Создание светодиодных светильников: от замысла до серийного продукта
(180 votes, average: 4,88 out of 5)
Загрузка...Говоря про создание светодиодных светильников, стоит понимать, что на протяжении многих десятилетий осветительные приборы выпускались отдельно, а источники света к ним — отдельно. Иногда лампа могла идти в комплекте со светильником, но это не было обязательным, скорее такая комплектация делалась для удобства покупателей. Выпуском светильников занимались компании, имевшие высокий уровень компетенции в дизайне, оптике, металлообработке, керамике и т. п. областях. Электронная «начинка» светильника сводилась к патрону, кабелю, выключателю и розетке. В случае с люминесцентными или другими газоразрядными лампами добавлялась аппаратура ПРА, которая приходила к производителю светильника в виде готового блока. Очень редко когда в светильнике был диммер, в основном он являлся внешним устройством.
Опубликовано в журнале Lumen&ExpertUnion №2 2014
Марина Крушинина, info@atomsvet.ru ООО «АТОМСВЕТ»
Сегодня в светотехнике происходят революционные преобразования — на смену традиционным источникам света приходят светодиоды. И, конечно, появление технических новинок рождает в нас почти детское любопытство: а как все это создается? Совершенно очевидно, что светильники на светодиодах производятся как-то иначе, чем обычные осветительные приборы, но как именно? Как же происходит создание светодиодных светильников? Ответ на эти и многие другие вопросы вы найдете в статье.
Создание светодиодных светильников
Внедрение светодиодов все изменило. Во-первых, срок службы источника света стал сопоставим (а в ряде случаев и превышает) со сроком службы других элементов осветительного прибора. Это обусловило то, что светодиоды, как правило, делаются несменными (либо предусмотрена возможность замены блока со светодиодами, но в качестве ремонта, а не в качестве регулярной процедуры по обслуживанию). Во-вторых, параметры светильника, тот же срок службы, например, зависят теперь не только и не столько от источника света, сколько от других электронных компонентов. В-третьих, светодиоды позволяют реализовать гораздо больше функций, уже хотя бы поэтому светодиодные светильники имеют более сложную конструкцию по сравнению с их «коллегами» на традиционных источниках света.
Идея и дизайн
Бывает, что светильники изготавливаются под заказ. Тогда заказчик идет с техническим заданием к производителю, и тот для него изготавливает нужные светильники. Но изготовление под заказ уникальных светильников стоит очень дорого, его практикуют только для крупных проектов, а в России он пока практически не используется.
Создание светодиодных светильников
Поэтому производитель для начала разрабатывает линейку моделей, которые, по его предположению, будут востребованы на рынке. Чему, как правило, предшествует исследование рынка и нужд потенциального круга клиентов. Но бывает и так, что дизайнеры или конструкторы изобретают нечто, что вообще отсутствует на рынке, и руководство компании верит, что эта новинка непременно будет иметь успех. Естественно, для таких прорывов нужно иметь высококвалифицированных, и, самое главное, креативных специалистов. Но есть и другой путь — устанавливать контакты с «нераскрученными» дизайнерами, у которых есть интересные идеи. Они готовы продать их за вполне умеренные суммы, а уж ваши инженеры доведут идею до реального проекта. Наконец, самый дорогой способ, который, тем не менее, гарантирует успех в большинстве случаев — обратиться к услугам какого-нибудь именитого дизайнерского ателье.
Конечно, есть производители светильников, которые не заморачиваются на дизайне, а просто берут один из общеупотребительных вариантов (как, например, повсеместно распространенные однотипные светильники для потолков «армстронг») или вообще покупают готовые корпуса. Если перед производителем стоит задача создание светодиодных светильников по максимально низкой цене, то такой подход является оправданным. К сожалению, в России производителей светодиодных светильников на использование типовых корпусов, зачастую изначально разработанных для люминесцентных ламп, толкает не только жажда наживы или непонимание законов рынка, но и объективные причины. Условия тендеров и отсутствие внятной стратегии поддержки со стороны государства заставляют производителей выпускать максимально дешевые модели с низкими техническими характеристиками. Надеемся, что взятый сейчас в государстве курс на поддержку отечественных производителей позволит улучшить ситуацию на рынке светодиодных светильников.
Создание светодиодных светильников
С точки зрения стратегии минимизация цены любыми средствами — это путь «в никуда». Как показывает практика, всегда найдется производитель, который сделает дешевле, пусть даже в краткосрочной перспективе себе в убыток. Светильник в безликом типовом корпусе легко подделать, нанеся ущерб вашей репутации. Вот почему ведущие мировые производители светотехнического оборудования всегда используют индивидуальный дизайн своих светильников. При этом светильники с оригинальным дизайном, если они правильно разработаны, без проблем можно устанавливать в стандартные подвесные потолки или в другие строительные конструкции, точно так же, как и продукцию с «типовым» внешним видом. Из российских производителей светильников индивидуальный дизайн имеет, например, продукция компании «АтомСвет». Даже светильники, предназначенные для использования в заводских цехах, у «АтомСвета» имеют оригинальный дизайн. Впрочем, некоторые дизайнерские решения в светодиодных светильниках направлены на вполне утилитарные функции — повышение технических характеристик. Например, закругленные формы корпуса не позволяют задерживаться грязи, что важно для использования в промышленных цехах со сложными условиями.
На основании общей концепции пишется техническое задание на проектирование светильника, определяется максимальная стоимость комплектующих и операций по производству, для достижения планируемых сроков окупаемости светильника.
Инженеры, проектирующие светильник, должны иметь светотехническое или смежное со светотехникой образование. Также желательно привлечение в коллектив проектировщиков, специалистов по теплотехнике и работе с металлами. В том случае, если светильник предназначен для специальных применений, могут потребоваться консультации специалистов по химии и механике.
Светотехнический расчет
На этом этапе осуществляются подбор оптической системы для получения нужной кривой силы света (КСС), а также выбор светодиодов. Не следует думать, что оптическая система — это непременно какие-то линзы и отражатели. Стекло, которое закрывает светодиоды — это тоже часть оптической системы, которая оказывает свое влияние на КСС. Рассеиватель — это тоже оптическая система. И здесь мелочей не может быть.
Оптическая система, встроенная в светодиоды, называется первичной оптикой. Остальные элементы оптической системы, расположенные вне светодиода, называются вторичной оптикой. В ряде случаев первичная оптика уже дает необходимую КСС, но, как правило, в светильниках, предназначенных для помещений с высокими потолками, а также в прожекторах, вторичная оптика является обязательной, так как требуется обеспечить небольшой (порядка 15…30 градусов) угол распределения света.
От выбора оптической системы во многом зависит то, насколько будет устойчив светильник к агрессивной среде. Например, для светильников, устанавливаемых в заводских цехах с высокой концентрацией агрессивных веществ, можно порекомендовать светильники с оптической системой на основе поликарбоната Macrolon LED производства немецкой фирмы Bayer. Именно такой поликарбонат использует в оптической системе своих светильников, например, российская компания «АтомСвет».
Создание светодиодных светильников
Выбор светодиодов является важным моментом в проектировании светильников. В массовом сознании потребителя сложилось представление о том, что, если в светильнике установлены светодиоды Cree, то это автоматически гарантирует качество. Конечно, Cree — одна из ведущих компаний, производящих светодиоды. Но, к сожалению, если посмотреть на объемы светильников якобы со светодиодами Cree, предлагаемыми на рынке, то обнаружится, что эта компания столько светодиодов для них просто не выпускает. То есть или используются какие-то выбракованные светодиоды, пусть и именитого производителя, или просто под «раскрученный бренд» на самом деле ставят что-то другое. Японская компания Nichia также является одним из ведущих мировых производителей светодиодов. Мало того, именно в ее лабораториях были созданы первые светодиоды белого свечения.
Но одного «громкого» бренда недостаточно. Одни и те же производители выпускают светодиоды с разными наборами параметров, так называемыми бинами. Выбор нужных бинов из многообразия предлагаемых производителем светодиодов — настоящее искусство, и от того, насколько конструкторы им владеют, и зависит то, будет ли светильник радовать потребителя приятным белым цветом или же появятся какие-то неприятные глазу оттенки. От выбираемых бинов также зависит энергоэффективность светильника.
Следует отметить, что на заводы по производству светильников все чаще поступают не отдельные светодиоды, а готовые светодиодные матрицы. В них светодиоды уже подобраны по бинам для решения тех или иных задач.
Выбор электроники для светильника
Важнейший элемент светодиодного светильника — блок питания (драйвер). Как показывает практика эксплуатации светодиодных светильников, блок питания обычно выходит из строя быстрее, чем светодиоды. И если в бытовых светильниках это обстоятельство приводит к необходимости нести устройство в ремонтную мастерскую, то при установке светильника на производстве придётся останавливать конвейер, демонтировать прибор, вместо него ставить новый. За время простоя образуется значительная упущенная прибыль. Вот почему электронные компоненты, используемые в блоках питания и других узлах светильника, должны иметь надежность на уровне Industrial.
Создание светодиодных светильников
Среди специалистов не утихает спор, что лучше — разработанный специально для данного светильника блок питания, выпущенный на том же заводе, что и светильник, или же готовый модуль, производимый компанией, являющейся признанным лидером в изготовлении драйверов. На самом деле, оба варианта имеют свои преимущества. В первом случае можно более точно подстроить блок питания под параметры светильника. Во втором случае мы имеем отработанную технологию. Более важным является то, чтобы производитель светильника не экономил на блоке питания. Соблазн такой есть — разглядывая светильник, мы видим только то, как работают светодиоды, а в работе блока питания может разобраться только специалист, многие покупатели на этот узел просто не обращают внимание.
Помимо блока питания, в светильник иногда устанавливаются и другие электронные узлы: диммеры, модули беспроводной связи и т. п. Как правило, эти узлы устанавливаются опционально, согласно пожеланиям заказчика.
Температурный расчет светодиодного светильника
Ведущие производители светодиодных светильников уделяют этому этапу проектирования большое внимание. Однако не редки случаи, когда недобросовестные производители делают упрощенный тепловой расчет. Или же и вовсе — пренебрегают им.
На этом этапе определяется, в каком температурном режиме должны работать светодиоды и другая электроника, установленная в корпусе. Исходя из значения выделяемой тепловой энергии, определяются тепловое сопротивление корпуса и требования к теплоотводу.
В случае перегрева снижается срок службы светодиодов и других электронных компонентов. То есть, если температурный расчет не делался, или был сделан неправильно, светодиодный светильник, при более высокой стоимости, чем у светильников с традиционными источниками света, не даст никаких преимуществ в энергопотреблении и сроке службы по сравнению с ними.
Проектирование корпуса
Исходя из замысла дизайнера, параметров оптической системы и электронных блоков, а также требований, полученных в результате температурного расчета, разрабатывается конструкция корпуса.
В зависимости от требований выбирается материал, из которого будет сделан светильник (пластмасса, металл) и технология изготовления (сборка из листов, литье, экструзия). Самая сложная и дорогостоящая процедура на этом этапе — разработка и изготовление формы для литья или экструзии. Требуется потратить несколько сотен тысяч, а то и миллионов рублей, а также привлечь для выполнения заказа высококлассных рабочих. Обычно изготовлением форм по документации заказчика занимаются специализированные фирмы. Нередко на этом этапе приходится обращаться в зарубежные компании, так как со своими специалистами по изготовлению форм у нас в стране большая проблема.
До изготовления формы должна быть отлажена электроника и сделаны необходимые технико-экономические расчеты. Потом переделывать форму будет очень дорого.
После изготовления корпуса и установки туда начинки мы получаем опытный образец. Желательно провести испытания его в различных условиях и потом внести необходимые коррективы. Причем даже если вы идеально спроектировали и собрали светильник, некоторые моменты можно будет подкорректировать только по итогам испытаний. Например, определение оптимального для того или иного вида растений спектра светильника для теплиц.
Создание светодиодных светильников. Сборка
В сборочный цех элементы светильника поступают в виде готовых блоков. Сборка их не представляет большой проблемы, в ряде случаев удается обойтись даже без пайки. Естественно, сборочный цех должен быть оборудован по всем нормам, должны быть приняты меры по защите от статического электричества.
Обычно последовательность следующая. Сначала светодиодный модуль прикрепляется к оптике. Затем эта сборка закрепляется на теплоотводе с применением термопасты. После устанавливается блок питания и (при необходимости) управляющая электроника. Корпус закрывается и завинчивается, светильник отправляется на выходной контроль и упаковку.
К квалификации сотрудников, непосредственно занятых на сборке светильников, больших требований не предъявляется. Достаточно, чтобы они имели среднее образование, хотели работать, обладали аккуратностью и усидчивостью. Всему остальному их можно обучить непосредственно на производстве. А вот сотрудники отдела технического контроля – это специалисты с высшим техническим образованием, максимально приближенным к профилю производства.
Самым важным моментом является контроль качества. Задумывались ли вы над тем, как странам Юго-Восточной Азии, в некоторых из которых индустриализация произошла лишь в конце XX века, удается производить продукцию вполне на уровне развитых европейских стран? Секрет в формализованных процедурах управления качеством, описывающих комплекс мероприятий, а также порядок контроля продукции. Эти процедуры определяются международным стандартом ISO 9001:2008 . Если предприятие прошло сертификацию по данному стандарту, то, с большой долей уверенности, можно утверждать, что оно выпускает качественную продукцию, где бы оно не находилось. Хоть в Таиланде, хоть на Филиппинах. А в стране, первой в мире запустившей человека в космос, качество и подавно будет высоким.
«Уже сейчас понятно, что альтернативы светодиодам нет, а через лет 10 мало кто вспомнит о люминесцентных лампах, включая КЛЛ, не говоря уже о лампах накаливания. Спрос на качественную светодиодную продукцию постепенно растет, особенно у промышленных предприятий, крупных компаний и государственных организаций. Они начинают понимать, что приобретать источники света и светильники на светодиодах надо у российских или известных мировых производителей. Проблема пока только в относительно высоких ценах такой продукции в сравнении с китайской. Но и российский рынок начинает предъявлять все более жесткие требования и к производителям, и к поставщикам комплектующих, и к конечной продукции».
Похожие Записи
-
Новая версия CREE J SERIES™ 2835 High Efficacy — 211 лм/Вт в режиме 0,1 Вт
-
Елена Филатова, «АтомСвет Энергосервис»: рынок приспособился к кризисным явлениям
-
« Артем Когданин: «В компании Ledel собраны фанаты своего дела!» Сочи–2014. Птица цвета ультрамарин »
