Свяжитесь с нашим менеджером
по телефону +7 (977) 801-13-61
или заполните анкету

 
 
 

Статьи и публикации

Трудно сделать выбор?

Свяжитесь с нашим менеджером по телефону
+7 (977) 801-13-61 или заполните анкету на сайте и мы постараемся помочь.

 

Ознакомиться с нашей продукцией:

Каталог

Скачать каталог
в формате PDF

 

 

Статьи и публикации
О требованиях к программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности организаций

Минэкономразвития России: "О требованиях к программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности организаций"

Читать

«Триумф» уличных светодиодных светильников

18.12.2013

Компания «Ай Лайт» была основана в 2008 г. Предприятие занимается проектированием и производством светодиодных светильников, при этом приоритетным является направление уличного освещения. За время существования фирмы ее специалистами был выполнен ряд разработок, моделирование, стендовые испытания и налажено производство собственной продукции совместно с ОАО «Ковровский механический завод» (ГК «Росатом»), ООО «Итэлма» (г. Москва), ООО «МИКА Мотор» (Димитровград, Ульяновская область). «Ай Лайт» неоднократно участвовала в специализированных выставках, в мае 2012 г. фирма получила аккредитацию в ОАО «Ленсвет». Большое внимание специалисты компании уделяют анализу конструктивных особенностей, в большей степени — недостатков, присущих продукции различных производителей аналогичной продукции.

Надо отметить, что практически все это время компания занималась НИОКР. Результатом этой длительной проектно-изыскательскойи конструкторской работы явилось создание в 2011–2012 гг. абсолютно нового уличного светильника, отличающегося простотой конструкции и повышенной производительностью по отводу тепла, а так же достоверно высокими показателями световой эффективности и новым дизайном.

Конструктивные особенности светильника

На стадии проектирования самой главной задачей является грамотная постановка ТЗ. В данном случае оно было максимально усложнено. С одной стороны, необходимо было учитывать, что количество компаний в сегменте уличного и иного наружного светодиодного освещения с каждым днем только увеличивается, и лишь ленивый не занимался светодиодным освещением, считая себя «докой» и предполагая, что простая закупка дешевых универсальных корпусных элементов и электронной начинки из Азии с последующей наклейкой этикетки «сделано в России» — это и есть пропуск к успеху в этой области. С другой стороны, бороться с этой импортируемой «дешевкой» и даже уже успевшими родиться в нашей стране ее копиями нужно было показательно, последовательно, длительно и, как оказалось, дорого, поскольку никаких налоговых или иных финансовых преференций со стороны государства таким компаниям–разработчикам, как «Ай Лайт», в законодательстве РФ не предусмотрено, во всяком случае на практике.

Стратегически было понятно, что пока на рынке не сформируются цивилизованные правила игры, не будут разработаны и приняты соответствующие единые нормативно технические требования к различным категориям светодиодной продукции, отсевающие с рынка массовые по количеству и дешевые по цене и внутреннему содержанию поделки, с учетом уже успевшего сформироваться контингента лоббистов в пользу амбициозных и обленившихся «компаний–старожилов», которые массово «отоваривают» сегодня свои морально и физически устаревшие конструкции светильников разработки чуть ли не шестилетней давности и фактически уже не продвигающих, а дискредитирующих во всех смыслах привлекательность и актуальность «правильного» наружного, уличного светодиодного освещения, ведущих себя как фокусники–иллюзионисты в игре с цифрами в характеристиках и терминологией, будет очень непросто заявить и продвинуть на рынок абсолютно новый и честный продукт. Но знание и понимание принципиальных проблем, а также техническое несовершенство конструктива представленных сегодня на рынке в данном сегменте светодиодных светильников стимулировало специалистов «Ай Лайт» на дальнейшую работу в этой области.

Главные цели при создании именно уличного светильника, а не фонаря, были сформулированы в следующей концепции:

  • Разработка абсолютно нового, с дизайнерской «изюминкой», надежного, максимально простого по конструкции для дальнейшего массового производства высокоэффективного светодиодного уличного светильника с широкими и полуширокими диаграммами КСС при соблюдении размерной компактности и минимизации массы.
  • Создание корпуса светильника с избыточной производительностью по теплоотводу при повышенных режимах нагрузок, с сохранением оптимальных габаритов и массы, принятых за точку отсчета при проведенном тепловом моделировании, позволяющего линейно нагружать корпус тепловой нагрузкой до критических значений, не теряя световую эффективность светильника и не меняя его архитектуры.
  • Использование всех факторов, влияющих на увеличение производительности корпуса, не использованных или не в полной мере использованных в конструкциях других производителей.
  • Снижение себестоимости светильников с учетом особенностей конструкций современных опор освещения.
  • Обеспечение возможности массового тиражирования в условиях небольших и технически слабо оснащенных производств, в подавляющем большинстве существующих в РФ, т. е. исключение монополизма одного производителя, и направленность на массовость и дешевизну производства высокотехнологичной продукции любыми заинтересованными предприятиями.

Конструктивно платформа светильника построена на запатентованной «Ай Лайт» идее так называемого «дышащего корпуса». Не раскрывая всех секретов конструкции, в двух словах отметим, что этот эффект создается за счет особенностей специально сконфигурированного алюминиевого профиля и дополнительных навесных аэродинами ческих элементов и, как не смешно, элементарных законов физики. Грамотное совмещение всех перечисленных факторов в едином блоке позволило создать уже не необходимую, а избыточную про изводительность корпуса светильника по отводу тепла из световой камеры, что актуально при его эксплуатации, особенно в летний период времени. Были предусмотрены две ступени отвода тепла: основная (первичная) — внешний контур, и вспо могательная (вторичная) — во внутренней полости корпуса. Причем, меняя геометрию и сечение жалюзи в навесных элементах, производитель ность вторичной ступени теплоотвода можно увеличить еще больше. Но было принято решение остановиться на достигнутом оптимуме.

Решение оказалось очень простым и сверх эффективным благодаря созданию во внутренней полости корпуса так называемого эффекта «подпора воздуха». Внутренняя полость светильника постоянно как бы самовентилируется со скоростью воздушного потока до 1,0 м/с, вне зависимости от наличия или отсутствия движения воздушных масс вокруг самого светильника. А с учетом высокой производительности основной(внешней) радиаторной части корпуса, которая в принципе сама справляется с заданными нагрузками, эти факторы только усиливают друг друга. Для справки: воздушный поток скоростью до 1,0 м/с создает дополнительный охлаждающий эффект на металлических поверхностях в 5–10 °С в зависимости от температуры, влажности и скорости воздуха. Это значение добавляется к основной производительности корпуса и является его запасом в различных случаях: при увеличении тепловой нагрузки вследствие усиления световой части для решения светотехнических задач на больших высотахподвеса светильника; при неожиданных природных температурных аномалиях; при загрязнении основного радиаторного блока из-за повышенного содержания пыли и влаги и аэрозольности воздуха вдоль улиц и автодорог, особенно присущее осенне-весеннему периоду в России и т. п.

На рис.1 показан график зависимости величины светового потока от подаваемого на светодиоды тока на примере реального светильника, согласно протоколу испытаний (64 светодиода Oslon SSL Square от OSRAM, вторичная оптика STRADA-A компании LEDiL; тип КСС — широкая, испытания проводились при токе в диапазоне 500–700 мА).

На рис. 1 видно, что благодаря отсутствию перегрева светодиодов и стабилизированных источников тока (СИТ, их КПД не уменьшается) линия зависимости прироста светового потока (силы света) при повышении тока питания остается идеально прямой с перспективой дальнейшего роста без спада по экспоненте. При подаваемом токе 700 мА потребляемая мощность светильника не превышает 150 Вт с достижением значения силы света более 13 000 кд.

Вообще в конструкции светильников очень много скрытых от простого глаза дополнительных технических и технологических решений. В процессе разработки и стендовых испытаний специалисты «Ай Лайт» осуществляли подбор материалов для навесных элементов с целью компенсации разности линейных расширений между корпусными элементами при их нагревании или охлаждении, определяли углы наклона светильника для получения оптимальной производительности корпуса и комфортности визуального восприятия светового излучения и делали еще очень многое, вплоть до поиска альтернативного материала для защитного стекла и его конфигурации.

Прототипы описываемых светильников впервые были представлены на специализированной международной выставке Interlight–2011 в Москве (павильон «Русский свет», секция ООО «Владасвет») и вызвали большой интерес как у участников выставки, так и у ее посетителей именно простотой и эффективностью примененных технических решений. Внешне представленные тогда прототипы от сегодняшнего продукта довольно сильно отличаются (рабочее название демонстрационных образцов звучало как «Лед Лайн», в различных вариациях), но все конструкторско-технические принципы и сама идеология в них уже были отражены. Не исключено, что кто-то уже попытался или пытается воплотить их в своих моделях светильников, но подчеркнем, что принципиальная идея конструкции светильника, его конфигурация, компоновка корпуса с его обвесами, позволяющие создавать и усиливать описанный эффект, были запатентованы (два патента), и плагиат данной идеи не пройдет, да и законодательство РФ в этой сфере наконец-то ужесточилось.

Кстати, компания планирует наладить серийное производство и выпустить облегченную версию «Триумфов» под уже знакомым названием «Лед Лайн», рассчитанных на меньшие нагрузки и более изящных по дизайну, которые органично впишутся в архитектуру города.

Как показано на рис. 2а–г, при нахождении корпуса светильника в статике (скорость движения окружающего воздуха 0,0 м/с, Токр = +25 °С, полная горизонталь, внутренняя полость искусственно заглушена с торцов, т. е. не продувается по горизонтальной оси), температура перехода в местах достаточно плотной расстановки мощных одноваттных светодиодов Oslon SSL Square (OSRAM, 72 шт.) при регламентированном производителем токе колеблется в районе +60 °С. Красных (перегретых) зон практически нет. Прием «подпора» воздуха во внутренней полости корпуса и некоторые хитрости в данном случае еще не применены (искусственно заблокированы), то есть это самый жесткий режим теплового моделирования, вероятность возникновения которого в реальности практически исключена.

В таблице приведены результаты лабораторных испытаний производительности корпуса односегментного светильника «Триумф» по теплоотводу через зависимость температур перехода в точке пайки светодиодов (Тs) от подаваемой нагрузки.

Таким образом, деградация и снижение светового потока в зависимости от температуры в ТП, согласно Datasheet, составляет (град/%): 30/0,0; 40/2,0; 50/3,0; 60/4,5; 70/7,5; 80/9,5; 90/12,5; 100/15,5 и выше.

Для иллюстрации приведенных в таблице данных на рис. 3 и 4 показана принципиальная зависимость полезной производительности светодиодов и их срока службы от температуры перехода Тj и Тs. Очевидно, что длительная работа светодиода при высоких температурах перехода Тj значительно сокращает полезный срок службы осветительного прибора.

На рис. 5 показаны зависимости срока службы от температур перехода Тj и токов питания других из применяемых «Ай Лайт» светодиодов Samsung 3535 (Datasheet производителя), где: Ts — температура в точке пайки светодиода; L70 — период времени, в течение которого световой поток падает на 30% от первоначального.

Из приведенных графиков и таблицы видно, что, благодаря реальному отсутствию тепловых перегрузок, срок службы световой части светильников «Ай Лайт» реально составляет более 60 000 ч в режиме L70 (снижение светового потока не более чем на 30 %) без каких-либо условностей.

Кроме того, в конструкции светильников дополнительно применена специальная вентилируемая солнцезащитная «рубашка» из полимерного материала с системой жалюзи, препятствующая нагреву корпуса и его внутреннего пространства от прямых солнечных лучей в светлое время суток, что предотвращает от пассивного перегрева СИТ, тем самым увеличивая их КПД и рабочий ресурс (это наиболее капризный и уязвимый компонент светильника, и ему, так же, как и светодиодам, необходимо создавать комфортные режимы работы). При этом минимальная защита оболочек электронной части всего осветительного прибора — IP 65.

Таким образом, технологически главная задача была достигнута: минимизация потерь световой эффективности светодиодов в результате их перегрева и предотвращение падения КПД СИТ из-за того же перегрева, одновременно с созданием в корпусе запаса производительности по теплоотводу для его возможной дополнительной «накачки» при сохраненных габаритах и массе светильника.

Но самым сложным было воспроизвести все полученные параметры в приличном дизайне изделия. Здесь всегда возникает конфликт интересов, и это знает любой опытный конструктор в данной сфере: чем больше увлекаешься дизайном, тем менее совершенным как техническое средство получается конструкция мощного светодиодного светильника, и наоборот. Это уже доказанный факт.

Задача усложнялась еще и тем, что, соблюдая достаточность внешней эстетики светильника, требовалось добиться пролонгации ее актуальности и в будущем, то есть достичь требуемых технических показателей с запасом конструктивной вариативности светильника для возможного в дальнейшем его «апгрейда», поскольку на рынок постоянно выходят новые электронные компоненты и конструкционные материалы, меняется технология производственных процессов, повышаются требования к потребительским свойствам изделия и т. д. По мнению специалистов «Ай Лайт», а также их коллег — инженеров из компаний Umark Gmbh и Rainbow Electronics — этого с успехом удалось добиться.

Световая часть

Световая часть светильников семейства «Триумф» представляет собой комбинацию унифицированных световых модулей собственной разработки ООО «Ай Лайт» с оптимальным рассеиванием тепла на алюминиевой печатной плате и шунтированием светодиодов. Это позволяет решать самые сложные задачи в уличном освещении, вплоть до магистрального, категории А. Применяются светодиоды только известных мировых производителей: OSRAM (Oslon SSL Square Streetwhite), Samsung (Ceramic 35×35) и только высоких «бинов». КСС только широкая (Ш), на вторичной оптике компаний LEDiL, Ledlink. Кроме того, «Ай Лайт» выводит на рынок новый двукристальный высокопроизводительный светодиод с первичной ассиметричной линзой с полуширокой КСС и достаточно мощным световым потоком, специально разработанный именно для уличного светодиодного освещения (о производителе специалисты компании пока умалчивают). Сейчас заканчиваются работы по его адаптации в светильниках «Ай Лайт», премьера ожидается в сентябре. Дополнительной отличительной особенностью световых модулей является равномерное распределение на печатных платах светодиодных источников света, без групповой очаговой локализации, снижающее дискомфорт от визуального восприятия светового излучения от LED, а также монтаж самих световых модулей в световой камере светильника при помощи современных высокоэффективных теплопроводящих полимеров для улучшения теплопередачи от LED на корпус радиатора. В качестве защитного экрана применяются полимер с повышенным коэффициентом светопропускания (90–92%) и защитой от УФ, существенно более устойчивый к динамической нагрузке (сильный удар), практически не бьющийся и не трескающийся, а также каленое стекло (под заказ).

Питание

Питание светильника осуществляется от стабилизированных источников тока — СИТ, подключаемых к сети 220 В, с наличием функции регулировки значений выходного тока, с защитой от тепловых перегрузок с восстановлением параметров после восстановления режима, от КЗ с восстановлением параметров после его снятия, гальванической развязкой, корректором мощности, защищенностью корпуса IP67, возможностью диммирования, КПД 90–92%. СИТ соответствуют ГОСТ 51318.15-99 и ГОСТ 51317.3.2.06; уровень радиопомех класс «В»; эмиссия гармонических составляющих тока — класс «С». Наработка на отказ (t = +40 °C) — более 50 000 ч. Диапазон рабочих температур –50…+80 °С. Обслуживаются без демонтажа светильника с опоры освещения, на разъемах IP66. Это разработка одной из известных российских компаний с адаптацией под конструкцию светильников «Ай Лайт».

Общие выводы, рекомендации и пожелания

Как говорилось раннее, проектирование новой конструкции светильника также преследовало и еще одну цель: существенное снижение его себестоимости при производстве. Причем, снижение себестоимости не должно было сказаться на технических и потребительских свойствах изделия. В результате проработки этого вопроса специалисты «Ай Лайт» были вынуждены отказаться от повсеместно распространяемого на рынке так называемого плоскостного, плитообразного форм-фактора уличных светильников, хотя именно этой компанией в 2009 г. были запатентованы некоторые принципы конструкций таких корпусов. К слову, подавляющее количество российских производителей и поставщиков светодиодных светильников в данном форм-факторе и не догадываются о том, что нарушают законодательство РФ на интеллектуальную собственность. Но данный конструктив — это уже «вчерашний день», и не является актуальным для компании. Отказ от упомянутого форм-фактора был вызван низкой предельной возможностью использования таких светильников в будущем, связанной с повышенной металлоемкостью, слишком высокой стартовой стоимостью оборудования и оснастки при их изготовлении, прямой зависимостью производительности корпуса по теплу от его габаритов и массы, практически отсутствующей дальнейшей дизайнерской вариативности, повсеместным и бессовестным клонированием чужих конструкций.

Благодаря применению описанной в статье технологии, конструктивным особенностям, унификации и стандартизации компонентов и элементной базы, применению современных полимерных и композитных материалов, компании удалось приблизить себестоимость светильников семейства «Триумф» и «Лед Лайн» до ценовой категории «однодневных», низкоэффективных и, соответственно, дешевых светильников. Сейчас налажено мелкосерийное производство, но с осени текущего года «Ай Лайт» планирует на порядок увеличить производственные мощности, ведутся переговоры по данному вопросу с рядом заинтересованных производственных предприятий. К слову, вес нового 150-Вт светильника не превышает 6 кг, без учета веса кронштейна.

Испытания новых светильников проводились в фотометрической лаборатории ООО «Архилайт» и получили высокую оценку ее специалистов за качество, новизну и техническую состоятельность продукта.