Перспективы развития высокоэффективных источников света: от теории к реальным осветительным системам - Статья

В данной работе показано, что для решения проблемы рационального использования энергетических ресурсов в области светотехники необходима замена устаревших источников света на более энергоэффективные. Показана перспективность применения и дальнейшее усовершенствование осветительных устройств на основе безэлектродных серных ламп с СВЧ накачкой. Показаны основные области применения осветительных устройств на основе серных ламп и созданные коммерческие образцы.Анализ показывает [1], что за последние 5 лет объем потребления электроэнергии в Украине в целом увеличился почти на 3 % и в 2011-2012 гг. превысил 150 млрд КВТ· год, а в2013 г. сократился на 2,3 %, или 3,5 млрд КВТ · год, и вернулся на уровень 2008 и 2010 гг. Как видно, наметившаяся тенденция к сокращению потребления электроэнергии в Украине является позитивным моментом, но явно недостаточной с точки зрения оптимизации в целом уровня потребления. Так, например, по разным источникам в Украине на освещение уходит около 20-25 % электроэнергии, а в России эта цифра составляет от 13 до 16 %. Прикладная радиоэлектроника, 2014, Том 13, № 2 ристик, а также рассматриваются особенности развития теории и практического применения различных конструкций осветительных устройств (ОУ) на основе серной лампы с СВЧ накачкой. Анализ распределения энергии излучения между видимым участком спектра, ИК и УФ-излучениями и энергией, преобразуемой в тепло, показывает, что наилучшими показателями обладает безэлектродная серная лампа с СВЧ накачкой (73% излучения лампы приходится на долю видимого участка спектра излучения и лишь незначительная его часть приходится на ИК и УФ-излучения).C одной стороны, это связано с модернизацией существующих ОУ и получением экономии электроэнергии от 20 до 30 %, а с другой - с заменой существующих осветительных ламп на более энергоэффективные, что позволит экономить от 30 % до 75 % энергии. Показано, что для решения этих проблем необходимо проведение фундаментальных теоретических исследований, направленных на изучение сложных плазменных процессов. Сформулированы основы построения математических моделей физических процессов, протекающих в низкотемпературной плазме, возбуждаемой в колбе лампы внешним СВЧ полем. Приводятся краткая характеристика ОУ на основе серной лампы с СВЧ накачкой и конструкции ОУ, разработанные ведущими производителями мира. литература Presented as a Landmark Paper on September 2, 1992 Sixth International Symposium on the Science and Technology of Light Sources Technical University of Budapest.

Таким образом, для решения проблемы рационального использования энергетических ресурсов в области светотехники необходимо создание и расширение промышленного производства нового оборудования и комплектующих для выпуска эффективных ИС. C одной стороны, это связано с модернизацией существующих ОУ и получением экономии электроэнергии от 20 до 30 %, а с другой - с заменой существующих осветительных ламп на более энергоэффективные, что позволит экономить от 30 % до 75 % энергии. Современные ОУ представляют собой достаточно сложные конструкции, и их дальнейшее усовершенствование требует дополнительного финансирования, в том числе и на государственном уровне.

Проведенный анализ ИС позволил определить основные направления их развития. Показано, что среди выделенных направлений особое внимание уделяется перспективным ОУ на основе безэлектродных серных ламп с СВЧ накачкой. В работе приведены основные проблемы, с которыми столкнулись разработчики при коммерческой реализации подобных конструкций ОУ. Показано, что для решения этих проблем необходимо проведение фундаментальных теоретических исследований, направленных на изучение сложных плазменных процессов. Сформулированы основы построения математических моделей физических процессов, протекающих в низкотемпературной плазме, возбуждаемой в колбе лампы внешним СВЧ полем. Особое внимание обращается на моделирование температурного режима работы лампы в зависимости от параметров газовой среды и уровня СВЧ поля.

Приводятся краткая характеристика ОУ на основе серной лампы с СВЧ накачкой и конструкции ОУ, разработанные ведущими производителями мира. литература

[1] Аналіз споживання електроенергії в Україні [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www/URL: http:// www.ukrenergo.energy.gov.ua/ukrenergo/control/uk/ publish/category?cat_id=35379 - Загл. с экрана.

142

[2] Пилипчук Р.В., Яремчук Р.Ю. Проблема енергозбереження в освітлювальних установках // Світло-люкс. - 2003. - № 2. - С. 10-13.

[3] Енергетична стратегія України на період до 2030 р. СХВАЛЕНО розпорядженням Кабінету Міністрів України від 24.07.2013 № 1071. [Электронный ресурс] - Режим доступа: www/URL: http://mpe. kmu.gov.ua/fuel/doccatalog/document?id=260994/ - Загл. с экрана.

[4] Айзенберг Ю.Б. Современные проблемы энергоэффективного освещения / Ю.Б. Айзенберг // Энергосбережение. - 2009, № 1. - С. 42-47.

[5] Сапрыка А.В. Повышение энергоэффективности осветительных комплексов с учетом качества электрической энергии. Монография. - Харьков: ХНАМГ, 2009. - С. 126.

[6] Зотин О. Технологии автоматизации в энергоре-сурсосберегающих сетях освещения /О. Зотов // Современные технологии автоматизации. - 2012, №4. - С. 6-17.

[7] Plasma International Lighting Systems [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.plasma-i.com - Загл. с экрана.

[8] Почему необходимо отводить тепло [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.lighting. philips.com/ru_ru/lightcommunity/trends/led/anatomy/heat.wpd - Загл. с экрана.

[9] Dolan I.T., Ury M.G., Wood C.H. A Novel High Efficacy Microwave Powered Light Source. Presented as a Landmark Paper on September 2, 1992 Sixth International Symposium on the Science and Technology of Light Sources Technical University of Budapest. - Budapest, 1992.

[10] Шлифер Э.Д. Некоторые особенности и проблемы создания осветительных и облучательных устройств на базе безэлектродных газоразрядных ламп с СВЧ накачкой // Светотехника. - 1999, № 1. - С. 6-9.

[11] Прокопенко А.В. Разработка высокоэффективных источников видимого света на базе серных ламп: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 2001. - 152 с.

[12] Диденко А.Н. СВЧ энергетика. Теория и практика. - М.: Наука, 2003. - 264 с.

[13] Гутцайт Э.М. Безэлектродные источники света, использующие электромагнитную энергию высоких и сверхвысоких частот // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 7 48, № 1. С. 5-38.

[14] Мачехин Ю.П., Чурюмов Г.И., Одаренко Е.Н., Фролова Т.И., Старчевский Ю.Л., Экезли А.И. Безэлектродная лампа с СВЧ накачкой // Светотехника. - 2008. - № 3. - С. 9-14.

[15] Щукин А.Ю. СВЧ разряд в аргон-серной смеси в высокоэффективном источнике света с малой мощностью питания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М.: 2009. - 143 с.

[16] Чурюмов Г.И., Одаренко Е.Н., Фролова Т.И., Старчевский Ю.Л., Герасимов В.П., Иванцов В.П., Экезли А.И. Качественный анализ теплового режима работы безэлектродной серной лампы с СВЧ накачкой // Прикладная радиоэлектроника. - 2010. - № 2. - С. 232-239.

[17] Мальков М. Серная лампа. Многообещающее начало и …непрогнозируемое будущее? Часть 3.

Прикладная радиоэлектроника, 2014, Том 13, № 2

Фролова Т. и., Чурюмов г. и. Перспективы развития высокоэффективных источников света: от теории к реальным ...

Технические характеристики ламп и системы светораспределения / М. Мальков // Современная светотехника. - 2011. - № 5. - С. 52-59.

[18] Flood Lighting - PSF Series [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.100cds.com/ outdoorlight.html - Загл. с экрана.

[19] Plasma International AS1300 - The Sun on Earth [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// plasma-i.com/plasma-i-products.htm - Загл. с экрана.

Поступила в редколлегию 29.04.2014

Фролова татьяна ивановна, кандидат физ.-мат. наук, доцент, докторант кафедры ФОЭТ Харьковского национального университета радиоэлектроники. Научные интересы: моделирование физических процессов плазмы; новые типы СВЧ приборов; газоразрядные СВЧ лампы.

Чурюмов Геннадий иванович, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физических основ электронной техники Харьковского национального университета радиоэлектроники. Научные интересы: математическое моделирование нелинейных процессов; теория и техника СВЧ, применение микроволновых технологий.

УДК 621.321

Перспективи розвитку високоефективних джерел світла: від теорії до реальних освітлювальних систем / Т.І. Фролова, Г.І. Чурюмов // Прикладна радіоелектроніка: наук.-техн. журнал. - 2014. - Том 13. - № 2. - С. 135-143.

Прикладная радиоэлектроника, 2014, Том 13, № 2

У даній роботі показано, що для вирішення проблеми раціонального використання енергетичних ресурсів у галузі світлотехніки необхідна заміна застарілих джерел світла на більш енергоефективні. Проаналізовано основні характеристики існуючих джерел світла та освітлювальних пристроїв на їх основі. Показано перспективність застосування та подальше вдосконалення освітлювальних пристроїв на основі безелектродних сірчаних ламп з НВЧ накачуванням. Описано теоретичні основи фізики роботи сірчаної лампи і представлені основні співвідношення її математичної моделі. Показані основні області застосування освітлювальних пристроїв на основі сірчаних ламп і створені комерційні зразки.

Ключові слова: мікрохвильові технології, джерело світла, спектральна характеристика, безелектродна сірчана лампа, освітлювальний пристрій, енергетичний баланс.

Табл.: 3. Іл.: 9. Бібліогр.: 19 найм.

UDC 621.321

Perspectives of developing highly efficient light sources: from theory to real lighting systems / T. I. Frol-ova, G. I. Churyumov // Applied Radio Electronics: Sci. Journ. - 2014. - Vol. 13. - № 2. - P. 135-143.

This paper shows that for solving a problem of rational utilization of energy resources in the field lighting technology it is necessary to bring outdated light sources up to modern standards. The basic characteristics of existing light sources and lighting devices on their base are analyzed. The promising applications and further improvement of the lighting devices based on an electrodeless sulfuric lamp using microwave pumping are shown. The theoretical fundamentals of physics of operating of a sulfuric lamp and basic equations of its mathematical model are described. The main areas of applications of the lighting devices based on sulfuric lamps and created commercial samples are presented.

Keywords: microwave technologies, light source, spectral characteristic, electrodeless sulfuric lamp, lighting device, energy balance.

Tab.: 3. Fig.: 9. Ref.: 19 items.

143