздания дизайнерского освещения в специальных современных дизайн — проектах. Надёжностьсветодиодных источников света позволяет использовать их в труднодоступных длячастой замены местах (встроенное потолочное освещение, внутри натяжных потолкови т. д.).
Декоративнаясветодиодная подсветка в основном применяется для праздничнойиллюминации. Для чего используется новогоднее украшение — светодиодная гирлянда. В период праздников, (вбольшей степени новогодних) их можно увидеть на улицах городов, они украшаютдеревья, фасады зданий и другие уличные объекты.
Светодиодыв душевой. Cromobox— инновационные светодиодные двери для душевых комнат, изменяющие окраску взависимости от температуры воды и времени суток.
4. Стоимость светодиодного светильника,пути снижения себестоимости
Энергосберегающаялюминесцентная лампа (если сравнивать с ней) марок Philips и Pila стоит 15–80 грн.Лампа на светодиодах даже при единичном пробном выпуске обходится в 100–200 грн.
Еслиналадить ее выпуск на автоматизированной линии, цена понизится. Нозначительного снижения цены можно достичь при использовании в производствесобственных светодиодов, т.е., закупив линию их сборки, можно получить снижениецены до 30%.
Такимобразом, цена будет фактически сопоставима с ценой люминисцентныхэнергосберегающих ламп, но здесь нужно учитывать, что светодиодная лампа помногим пунктам выгоднее.
Такженемаловажный аспект – таможенные налоговые льготы. В производстве используются импортныеисходные комплектующие, и льготы, предусмотренные законом для особыхэкономических зон, принесут немалую выгоду. В частности, поэтому ожидается навыходе получать более дешевый продукт в виде светодиодных светильников и,соответственно, более массовое его производство.
5. Перспективысветодиодных ламп в сфере ЖКХ, на широком рынке
Если вжилищно-коммунальном и дорожном хозяйствах заменить традиционные лампы насветодиодные, то экономия электроэнергии в масштабах всей страны составит20–25%, т.е. именно на столько можно сократить выработку электроэнергии. Налицоочевидная выгода. В целом, принимая многие факторы во внимание, ожидается, чторынок светодиодов в странах СНГ будет расти в геометрической прогрессии.
Таблица 1. Сравнительнаяхарактеристика ламп.Тип светоизлучателя
Потребляемая
мощность, Вт Срок службы, час.
Коэффициент
преобразования
электроэнергии, %
Удельная
эффективность,
Лм/Вт
Возможность получения
основных цветов Лампа накаливания 60 1000–2000 10–15 20–25
Дневной свет, цветные
светофильтры Люминесцентная лампа 20–30 6000–6500 20–25 40–80
Дневной свет, цветные
светофильтры Светоизлучающий диод 3–15 100000 60–65 70–100
Непосредственное
получение красного, зеле-
ного, синего, белого цветов
6. Использованиесветодиодных ламп для передачи информации в современных коммуникационных сетях
Ученыеначинают разработку беспроводных сетей нового поколения, использующих нерадиоволны, а видимый свет – и самые обычные светодиодные лампочки. Американские разработчики во главе с профессором Томасом Литтлом(Thomas Little) получили грант Национального фонда науки (NSF) на созданиеследующего поколения сетей беспроводных коммуникаций, основанного на совершеннонеожиданном принципе – взамен радиоволн для передачи сигнала используетсявидимый свет. Ученые намерены использовать уже привычные сегодняэнергоэффективные светодиодные лампы, освещающие помещение, в качествепередатчиков сигнала, превратив их в «умные лампы».
Основой технологии послужит одна из главных особенностейсветоизлучающих диодов, которая отличает их от обычной лампы накаливания, —способность быстро, незаметно для человека включаться и выключаться. Мерцаниесвета, происходящее с большой частотой, позволит передавать информацию беззаметных изменений в уровне освещенности комнаты.
«Представьте, что ваш компьютер, iPhone, телевизор, радио икондиционер смогут взаимодействовать друг с другом и с вами, в любом местепомещения. Для этого достаточно включить свет – и не требуется ни единогопровода,» — поясняет Томас Литтл. — Сеть связи, использующая светодиоды,параллельно еще и освещает комнату, не требует лишней энергии, высоконадежна ине “засоряется” другими источниками электромагнитного излучения».
По его мнению, такая сеть будет еще и более быстрой, и защищенной.Вдобавок, она не потребует целой кучи дополнительного сетевого оборудования: подходящиелампы уже сегодня используются весьма широко. Они способны включаться и выключатьсяс частотой до 10 млн Гц, что позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с(Wi-Fi соединения сегодня достигают цифры в 600 Мбит), но для «световой сети»это далеко не предел, ведь для передачи данных можно параллельно использоватьнесколько ламп.
Интересно, что такая технология может с успехом применяться и наулице – например, для связи между автомобилями. Сразу приходит на умвозможность использования ее для связи в устройствах «коллективнойсигнализации», так называемый «Массовый противоугон».
Изначально прогнозируется скорость передачи данных от 1 до 10Mbps. Однако разработчики заявляют, что потенциальная пропускная способностьтаких сетей может быть гораздо выше, чем у ныне существующих радиоволновых.Кроме того, поскольку видимый свет не проникает через непрозрачные поверхности,такие как стены, подобные сети будут лучше защищены от прослушивания, чемтрадиционные — на радиочастотах.
Самым очевидным недостатком подобной технологии является, конечно,необходимость располагать сетевые устройства в зоне видимости светодиоднойлампы. Но в сравнении с преимуществами и удобствами технологии это не кажетсятаким большим минусом.
Заключение
Инновационнаясветодиодная лампа — наиболее актуальный на сегодняшний день продукт новейшихтехнологий, воплощенных в высококачественных, надежных электротехническихизделиях, которые прослужат долго. Использование светодиодных ламп позволитзначительно сократить расходы на освещение, при этом не ухудшая его видимоекачество и безопасность для здоровья человека и окружающей среды, а напротив –улучшая.
Принципразмещения ламп в помещениях не меняется, технологии позволяют выпускатьсветодиодную лампу с обычным цоколем, то есть переоборудовать ничего не нужно.
В дальнейшем ожидается настоящий бум попереоснащению на светодиодную технологию. В России уже запущенымногомиллиардные проекты по постройке специализированных заводов дляпроизводства светодиодных ламп различного вида.
применение светоизлучающийдиод лампа
Список используемой литературы
1. Сайт«Инженерные сети. ЖКХ», ссылка: «http://www.promvest.info»
2.Сайт«lightingnews», ссылка:«http://lightingnews.info»
3.Сайт«wikipedia», ссылка: «http://ru.wikipedia.org»
4. Сайт«РадиоКот», ссылка: «http://www.radiokot.ru»
5. Сайт «Играсвета», ссылка: «http://www.igrasveta.ru»
6. Сайт«Караван», ссылка: «http://caravan.hobby.ru»
7. Сайт «ВатраКиев», ссылка: «http://www.kilev.com.ua»