Переделка энергосберегающей лампы в блок питания

Обновлено: 23.11.2024

Распределительные системы постоянного тока анализируются с использованием данных контролируемых устройств и фотоэлектрических солнечных батарей.

Распределение фотоэлектрической энергии постоянным током обеспечивает экономию при реальной нагрузке и профилях солнечной энергии.

Экономия от прямого постоянного тока обычно нерентабельна на текущих рынках.

Для того, чтобы постоянный ток стал широко применяться в домах США, остаются нетехнические препятствия.

Аннотация

Достижения в области силовой электроники на основе полупроводников и растущие нагрузки постоянного тока в зданиях заставили исследователей пересмотреть вопрос о том, следует ли подключать здания к цепям постоянного тока, чтобы уменьшить преобразование энергии и облегчить переход на эффективные устройства постоянного тока. Осуществимость, экономия энергии и экономичность таких систем были оценены и доказаны в центрах обработки данных и коммерческих зданиях, но результаты для жилого сектора все еще неясны.

В этой работе мы оцениваем техническую и экономическую целесообразность цепей постоянного тока, используя данные для 120 домов переменного тока с традиционной проводкой в Остине, штат Техас, чтобы понять влияние сильно меняющихся профилей спроса на жилые дома с питанием от постоянного тока, используя использование на уровне устройств. данные о выработке солнечной энергии, а также моделирование методом Монте-Карло для количественной оценки затрат и выгод.

Результаты показывают, что экономия энергии на объекте составляет от 9% до 20%, когда фотоэлектрические солнечные батареи распределяются по всем бытовым приборам. При учете аккумуляторов для избыточной солнечной энергии эта экономия увеличивается до 14–25%. При нынешних ценах на оборудование постоянного тока перевод всего оборудования на постоянный ток приводит к примерно удвоению приведенных годовых затрат на электроэнергию для домовладельцев. Однако за счет преобразования только домашних конденсаторных блоков кондиционирования воздуха в постоянный ток затраты на прямой постоянный ток значительно сокращаются, а домашняя станция обеспечивает экономию энергии на 7–16 %.

Помимо количественной оценки экономии, мы обнаружили серьезные нетехнические препятствия для внедрения прямого постоянного тока в домах. К ним относятся отсутствие стандартов для таких систем, относительно небольшой рынок устройств и компонентов постоянного тока, служебные программы, разработанные для питания переменного тока, и рабочая сила, незнакомая с постоянным током. Опыт работы с постоянным током растет в других секторах, и со временем он будет передан более широкой аудитории инженеров, электриков и строительных инспекторов, чтобы гарантировать не только безопасность самих систем, но и то, что образ цепей постоянного тока становится менее чуждым. со временем. Постоянный ток вполне может иметь место в жилом секторе, и исследования и разработки должны продолжать изучать другие потенциальные преимущества, которые могут привести к более широкому переходу на то, что сейчас кажется многообещающей технологией.

Что означают эффективность, эффективность и светоотдача светодиодных ламп? Здесь вы можете узнать точное значение отдельных терминов. Вы также можете узнать, какой эффективности уже достигают современные светодиодные лампы. Сравнение со старыми источниками света показывает, насколько лучше работают светодиодные лампы.

Эффективность и эффективность светодиодов

Эффективность и эффективность светодиодных ламп часто смешиваются. Это, безусловно, связано с тем, что существует прямая связь между этими двумя терминами. Перед дальнейшим рассмотрением следует ознакомиться с точным определением.

КПД светодиода показывает соотношение между потребляемой электрической мощностью и световым потоком, излучаемым в люменах.

Эффективность светодиода — это световая отдача. Это выражается в люменах на ватт (лм/Вт).

Эффективность представляет собой соотношение между двумя упомянутыми величинами и поэтому выражается в процентах. Чтобы определить эффективность светодиодного источника света, необходимо измерить потребляемую мощность и излучаемый световой поток. Но какой максимальный световой поток был бы возможен и означал бы КПД 100%?

Для этого вам нужно взглянуть на мир физики. В соответствии с этим теоретический максимум светоотдачи составляет ок. 350 лм/Вт для светодиодов холодного белого цвета. Светодиодная лампа с потребляемой мощностью 1 Вт и световым потоком 350 люмен будет иметь КПД 100%. Однако на практике такие светодиодные лампы — это воплощение мечты 🙂

Реальный КПД современных светодиодных источников света составляет от 30% до 40%. Кроме того, эффективность 100% в любом случае на практике невозможна, так как в светодиодной лампе есть множество компонентов, в которых возникают потери.

Какая эффективность возможна?

Для достижения максимально возможной эффективности светодиодного светильника или источника света необходимо установить эффективные светодиоды. Например, мощный светодиод LED319A от Nichia обеспечивает поразительную световую отдачу 164 лм/Вт. Это дает КПД чуть менее 47%.Это текущий рекорд серийного производства.

Но это только КПД светодиода. Светодиодная лампа также содержит драйвер светодиода и оптические компоненты. Они также имеют эффективность, так что общая эффективность снова ниже. Современные светодиодные лампы имеют КПД от 30% до 40%. Остальная используемая энергия излучается в виде тепла.

Общая эффективность светодиодной лампы зависит от всех компонентов, которые она содержит. Это часто называют эффективностью розетки.

Температура светодиода имеет еще одно часто недооцениваемое влияние на эффективность. Чем ниже рабочая температура светодиода, тем выше его эффективность и, следовательно, эффективность. Хорошее управление температурным режимом в источнике света для рассеивания отходящего тепла от светодиода в окружающую среду было бы преимуществом.

Где происходят потери?

Светодиодная лампа содержит различные компоненты, в которых могут возникнуть потери. В большинстве случаев это следующие компоненты:

Электроника драйвера
Светодиод(ы)
Оптика

Электроника драйвера или блок питания преобразует напряжение сети 110 В в рабочее напряжение, необходимое для светодиода. Эти электронные схемы устроены по-разному в зависимости от производителя и имеют КПД от 70 до 90%.

Светодиоды, установленные в источнике света, оказывают наибольшее влияние на общую эффективность. Решающим фактором здесь является то, сколько света может быть отделено от полупроводника в окружающую среду. Имеющиеся в продаже светодиодные светильники с теплым белым светом обычно оснащены светодиодами с эффективностью от 25 до 35%.

Оптика (линзы, цветовые фильтры и т. д.) внутри светодиодного источника света также влияет на общую эффективность. Например, для достижения определенного угла луча лампы используются специальные рассеивающие линзы. Однако эффективность оптики очень высока по сравнению с эффективностью самих светодиодов.

Расчет эффективности светодиодов

Общий КПД светодиодной лампы рассчитывается путем умножения отдельных КПД всех компонентов, которые она содержит.

Драйвер светодиода (90 %) · светодиод (35 %) · оптика (95 %) = КПД 30 %

Расчет: 0,9 · 0,35 · 0,95 = 0,3 → 30 %

Хотите рассчитать эффективность светодиодного светильника в магазине? Установите светоотдачу (люмен на ватт) относительно физически возможного максимума (350 лм/Вт) для светодиодов холодного белого цвета.

Светодиодный источник света обеспечивает световой поток 1500 люмен при энергопотреблении 13 Вт

1500 люмен: 13 Вт = 115,4→ Световая отдача 115,4 лм/Вт

Физический максимум (100% эффективность): 350 лм/Вт

115,4 лм/Вт : 350 лм/Вт = 0,33 → 33 % эффективности

Сравнение эффективности и светоотдачи

Светодиодные лампы и светильники на сегодняшний день являются самыми эффективными источниками света. Однако требуется некоторое время, прежде чем все старые технологии освещения будут полностью переведены на светодиоды. Если вы собираетесь преобразовать старые источники света в светодиодные, вам поможет следующее сравнение эффективности различных технологий освещения. По сути, эффективность всегда немного выше при более высоких мощностях.

КПД лампы накаливания

КПД известных ламп накаливания составляет всего 5% потребляемой электроэнергии. Остальные 95% выделяются в окружающую среду в виде тепла. Поэтому даже лампы накаливания с малой мощностью и малой яркостью сильно нагреваются во время работы. Световая отдача лампы накаливания составляет от 10 лм/Вт до 15 лм/Вт в зависимости от класса мощности.

КПД галогенной лампы

Галогенные лампы имеют КПД около 10%. Остальные 90% излучаются в виде тепла в окружающую среду. Световая отдача галогенной лампы составляет от 15 лм/Вт до 20 лм/Вт в зависимости от класса мощности. Таким образом, эффективность лишь немного выше, чем у лампы накаливания.

Эффективность энергосберегающей лампочки

В конце концов, энергосберегающая лампа обеспечивает КПД до 25%. Здесь только 75% электрической энергии преобразуется в тепло. Световая отдача составляет от 40 лм/Вт до 60 лм/Вт. Эффективность по сравнению с лампой накаливания составляет не менее четырех-пяти раз.

Сравнительная таблица эффективности

Сравнение эффективности и предельной эффективности различных источников света < td data-label="Источник света">Галогенная лампа

Источник света	Эффективность	Световая отдача
Светодиодная лампа	25 – 40%	80–150 лм/Вт
Энергосберегающая лампа< /td>	15–25%	40–60 лм/Вт
8 – 12%	15–20 лм/ W
Лампа накаливания	3–5 %	10 – 15 лм/Вт

Заключение

С КПД от 30% до 40% светодиодные лампы относятся к наиболее эффективным источникам света в современном мире. Теперь вы знаете, как рассчитать КПД светодиодной лампы перед ее покупкой. Таким образом, вы можете быть уверены, что купите эффективную светодиодную лампу с высокой светоотдачей и не поймаете торгаша с низкой эффективностью.

Светодиод (LED) — это самая энергоэффективная и быстро развивающаяся технология освещения на сегодняшний день. Качественные светодиодные лампы служат дольше, более долговечны и обеспечивают сравнимое или лучшее качество света, чем другие типы освещения. Ознакомьтесь с 8 главными фактами о светодиодах, которых вы не знали, чтобы узнать больше.

Экономия энергии

Светодиодная технология представляет собой высокоэффективную технологию освещения, которая может коренным образом изменить будущее освещения в США. Бытовые светодиоды, особенно продукты с рейтингом ENERGY STAR, потребляют как минимум на 75 % меньше энергии и служат до 25 раз дольше, чем лампы накаливания.

Повсеместное использование светодиодного освещения потенциально может сильно повлиять на экономию энергии в США. Ожидается, что к 2035 году в большинстве осветительных установок будет использоваться светодиодная технология, а экономия энергии за счет светодиодного освещения может превысить 569 ТВтч в год к 2035 году, что эквивалентно годовой выработке энергии более чем 92 электростанциями мощностью 1 000 МВт.

Чем отличаются светодиоды

Светодиодное освещение сильно отличается от других типов освещения, таких как лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы. Ключевые отличия включают:

Источник света. Светодиоды размером с крупинку перца могут излучать свет различных цветов. Иногда для получения белого света используется сочетание красных, зеленых и синих светодиодов.
Направление: светодиоды излучают свет в определенном направлении, что снижает потребность в отражателях и рассеивателях, которые могут задерживать свет. Эта функция делает светодиоды более эффективными для многих применений, таких как встроенные светильники и рабочее освещение. При других типах освещения свет должен отражаться в нужном направлении, и более половины света никогда не покидает светильник.
Тепло: светодиоды излучают очень мало тепла. Для сравнения, лампы накаливания выделяют 90 % своей энергии в виде тепла, а компактные люминесцентные лампы выделяют около 80 % своей энергии в виде тепла.
Срок службы. Светодиодные осветительные приборы обычно служат намного дольше, чем другие типы освещения. Светодиодная лампа хорошего качества может служить в 3–5 раз дольше, чем компактная люминесцентная лампа, и в 30 раз дольше, чем лампа накаливания.

Светодиодная продукция

Светодиодное освещение доступно в самых разных бытовых и промышленных продуктах, и этот список растет с каждым годом. Быстрое развитие светодиодных технологий привело к увеличению доступности продукции, повышению эффективности производства и снижению цен. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных типов светодиодной продукции.

Промышленное и коммерческое освещение

Высокая эффективность и направленность светодиодов делают их идеальными для многих промышленных применений. Светодиоды все чаще используются в уличных фонарях, освещении гаражей, пешеходных дорожек и других наружных площадок, освещении холодильных шкафов, модульном освещении и рабочем освещении.

Подсветка шкафа

Поскольку светодиоды маленькие и направленные, они идеально подходят для освещения труднодоступных мест, таких как столешницы для приготовления пищи и чтения рецептов. Поскольку цвет и направление света могут различаться, важно сравнивать продукты, чтобы найти лучший светильник для вашего помещения.

Встраиваемые светильники

Встраиваемые потолочные светильники обычно используются на кухнях, в коридорах и ванных комнатах, а также в ряде офисных и коммерческих помещений. По оценкам Министерства энергетики США, в домах и на предприятиях США установлено более 600 млн встраиваемых светильников.

Запасные светодиодные лампы

Благодаря повышению производительности и снижению цен светодиодные лампы могут эффективно и по доступной цене заменить лампы накаливания мощностью 40, 60, 75 и даже 100 Вт. Важно прочитать этикетку с информацией об освещении, чтобы убедиться в том, что яркость и цвет продукта соответствуют его предполагаемому использованию и местоположению.

Светодиодные праздничные огни

Светодиоды потребляют гораздо меньше электроэнергии, чем лампы накаливания, и декоративные светодиодные гирлянды, такие как гирлянды для новогодних елок, ничем не отличаются. Светодиодные праздничные светильники не только потребляют меньше электроэнергии, но и имеют следующие преимущества:

Безопаснее: светодиоды намного холоднее, чем лампы накаливания, что снижает риск воспламенения или ожога пальцев.
Надежнее: линзы светодиодов сделаны из эпоксидной смолы, а не из стекла, и они гораздо более устойчивы к поломке.
Долгий срок службы: одна и та же светодиодная лента может использоваться через 40 праздничных сезонов.
Легче установить: до 25 цепочек светодиодов можно подключить встык, не перегружая стенную розетку.

Подпишитесь, чтобы получать обновления от Energy Saver, включая новые блоги, обновленный контент и советы по сезонной экономии энергии для потребителей и домовладельцев.

В большинстве зданий, включая наши дома, нас окружают устройства и оборудование, работающие от постоянного тока. Мы подключаем эти устройства к обычной розетке переменного тока (AC), а затем преобразуем переменный ток в постоянный для работы устройств и оборудования. Этот процесс преобразования не на 100 % эффективен и расходует энергию.

Во многих недавно построенных зданиях используются возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, которая вырабатывает энергию постоянного тока. При большом количестве устройств с питанием от постоянного тока в зданиях и с учетом того, что генерация постоянного тока теперь используется во многих новых сооружениях, нам необходимо взглянуть на использование распределенной мощности постоянного тока в зданиях и подходы к устранению отходов преобразования — и, таким образом, максимизировать использование энергии постоянного тока, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии.

Тем не менее, хотя мы живем в «мире переменного тока», мы обнаруживаем, что почти все наше оборудование использует постоянный ток внутри устройств, и, как упоминалось ранее, преобразование переменного тока в постоянный или постоянного в переменный приводит к потерям преобразования. Хотя КПД преобразования энергии зависит от тока и напряжения, оборудование для преобразования обычно оценивается в диапазоне от 90 до 95 процентов, но на самом деле может быть намного ниже.

Если есть несколько преобразований, например преобразование переменного тока в постоянный, затем преобразование постоянного тока обратно в переменный и, наконец, преобразование переменного тока в постоянный внутри устройства, неэффективность преобразования увеличивается. Таким образом, в лучшем случае мы тратим 5–10 % энергии на преобразование, а при многократном преобразовании и менее эффективном оборудовании — гораздо больше.

AC и DC сражаются друг с другом с самого начала. Томас Эдисон (который когда-то был мировым рекордсменом по 1093 патентам на изобретения) разработал первую коммерческую систему передачи электроэнергии, в которой использовался постоянный ток (DC). После того, как он развернул около 190 электростанций, началась «война токов».

Против использования постоянного тока выступили изобретатель трансформаторов и переменного тока Никола Тесла и Джордж Вестингауз, сторонник переменного тока. Их основной аргумент заключался в том, что мощность постоянного тока не может передаваться очень далеко, всего около полутора миль, тогда как переменный ток может передаваться на сотни миль и лучше подходит для центральных электростанций.

«Война токов» временами становилась неприятной, но в конечном итоге переменный ток победил в производстве, передаче и распределении электроэнергии.

Но теперь округ Колумбия возвращается.

Фото источника питания от cheyennezj /Shutterstock

Мы склонны упускать из виду или недооценивать использование постоянного тока в зданиях, но мы находимся на этапе, когда использование постоянного тока широко распространено и растет. Установка или развертывание систем постоянного тока для зданий станет огромным изменением, но преимущества инфраструктуры постоянного тока очень убедительны, и рост числа таких систем кажется неизбежным.

Ниже приведены наблюдения и примеры существующего или потенциального использования постоянного тока в зданиях:

ИТ-сети. Большинство крупных ИТ-сетей в течение многих лет обеспечивали устройства питанием постоянного тока с помощью технологии Power over Ethernet (PoE). PoE — это стандарт IEEE, согласно которому и передача данных, и питание постоянного тока подаются на устройство по четырехпарному кабелю Ethernet.В большинстве зданий, вероятно, уже есть ИТ-сеть или инфраструктура для распределения ЦОД. Устройства PoE обычно включают в себя IP-телефоны, точки доступа Wi-Fi, камеры видеонаблюдения, считыватели карт контроля доступа и удаленные концентраторы и коммутаторы Ethernet. Использование PoE выходит за рамки типичных ИТ-устройств и используется в таких устройствах, как часы (которые не только получают питание постоянного тока, но и точное время от сетевых часов), детекторы газа, комнатные AV-контроллеры и т. д.

Центры обработки данных. Большая часть оборудования в центре обработки данных, например серверы, двигатели и аккумуляторы, использует питание постоянного тока. Из-за интенсивности питания в центрах обработки данных использование постоянного тока может дать значительные преимущества. Подумайте о количестве преобразований энергии, которые происходят в центре обработки данных. Мы берем входящую мощность переменного тока и преобразуем ее в постоянный ток на ИБП, затем преобразуем обратно в переменный ток и, наконец, обратно в постоянный ток в блоке питания каждого сервера; Всего три преобразования. Если затем мы рассмотрим здание с солнечной энергией, то при первоначальном преобразовании постоянного тока в переменный на инверторе их становится всего четыре.

Некоторые центры обработки данных перешли на архитектуру постоянного тока, в которой основное электропитание переменного тока от электросети на входе в центр обработки данных преобразуется в постоянный ток, а мощность постоянного тока распределяется. Преимущества этого подхода тройные: (1) меньшие потери мощности при многократных преобразованиях переменного тока в постоянный и постоянного в переменный, что приводит к снижению энергопотребления, (2) меньше места, необходимого для инфраструктуры постоянного тока из-за меньшего количества оборудования и потому, что ИТ оборудование может подключаться напрямую к резервным батареям и (3) снижение требований к охлаждению. Такие компании, как Facebook и SAP, опробовали электропитание постоянного тока в своих центрах обработки данных.

Исследование Lawrence Berkeley Labs (LBL) показало снижение энергопотребления на 7 % и повышение эффективности на 28 % при сравнении центров обработки данных постоянного тока с центрами обработки данных переменного тока. Далее в исследовании LBL говорится: «Мы также смогли убедительно продемонстрировать отрасли центров обработки данных, что системы доставки постоянного тока жизнеспособны, могут быть на 20% или более эффективнее, чем существующие системы доставки переменного тока, быть более надежными и потенциально менее затратными в в долгосрочной перспективе».

Личное использование постоянного тока. Мы все зависим от наших смартфонов, планшетов и ноутбуков, и все они нуждаются в подзарядке от источника постоянного тока, через USB-технологию, автомобильные зарядные устройства или блоки питания. Всем, у кого есть мобильный телефон, нужен источник постоянного тока.

Возобновляемые источники энергии, электромобили, системы хранения данных. Солнечные панели, установленные в зданиях, генерируют энергию постоянного тока и чаще всего используют инвертор для подачи энергии переменного тока. Получение постоянного тока от солнечной панели и преобразование его в переменный ток для питания устройства или устройства, которое затем преобразует переменный ток обратно в постоянный, неэффективно.

Лучше использовать энергию постоянного тока, вырабатываемую возобновляемыми источниками энергии, для прямого питания как можно большего числа устройств постоянного тока.

Освещение. Компактное люминесцентное освещение с электронными балластами и светодиодами (LED) на 25 % эффективнее традиционных ламп накаливания. Преимущества светодиодов включают в себя более длительный срок службы, меньшее техническое обслуживание и снижение энергопотребления, что составляет порядка 13% для освещения. Использование постоянного тока еще больше повысит привлекательность светодиодов за счет устранения необходимости и затрат на преобразование переменного тока в постоянный, как это делается в настоящее время. Некоторые производители осветительных приборов используют светодиодные системы освещения постоянного тока.

Бытовая техника. Большинство бытовых приборов и электроники работают от источника постоянного тока. Сюда входят компьютеры, телефоны, телевизоры, кофеварки и т. д. Двигатели для таких устройств, как охлаждение, вентиляция или насосы, работающие на постоянном токе, значительно более эффективны, чем системы на переменном токе.

Инфраструктура питания постоянного тока. Armstrong, производитель полов и потолков, предлагает продукт под названием DC FlexZone. Это потолочная подвесная система, которая обеспечивает инфраструктуру для подачи низковольтного постоянного тока (DC) на основе обычных методов установки подвесных потолков и стандарта 24 В постоянного тока.

Стандарты. Emerge Alliance, отраслевая ассоциация, в которую входят представители промышленности и научно-исследовательских институтов, занимается разработкой технологий и стандартов для постоянного тока. Они уже разработали стандарт для коммерческих зданий (24 В постоянного тока), а также стандарт для центров обработки данных. (380 В постоянного тока) и, скорее всего, внедрит этот стандарт и для жилых помещений.

Электропитание постоянного тока не узурпирует сеть переменного тока. Владельцы зданий в конечном итоге разберутся и будут иметь дело как с питанием постоянного, так и переменного тока. Одним из первоначальных подходов может быть распределение скромной инфраструктуры постоянного тока от возобновляемых источников энергии на основе постоянного тока к устройствам с питанием от постоянного тока, которые могут поддерживаться исключительно за счет производства электроэнергии из возобновляемых источников. Другой подход, более масштабный, чем предыдущий, заключается в том, чтобы владельцы использовали «все включено», то есть брали основной источник переменного тока от коммунального предприятия и преобразовывали его один раз на служебном входе, а затем получали питание постоянного тока от коммунального предприятия и возобновляемых источников энергии. распределены по инфраструктуре DC всего здания.Оба варианта предусматривают резервные источники энергии (электросети и возобновляемые источники энергии) и повышение энергоэффективности.

Одна из проблем, связанных с внедрением постоянного тока, заключается в том, что, хотя устройства могут получать внутреннее питание от постоянного тока, они обычно производятся и продаются с вилками/блоками питания переменного тока. В новом строительстве эту проблему можно решить, просто закупив новые устройства, которые могут работать с прямым питанием постоянного тока. В существующих зданиях сроки замены существующего оборудования на оборудование, способное работать с прямым постоянным током, скорее всего, будут зависеть от возможностей во время ремонта, а также от стратегий закупок и энергосбережения.

Движущей силой постоянного тока является просто огромное количество различных типов строительного оборудования, работающего от постоянного тока, а также тот факт, что возобновляемые источники энергии также основаны на постоянном токе. Энергетическая инфраструктура на основе постоянного тока не столько зависит от того, будет ли она развернута в зданиях, сколько когда.

Читайте также: