Сколько нужно светодиодов

В течение последних двух лет многие производители светодиодов, как лидеры индустрии так и компании второго уровня, освоили массовое, серийное производство мощных светодиодов, предназначенных для использования в системах общего освещения. Наиболее распространенным для этого применения пока что остался белый светодиод с синим чипом и люминофорным слоем, рассчитанный на номинальную потребляемую мощность около 1 Вт, а если точнее, – от 1,0 до 1,3 Вт. Современная линия по производству одноваттных светодиодов может выпускать от 1 до 10 млн./месяц подобных изделий. Разумеется, производительность сборочной линии варьируется в зависимости от конфигурации. Тем не менее, это означает, как и заявляют многие производители, что они способны выпускать миллионы светодиодов, пригодных для изготовления светильников общего освещения. Одновременно, по всему миру растет число проектов, в ходе которых устанавливаются системы освещения улиц, различных предприятий, выставочно-развлекательных объектов и прочих.

Также, в последнее время прослеживается тенденция со стороны крупных производителей электронных компонентов, состоящая в том, что подобные компании приобретают оборудование для организации технологического цикла производства светодиодных чипов. Поскольку такие предприятия (точнее – промышленные концерны) обладают достаточными возможностями для быстрой организации сборки самих светодиодов, становится ясно, что при желании они могут составить заметную конкуренцию признанным лидерам светодиодной индустрии, таким образом, еще более увеличив общий объем производства светодиодов. А сколько на самом деле требуется светодиодов для удовлетворения потребности в общем освещении? Попытаемся ответить на этот вопрос.

Потребление электроэнергии

В 2008 году общее потребление электроэнергии в мире, по данным источников, составило примерно 17 трлн. кВт/ч. При этом потребление электроэнергии в России за тот же год составило около 1 трлн. кВт/ч.. По итогам 26-й Сессии МКО в Пекине, Международная комиссия по освещению опубликовала заявление по сохранению энергии – «CIE Statement On Energy Conservation». В нем отмечается, что в настоящее время освещение потребляет около 19 % электроэнергии, потребляемой в мире. Кроме того, в одном из докладов сессии, посвященном анализу мировых затрат на освещение, было сказано, что этот показатель в будущем будет неуклонно расти6.

Системы освещения на лампах и на светодиодах

Возьмем за основу расчета данные за 2008 год. Согласно представленным сведениям в 2008 году на освещение в мире было затрачено 17 х 0,19 = 3,23 трлн. кВт/ч. электроэнергии. Как указывает источник7, три четверти систем освещения сейчас основано на старых неэкономичных решениях. Для определенности допустим, что под неэкономичными решениями понимаются малоэффективные лампы накаливания и галогенные лампы с диапазоном световой отдачи (общим) от 12 до 26 лм/Вт, а под экономичными и энергоэффективными – различные люминесцентные и металлогалоидные лампы с общим диапазоном световой отдачи от 54 до 73 лм/Вт8. Рассчитаем (оценим) среднюю световую отдачу мировой системы освещения для 2008 года следующим образом:

(12 + 26)/2 х 0,75 + (54 + 73)/2 х 0,25 = 30 лм/Вт.

С учетом КПД обычного лампового светильника (около 60 %) значение этой величины снизится до уровня 18 лм/Вт.

Для упрощения расчета положим, что светоотдача современного одноваттного белого светодиода равна 100 лм/Вт. КПД систем питания, применяемых сейчас в светодиодных светильниках составляет 80–85 %. Учитывая, что потери светового потока на рассеивателе обычно составляют 8–10 %, получим, что световая отдача такого светильника (и системы освещения на подобных светильниках) составит 80 лм/Вт.

При условии, что световой поток системы освещения на светодиодах должен быть такой же, как у ламповой системы освещения, количества потребляемой этими системами электроэнергии будут обратно пропорциональны значениям их световой отдачи. Отсюда, при замене существующей системы лампового освещения светодиодной энергопотребление составит:

3,23 х 18 / 80 = 0,73 трлн. кВт/ч.

Конечно, столь заметная разница обусловлена в том числе и большой долей использования малоэффективных ламп в существующей системе освещения.

Сколько потребуется светодиодов?

Общая мощность светодиодной системы освещения, потребляющей 0,73 трлн. кВт/ч. электроэнергии в год равняется примерно 100 млн. кВт при максимальной загрузке, то есть при горении светильников 24 часа в сутки. Если мощность светодиода составляет 1,15 Вт, то в составе такой системы должны работать 87 млрд. светодиодов. А если время жизни светодиода (длительность его работы до момента снижения светового потока до значения 70 % от начального) составляет 50000 часов, то для обеспечения системы освещения таким количеством светодиодов необходимо производить их в объеме до 13 млрд. шт. в год.

Этот объем может быть обеспечен за счет работы 130 автоматических линий сборки одноваттных светодиодов с производительностью около 100 млн. шт. в год. Сейчас светодиодная индустрия составлена десятком компаний лидеров, чьи линии сборки обладают требуемой производительностью и двумя-тремя десятками компаний меньшего масштаба. Это означает, что производительность современной мировой индустрии по направлению мощных светодиодов составляет (грубо) около 2–3 млрд. шт. в год.

Повышение в будущем как световой отдачи, так и срока жизни светодиодов где-то в 2 раза приведет к снижению потребности в объеме их годового производства в 4 раза, до значения порядка 4 млрд. шт. в год. Это уже близко к имеющимся и постоянно расширяющимся возможностям современной светодиодной индустрии.



Если доля энергопотребления в России относительно мирового сохранится близкой к нынешнему уровню (около 6 %), то для удовлетворения потребности только РФ в светодиодах годовой объем их производства должен будет составить (весьма приблизительно) 240 млн. шт. в год. Такой объем может быть обеспечен работой 3 полностью оборудованных автоматических линий сборки мощных светодиодов.

Заключение

Представленная оценка, разумеется, является довольно грубой и основывается на множестве допущений. Не были приняты в расчет и относительно тонкие и сложные моменты, имеющие влияние на окончательные значения объемов производства светодиодов. Имеются в виду такие факторы как: ожидаемый постепенный рост затрат энергии на освещение6; повышение КПД светодиодных светильников, обусловленное совершенствованием блоков питания и драйверов; применение в системах общего освещения светодиодов с потребляемой мощностью более 1 Вт (уже сейчас такие светодиоды составляют некоторую долю от количества применяемых одноваттных, а в будущем эта доля, несомненно, еще вырастет); экономия электроэнергии в системах с регулируемыми временем работы и световым потоком светильника. Однако, оценить порядок величин сделанные допущения вполне позволяют.

Полученные значения годовых объемов производства мощных светодиодов (около 4 млрд. шт. в год во всем мире и, условно, около 240 млн. шт. в год для российского рынка), а также сравнение их с возможной производительностью современной светодиодной индустрии показывают, что в ближайшем будущем весьма вероятна жесткая конкуренция даже между существующими производителями светодиодов. Вхождение в индустрию новых компаний, особенно с высоким потенциалом развития производства, еще более обострит конкуренцию и заметно повысит влияние на выбор потребителя фактора «цена/качество» светодиода и эффективности продвижения на рынок светодиодной техники.

источник :ledsvet.ru