Индукционная технология в освещении

Март 31, 2014

 Не так давно, на одной из выставок бросилась в глаза экспозиция с яркими лампами. Светодиодные? Галогенные? Оказывается, индукционные. Технология инновационная, перспективная и в будущем потеснит светодиоды, объяснили на стенде. Утверждение сомнительное, поэтому EnergyLand.info решил разобраться в вопросе.


Знакомьтесь: индукционная лампа


Как следует из названия, в основе работы лампы лежит принцип электромагнитной индукции. Конструкция лампы предполагает наличие специальной колбы, изнутри покрытой люминофором, индуктора с ферритовым сердечником и генератора высокочастотного тока. Протекая через индуктор, высокочастотный ток индуцирует переменное электрическое поле, вызывающее газовый разряд в колбе. Под воздействием электрического поля происходит ускорение свободных электронов, они сталкиваются с атомами ртути и возбуждают их, а затем, возвращаясь в нормальное состояние, атомы ртути излучают ультрафиолет. Ультрафиолетовое излучение, в свою очередь, поглощается люминофором газоразрядной колбы и преобразуется в видимый свет.


«Основное достоинство индукционных ламп — большой ресурс работы, — поясняет Михаил Исупов, старший научный сотрудник Института теплофизики Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск). — У обычных газоразрядных ламп срок службы составляет приблизительно 10 000 часов. У мощных (десятки киловатт) ламп он сокращается до нескольких сотен часов из-за быстрого разрушения электродов. Переход к безэлектродному (индукционному) принципу работы позволяет полностью исключить разрушающиеся элементы (электроды) и, соответственно, увеличить срок службы ламп приблизительно в 10 раз.

Принцип работы индукционной лампы.


1: Генератор подает высокочастотный ток на индуктор с ферритовым сердечником; 2: Протекая через индуктор, ток индуцирует переменное электрическое поле; 3: Амальгама; 4: Ускорение свободных электронов; 5: Возвращаясь из возбужденного в нормальное состояние, атомы ртути излучают ультрафиолет; 6: Люминофор поглощает УФ-излучение; 7: Видимый свет

Источник: agtus.org


Для справки: Лучшим для проиводства ламп считается люминофор, произведенный химической промышленностью Японии. Согласно российским тестам, он сделан из самых чистых компонентов (как того и требует технология производства люминофора) и имеет приемлемую однородность свечения. Хотя японский люминесцентный пигмент и гидрофобен, яркость свечения и его длительность достаточны для индекционных ламп.


Однако широкому распространению индукционных ламп препятствует высокая себестоимость их изготовления. Конструкция газоразрядной колбы у них сложнее, чем у обычных люминесцентных ламп, к тому же используется специальный высокочастотный источник питания».

Через Запад на Восток


Оказалось, что в теоретическом плане индукционные лампы, как и немало других связанных с электричеством изобретений, восходят корнями к открытиям Николы Тесла. Прототип индукционной лампы был создан в 1960-е гг. в General Electric. В 1990-е компания Philips выпустила на рынок первый коммерческий продукт, лампы QL, с той же технологией в основе. Свой вариант индукционной лампы — Endura — появился и у Osram, а GE выпустил лампу с созвучным названием Genura. Одним словом, практически все лидеры рынка светотехники отдавали должное данной технологии. Но продолжалось это до поры, до времени. В современных продуктовых линейках западных производителей индукционная лампа лишь одна. Возникает вопрос: почему?


«Действительно, в период с 1995 по 2007 гг. компания Philips выпускала семейство ламп QL мощностью 55 Вт, 85 Вт и 165 Вт, — рассказал Виталий Степанов, к.т.н., технический консультант Philips «Световые решения». — Производились и несколько серий светильников для работы с этими лампами. Это был «нишевый» продукт, обладающий беспрецедентно длительным сроком службы: сначала 60 000, а затем — 100 000 часов. Применять его целесообразно было там, где существовали проблемы с доступом к осветительному оборудованию при его обслуживании, например, в очень высоких вестибюлях торговых центров, или там, где организация обслуживания была сопряжена с возникновением неудобств для пользователей объекта — в аэропортах, вокзалах.


Сборка светильников ФСП 4001И для индукционных ламп (фото IEK)


Стоимость ламп и светильников была достаточно высокой, и это служило основным препятствием для широкого применения этих изделий. Спрос на индукционные светильники оказался невелик, и с выходом на рынок светодиодных систем освещения, обладающих столь же длительным сроком службы, а в дополнение — множеством других преимуществ, лампы QL были сняты с производства».


Сегодня индукционные лампы, представленные на рынке, в основном китайского производства. Российские дилеры этой продукции утверждают, что изготовление индукционных ламп требует ручной сборки, поэтому в Европе оно не рентабельно, а значит, западные производители не выдержали ценовой конкуренции с коллегами из Китая. К слову, и китайские индукционные лампы, не смотря на налаженное массовое производство, недешевы, их цена остается в районе $100 за одну лампу с источником питания.


И последний штрих к противостоянию Востока и Запада на рынке индукционных ламп. На протяжении шести лет, вплоть до 2011 г., немецкая Osram судилась c шанхайской Hongyuan, выпускающей лампы марки LVD, по поводу нарушения патента на производство ламп Endura. В результате суд постановил, что технические решения хоть и сходны, но не одинаковы, соответственно, нарушений со стороны Hongyuan нет, что позволило компании получить патент на лампы LVD и с новым энтузиазмом взяться за освоение мировых рынков.

У России, как всегда, свой путь


В нашей стране обсуждаемая тема также получила развитие. Так, в Институте теплофизики СО РАН была разработана серия индукционных ламп, предназначенных для различных целей. Во-первых, мощные ртутные лампы высокого давления, мощностью 5–50 кВт, для освещения больших открытых площадей (например, cтройки, карьеры, железнодорожные станции), а также для проведения фотохимических реакций. Во-вторых, неоновые лампы низкого давления, 100–1000 Вт, для архитектурной подсветки зданий и сигнального освещения. И наконец, ртутные лампы низкого давления, 50–500 Вт, для ультрафиолетового обеззараживания и проведения фотохимических реакций.


Очевидно, себестоимость российской индукционной лампы не позволяет ей конкурировать с массовым китайским производством, но от развития интересного направления в СО РАН не отказываются, а сосредоточились на специализированных типах ламп, которые пока никто в мире не разрабатывает и не производит. В первую очередь это безэлектродные УФ-лампы для обеззараживания и модули для очистки воды на их основе.


С 1995 по 2007 гг. компания Philips выпускала индукционные лампы QL (фото Philips)

Светильник для лампы


Но вернемся к индукционным лампам для освещения. Виталий Степанов совершенно справедливо замечает, что сама по себе лампа никому не нужна, если нет соответствующего ей светильника. Нужно понимать, что индукционные лампы, как правило, требуют специализированного светильника, причем достаточно серьезных габаритов. Исключение составляет Genura, имеющая стандартный цоколь Е27 (однако и ее срок службы — 15 000 часов — не слишком отличается от прочих компактных люминесцентных ламп).


Отсутствие подходящих светильников на рынке, по всей видимости, и подтолкнуло российскую компанию IEK разработать такой продукт.

«Недостатком индукционных ламп можно считать тот факт, что из-за тороидальной формы им подходят отражатели только определенной конструкции, обеспечивающей правильное распределение светового потока, — объясняет Елизавета Шонина, руководитель светотехнического направления ГК IEK. — Именно поэтому мы предлагаем укомплектованные светильники, в которых специально разработанный отражатель оптимально распределяет световой поток ламп и обеспечивает равномерность освещенности.


Массово светильники ФСП 4001И начали выпускаться в конце 2012 г. Прежде чем начать производство, наша компания основательно изучила рынок. По нашим наблюдениям, ежегодно происходит пусть незначительное, но снижение цены на индукционные светильники, на промышленных и торговых объектах происходит постепенная замена металлогалогенных и даже модных светодиодных светильников на индукционные. Последние набирают популярность потому, что по ряду параметров они превосходят те же светодиоды».


Индукционная неоновая лампа 500 Вт (фото Института теплофизики института СО РАН)


Про-индукционные фантазии


Тут мы сталкиваемся с основным спорным вопросом: что же все-таки лучше — светодиоды или индукция? Увы, увлекаясь продвижением своей продукции или в расчете на невежество потребителя, иные российские дилеры ламп LVD и других, менее известных китайских марок, начинают передергивать факты. В итоге в потоке откровенных преувеличений и ошибок даже реальные данные о преимуществах индукционных ламп начинают вызывать недоверие.


К примеру, утверждают, что светодиоды не поддаются диммированию, или что гарантийный срок работы у светодиодных светильников ниже, хотя многие производители дают те же пять лет, что и у индукционных ламп. В сравнительных рекламных проспектах можно увидеть, что световая отдача светодиодных ламп, как и индукционных, составляет всего 80–110 лм/Вт, в то время как уже два года назад стандартной светоотдачей диодных офисных светильников считались 120–130 лм/Вт при максимальном показателе в 160–170 лм/Вт, а в 2013 г. Philips анонсировал прототип лампы со светоотдачей в 200 лм/Вт.


Еще один забавный рекламный трюк — некий странный показатель «эффективная светоотдача». По данным продавцов, у индукционных ламп она в два раза выше, чем «номинальная», то есть около 160 лм/Вт. Якобы этот показатель отражает восприятие света человеческим глазом. Почему бы тогда не умножить реальную светоотдачу на три и не получить космические 240 лм/Вт? Каким прибором следует замерять «эффективную светоотдачу», при этом не уточняется.
Индукционная неоновая сигнальная лампа 2 кВт (фото Института теплофизики института СО РАН)


Лучше светодиодов?


Даже отметая подобные сюрреалистические аргументы, истину обнаружить не просто. Как правило, в качестве наиболее выигрышных характеристик индукционных ламп называют высокую светоотдачу, низкое энергопотребление, высокий индекс цветопередачи, мгновенный старт, большой срок службы, неограниченное количество циклов включения-отключения. Что может сказать по этому поводу специалист?


«Необходимо понимать, что по принципу генерации светового излучения индукционные лампы аналогичны люминесцентным лампам с тем лишь отличием, что они — безэлектродные, — объясняет Виталий Степанов. — В остальном это люминесцентные лампы со всеми плюсами и минусами последних. Плюсы — высокое качество спектров излучения (что определяется используемыми люминофорами), относительно высокая световая отдача (до 90 лм/Вт), стабильные световые характеристики (спад светового потока составляет 10–15%, если, предусмотрены меры по защите люминофора от загрязнения ртутью).


Минусы — зависимость световых характеристик от температуры окружающей среды, из-за чего индукционные лампы больше подходят для внутреннего освещения. Оптимальные характеристики достигаются при плюс 20°С, а при отрицательных температурах световой поток существенно снижается.


Сравнение же со светодиодами необходимо проводить на примерах. Нужно сравнивать характеристики конкретных изделий (ламп и светильников), а также оценивать достигаемые параметры освещения и экономические показатели в заданных условиях применения».
Действительно, представьте, что вы сравниваете с одним и тем же индукционным светильником сначала китайский светодиодный no-name, а потом, скажем, фирменный американский светильник Cree. В первом случае индукционный выиграет по техническим характеристикам, а во втором — по цене.
И, конечно, при сравнении важно учитывать назначение лампы. Для домашнего и офисного, а также уличного освещения в российском климате однозначно выигрышнее светодиоды. А вот в складских, производственных и торговых помещениях у индукционных светильников есть шансы.
Индукционные ультрафиолетовые лампы (фото Института теплофизики института СО РАН)
Быть или не быть?


Мнения наших экспертов относительно будущего индукционных ламп оказались диаметрально противоположными, что не удивительно, ведь они отражают рыночные стратегии каждой компании.


«В отличие от светодиодного направления, индукционная технология почти совершенна, — считает Елизавета Шонина. — И хотя мы не прогнозируем какого-то революционного развития, но, учитывая все достоинства индукции, ожидаем, что в ближайшие 5 лет потребители оценят ее преимущества, переходя на индукционное освещение».


Виталий Степанов же признается, что не видит перспектив для применения этих ламп, потому что их главное преимущество — длительный срок службы — оказалось невостребованным.
«По-видимому, в перспективе индукционные люминесцентные лампы не смогут конкурировать со светодиодными, — считает и Михаил Исупов.— Светодиодные лампы пока также очень дороги, но себестоимость их производства постоянно снижается, при этом их эффективность и срок службы аналогичны эффективности и сроку службы индукционных люминесцентных ламп. Но в данном случае мы говорим только о лампах для освещения. Во многих других областях светодиодная технология не применима. К примеру, в настоящее время просто не существует мощных ультрафиолетовых светодиодов, которые можно было бы использовать для обеззараживания. И вот тут индукционные лампы могли бы найти свое применение и заменить обычные электродные УФ-лампы».


Что ж, пожалуй, пока нет смысла делать однозначные выводы о будущем. Множество компаний во всем мире работает на то, чтобы приблизить наступление светодиодной революции, а в стороне от мейнстрима растет еще одна веточка в эволюции энергоэффективного освещения. И, пожалуй, у нее есть право на жизнь в тех нишах, для которых она лучше всего подходит. Но только «естественный отбор» в лице предпочтений покупателей со временем точнее ответит на поставленный вопрос.
http://www.energyland.info/analitic-show-119412