Современные системы управления освещением

Почти утопическая сегодня система освещения будущего: работающая независимо от сети электроснабжения, созданная на основе светодиодов, адаптивная и интеллектуальная, более рентабельная, чем современные системы освещения. Такая система также будет безопасной и стабильной, экологически чистой и доступной для большей части населения мира.

Для достижения этих целей, а также для развития зданий с нулевым потреблением энергии из сети электроснабжения, предприятиям индустрии твердотельного освещения (SSL) нужна надежная инфраструктура (или экосистема). Несколько технологий для создания этой инфраструктуры разрабатываются в данный момент.

Сегодня область совершенствования индустрии светодиодов выходит за рамки использования светодиодных чипов лишь в качестве источников света, она распространяется на всю экосистему SSL - источники света, источники питания, системы управления, системы крепления и любые интеллектуальные модули, встроенные или используемые в системе, делая SSL доступными и практичными.

Интеллектуальное освещение офиса и производства

Какими будут системы освещения в будущем? Если выбрать в качестве примера офис, чтобы проиллюстрировать, как уникальные свойства светодиодных светильников могут быть использованы для экономии энергии и денег, одновременно с повышением качественных характеристик для конечных пользователей. Часто оказывается, что люди разочарованы низкой гибкостью современных систем освещения. Зачастую освещение недоступно в необходимом месте и в нужное время, и даже простые изменения систем освещения требуют повторного монтажа конструкций выше уровня потолка и найма электриков. В конечном итоге пользователи вынуждены оплачивать слишком высокие счета за электроэнергию, когда они используют системы освещения в течение дня.

Требуется гибкий подход к системам освещения, которые должны быть спроектированы так, чтобы использовать меньше энергии, чем существующие офисные аналоги. Такой подход (рис. 1) может включать мобильные направленные светодиодные фонари, положение и характеристики которых могут быть изменены посредством беспроводной системы управления, когда это необходимо. Для контроля освещения могут применяться смартфоны или рабочие станции. Бортовые аккумуляторы источников света в системе могут заряжаться во время периода наименьшей нагрузки на электросеть.

Конструкция светильников может предполагать использование датчиков освещенности, что поможет отрегулировать уровень яркости. Размещение датчиков может позволить светильникам автоматически отключается, когда рабочие зоны пустуют. Светильники могут быть скорректированы по вертикали или повернуты под нужным углом, чтобы обеспечить персональный уровень освещения и предотвратить освещение неиспользуемых участков офиса. При таком подходе экономия энергии может составлять до 40%. Аккумуляторы также помогут избежать избыточного применения электропроводки в потолочной области, а также устранить типичные проблемы распределения электроэнергии. Необходимо подумать не только о лампах, но перейти на комплексный подход при разработке будущих решений в сфере освещения.

Второй пример - заводские цеха. Заводы уже пользуются преимуществами комплексных систем управления энергопотреблением, а также проводят оптимизацию способов освещения. Например, на складах с холодильными камерами оптимизация использования энергии проводится за счет использования сетевых светильников и адаптивного управления. Распределенный контроль помогает сместить процесс принятия решений от централизованного контроллера к отдельным интеллектуальным светильникам. В этом случае, каждый светильник способен проводить сложные операции управления, является отказоустойчивым и может быть настроен и управляться центральной системой управления.

Могут быть разработаны светильники с множеством дополнительных возможностей, таких как встроенные датчики движения, освещения, температуры и энергопотребления, а в их составе также могут использоваться новые технологии контроля (рис. 2). Интеллектуальные светильники могут быть использованы для построения интеллектуальных зданий. Например, функция измерения температуры в реальном времени может быть использована для выявления проблемных областей в холодных складских помещениях, таких, как повреждения теплоизоляции или слишком низкие или высокие температуры. Можно регулировать энергопотребление в режиме реального времени с помощью инструментов, которые существуют уже сегодня.

Управление и диммирование

Освещение в целом становится более персональным и более настраиваемым. Имеется потенциал SSL в области адресного освещения, настройки яркости и адаптации освещенности на основе личных потребностей. Касательно беспроводного управления, эта технология уже разработана, так что вопрос не в том, будет ли использоваться технология адресного освещения, а в том, когда это произойдет. Люди смогут делать корректировки освещения с помощью жестов или голосовых команд, а не только с помощью мобильного устройства.

Рассмотрим вопросы, касающиеся затемнения светодиодных ламп и светильников. Одно из преимуществ использования светодиодных светильников – это доступность функции затемнения светодиодов, которое влияет на энергосбережение, улучшение эргономики и безопасности. Кроме того, продолжительность срока службы компонентов светодиодов может быть увеличена за счет эффективного снижения рабочей температуры - в потенциале возможно удвоение или утроение срока полезной эксплуатации.

Не все светодиодные продукты обладают функцией затемнения, информация о возможности отрегулировать яркость лампы или светильника должна присутствовать на упаковке того или иного продукта. В случае светодиодных светильников зачастую доступны различные модули для расширения функциональных возможностей устройства, в том числе реле прямого и обратного чередования фаз, трехпроводные системы, управление 0-10В, DALI и DMX. Интерфейсы светодиодного изделия должны соответствовать таковым в системе контроля. Рекомендации по выбору совместимых устройств указываются в описании продукции. Кроме того есть специализированные ресурсы, которые разъясняет соответствие типов элементов управления и светодиодной продукции.

Еще одна проблема заключается в выборе количества светодиодных ламп в соответствии с уровнем нагрузки выключателя. Обычные диммеры разработаны для совместимости с пиковым пусковым током ламп накаливания, который возникает при подаче питания. Светодиоды также имеют пусковой ток при включении (рис. 3а). Создатели диммера также должны принимать во внимание повторяющиеся всплески тока (рис. 3б), которые возникают обычно 120 раз в секунду и могут иметь достаточную энергию, чтобы повредить диммер сразу или с течением времени. Таким образом, диммер на 600 Вт может безопасно поддерживать шесть светодиодных ламп мощностью 10-20 Вт (при фазовом управлении).

Микросети постоянного тока

Развитие SSL, наряду с другими системами постоянного тока, как например солнечными и ветроэнергетическими станциями, способствовало переходу многих компаний на электрораспределительные сети постоянного тока, которые исключают неэффективные преобразователи переменного тока в постоянный (выпрямители) и преобразователи постоянного тока в переменный (инверторы), что ведет к частичной потере энергии. По мнению ассоциации EMerge Alliance, которая способствует распространению стандартов постоянного тока для коммерческих зданий, создание новых энергоблоков на базе солнечной и ветровой энергии, распространение электрических транспортных средств на рынке, развертывание гибридной электрической сети постоянного/переменного тока может обернуться снижением энергопотребления на 30%. На поддержание ее работоспособности потребуется на 15% меньше капитальных затрат, а сама сеть будет на 200% надежнее, чем существующие системы.

Компания Zero-Energy Commercial Building Consortium продвигает технологию микросетей постоянного тока, переход на которые устранил бы необходимость преобразования тока на уровне оборудования, а также обернулся бы упрощением конструкции оборудования, позволил бы улучшить взаимодействие с возобновляемыми источниками энергии и сэкономить больше энергии. Цель заключается в содействии созданию более энергоэффективных зданий путем развертывания гибридных электросетей и микросетей постоянного тока как в рабочих помещениях, центрах обработки данных, зданиях и сооружениях, так и вне помещений.

На современных солнечных электростанциях постоянный ток, генерируемый фотоэлементами, преобразуется в переменный ток пригодный для бытового использования. Если избыточная энергия должна подаваться обратно в сеть, то она снова преобразуется из переменного тока в постоянный. EMerge Alliance предлагает прямую интеграцию источников энергии на базе постоянного тока, более эффективное использование нагрузок на основе постоянного тока, а также оперативную реконфигурацию электроники.

Преимущества с точки зрения освещения включают общее повышение эффективности системы освещения, улучшение эффективности драйвера светодиода на 10% и повышение его надежности в связи с ликвидацией высоковольтных индукторов.

EMerge Alliance, которая в настоящее время насчитывает 80 членов, в настоящее время проводит демонстрационный проект первой микросети постоянного тока. На рис.4 показана реконфигурируемая система освещения офисных помещений, которая использует постоянный ток от солнечных батарей на предприятии в Северной Каролине. Установка использует свободно подвешенные акустические потолки, посредством которых распространяется низковольтный постоянный ток для осветительных приборов, датчиков и других электронных устройств. Устройства управления освещением, в том числе датчики движения и диммеры, были предоставлены компаниями Sensor Switch, Acuity Brand и Lithonia Lighting. Система освещения может быть легко изменена при минимальном изменении проводки.

В конечном счете, представители EMerge Alliance хотели бы объединить возобновляемые источники энергии, модули хранения энергии и элементы интеллектуального управления с тем, чтобы добиться нулевого потребления энергии от сети для всех новых коммерческих зданий к 2030 году. К 2050 году подобными характеристиками должны обладать все здания.

Наружное освещение

Остановим внимание на системах наружного освещения на базе солнечных батарей, таких как уличные фонари и светофоры. Тенденция дальнейшего распределения энергопотребления подразумевает использование солнечных батарей в рамках наружного светодиодного освещения.

Самая актуальная причина отказа от покупки уличных фонарей на солнечных батареях заключается в неопределенности срока службы аккумуляторных батарей и методов обслуживания фотоэлектрических модулей в источниках света. Второй проблемой является отсутствие отраслевых стандартов и норм. Третья причина связана с затратами и сроком окупаемости инвестиций.

Однако, подобные осветительные приборы дают экономически эффективную альтернативу уличным фонарям, работающим от сети, особенно в развивающихся странах, где сетевое энергоснабжение либо недоступно, либо ненадежно. Современные светодиодные светильники обладают высокой надежностью. Например в Сантьяго, Чили, всего через три месяца после установки уличных фонарей на солнечных батареях в одном из парков произошло землетрясение. Парк остался освещенным, в то время как весь город погрузился в темноту.

Назад к каталогу статей >>>