NetNado
  Найти на сайте:

Учащимся

Учителям



Анализ экономических показателей полупроводниковых и традиционных источников света


АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
А. В. Крымов1, В. Д. Никитин
Предложена методика для сравнения экономических показателей источников света и формула для оценки стоимости единицы световой энергии в функции тарифа. Рассчитана стоимость единицы световой энергии для мощных белых светодиодов (отечественных и компании Cree).
Ключевые слова: светодиоды, стоимость единицы световой энергии.

Key words: LEDs, the cost per unit of light energy.
Предисловие

В течение двух десятилетий символом энергосбережения были компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), а их преимущество доказывалось просто – сравнением с лампой накаливания (ЛОН) заведомо избыточной мощности [1]. Из-за проблем с демеркуризацией КЛЛ отошли на второй план, и, как символ энергосбережения, были (тихо, незаметно) заменены на LED (англоязычная аббревиатура отражает реалии светотехнического рынка РФ). Однако произвол в выборе противопоставляемого ИС остался по-прежнему [2]. Для «справедливого» сравнения экономических параметров ИС назовем четыре возможности.

  1. В [3] дана методика выбора «строгого ЛОН-аналога»; так, лампе PLE-T 20 Вт (Philips) соответствовала (гипотетическая) ЛОН P=89,5 Вт с тем же значением светового потока Ф=1,2 клм.

  2. В [4,5] экономичность оценивалась показателем прогрессивности (эквивалентности) как отношение произведений двух важнейших параметров – световой отдачи и срока службы.

  3. В [6] поправочные коэффициенты для выравнивания значений светового потока Ф использовались для корректировки значений стоимости и мощности ИС. Разумеется, примененная (линейная) интерполяция не может претендовать на точность, но, разве, произвол при выборе «оппонента» лучше?

  4. Более эффективно (и плодотворно) сравнение ИС и ОУ по стоимости единицы световой энергии (ЕСЭ). [Предложена А. П. Ивановым [7]. Формула для нее была декларирована В. М. Скобелевым (1973) как отношение полной стоимости ОУ (по С. А. Клюеву) к произведению светового потока на срок службы (Фτ). В наше время (декоративные) изменения в формулу предложила И. А. Баринова. Реальные расчеты по этой формуле, видимо, не выполнялись, и не удивительно – требуют знания всех влияющих факторов, даже второ- и третьестепенных. Стоимость ЕСЭ по В. М. Скобелеву может быть использована для оценки ОУ, полностью законченной проектированием (когда определены все монтажные и эксплуатационные вопросы), или действующей.] В данной работе реализован критерий G12, учитывающий основные (базовые, доминирующие) факторы, который с успехом использовался при оптимизации различных ОУ [8].




  1. Оценка экономических показателей отечественных светодиодов

1.1. Расчет стоимости ЕСЭ G12 [в рублях на люмен∙секунду или кратных величинах] представлен, например, в [3-4] и выполняется по формуле:

, (1)

где q тариф на электроэнергию [р./кВт∙ч], ηv – световая отдача ИС [лм/Вт], Сис – стоимость ИС [р.], Ф – поток ИС [клм], τ – срок службы ИС [ч.].

Расчеты для ряда отечественных СД представлены в табл. 1, результаты (для q=1,0 р./кВт∙ч) даны на рис. 1; для сравнения на рис. 2 приведены значения G12 (q=1,0 р./кВт∙ч) для ДНаТ и ДРИ (линии 1, 2). Отметим: продукция ООО «КТЛ» заметно дешевле и, по стоимости ЕСЭ, предпочтительна.
Таблица 1. Расчет значений G12 для «мощных» белых СД отечественного производства

Фирма, адрес

(срок службы τ)

Белые светодиоды

P, Вт

Ф, лм

ηv, лм/Вт

Цена Cис, р.

G12, р./Млм∙ч, при q, р./кВт∙ч, равном

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

ООО «КТЛ»,

http://www.bright-leds.ru/page-power_led.html

(τ=35 тыс.ч.)

KPWH-W080-Z1

1

110

110

138,2

45

49,5

54,1

58,6

63,2

KPWH-W080-Z3

3

195

65

237,6

50,2

57,9

65,6

73,3

81

KPWH-W080-Z5

5

300

60

354,8

50,5

58,8

67,1

75,5

83,8

KPWH-1522-7

7

460

65,7

492

45,8

53,4

61

68,6

76,2

ООО «Микроэлектрони­ка»,

http://www.microelectronica.ru/hb/hb_leds_powerw.html

(τ=50 тыс.ч.)

E12PW6C

1

50

50

147

78,8

88,8

98,8

108,8

118,8

S12N3W6C

3

120

40

230

63,3

75,8

88,3

100,8

113,3

5VAM12DW6C

5

280

56

658

64,9

73,8

82,7

91,7

100,6

10VAL12HW6C

10

450

45

10551)

69,1

80,2

91,3

102,4

113,6

20VAL12HW6C

202)

930

46,5

2015

64,8

75,6

86,4

97,1

107,9

Реально: 1) стоимость 1219 р.; 2) коммерческое предложение отсутствует.
1.2. Из анализа рис. 1, 2 вытекают следствия 1 и 2.




Рис. 1. Зависимость стоимости ЕСЭ от мощности для отечественных СД

Следствие 1. Для отечественных СД – в отличие от ДНаТ и ДРИ – четкой зависимости G12=G12(P) нет, и вместо линий 1 и 2, как на рис. 2, здесь − «облако точек», что обусловлено нестабильностью технологического процесса (и, как следствие, характеристик СД) и, особенно, произволом в ценообразовании.

[Аналогичная ситуация, но с КЛЛ, была предметом исследования в [10]: «сделав товар “модным”», производители подняли отпускные цены, чтобы окупить рекламные кампании.]


Рис. 2. Зависимость стоимости ЕСЭ от мощности для ламп ДНаТ и ДРИ [11,12]



Следствие 2. При высоких значениях комплексного показателя Ekh2 (где E – освещенность, k – коэффициент запаса, h – расчетная высота), с учетом GСД>GДНаТ,МГЛ, будут особенно ощутимы преимущества “тяжелых”(с большими значениями {P, ηv} → Ф) ИС; в настоящее время СД для “большого освещения” (при высоких E и h) все же экономически нецелесообразны.

[Но в пользу СД могут быть иные доводы: эксплуатационные, по Ra, Kп, …; следует учитывать и стремительный (относительно других ИС) прогресс СД].
1.3. Поскольку в [9] дается суммарное (изделия в сборе) значение стоимости без выделения доли СД и светового прибора (СП), предлагаем в этом случае модифицированную формулу:

, (2)

где в третьем слагаемом: t – число часов работы ОУ в год, T – срок службы СП (обычно 10 лет, для СП с СД – 20 лет); стоимости ИС и СП Сисп полагаем равными, например, 0,2\0,8 и 0,9\0,1 от отпускной цены изделия. Расчеты для q=var представлены в табл. 2.
Таблица 2. Расчет значений G12 для ряда СП [9] при q=var, t=5 тыс.ч./год (значения для СД – ηv=70 лм/Вт и Ф=0,7 клм – проблемные)

Световой прибор

Источник света

ηv, лм/Вт

Ф, клм

τ, тыс. ч.

Стоимость, р.

G12, р/Млм∙ч, при q, р./кВт∙ч, равном

ИС

СП

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

НПО-22

Г220-100

13,5

1,35

1

6,76

134

81,1

118,1

155,1

192,2

229,2

266,3

303,3

ЛПО46-218

ЛБ20

42,4

2,12

12

2∙24

271

28

39,8

51,6

63,4

75,2

87

98,8

ДПБ42*

СД 101

70

0,7

50

300

1200

24,6

31,7

38,9

46

53,2

60,3

67,5

1350

150

55

62,1

69,3

76,4

83,6

90,7

97,9

* Верхняя строка для a=0,2, нижняя – для a=0,9; тонированы.
Для случая ДПБ42 на результаты может влиять соотношение стоимости ИС\СП. Преобразуем сумму второго и третьего слагаемых формулы (2) (Ф – поток, клм; τ, t – тысячи часов; T – число лет):



где Сис=aC, Сп=(1-a)∙C, C – стоимость изделия в сборе. Выражение в квадратных скобках при значениях a=0,2\\0,3\\...\\0,9 равно соответственно 0,012\\0,013\\...\\0,019; следовательно, с учетом преобладающего первого слагаемого, вариации соотношения стоимости ИС и СП в цене изделия на окончательный результат влияют слабо. Значения стоимости ЕСЭ по формуле (2) для прибора ДПБ42, при a=0,2 – 0,3 – … – 0,9, приведены на рис. 1.

Анализ табл. 2 показывает, что по стоимости ЕСЭ: ЛН безусловно уступают СД, а (линейные) ЛЛ практически равноценны коммерчески доступным СД.


  1. Оценка экономических показателей светодиодов фирмы Cree

2.1. Значения G12 для СД фирмы Cree даны в табл. 3 и на рис. 3; зависимости G12 от тарифа q = var – на врезке рис. 3, штрихованные линии (2′, 3′ и 4′) строились по (3). Стилевым единством таблицы пожертвовали ради компактности: основной массив, строки 3−25, транспонированы (из столбцов) и жестко усечены. В табл. 3 включены значения стоимости единицы мощности ИС g, р./Вт, и мощности, требуемой для создания единицы (здесь – клм) светового потока W0, Вт/клм.
Таблица 3. Значения G12 (выделены) для СД холодного белого света P=1 Вт (*P=4 Вт) фирмы Cree [13,14] (q=1,0 р./кВт∙ч, τ=50 тыс. ч.), а также значения W0 для расчетов по формуле (3).



Светодиод

ηv, лм/Вт

Сис, р.

Gq=1,0, р./Млм∙ч

W0, Вт/клм

g, р./Вт

1

XREWHT-L1-0000-00601

62

122,00

55,48

16,13

122

2

XREWHT-L1-0000-00701

62,2

126,00

56,49

16,08

126

Строки 3, 4, …, 25

СД

XREWHT-L1-0000-00…

XRCWHT-L1-0000-00…

801

901

A01

B01

C01

D01

301

401

501

601

701

G

46,28

44,91

43,25

43,45

42,6

45,98

57,64

53,48

47,52

44,6

42,11

W0

13,53

12,41

11,44

10,65

10,00

9,35

21,88

19,34

17,61

16,13

14,88

g

121

131

139

154

163

196

81,7

88,3

85

88,3

91,5

XRCWHT-L1-0000-00…

XPEWHT-L1-0000-00…

XPCWHT-L1-0000-00…

801

901

A01

A01

B01

C01

D01

E01

801

901

A01

B01

40,87

40,2

39,13

42,11

40,68

40,2

43,74

39,82

38,29

36,8

37,07

37,27

13,53

12,41

11,44

11,44

10,65

10,00

9,35

8,77

13,53

12,43

11,44

10,65

101

112

121

134

141

151

184

177

91,5

98

112

125

26

*MCE4WT-A2-0000-000K01

92,5 1)

562,00

41,19 2)

10,81 3)

140,5

27

*MCE4WT-A2-0000-000M01

107,5 4)

719,00

42,74

9,30

179,8

1) Ф=370 лм; 2) и 3) использованы в примере, п.3.2; 4) Ф=430 лм.
2.2. Для нахождения значения стоимости ЕСЭ предлагается использовать формулу:

 (3)

где Gq=1,0 – (табличная) стоимость ЕСЭ при единичном (q=1,0 р./кВт∙ч) значении тарифа на ЭЭ; W0 – (табличное) значение мощности, необходимой для генерирования потока 1 клм; q –приращение тарифа (превышение над базовым, q=1,0, значением).

Используя заранее вычисленные значения Gq=1,0 и W0 (в табл. 3), можно легко и быстро – 2 действия – найти значение стоимости ЕСЭ при любом тарифе на ЭЭ  (в обозначении Gq нижние подстрочные индексы 12 опущены, но подразумеваются). Например, для СД *MCE4WT…K01 при q=2,07 и 3,4 р./кВт∙ч получим:

 р./Млм∙ч.

Курьезный случай рассмотрен в ‘Заключении’.

Рис. 3. Зависимость стоимости ЕСЭ от световой отдачи для СД фирмы Cree при q=1,80 р./кВт∙ч; на врезке – сравнение значений G12 для СД XRC…01 при тарифе q=1,8 − 2,07 − 2,8 − 3,4 р./кВт∙ч: линии 1 – (2 и 2′) – (3 и 3′) – (4 и 4′).
Сравнение значений стоимости ЕСЭ отечественных СД (рис.1) и фирмы Cree (рис.3) показывает: в целом, с учетом всех аспектов, предпочтительна продукция Cree.
Заключение

Стоимость единицы световой энергии – объективный и «работоспособный» критерий при сравнении ИС. Использование формулы (3): • делает прогноз значений Gq простым; • позволяет выполнить ретроспективный анализ. Например, найти стоимость ЕСЭ СД *MCEK01, перенесенного … in jest, в кайзеровскую Германию конца XIX века (тариф на ЭЭ, по Bopst’у, пересчитанный в евро, q=6,3 €/кВт∙ч, курс ЦБ РФ 40,3р./€):  р./Млм∙ч. Стоимость ЕСЭ данного СД в 2010г. почти на 2 порядка ниже – убедительное свидетельство прогресса в (электро)технике. Формула (3) использована в расчетах с СД, но на деле пригодна для любых ИС, если предварительно найдены Gq=1,0 и W0.

Хотя у некоторых СД ηv>100 лм/Вт, их широкому применению мешают экономические факторы, т.к. СД уступают: • мощным ДНаТ и ДРИ – по значениям G12 (табл. 3, 4; рис. 1, 3); • ЛОН и ЛЛЛ – по отношению стоимости к мощности (р./Вт) и к потребленной за срок службы энергии (р./МДж).

Экономически справедливая смена на светотехнической сцене ЛН общего назначения газоразрядными и твердотельными ИС не означает, что тепловые ИС, как класс оптических излучателей, исчезнут из практики. ЛН остаются совершенным источником в ИК-области и незаменимы (в обозримый период) для многих специальных приложений.
Выводы

  1. В работе предлагаются методики для оценки экономических показателей источников света – выбор зависит от характеристик решаемой задачи.

  2. В “большом освещении” (при высоких значениях комплексного показателя Ekh2) использовать светодиоды в целом еще нецелесообразно – уступают по стоимости единицы световой энергии многим разрядным лампам. Светодиоды перспективны благодаря быстрому росту световой отдачи.

  3. При сохранении существующих темпов роста тарифов на электроэнергию эксплуатационные достоинства дают светодиодам дополнительные конкурентные преимущества.

  4. Предложена формула для оценки стоимости единицы световой энергии источников света (в частности, светодиодов) при любом тарифе на электроэнергию на основе стоимости при единичном (базовом) его значении.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Трубач А. В., Никитин В. Д. Энергосбережение в осветительных установках: мифы и реальность // Материалы междунар. научно-техн. конф. «Современные техника и технологии». Томск: Изд-во ТПУ. – 2009. – С. 109–111.

  2. Крымов А. В., Никитин В. Д. Выбор оптимального источника света и влияние его параметров на временные и экономические характеристики осветительной установки // X Всероссийское совещание «Энергосбережение, энергоэффективность и энергетическая безопасность регионов России». Материалы докладов 18-20 ноября 2009г. Томск: ТМДЦ «Технопарк». – 2009. – С. 75–79.

  3. Никитин В. Д. Энергосбережение: оценка экономичности источников света // В сб.: Матер. междунар. научно-техн. конф. «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы». Томск: Изд-во ТПУ. – 2003. – С. 297–299.

  4. Матющенко А. А., Никитин В. Д. Сравнение экономических показателей ИС // 6-ая междунар. светотехн. конф. − Калининград, Светлогорск, 19-21 сентября 2006. – М., 2006. – С. 85–86.

  5. Макарова Ю. А., Никитин В. Д. Экономическая характеристика источников света: исследование коэффициента эквивалентности // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск: МВДЦ "Сибирь". − 2010. − С. 158–162.

  6. Крымов А. В., Никитин В. Д. Сравнение характеристик полупроводниковых и традиционных источников света // Вестник КрасГАУ. – 2010. – №4(43). – С. 273–279.

  7. Иванов А. П. Электрические источники света // М. – Л.: Госэнергоиздат. – 1955. – 288 с.

  8. Толкачева К. П., Никитин В. Д. Световое поле в установках наружного освещения: учебное пособие // Томский политехнический университет. Томск: Изд-во ТПУ. – 2010. – 113 с.

  9. Сравнение светодиодных светильников ДПБ42 с НПО-22 и ЛПО46. Рекламный проспект … ФГУП «ПО УОМЗ» [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.uomz.ru/index.php?page=products&pid=100210 − 31.08.2009.

  10. Никитин В.Д. , Завей-Борода В.Р. Энергосбережение в осветительных установках // Матер. докл. 10-й Всеросс. научно-техн. конф. «Энергетика: экология, надежность, безопасность». Томск: Изд-во ТПУ. – 2004. – С.322–326.

  11. Прайс-лист «Сибавтоматика+» [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.sib-a.ru/UserFile/File/prais150609sait.rar − 18.03.2010.

  12. Прайс-лист «Galad» [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.galad.ru/userdata/1220447452.xls − 18.03.2010.

  13. Официальный дистрибьютор фирмы Cree в РФ "НЕОН-ЭК" [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.e-neon.ru/catalog/id/2059223 − 18.03.2010.

  14. Компания «Золикс» [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.zolix.ru/Cree.191.0.html − 18.03.2010.

1 alkrymov@mail.ru

страница 1


скачать

Другие похожие работы: