přeskočit na hlavní obsah

Moderní světelné zdroje a jejich energetická účinnost

/up/images/featured/images/zroje_0.jpg

Vývoj techniky se neustále zrychluje a není oboru, kde by se neobjevovaly stále nové poznatky a nová řešení. Tomuto trendu odpovídá i vývoj světelných zdrojů, jakožto nezbytné součásti života moderního, technikou obklopeného člověka. I když nikdy nemůžeme být spokojeni s právě dosaženou úrovní, nutno konstatovat, že světelná technika od dob svého zrodu významně pokročila.

Úvod

Generace vývojových pracovníků se v průběhu posledního století zaměřila na všechny možné cesty ke zlepšení parametrů světelných zdrojů. Jedním z největších cílů se stalo zlepšení energetické účinnosti světelných zdrojů a s tím související úspora energie při osvětlování. Jinými slovy za málo elektřiny hodně světla. Cesta k tomuto cíli byla a je trnitá; většinou se vyšší účinnosti světelného zdroje podařilo dosáhnout jen na úkor vyšší složitosti, vyšší ceny a komplikovaného připojení k síti. Také se na výrobu moderních světelných zdrojů zpravidla spotřebovává více „výrobní energie" a tak není vždy zcela zřejmé, zda jsou nové výrobky skutečně z hlediska spotřeby neobnovitelných zdrojů energie přínosem.

Jisté je, že se při využití přírodních zákonů pro konstrukci světelných zdrojů prosadily dva základní směry: teplotní zdroje (žárovky, halogenové žárovky) a výbojové zdroje, kde je ke generaci světla využíváno výbojů v plynech, tedy průchodu elektrického proudu přes plyn se současnou ionizací a vyzařováním excitovaných atomů (něco podobného je i blesk v přírodě). Tento směr je často kombinován s luminiscencí, přeměnou UV záření do viditelné oblasti.

Dosud nevýznamné jsou některé aplikace svítících diod, panelů s kapacitní luminiscencí a chemické světlo (v podstatě hoření). Na okraji zájmu je pro nízký výkon dosud bioluminiscence (světlušky, některé ryby apod.). Žárovky. O teplotních zdrojích - žárovkách již bylo napsáno mnoho. Zopakujme si pouze, že přivedená elektrická energie nažhaví vlákno z teplotně odolného a elektricky vodivého materiálu (dnes převážně wolframu) do teplot blízko 2500 "C. Takto rozžhavené vlákno pak vydává záření orůzných vlnových délkách, mezi jiným i viditelné, světelné. Bohužel je ale převážná část záření soustředěna do infra oblasti, kde ho oko člověka nevidí. Výsledkem je nízká světelná účinnost a asi 95% přeměna přivedené energie do tepla.

Halogenové žárovky

O něco lepší je situace u halogenových žárovek. Jejich hlavní doménou je sice osvětlení automobilů, ale v poslední době se prosazují více i    do osvětlování interiérů. Halogenové žárovky využívají zpětné difuze W ze stěn na vlákno; to umožnilo zvýšit teplotu vlákna a tím zvýšit i účinnost vyzařování energie do viditelné oblasti. Tak lze dosáhnout až zdvojnásobení světelné účinnosti oproti běžným žárovkám. Přesto zůstává i u nich cca
90 % tepelných ztrát.

Zářivky

Bouřlivý vývoj směrem k úsporám energie lze pozorovat u nízkotlakých výbojových zdrojů světla - zářivek. U standardních lineárních zářivek se postupně zlepšuje měrný výkon, což bylo dosaženo řadou konstrukčních zlepšení. Především byly použity zdokonalené luminofory a jejich směsi; v tomto směru bylo mnoho zkušeností převzato od luminoforů pro barevné obrazovky. Také vlastní výbojová část doznala zvýšení účinnosti díky snížení průměrů výbojové trubice. Napájení zářivek přechází stále častěji na elektronický provoz s napájením nadzvukovou frekvencí, což je také pro účinnost výhodnější.

V poslední době jsou používány speciální technologie nanášení vrstev luminoforu a zlepšené katody pro dosažení dlouhého života zářivek. Nejnověji vyvinuté zářivky s průměrem trubice 17 mm, zkrácenou délkou a elektronickým provozem dosahují měrného výkonu nad 100 lm/W (ztráty do tepla „pouze 70 %").

Kompaktní zářivky

Zvláštní odrůdou zářivek jsou tzv. kompaktní zářivky a tzv. elektronické kompaktní zářivky. Jejich vývoj byl umožněn objevem nových, alu-minátových luminoforů, které jsou mimořádně odolné vůči stárnutí vlivem UV radiace. Následně bylo možné vrstvu luminoforu více zatížit a to umožnilo konstrukci malých zářivek s rovnoběžnými tenkými trubičkami; nejprve 2, později 4 a dále 6 až 8 výbojových trubiček vedle sebe. Zmenšená zářivka, doplněná miniaturizovaným elektronickým předřadníkem a šroubovou paticí se svými rozměry už začíná přibližovat standardním žárovkám., přitom je vysoce převyšuje účinností a životem. Kompaktní zářivky jsou natolik zajímavé z hlediska úspor energie, že se k nim vrátíme v některém z příštích článků.
---

Moderní světelné zdroje a jejich energetická účinnost

Kompaktní zářivky

Zvláštní odrůdou zářivek jsou tzv. kompaktní zářivky a tzv. elektronické kompaktní zářivky. Jejich vývoj byl umožnén objevem nových, aluminátových luminoforů, které jsou mimořádné odolné vůči stárnutí vlivem UV radiace. Následné bylo možné vrstvu lumino-foru více zatížit a to umožnilo konstrukci malých zářivek s rovnoběžnými tenkými trubičkami; nejprve 2, později 4 a dále 6 až 8 výbojových trubiček vedle sebe. Zmenšená zářivka, doplnéná miniaturizovaným elektronickým předřadníkem a šroubovou paticí se svými rozméry už začíná přibližovat standardním žárovkám., přitom je vysoce převyšuje účinností a životem. Kompaktní zářivky jsou natolik zajímavé z hlediska úspor energie, že se k nim vrátíme v některém z příštích článků.

Další vývoj

V oboru nízkotlakých zdrojů svétla se vedou intenzivní vývojové práce na nových bezelektrodových typech s indukčním buzením. Dosažené výsledky jsou pozoruhodné: nová zářivka OSRAM ENDURA má nejen vysokou účinnost ( 80 lm/W ), ale zároveň ohromnou životnost ( 60 až 100 tisíc hodin ). To je z ekologického hlediska velmi zajímavé, protože takový zdroj může sloužit desetiletí a není třeba se obávat jeho likvidace po skončení života.

Vysokotlaké výbojové zdroje

Vysokotlaké výbojové zdroje se vyvinuly ve třech hlavních směrech: vysokotlaké rtuťové výbojky, vysokotlaké halogenidové výbojky a vysokotlaké sodíkové výbojky. Vysokotlaké rtuťové výbojky využívají světla obloukového rtuťového výboje, který je jen málo doplněn transformací blízkého UV záření na červené světlo luminoforem. Tím se zároveň koriguje namodralé světlo, vytvářené výbojovou trubicí - tzv. hořákem. Účinnost těchto výbojek je snižována zejména tepelnými ztrátami. Výsledná 18 % přeměna elektrické energie do světla je relativně nízká a proto byly hledány zejména pro osvětlování venkovních komunikací efektivnější náhrady.

Vývoj směřoval nejprve ke korekci a doplnění světla vlastního rtuťového výboje, což se podařilo přidáním halogenidů vzácných zemin do výboje. Tím vznikly halo-genidové výbojky, které vykazovaly značný vzestup měrného výkonu (od 60 lm/W u rtuťových výbojek na 75 až 100 lm/W). Bohužel však nebylo možné udržet vysokou životnost těchto zdrojů a to je odsoudilo do role speciálního osvětlování. Dnes jsou běžně užívány pro osvětlování stadionů, nádraží, venkovních i vnitřních skladů apod.

Sodíkové výbojky

Zlepšení účinnosti i životnosti při venkovním osvětlování bylo dosaženo zavedením vysokotlakých sodíkových výbojek. Díky speciálnímu materiálu, syntetickému korundu, bylo možno naplnit hořák sodíkem o vysoké teplotě a tlaku a tak získat rozšíření sodíkových monochromatických čar tak, aby i barevné podání bylo uspokojivé. Přitom bylo dosaženo vysoké účinnosti výboje (29,5 %) a měrného výkonu až 130 lm/W. Zároveň je vykazován uspokojivý život v rozměrech dosetitisíců hodin. Sodíkové výbojky se rychle rozšířily do běžného venkovního osvětlení ulic a náměstí a tak asi 40 % snížení příkonu městských osvětlovacích soustav.

Kompaktní zářivky se staly symbolem úspor energie při osvětlování. Reklama mluví o 80% úspoře elektrické energie, takže 20 W kompaktní zářivka má nahradit 100 W žárovku. Při konkrétní náhradě této 100wattové žárovky ve svítidle, visícím nad stolem, kompaktní zářivkou 20 W, však pozorujeme snížení osvětlenosti na stole. Proč?

Co do velikosti světelných toků jsou skutečně oba zdroje srovnatelné. Problém je v rozložení svítivosti kompaktní zářivky ve srovnání se žárovkou. Zatímco žárovky svítí v osovém směru (při visící žárovce dolů) zpravidla nejvíce, jsou některé kompaktní zářivky charakteristické mnohem větším svícením do stran (do vodorovného směru), osová svítivost je minimální. To způsobí snížení osvětlenosti pod svítidlem. Jen některé kompaktní zářivky (např. tvaru 3U) mají osovou svítivost výhodnější.
---

Moderní světelné zdroje a jejich energetická účinnost

viď obr. Energetická bilance typických světelných zdrojů

Ing. Leoš Friml

Seriál: Úspory paliv, energie a vody, článek z r. 1999 

zdroj: Alternativní energie

Líbil se vám článek?

ano: 337     ne: 348

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb