Огляд розвитку світлотехнічної галузі: перспективи

У попередній статті ми розглянули існуючий на сьогоднішній день стан речей, порівнявши окремі показники ефективності джерел світла у різних країнах. Сьогодні ми продовжимо занурення у тематику, вивчивши можливі напрямки вдосконалення даного ринку та прогноз на найближчі роки/десятиліття.

Близько п'яти років тому ООН заклала фундамент глобальної мережі, діяльність якої спрямована на підвищення енергоефективності, закликавши локальні професійні спільноти об'єднатися у ім'я спільної мети. Цю ініціативу підтримали не тільки теоретики галузі, а й багато практиків, у тому числі, компанії з виробництва світлодіодних світильників, ламп, додаткового обладнання, електрофурнітури та витратних матеріалів. За територіальною ознакою стали створюватися укрупнені та міждержавні онлайн-майданчики, де вчені, експерти, виробники та просто небайдужі громадяни могли б обмінюватися думками, досвідом та знаннями, спрямованими на вирішення поставлених завдань. Планується, що подібні кластери будуть тільки розростатися та стимулювати прогрес у галузі.

Що можна зробити вже зараз?

Найперше питання, на яке звертають увагу фахівці, це несучасність нормативної документації, її невідповідність існуючій матеріальній базі у галузі. Так, багато норм перекочували до нас з радянських довідників, де деякі з зазначених величин зараз визнаються такими, що не тільки втратили актуальність, але навіть шкідливими для людського здоров'я. Ті світильники, які використовувалися півстоліття тому, не мають права ставати орієнтиром для нинішніх.

Необхідний комплексний перегляд принципів поєднання освітлювальних приладів за їх ефективним світловим впливом, потужністю, наявними режимами тощо. Більш того, методики розрахунку повинні стати більш гнучкими та всеосяжними, але одночасно бути доступними для широкого кола світлотехніків. Звісно, більшість рядових споживачів цікавлять набагато більш приземлені питання, які можуть бути вирішені введенням відносно простих заходів. Давайте ж їх перерахуємо:

• редакція та внесення правок у СНіП (Санітарні норми і правила), а також інші нормативно-правові документи, для досягнення їх кореляції з характеристиками існуючого обладнання;
• додавання до зазначених документів нормуючих величин за допустимою питомою потужністю використовуваних освітлювальних установок – як для приміщень різного призначення, так і для всієї будівлі;
• закріплення положення про заборону застосування застарілих типів ламп та світильників, що мають нераціонально малу світлову віддачу;
• введення обмеження на лампи, які втратили значну частину свого світлового потоку у процесі природної експлуатації з подальшою їх заміною на нові світлодіодні лампочки;
• введення заборони на використання світильників з газорозрядними лампами та пускорегулювальною апаратурою, що має регулярно високі втрати потужності протягом усього терміну експлуатації;
• встановлення мінімального значення ККД роботи світильників та рівня світлової віддачі ламп;
• введення вимоги на обов'язкове застосування у масштабних освітлювальних установках датчиків, що відповідають за автоматичне увімкнення/вимкнення приладів або підвищення/зниження яскравості світла у залежності від часу доби, природного освітлення, обумовленого погодою, кількості людей у приміщенні та ін.;
• створення спеціального знаку або маркувального символу, який наноситься на електротехнічні вироби та означає відповідність усім зазначеним нормативам з енергоефективності.

На додаток до перерахованих заходів експерти пропонують також інакше оцінювати світлотехнічні конструкції, беручи до уваги їхню масштабність, ступінь зносу, реальну витрату енергії, видатки на обслуговування та інші фактори. Крім того, фахівці бачать необхідність у створенні типових проектів освітлювальних мереж, які можуть ставати у нагоді при будівництві житлових будинків, приходячи на заміну застарілим. Безумовно, усі подібні заходи вимагають залучення кваліфікованої робочої сили, технічного оснащення та чималих інвестицій, а тому у значній мірі орієнтовані на залучення до процесу енергоаудиторських фірм, представників малого та середнього бізнесу, а також брендових виробників.

Оцінка економічної складової

В українських містах з населенням менше півмільйона жителів типовий знос світильників становить понад 50%. В установах комунальної форми власності цей параметр перевищує 85%, у закладах громадського харчування – близько 65%, а у більшості житлових будинків – від 60 до 70%. Звісно, ми не станемо порушувати питання, чому старі люмінесцентні світильники не були замінені на сучасні LED-панелі там, де це можливо, а сконцентруємося лише на тій стороні питання, яка відповідає за збереження коштів. Заміна усіх виробів, які перевищили поріг у 75%, на прилади нового покоління показує економію у 20-25 разів!

Якщо говорити про великі промислові та міські об'єкти, які потребують постійного якісного освітлення, частка витрат на оплату спожитої електроенергії становить 40-45% від суми всіх можливих витрат на експлуатацію системи в цілому. Пошук альтернатив та оптимізація позиціонування джерел світла на міських вулицях здатні повернути у казну хоча б п'яту частину від цієї кількості, що еквівалентно сотням тисяч гривень щомісяця. Основні надії покладаються на світлодіодні вуличні світильники, покликані замінити натрієві лампи, що переважають зараз у цій сфері технічного оснащення. Слід віддати належне останнім – їхнє світло має досить високу якість у порівнянні з попередниками, однак за рівнем енергозбереження та терміном служби напівпровідники легко обходять такі прилади, маючи співставний світловий потік.

Вартість генерації 1 кВт на електростанції на даний момент досить стабільна. Таким чином, прийняття рішення про загальне зниження енергоспоживання не похитне економіку та залишиться механізмом, повністю керованим державою. У той самий час, можна піти на більш стратегічно вигідний крок та продавати зекономлені «надлишки» за кордон. Це принесе у казну капітал без шкоди для інших сфер, а рядові споживачі лише отримають вигоду.

Об'єктивно кажучи, усі пострадянські країни відстають від Євросоюзу приблизно вдвічі за таким показником як «середня освітленість на душу населення». Таким чином, прогрес у обидва згаданих боки для нас вигідний та логічний. Однак ми хотіли б надати читачам максимально повну інформацію, а тому внесемо ще більшу невизначеність у намічену плутанину. Починаючи з 2004 року, міжнародна організація Грінпіс завзято ратує за те, щоб в усіх містах-мільйонниках світу використовувалися системи автоматичного регулювання освітлення. При цьому мова йде не тільки про ліхтарні стовпи, що стоять уздовж дороги, але також про вітрини, вивіски, підсвічуванні білбордів тощо. В Україні подібні заходи здатні зберегти більше 1 млрд. грн щорічно, будучи впровадженими тільки у обласних центрах!У масштабах всієї країни величина економії поки не оцінювалася.

Експерти з Міжнародної енергетичної комісії підрахували, що з початку третього тисячоліття на кожні наступні 6 років доводиться половинний приріст у кількісному споживанні електроенергії. Значення, актуальне у 2001-му році, зросло на половину до 2007-го, у 2013-тому воно подвоїлося, до початку 2019-го досягло 150%. Очікується, що при нинішніх темпах споживання ресурсу вже навіть 2025-тий рік перевищить оціночну величину, задавши нову динаміку.

Що чекає на різні типи ламп?

Незважаючи на те, що традиційні лампи розжарювання повсюдно визнаються малоефективними, у світі все ще робляться спроби дати їм друге дихання. У цьому процесі намітилися два наступних методи, спрямовані на збільшення світлової віддачі.

1)    Застосування у якості тіла розжарювання таких матеріалів, які припускали б роботу на більш високих температурах, аніж була можлива з використанням вольфраму. При цьому подібні речовини повинні випаровуватися набагато повільніше. У якості одного з варіантів розглядалися деякі карбіди.

2)    Застосування у якості тіла розжарювання ультратонких пластинок з особливої напівпровідникової сировини, яка була б прозорою у інфрачервоній частині спектра при нагріванні до високих температур та при цьому відповідала багатьом іншим типовим для виробу вимогам.

На згадані розробки було кинуто чимало сил, а самі вони почалися за кордоном більше 25 років тому, коли про масове застосування LED-елементів ще й не чули. Серед варіацій була найбільш просунута модель від фірми General Electric, що являє собою галогенну лампу розжарювання з додатковими рефлекторними поверхнями. На зовнішню поверхню кварцової колби у кілька шарів наносилася високотемпературна плівка, здатна відбивати інфрачервоне випромінювання назад на тіло розжарювання. Результатом стало підвищення світлової віддачі на 40-50% при збереженні усіх інших параметрів. Роботи у цьому напрямку тривають і сьогодні, проте значущих практичних результатів досягти вченим так і не вдалося. Станом на сьогоднішній день, на тлі світлодіодних ламп SMD-типу подібні вироби усе одно помітно програють.

Компактні люмінесцентні лампи, які у нас стало прийнято називати енергозберігаючими, спочатку мали величезний успіх та перспективи. Ставши більш простою та лаконічною заміною прямих люмінесцентних ламп, вони змогли знайти популярність у побуті, ЖКГ, промисловості, освіті, охороні здоров'я, транспортній сфері та ін. Більш того, на їх основі були винайдені нові класи виробів з поліпшеними характеристиками: натрієві лампочки високого та надвисокого тиску у керамічних колбах та металогалогенні моделі. Усі вони видають світловий потік високої інтенсивності та можуть застосовуватися практично в усіх сферах життя – від побуту до промисловості. Сьогодні фахівці не наважуються давати щодо них фундаментальних прогнозів, оскільки потенційні можливості даних виробів поки не до кінця зрозумілі. Очевидно, що для деяких типів світильників потрібні лампочки вельми специфічного форм-фактору, однак навіть серед світлодіодних виробів вже існують лампи з цоколем T8, який вирішує багато проблем. Таким чином, від сукупності розрядних моделей з усіма їхніми підкласами можна очікувати або неймовірний технологічний стрибок, або стрімке забуття.

У свою чергу, світлодіодні технології є наймолодшими зі згаданих та за величезним переліком параметрів мають кращі показники, аніж у попередників. Єдина негативна відміна від конкурентів – більш висока ціна. Проте, щомісяця напівпровідникова продукція на українському ринку тільки дешевшає, тож можна бути впевненими у її популярності на найближчі два-три роки. Звісно, якщо у даній сфері не буде яких-небудь зрушень, вона теж почне потроху застарівати у нашому динамічному світі, однак звісток про ще більш прогресивні технології у освітленні від світового наукового співтовариства поки не надходило. Передбачається, що до наступного року середня світлова віддача звичайних білих світлодіодів для побутових ламп складе близько 200 лм/Вт, а її теоретична межу замре на позначці 300 лм/Вт.

Резюмуючи, хочеться відзначити, що основними перешкодами для впровадження найбільш передових технічних рішень у масове споживання на всіх етапах стали три фактори: ціна виробу, питання утилізації та недостатня освіченість населення щодо обговорюваних питань. Особливо сильно на просторі пострадянських держав став помітний фактор менталітету та звички: люди довго не цікавилися новинками, навіть після їхньої появи на ринку, віддаючи перевагу традиційним лампам розжарювання. Для української дійсності подібний консерватизм у поглядах загрожує прогресуючим відставанням від інших країн Західної цивілізації.