fond

Проект 44.

Производство светодиодных ламп и светильников  на базе мощных осветительных диодов  с КПД 90%.

Велицко В.В., Краснов А.Г.

Снижение энергопотребления для нужд освещения является глобальным трендом поддерживаемой государственной политикой вывода из оборота ламп накаливания, также осуществляемой ведущими государствами мира. По прогнозам компании Strategies Unlimited, объем рынка светодиодов для общего освещения в 2013 г. составит порядка 2 млрд. долл., что на уровне конечной светотехнической продукции составит порядка 4-5 млрд. долл. Динамика роста рынка светодиодного освещения прогнозируется порядка 20-25% в год.

Основной путь, обеспечивающий реализацию данной политики в долгосрочной перспективе – перевод существующих систем на светодиодное освещение, которое потенциально способно обеспечить КПД преобразования электрической энергии в световую с КПД 90% и выше. Перевод систем освещения реализуется по двум направлениям:

- замена существующих электрических ламп в существующих светильниках на светодиодные лампы;

- замена светильников с лампами накаливания и/или газоразрядными лампами на светодиодные светильники.

На сегодняшний день, высокая стоимость светодиодного чипа – общий фактор сдерживания, как для направления производства светодиодных ламп, так и для направления производства светодиодных светильников. Помимо высокой стоимости чипа светодиода, существует ещу ряд факторов сдерживания для снижения издержек производства как светодиодных ламп, так и светодиодных светильников:

1. Светодиоды имеет диаграмму направленности в виде достаточно узкого телесного угла. Это, в свою очередь, приводит к дискомфорту восприятия человеком освещения светодиодными источниками света, выражающийся в неравномерности освещения и/или узкой его направленности и повышенной яркости источника света. Устранение указанных проявлений существующими способами значительно удорожает конечный продукт и снижает его экономическую эффективность.

2. КПД чипа светодиода имеет тенденцию к снижению по мере увеличения площади этого чипа. В итоге, КПД мощного светодиода может быть 60% и ниже, т.е. ниже, чем у газоразрядной ламы. Наиболее сильное влияние данный фактор оказывает в сегменте осветительных ламп эквивалентных газоразрядным лампам мощностью от 200 Вт и выше.

Авторами проекта найден комплекс технических решений в областях дизайна чипа светодиода, конструкции светодиодной лампы и светодиодного светильника, которые позволяют в значительной степени снизить негативное влияние вышеуказанных факторов сдерживания, в частности:

- исполнение мощных чипов светодиода в форме полос, ширина которых равна ширине маломощного чипа, что обеспечивает КПД мощного светодиода близкий к уровню КПД (может достигать до 95%) маломощного светодиода;

- жидкостное охлаждение чипов внутри корпуса светодиода, которое позволяет эффективно отвести тепло от чипа расположенного в объеме корпуса без необходимости размещать чип на специальном теплоотводе.

- размещение двух и более чипов в одном корпусе чипов в различных плоскостях.

- исполнение светодиодов в форм-факторе электролампы.

- конструктивное исполнение рассеивателя лампы, обеспечивающего полностью равномерный поток света без характерной для светодиодных ламп «точеной матрицы».

- исключение необходимости комплектовать лампу радиатором и блоком питания.

Приоритет по найденным ключевым решениям, в т.ч. и вышеупомянутым, имеет патентную защиту. Эти решения позволяют:

- создать чип мощного светодиода с КПД порядка 90%.

- снизить себестоимость производства мощного чипа за счет исключения необходимости выполнения дорогостоящих и сложных технологических операций необходимых при создании мощных чипов (например, такие как отсечение структур GaN от сапфировой подложки);

- создать диаграмму направленности светодиодной лампы аналогичную диаграмме направленности заменяемой электрической лампы;

- решить задачи по обеспечению тепловых режимов мощных светодиодов установленных в корпусе светодиодной лампы и/или светодиодного светильника;

- снизить себестоимость производства светодиодной лампы и светодиодного светильника за счет:

- за счет исключения ряда комплектующих и материалов;

- исключения ряд технологических операций, которые дублируются и/или стали неактуальными в результате счет объединения технологических процессов производство светодиода, светодиодной лампы и светодиодного светильника.

- снизить стартовые затраты на организацию производства за счет исключения ряда единиц технологического оборудования, задействованного в типовых технологических процессах производства светодиодов, светодиодных ламп и светильников.

Совокупный ожидаемый эффект по снижению себестоимости создании светодиодных ламп и светильников – 2-3 раза.

Объем инвестиций необходимый для организации пилотного производства – 10 млн. долл. США.

Срок организации производства с начала финансирования – 30 мес.

Ожидаемая окупаемость проекта – до 4-х лет (с момента начала финансирования и закупки оборудования).