Журнал «Электротехнический рынок» №5-6 (65-66) сентябрь-декабрь 2015 г.

Профессор Эбберхард Ваффеншмидт из Кельнского университета
прикладных исследований совместно с Philips
Research создали систему электроснабжения, питающую
54 светодиодных ламп мощностью 37 Вт каждая от
солнечной батареи, а при отсутствии в достаточном количестве
солнечного света — брать электроэнергию из
распределительной сети [1]. Система работала на постоянном
токе 380 В.
Испытания показали, что снижение энергопотребления
по сравнению с аналогичной системой энергоснабжения
составило всего 2,24%. По мнению автора данной
статьи, столь скромный результат был достигнут во многом
потому, что использовались лампы для переменного
тока, драйвера которых были доработаны для питания
от постоянного тока, а не лампы, изначально спроектированные
под постоянный ток. Но даже у такой системы
есть как минимум два преимущества. Во-первых,
это очередная возможность сделать себе PR компании,
заботящейся об экологии, так как мысль о том, что использование
постоянного тока в электрических сетях
позволяет экономить энергию, уже проникла в умы продвинутых
экологических активистов [2]. Во-вторых, при
питании постоянным током значительно упрощается
конструкция как питающей подстанции, так и светодиодных
светильников.
Упрощение конструкции
оборудования
Постоянный ток, поступающий от солнечных батарей и
аккумуляторов, должен быть приведен к напряжению
нужной величины (этим занимаются так называемые DC
— DC преобразователи), а затем преобразован в переменный.
Преобразование в переменный ток выполняется,
так называемыми, инверторами. В отличие от бытовых
инверторов (например, в индивидуальных ИБП для настольных
компьютеров), дающих лишь приближение к синусоидальному
напряжению, профессиональные модели,
обслуживающие целое здание или даже комплекс строений,
должны давать «чистую» синусоиду, иначе возникнут
проблемы с электромагнитной совместимостью оборудования
и много других проблем. Соответственно, профессиональные
инверторы — дорогостоящие агрегаты,
исключение которых из схемы энергоснабжения при использовании
постоянного тока позволит снизить общую
стоимость системы, а заодно и повысить энергоэффективность
за счет удаления как минимум одной ступени
преобразования. Например, профессиональный инвертор,
способный длительное время выдерживать нагрузку
до 12 кВт стоит порядка 100 000 руб. (здесь и далее цены
приводятся по состоянию на сентябрь 2015 г.) На самом
деле, при переходе на постоянный ток удаляется и другая
ступень преобразования, а, именно, выпрямитель в светодиодном
светильнике.
В том случае, если светодиодный светильник работает в
помещении, где постоянно находятся люди, тем более,
где они выполняют работу, требующую сколь-нибудь значительного
зрительного напряжения, надо не только выпрямить
переменный ток, но и сгладить пульсации. Для
этого используются электролитические конденсаторы
большой емкости — дорогостоящие и при этом весьма
капризные устройства. Как правило, основной причиной
выхода из строя светильников является преждевременный
отказ драйвера, который происходит, когда светодиоды
еще не полностью выработали свой ресурс.
Зачастую этот отказ связан со сглаживающими конденсаторами.
Причем электролитические конденсаторы имеют
неприятную особенность деградировать от времени,
даже если светильник не работает, а лежит на складе.
Встраиваемый светодиодный светильник для потолков
типа «Армстронг» можно в среднем купить по цене от
1200 руб. (совсем дешевые низкокачественные модели
рассматривать не будем) Причем в модели за 1200 руб.
вполне могут использоваться «фирменные» светодиоды,
такие же, как и в более дорогих моделях. Разница
между дешевыми и дорогими светильниками заключается
главным образом в уровне пульсации и надежности
драйвера. При питании от постоянного тока конструкция
драйвера становится более простой и надежной, в ней
не присутствуют сглаживающие конденсаторы. Поэтому
светильник за 1200 руб. будет работать практически так
же хорошо, как и за 2200 руб. (столько стоит светильник с
надежным драйвером без пульсации от известного российского
бренда) Мало того, за счет уменьшения числа
деталей вполне реально дополнительно снизить цену на
качественный светильник.
В итоге, переход на постоянный ток позволит снизить цены
на светодиодные светильники примерно в 2 раза и добиться
срока службы всего светильника, равного сроку службы
установленных в нем светодиодов, то есть 50 000 ч. Весьма
значительный выигрыш!
Технология PoE
Тем не менее, прокладывать отдельную проводку
для питания светодиодных светильников выгодно лишь
тогда, когда здание строится заново, либо в нем проводится
капитальный ремонт. Избежать необходимости
прокладывать отдельную проводку можно, используя
технологию питания через Ethernet (англ. Power over
Ethernet, сокращенно PoE).
По кабелям локальных компьютерных сетей Ethernet
передается не только цифровая информация, но и электропитание
для сетевых устройств. Напряжение питания
48 В постоянного тока. В сетях Ethernet Cat5 и выше используется
стандарт PoE plus (IEEE 802.3at-2009), допускающий
подключать к сети нагрузку мощностью до
25,5 Вт на одно устройство. На самом деле, по кабелю
Ethernet физически можно передавать питание с мощностью
до 60 Вт, но так как это не соответствует нормам
IEEE 802.3at-2009, возможны проблемы с совместимостью.
Технологию PoE можно использовать для питания светодиодных
светильников постоянным током в офисных
зданиях. Главная проблема заключается в том, что для
типичного офисного светильника, устанавливаемого в
потолки типа «Армстронг», световой поток должен быть
не менее 3000 лм, значит, чтобы светильник без проблем
подключался к стандартной компьютерной сети, его
полная светоотдача должна быть не менее 120 лм/Вт.
Пока столь высокая светоотдача всего устройства возможна
лишь для дорогих светильников, ценой более
3000 руб. Поэтому выигрыш можно получить лишь в «умных»
системах управления освещением, когда к каждому
светильнику и так подходят провода компьютерной сети
и не нужно тратиться на прокладку кабелей электропитания.
Именно такой принцип реализован в светильнике
компании Philips «Световые решения» с питанием по технологии
PoE, представленном в 2014 году.
20
«ЭР» №5-6 (65-66) — 2015