Высокоэкономичные и экологически чистые источники общего освещения

Высокоэкономичные и экологически чистые источники общего освещения

Краткое предложение по проведению опытно-конструкторской работы (ОКР), направленной на создание источников света для бытовых нужд, промышленного и офисного освещения, уличного освещения и для использования на транспорте (железнодорожный, автомобильный. авиационный)

Введение

Одной из основных задач современности является разработка и широкое применение энергосберегающих, дешёвых в эксплуатации и при производстве, долговечных и экологических источников света. К данному моменту разработано большое количество различных источников света. Но основной вопрос – создание источника света общего назначения (пригодного для промышленного, офисного и бытового освещения.) пока не разрешен. Наиболее часто используемые в промышленных помещениях и в офисах лампы “дневного света” и приобретающие популярность лампы на светодиодах имеют ряд особенностей, неблагоприятно влияющих на зрение и общее самочувствие человека.

В настоящее время происходит активная замена ламп накаливания на энергосберегающие лампы. Лампы накаливания имеют много плюсов (привычный для глаз спектр излучения, дешевизну производства, небольшие размеры, простоту в эксплуатации), но и большой недостаток, а именно, очень малый коэффициент полезного действия и небольшой срок службы. Энергосберегающие и люминесцентные лампы имеют высокую эффективность и продолжительный срок службы. Однако и они имеют существенные недостатки: содержат пары ртути, спектр излучения линейчатый, при включении мигают, а на полную яркость выходят за несколько минут. Для производства светодиодных источников света требуется применение весьма высоких и дорогих технологий, в том числе сверхчистых материалов, иногда крайне ядовитых, таких как мышьяк. Ряд материалов для полупроводниковых технологий имеют ограниченное распространение в природе, например, индий. Кроме того светодиодные источники, широко обсуждаемые как перспективные, очень дороги в производстве.

Источники света, которые должны будут выпускаться в недалеком будущем должны

·  иметь высокую световую эффективность,

·  большой срок службы;

·  быть дешёвыми в производстве;

·  использовать доступные материалы и комплектующие;

·  быть максимально экологическими как в производстве и эксплуатации, так и при их утилизации, что предполагает отсутствие в конструкции и при производстве вредных веществ.

Цель данного предложения – создание источников света общего назначения, основанных на катодолюминесценции под действием электронов эмитируемых автокатодом из нано-структурированного углеродного материала и обладающих указанными достоинствами.

Техническое описание и сравнительные характеристики.

Принцип действия катодолюминесцентных источников света с автокатодами

Работа источников света на основе нано-структурированных углеродных материалов основана на явлении автоэлектронной эмиссии. Она заключается в вытягивании электронов из катода под воздействием электрического поля без затрат энергии (рис 1). Электроны, вылетевшие из катода под действием поля модулятора, ускоряются электрическим полем анода и, ударившись в него, возбуждают световые кванты в слое люминофора, которые дают привычный для человека свет (рис. 2). Слой алюминия, показанный на рис. 2, служит для увеличения яркости свечения, т. к. излучение от зерен люминофора распространяется на 360°, а слой алюминия служит зеркалом, отражающим свет во внешнюю часть лампы.

Рис. 1. Поверхностный потенциальный барьер на границе металл-вакуум в присутствии сильного электрического поля. Волнистой линией показан эффект туннелирования электронов сквозь барьер	Рис. 2. Принципиальная схема работы катодолюминесцентного источника света с автокатодом.

Конструкция катодолюминесцентных источников света

В состав источника света (рис. 3) входит автокатод (нано-структурированный углерод), модулятор (нержавеющая сталь), анод (алюминий, телевизионный люминофор), корпус (стекло, как правило, оконное). Новизна этих источников света в автокатоде и электронном прожекторе (рис. 5), который обеспечивает засветку люминесцентного экрана.

Рис. 3. Катодолюминесцентная лампа

Автоэлектронный катод   Рис. 5. Автоэлетронный прожектор

В наших лабораториях разработаны весьма устойчивые и надежные автокатоды из нано-структурированных углеродных материалов (рис. 6,7), которые при определенных режимах эксплуатации имеют практически неограниченный эмиссионный ресурс. Это обстоятельство в основном и определяет крайне высокую долговечность ламп с такими катодами. Аналогичных автокатодов, несмотря на конкуренцию многих организаций таких стран, как США, Великобритания, Южная Корея, Япония и Китай, пока нет нигде в мире.

		0,5 мм
Рис. 6. Автокатод из углеродных волокон	Рис. 6. Автокатод из терморасширенного графита

В технологии изготовления автокатода используются углеродные материалы, промышленно производимые в Российской Федерации. Среди множества углеродных материалов наиболее перспективны углеродные волокна и терморасширенный графит. Их исходное структурное строение наилучшим образом подходит для автокатодов источников света оп необходимой энергии электронов, необходимой для наиболее эффективного возбуждения катодолюминофор.

Для увеличения эмиссионного ресурса автокатода исходный материал подвергается дополнительной обработке, которая осуществляется в несколько этапов:

-  предварительная обработка исходного материала, как правило, температурная — она позволяет улучшить наноструктурированность исходного материала;

-  формовка эмиссионной поверхности автокатода потоками ионов или фотонов — способствует вскрытию и увеличению числа эмиссионных центров и формообразованию автокатода;

-  тренировка автокатода при термо-вакуумной обработке лампы на финишном этапе.

В результате такой обработки удается получить автокатоды с высокой стабильностью и долговечностью. Лампы можно производить по стандартной технологии электровакуумного производства без дополнительных усилий по улучшению вакуумных условий в лампе, т. е. можно использовать обычное электровакуумное оборудование, которое имеется в наличии в Российской Федерации.

По совокупности примененных решений катодолюминесцентные лампы с автокатодами имеют следующие достоинства:

·  высокая световая эффективность и яркость;

·  благоприятный для человека спектр излучения;

·  экологическая чистота – отсутствие вредных и ядовитых веществ;

·  мгновенная готовность к работе;

·  широкий диапазон рабочих температур (от –196 оС до +150 оС);

·  большая площадь светоизлучающей поверхности;

·  срок службы более 50 тысяч часов;

·  в производстве ламп используются простая технология и широко распространенные в природе и дешевые материалы.

Основное применение разработки — экономичное и экологическое общее освещение (белого цвета) и подсветка различных объектов светом любого спектрального состава (R - красный, G - зеленый, B - синий) в видимом диапазоне.

На сегодняшний день разработано несколько прототипов катодолюминесцентных источников света с большим сроком службы, часть из которых представлена на рис. 7. Для общего освещения можно использовать плоские катодолюминесцентные лампы (рис. 7,а), а также лампы, выполненные в виде традиционных люминесцентных (рис. 7,б). Заметим, что форма ламп может быть разнообразной. Кроме общего освещения катодолюминесцентные лампы можно использовать для цветной подсветки и видео экранов большого размера.

в   а   б	г   д
Рис. 7. Экспериментальные образцы источников света: а, б – лампы для освещения; в – лампы для светофоров и семафоров; г – лампы для подсветки и видео экранов; д – модуль видео экрана.

Сравнительные характеристики основных современных источников света

В большом спектре всевозможных источников света и выпускаемых в настоящее время промышленностью мы выбираем только те, которые могут быть использованы как лампы общего назначения. Ниже в таблице приведены сравнительные характеристики предлагаемого к производству катодолюминесцентного источника света и промышленно производимых источников света.

Основные параметры	Катодолюминес-центная лампа	Лампы накаливания	Люминесцентная лампа	Энергосберегающая лампа	Лампы на светодиодах
Тип лампы	безнакальная, вакуумная	накаливания	газоразрядная	газоразрядная	полупровод-никовая
Мощность лампы, Вт	25	100	40	20	7
Световой поток, лм	700-1500	1200	2800	1000	700
Эффективность, лм/Вт	30-60	12	70	50	100
Время включения, с	0,0005	0,1	1-3	1-3	0,0005
Чувствительность к перепадам напряжения	Средняя	Средняя	Высокая	Высокая	Высокая
Стабильность светового потока	Высокая	Средняя	Высокая	Высокая	Высокая
Устойчивость к внешней среде	Высокая -196 ÷ +150 ºС	Низкая	Средняя	Средняя	Высокая -40 ÷ +85 ºС
Срок службы, ч.	50 000	1 000	10 000	10 000	50 000
Средняя продажная цена при массовом производстве	2,2-5$ возможно до 0,5-1 $	0,2 $	3-4 $	2-3 $	10 $ (себестоимость)

Светодиодная лампа: 7 синих светодиодов под стеклянным колпаком с люминофором.

Производитель: Холдинг “ИНКОТЕКС” (www. incotex. ru).

Со слов президента Холдинга Соколова Юрия Борисовича себестоимость светодиодных ламп в ближайшие 2-3 года может быть снижена до 7 $.

Предлагаемый катодолюминесцентный источник света сопоставим по параметрам с наилучшими современными образцами, но превосходит их по рабочему температурному диапазону в 2-5 раз, самой низкой цене среди энергосберегающих ламп, использованию в производстве не дорогих, доступных, широко распространенных в природе и экологически чистых материалов и технологий. Спектр излучения катодолюминесцентной лампы зависит от состава люминофора. Для ламп общего назначения он может быть выбран наиболее приближенным с естественному солнечному свету.

Но есть ещё одно стратегическое преимущество: все материалы, технология и разработки – российские, т. е. независимы от внешних поставок. Кроме того, в стране имеются все предпосылки (разработки, производства) для организации массового изготовления таких ламп, которые могут обеспечить (за счет ноу-хау) не только российский рынок, но и мировой.

Приведенные на рис. 7 образцы ламп были разработаны для других программ и имеют соответствующие люминофоры и конструкцию. В настоящее время, к сожалению, не существует разработанных ламп общего назначения с автоэлектронным катодом ни у нас, ни за рубежом. Поэтому на первом этапе необходимо разрабатывать опытный образец такой лампы.

Инвестиции на опытный образец лампы с блоком питания – порядка 10 млн. руб.

Основные этапы:

Этап	Наименование работ	Цена млн. руб.
1.	Создание ламп (~ 200 шт.) в новой стеклооболочке с большой светоизлучающей поверхностью (для этого потребуется создание новой электронно-оптической системы – из указанной суммы ~ 2,5 -3 млн. руб.)	3-6
2.	Поиск или изготовление эффективного люминофора (до 60 - 90 лм/Вт) с нормальным для человека спектром излучения	1-5
3.	Разработка и изготовление миниатюрного блока питания лампы (несколько шт.) – проработать 2-а варианта: электронный источник мощности и пьезоэлектрический	2-4

Срок исполнения – 1 год.

Следующий шаг – доведение катодолюминесцентной лампы до промышленного производства и разработка специализированных образцов для уличного освещения, транспортных средств и устройств специального назначения на транспорте и в системах безопасности и повышение светоотдачи катодолюминесцентных источников света до 80-100 лм/вт

Срок исполнения 1-2 года в зависимости от поставленного объёма задач и объёма финансирования

Краткий анализ рынка источников света

В 2010 году одним из приоритетных направлений развития российской экономики на уровне руководства страны признано повышение энергоэффективности, в частности, повышение эффективности освещения. Потребление электроэнергии на освещение в России составляет существенную долю всей вырабатываемой электроэнергии и желаемого результата можно добиться за счет усовершенствования осветительных ламп.

В 2008 году общее потребление электроэнергии в мире, по данным источников, составило примерно 17 трлн. кВт*ч. При этом потребление электроэнергии в России за тот же год составило около 1 трлн. кВт*ч.. По итогам 26-й Сессии МКО в Пекине, Международная комиссия по освещению опубликовала заявление по сохранению энергии – «CIE Statement On Energy Conservation». В нем отмечается, что в настоящее время освещение потребляет около 19 % электроэнергии, потребляемой в мире. Кроме того, в одном из докладов сессии, посвященном анализу мировых затрат на освещение, было сказано, что этот показатель в будущем будет неуклонно расти. В промышленно неразвитых странах на освещение идет более половины произведенной энергии, в США и Европе — более 20%, а в России — 14% (правда, показатель нашей страны говорит совсем не о ее развитости, а об огромной энергоемкости ее промышленности). Причем если брать жилой сектор, то на освещение в развитых странах приходится более трети расходов электроэнергии в домохозяйствах, а в коммерческом секторе, включая транспорт и наружное освещение, — почти 50%.

Так же важно, что с ежегодным повышением цен на электроэнергию освещение поистине становится дорогим, а поиск энергоэффективных источников света актуальным.

Наиболее распространенным источником света в России на сегодняшний день является лампа накаливания, доля потребления которых составляет 75% всей потребляемой на освещение электроэнергии в России.

Лампы накаливания имеют много плюсов таких как привычный для глаз непрерывный спектр излучения, дешевизну производства, небольшие размеры, простоту в эксплуатации. Лампы накаливания имеют стандартные цоколи Е27 и Е14, широко используемые в приборах освещения. Главными недостатками этих ламп являются низкий коэффициент полезного действия (2-3%) и следовательно высокое потребление энергии, маленький срок службы (до 1000ч) и невысокий световой поток (720 лм для лампы мощностью 60Вт). Таким образом, эффективность ламп накаливания составляет 12 лм/Вт. Но несмотря на все недостатки, низкая цена (себестоимость ~10 руб., розничная цена для ламп мощностью 60 Вт составляет в Москве 7 – 70 руб., для ламп мощностью 150 – 200 Вт – выше ) все еще является ключевой в определении предпочтения потребителя, наряду с большим количеством приборов освещения предназначенных для использования ламп стандартного размера с цоколями Е27 и Е14. Рыночные тенденции в совершенствовании производства ламп накаливания обусловлены тем, что в этой области трудно придумать что-то новое. Тем не менее, все западные производители переходят на новую колбу А55 взамен А60 - она меньше по диаметру. Хотя это не дает непосредственно потребителю ничего, зато компаниям это дает снижение логистических расходов, так как новые лампы занимают меньше места при транспортировке. Розничная цена в результате идет вниз, и потребитель доволен.

Галогенные и металлогалогенные (металлогалоидные) лампы. Галогенные лампы — лампа накаливания, в баллон которой добавлен буферный газ: пары галогенов (брома или йода). Это повышает время жизни лампы до 2000—4000 часов. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт. Наряду с парами галогенов в ряд моделей добавляют пары металлов – это металлогалогенные (металлогалоидные) лампы. Металлогалогенные лампы обладают значительно более высокой светоотдачей (чем обычные галогенные лампы),. сегодня это лампы с общим диапазоном световой отдачи от 54 до 73 лм/Вт. Галогенные и металлогалогенные лампы обладают высокой яркостью и в зависимости от мощности их цены могут варьировать в широком диапазоне: для галогенных ламп от 8 до 500 руб. и для металлогалогенных ламп порядка 300 – 400 руб.

Достаточно длительное время все западные производители стремились к производству низковольтных галогенных ламп и рекламировали их как наиболее перспективные источники света. Однако в настоящее время все они производят лампы с сетевым напряжением 230 В, что в принципе является шагом назад. Но это ответ на тенденции рынка, который поглощает большую часть галогенных ламп, производимых в Юго-Восточной Азии. Поэтому западные производители отвечают тем, что конструируют более надежные источники света с увеличенным сроком службы, рассчитанные на сетевое напряжение.

В связи с политикой государства в отношении энергосбережения, газоразрядные энергосберегающие и люминесцентные лампы начинают пользоваться все большей и большей популярностью.

Энергосберегающая лампа - также может иметь размеры характерные для ламп накаливания и стандартный цоколь (Е27 или Е14), что делает ее лампой общего назначения, применяемой в быту, офисах и в промышленности. КПД энергосберегающих ламп значительно выше чем у лампочки накаливания, что позволяет снизить энергопотребление до 20Вт*ч и увеличить световой поток до 1000 лм. увеличивая эффективность до 50 лм/Вт. Один из недостатков энергосберегающих ламп, препятствующих массовому переходу с ламп накаливания, заключается в цене энергосберегающих лапочек (150-250руб. и выше)

Газоразрядные люминесцентные лампы обладают высоким КПД (~60%), за счет чего можно получить световой поток до 5000 лм. одной лампой мощностью 70 Вт. Эффективность люминесцентных ламп 70 лм/Вт. В настоящее время ведётся много разработок по повышению эффективности люминесцентных газоразрядных ламп. Все основные производители переходят на новую систему трехполосных люминофоров, которые позволяют одновременно с повышением качества цветопередачи увеличить световой поток и срок службы ламп. За счёт разработки и внедрения новых электронных пускорегулирующих устройств (ЭПРА) заменяющих электромагнитный дроссель и пусковое устройство люминесцентной лампы, удаётся повышать срок ее службы (по сообщениям производителей ЭПРА до 3 раз) и на 30% снижать потребление электроэнергии, обеспечивает бесшумность работы и мгновенный запуск, а высокочастотное преобразование электроэнергии в ЭПРА исключает стробоскопический эффект в помещениях с вращающимися деталями производственного оборудования. В этой области идет все более бурное развитие ЭПРА и намечается движение к применению унифицированных ЭПРА, которые могут использоваться с лампами разной мощности, что значительно упрощает использование люминесцентных ламп.

Однако содержание паров ртути, как в энергосберегающих, так и в люминесцентных лампах (~20-100 мгр.) приводит к необходимости в их утилизации (стоимость утилизации составляет ~20 руб./шт.).

Заметим также, что для установки люминесцентной лампы необходим комплекс монтажных работ, но одно из направлений в промышленном освещении это внедрение светильников, предназначенных для установки люминесцентных ламп. И сегодня в России уже имеется большое количество заводов, уже произведших затраты на оснащение цехов такими светильниками, что затрудняет переход на другие лампы даже при их более высокой экономичности.

Потребитель на рынке лампочек бытового назначения в первую очередь обращает внимание на цену, а только потом на их эффективность. Цена же люминесцентной лампы (20 Вт) не сильно отличается от энергосберегающей и лежит, в зависимости от типа люминофоров, в диапазоне от 15 до 150руб.

Так же на рынке осветительных приборов всё более популярными становятся и полупроводниковые светодиодные лампы, но они имеют ряд особенностей, неблагоприятно влияющих на зрение (линейчатый спектр излучения) и общее самочувствие человека. Кроме того ряд материалов для полупроводниковых светодиодов имеют ограниченное распространение в природе (например индий), что делает цену на светодиоды порядка 150 – 200 руб. Эффективность светодиодов достигает 90 лм/Вт, а световой поток ~ 300лм. и выше Согласно нормам освещенность в помещении должно быть 100 – 150 лм/м2., т. е. интенсивность освещения должна составлять около 1000 лм. Таким образом, для удовлетворения нормативу светодиодная лампа должна состоять из 3 – 4 светодиодов (со световым потоком от каждого порядка 300 лм.) и будет сегодня стоить ~ 450 – 800 руб, что делает ее на сегодняшний день неконкурентоспособной в глазах обычного потребителя бытовых источников света. Тем не менее, именно на светодиоды возлагаются сегодня особые надежды и предполагается, что именно светодиоды станут основными источниками света ХХI века.

Эти ожидания несколько преувеличены поскольку производители современных ламп на основе светодиодов утверждают, что им удалось превысить значение эффективности величиной 100 Лм/Вт, тем самым, обогнав по показателям люминесцентную лампу. Однако такое значение эффективности определяет лишь характеристику самого светодиода и не учитывает потерь, возникающих в связи с конструкцией и режимом работы лампы как таковой.

К явным и скрытым энергетическим потерям источников света на основе светодиодов относятся:

1. Потери в источниках питания

- потери, связанные с КПД преобразователей, достигают 10%

- потери, связанные с коэффициентом мощности питания (отношение потребляемой электроприёмником активной мощности, затрачиваемой на выполнение работы, к полной мощности (активная+реактивная мощности), в современных источниках питания коэффициент мощности составляет приблизительно 0,95)

Суммарные потери на системе питания: 10-15%

2. Потери, связанные с температурными режимами работы (coldhot factor)

Световая эффективность светодиодных источников различна при разных температурах (при нагреве светоотдача падает)

Потери составляют обычно 5-15%, при повышении плотности тока могут достигать 24-30%

3. Потери на вторичной оптике и рассеивающих экранах

Эти потери определяются потерями пропускания излучения

Приведем количественные характеристики, наиболее часто применяемых материалов:

Поликарбонат

Потери при отражении 3,7%

Потери поглощения 4-5%

Коэффициент светопропускания 0,88

Общие потери 10%

Полиметилметакрилат (более дорогой материал)

Потери при отражении 2,8%

Потери поглощения 1,5-2%

Коэффициент светопропускания 0,93

Общие потери 5%

Таким образом, общие потери светодиодных источников свет достигают 25-50%, т. е. реальная световая эффективность изделия, с заявленной характеристикой 100Лм/Вт, может достигать максимум 75Лм/Вт.

И для того, чтобы действительно конкурировать с показателями световой эффективности люминесцентной лампы, необходимы светодиоды с характеристиками 150-200 Лм/Вт.

Однако, в качестве альтернативы указанным лампам в каждом сегменте рынка может быть использована лампа, в основе которой лежит катодо-люминесцентный принцип получения света. Главными достоинствами этой лампы является простота в изготовлении, относительно низкая цена менее 100 руб, возможность изготовления из российских комплектующих, благоприятный для человека спектр излучения, мгновенная готовность к работе, широкий диапазон рабочих температур (от –196 оС до +150 оС), срок службы более 50 тысяч часов, использование в производстве широко-распространенных и дешевых материалов и высокие технические характеристики. Эффективность такой лампы уже сегодня может достигать величины 40 - 60 лм/ Вт, а световой поток 1000 - 1500 лм. Мощность лампы 25 Вт. Лампа может быть изготовлена в виде лампы накаливания со стандартным цоколем Е27 и стеклянным плафоном и в виде цилиндрических люминесцентных ламп для завоевания превосходства на рынке общего назначения (освящение в квартирах, офисов, административных зданий и т. д.). При дальнейших усовершенствованиях можно ожидать повышения эффективности до 90 – 100 лм./Вт и выше.

Использование этой лампы позволит значительно сократить потребление электроэнергии при относительно небольших затратах. Обеспечивая такую же энергоэффективность, что и светодиоды, катодолюминесцентные лампы требуют для своего производства значительно более дешёвые экологически чистые материалы более простую технологию производства с возможностью использовать уже существующие производственные мощности по производству обычных ламп накаливания с небольшими технологическими доработками.

Маркетинговые оценки использования систем освещения

на катодолюминесцентных лампах

В качестве основы для оценки можно взять данные за 2008 год. Согласно представленным сведениям в 2008 году на освещение в мире было затрачено: 17 х 0,19 = 3,23 трлн. кВт*ч. электроэнергии, что соответствует средней мощности на освещение 380 млн. кВТ. Или в пересчёте на 60 Вт источники света это составляет для среднего количества одновременно работающих источников света величину 6,3 млрд. штук. Если источник света в среднем используется примерно 1/4 времени суток, то одновременно в мире установлено не менее 25 млрд. штук ламп. Для России аналогичная оценка даёт 1,5 млрд. шт. (около 10 установленных лампочек на человека).

При тех же световых потоках количество катодолюминесцентных ламп, дающих тот же световой поток, будет тем же. Если характерное время работы лампы 50000 часов, а в год лампа работает ориентировочно 2500 часов, то среднее время жизни лампы 20 лет и в год в стационарном режиме потребуется производство 70 млн. штук. В первые годы замены ламп накаливания катодолюминесцентными лампами только Российский рынок потребует более 300 – 400 млн. катодолюминесцентных ламп в год, так как заменяемые лампы накаливания обладают значительно меньшими сроками жизни (10000 часов) и скорость их выбытия будет в пять раз выше оцененной здесь скорости выбытия катодолюминесцентных ламп.

Исходя из стоимости катодолюминесцентных ламп в рознице 50-100 руб. объём только российского рынка можно оценить в 15 – 40 млрд. руб. Таким образом, даже претендуя только на 10% рынка ламп, можно рассчитывать на оборот более 1 млрд. руб. в год. Для производителя при оптовой продаже (при в два раза более низкой цене) оборот составит 500 млн. руб. в год.

Для этого надо производить 10 – 20 млн. штук ламп в год. (по продажной цене 100 – 50 руб. и оптовой цене производи– 25 руб. за штуку).

Заметим, что это заниженные оценки, исходящие из расчёта 10 установленных лампочек и покупки 0,1 лампочки в год в расчёте на одного жителя России.

Если конструкция катодолюминесцентной лампы будет выполнена на базе колбы А55 и с цоколями Е27 и Е14, то такая конструкция будет привычной для Россиян и при цене не выше обычной лампочки накаливания найдёт хороший сбыт на российском рынке.

Оценка общественной эффективности проекта

Как указывает источники данных три четверти систем освещения сейчас основано на старых неэкономичных решениях. Для определенности можно допустить, что под неэкономичными решениями понимаются малоэффективные лампы накаливания и галогенные лампы с диапазоном световой отдачи (общим) от 12 до 26 лм/Вт, а под экономичными и энергоэффективными – различные люминесцентные и металлогалоидные лампы с общим диапазоном световой отдачи от 54 до 73 лм/Вт.

Рассчитаем (оценим) среднюю световую отдачу мировой системы освещения для 2008 года следующим образом: (12 + 26)/2 х 0,75 + (54 + 73)/2 х 0,25 = 30 лм/Вт.

С учетом КПД обычного лампового светильника (около 60 %) значение этой величины снизится до уровня 18 лм/Вт.

Таким образом, при обеспечении увеличения энергоотдачи в три раза при переходе к использованию катодолюминесцентных ламп удастся сэкономить две трети потребляемой сейчас на освещение энергии.

Организационно-финансовые аспекты разработки

проекта по созданию катодолюминесцентных источников света

В настоящее время требуется финансирование и организация опытно-конструкторских разработок катодолюминесцентных ламп, технологии массового производства и проработка вопросов всестороннего патентования этих разработок в России и за рубежом для обеспечения исключительных монопольных прав на этот класс изделий.

Требуется разработка:

·  конструкции автоэмиссионного катода (возможна организация отдельного производства),

·  конструкции миниатюрного источника питания (преобразователя переменного напряжения 220 В в высокое напряжение (порядка нескольких киловольт), который может быть размещён в цоколе источника света (возможна организация отдельного производства).

·  конструкции и дизайна самого источника света (возможна конструкция по внешнему виду аналогичная обычной лампочке накаливания). (Массовый выпуск (сборка) готового изделия может быть организован на обычном электроламповом заводе)

Возможна также организация разработки и выпуска отечественного люминофора (могут быть использованы и импортные люминофоры).

Авторы разработки считают возможным включение стратегических инвесторов в состав авторского коллектива патентов, создаваемых в ходе разработок.

С точки зрения финансового результата наиболее интересным является производство источников света бытового и наружного освещения. Этот рынок энергосберегающих светильников бурно развивается.

Наиболее серьёзным и в настоящее время более продвитутым с точки зрения организации производства конкурентом катодолюминесцентных ламп являются люминесцентные светодиоды.

Однако, при организации массового промышленного производства катодолюминесцентные лампы по предварительным оценкам могут оказаться более дешёвыми.

Предварительные оценки себестоимости катодолюминесцентных приведены ниже.

Предварительный экономический расчет переменных затрат при производстве катодолюминесцентных ламп общего освещения

(без учёта затрат на ОКР и затрат на организацию производства)

При объеме до 1.000:

1.  Электронные компоненты – 120 руб/ед.

2.  Производство плат – 30 руб/ед.

3.  Монтаж плат – 30 руб/ед.

Итого:P = 180 руб.

где P – цена одного экземпляра

При объеме 1.000 – 20.000:

1.  Электронные компоненты – 80 руб/ед.

2.  Производство плат – 5 руб/ед.

3.  Монтаж плат – 20 руб/ед.

Итого: P = + 105

При объеме 20.000 – 1.000.000:

1.  Электронные компоненты – 30 руб/ед.

2.  Производство плат – 5 руб/ед.

3.  Монтаж плат – 10 руб/ед.

Итого: P = 45

При объемах производства более 1.000.000 штук может оказаться выгодным проектирование специализированной микросхемы (ASIC). Стоимость электронных компонент в данном случае опускается до 10-12 руб./шт. Стоимость производства и монтажа плат в данном случае составляет 1- 2 руб./шт. Материалы для производства вакуумной лампы (стекло, наноструктурированный углерод, герметик, сталь, алюминий) составляют менее 1 руб./шт. Учитывая, что стандартная процедура сборки практически аналогична технологии сборки обычной лампы накаливания и себестоимость этих технологических операций при массовом производстве составит менее 2 руб. /шт. Итоговая цена единицы – 15 руб.

Зависимость себестоимости одной единицы от объема производства показана на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость себестоимости одной единицы от объема производства.