Плазмові світильники екологічність і суцільний спектр

Плазмові світильники: екологічність і суцільний спектр

Удосконалення систем освітлення ведеться не тільки в напрямку впровадження світлодіодів. Є ще одне, не менш цікавий напрямок - плазмові світильники на основі сірки. З використанням цієї технології можна створювати освітлювальні прилади з високою світловіддачею і якісним спектром, які не потребують, до того ж, спеціальних заходів щодо утилізації.

Першим електричним джерелом світла, який отримав широке поширення, були лампи розжарювання. Пізніше принцип їх роботи був вдосконалений, в результаті чого з'явилися галогенні лампи розжарювання (ГЛН). При всіх недоліках у ГЛН є одна важлива перевага - спектр їх випромінювання безперервний і близький до сонячного.

Еволюція джерел світла привела до появи газорозрядних ламп, принцип роботи яких заснована на електричному розряді в парах металів. Зокрема, різновидом газорозрядних ламп є люмінесцентні. У них розряд відбувається в парах ртуті, в результаті створюється світіння в ультрафіолетовому діапазоні, яке перетворюється люмінофором у видиме світло. Іншим різновидом газорозрядних ламп є металогалогенні (МГЛ). Для отримання світіння в видимому діапазоні в пальник додаються нітрати деяких металів.

Приклад освітлення офісного будинку плазмовими прожекторами

Світло, що випромінюється МГЛ, багатьма людьми визнається «неприродним». Колір предметів, освітлених такими лампами, може бути сильно спотворений. Спробуйте, наприклад, почитати журнал з великою кількістю кольорових фотографій під освітленням МГЛ, а потім вийдіть з ним на вулицю під сонячне світло, і ви відразу помітите, що під МГЛ деякі відтінки виглядають інакше. Причина полягає в тому, що спектр МГЛ не є безперервним, як у Сонця або ГЛН, а складається з окремих ліній. Співвідношення інтенсивностей цих складових вибрано таким чином, що світло від МГЛ здається нам білим, але при відображенні світла з подібним спектром від предметів можливі спотворення кольору.

Лінії в спектрі газоразрядного (плазмового) джерела світла пов'язані з резонансом в атомах або молекулах речовини, що випромінює світло. Висока якість спектра, яке дає сірка, обумовлено таким явищем як поліморфізм. Сірка може утворювати молекули у вигляді ланцюжків довільної довжини, кожна з яких має власну резонансну частоту. Велика кількість молекул різних розмірів в сумі дає неперервний спектр.

В результаті електричного розряду в газі виникає плазма, так що все газорозрядні джерела світла можна віднести до плазмових. Рішенням проблеми є вибір сірки в якості речовини для отримання плазми і подальшою емісії світла. Так як сірка в стані плазми випромінює світло в процесі молекулярної, а не атомної емісії, спектр випромінювання залишається безперервним у всьому видимому діапазоні (про причини докладніше - див. Врізку). При цьому 73% загальної емісії випромінюється у видимому діапазоні, близько 20% в інфрачервоному і менше 1% в ультрафіолетовому. Але використовувати для сірки традиційні електроди не представляється можливим, оскільки розпечені пари сірки миттєво вступають в реакцію з металом і руйнують електрод. Тут потрібні нові підходи, а, саме, порушення плазми СВЧ-випромінюванням.

Трохи історії

«Плазмової лампою» часто називають побутової світильник у вигляді кулі, в якому виникають мініатюрні блискавки різних кольорів. Це пристрій був винайдений видатним сербським інженером Ніколою Тесла ще в 1894 році і стало прообразом сучасних газорозрядних джерел світла. Однак, світильники, про які піде мова, нагадують зазначену «плазмову лампу» тільки тим, що в обох випадках світиться плазма. Але принцип її збудження зовсім інший.

Приклад освітлення плазмовими прожекторами гірськолижного комплексу

Як це працює

В основі роботи плазмового світильника лежить принцип мікрохвильової іонізації газів. Мікрохвильове випромінювання, що випускається магнетроном (втім, так як це вже не мікрохвильова піч, а світильник, в LG придумали новий термін - «лайтрон»), збуджує пари сірки в аргоні всередині колби лампи. При досягненні певного значення робочої температури високоіонізоване газ переходить в стан плазми, яке починає постійно випромінювати світло.

Приклад освітлення парку: зверніть увагу на природний вигляд листя і стебел дерев

Випромінювач являє собою запаяну скляну колбу діаметром 30 мм, в якій знаходяться аргон і кілька міліграмів сірки. При необхідності досягнення певного спектру всередину колби можуть додаватися й інші речовини. Колба поміщена в мікрохвильовий резонатор, в який через хвилевід подається СВЧ-випромінювання від магнетрона. Резонатор є «кошик» з мелкоячеистой сітки. Світло через неї проходить, а СВЧ-випромінювання - немає. При розігріві аргону тиск в колбі може досягати 5 атм. Важливим моментом є необхідність охолодження колби, так як при занадто високих температурах сірка втрачає поліморфні властивості, через що спектр випромінювання може стати лінійчатим.

Плазмовий прожектор, вид спереду. У центрі відбивача знаходиться резонатор зі скляною колбою всередині, закритий дрібнопористої сіткою, що не пропускає НВЧ-випромінювання

Колба обертається для рівномірного нагріву газу. Втім, є ймовірність, що в майбутньому ця проблема буде принципово вирішена, наприклад, шляхом використання мікрохвиль з круговою поляризацією, які будуть самі змушувати плазму обертатися.

Всі компоненти, необхідні для виробництва подібних ламп, вже давно освоєні компанією LG в масовому виробництві. Наприклад, застосовуваний в пристрої магнетрон з робочою частотою 2,45 гігагерца проводиться по вже існуючій технології магнетрона для мікрохвильових печей LG, що робить і саму технологію, і вироблену з неї продукцію в кінцевому підсумку доступною і конкурентної за ціною.

Застосування плазмових світильників

В основному освітлювальні прилади даного типу призначені для громадських, торгових і спортивних будівель і споруд, конференц-залів, промислових і складських приміщень, теплиць. Головним чином, це приміщення з висотою стель від 6 м, для яких складно реалізувати освітлення іншими способами.

Найбільш перспективне застосування плазмових прожекторів - освітлення спортивних споруд, особливо тих, з яких ведуться телевізійні трансляції

Приклади плазмових світильників LG Electronics

Якщо порівнювати плазмові світильники зі світильниками на основі МГЛ, то, по-перше, у наявності різниця в світловіддачі. Светоотдача всього світильника на МГЛ залишає приблизно 60 - 80 лм / Вт. Плазмовий світильник має світловіддачу 80 - 85 лм / Вт.

Плазмовий світильник

Далі, світло плазмового світильника випромінює в рази менше ультрафіолету - на 92% менше, ніж галогенні лампи розжарювання з колбою з кварцового скла і на 66% менше, ніж люмінесцентні лампи, що благотворно впливає на здоров'я людей, що працюють під світлом таких ламп.

Спектр випромінювання світильників даного типу за своїм спектральним складом дуже близький до природного світла, що випромінюється сонцем. Плазмові лампи від LG характеризуються високим індексом передачі кольору CRI - понад 80 одиниць. Якщо порівняти графіки світлових спектрів, що видаються різними типами металогалогенних ламп і плазмової лампою, то можна побачити, що спектр перших є «лінійчатим», а спектр останніх суцільний і максимально наближений до спектру справжнього сонячного світла.

Важлива перевага плазмового світильника - швидкодія. Наприклад, щоб після включення світильник став світити на 80% від номінальної потужності, потрібно всього 12 с. Після виключення повторно можна включити світильник через 5 хвилин. Для порівняння, МГЛ вимагає на розігрів близько 4 хвилин, а її повторне включення можливе не раніше, ніж через 15 хв.

На основі плазмової технології випускаються і вуличні світильники

Також, з часом вони практично не схильні до «вироблення» - світловіддача плазмового світильника становить 90 відсотків від початкового значення на всьому протязі періоду його служби, в той час як у люмінесцентних ламп вона може впасти нижче 40%. Сірчана лампа не має електродів (а це одне з найслабших місць газорозрядних і люмінесцентних ламп, оскільки понад 60 відсотків відмов подібних ламп трапляються з вини виходу з ладу електродів), що дозволило компанії LG довести середній термін служби джерела світла до 50 тис. Годин. Для порівняння, термін служби натрієвих ламп високого тиску становить 15 - 20 тисяч годин.

Крім усього іншого, плазмова лампа виявилася прекрасним джерелом світла для рослин в силу особливостей свого спектра - по спектральної складової він найбільш близький до сонячного серед всіх присутніх на ринку, це благодатно позначається на ході процесів фотосинтезу, які зазвичай йдуть тільки під сонячним світлом. Деякі вчені вважають плазмові світильники найбільш перспективними джерелами світла для оранжерей.