Investigation of power efficiency of lighting devices for outdoor lighting with different light sources

Проведено оцінювання світлотехнічних та енергетичних параметрів світлових приладів (СП) ЖКУ-, РКУ-, ЛКУ11У та ЖКУ-, РКУ Helios 21, що широко використовуються в установках зовнішнього освітлення. В дослідженнях використовувалися джерела світла (ДС), які найпоширеніші в зовнішньому освітленні – лампи розжарювання (ЛР), компактні люмінесцентні лампи КЛЛ, дугові ртутні лампи (ДРЛ) та натрієві лампи високого тиску (ДНаТ). Встановлено, що при використанні світлового приладу ЖКУ-, РКУ Helios 21 із лампою КЛЛ знижується значення коефіцієнта корисної дії СП на 14..17%. У світильнику ЖКУ-, РКУ-, ЛКУ11У найвищий коефіцієнт корисної дії СП із ДРЛ, практично рівні значення із лампою ДНаТ і КЛЛ, найнижчий – із лампою розжарювання.To increase the power efficiency of outdoor lighting devices which are designed for classrooms of distant dwellings and rural areas, replacement of incandesce lamps (IL) and arch mercurial lamps (AML) by compact fluorescent lamps (CFL) is proposed. In its turn after substitution of the incandescent light bulbs, which are the point light sources, for the CFL with the voluminous luminous body of different shape the light distribution characteristic changes. In general this parameter specifies the lighting system efficiency. Thus, for example, 30% of the electricity consumption of the LS with the properly chosen the luminous intensity curve (CLI) are saved. While choosing the light devices of (LD) type it is necessary to take into account the energy conversion efficiency (ECE) as well as CLI and its stability during the operation. Therefore its value depends on the luminous body geometric parameters of the installed light sources. The results of lighting and energy parameters of light devices ZhKU-, RKU-, LKU11U and ZhKU -, RKU Helios 21, that are widely used in outdoor lighting devices with the lamps that are most common in outdoor lighting – IL, CLL, AML and High-Pressure Sodium (HPS) - are presented. The measurement of light distribution of lighting devices ZhKU-, RKU Helios 21 and ZhKU-, RKU-, LKU11U with different types of light sources was taken. It is proved that the efficiency of light devices decreases by 14..17 % while using the light device ZhKU-, RKU Helios 21 with the lamp CLL. In the luminaire lamp ZhKU-, RKU-, LKU11U the efficiency of light devices with AML is the highest with HPS and CLL it is practically similar, with incandesce lamps it is the lowest. From the data above we can conclude that power efficiency of lighting device depends on the shaping and geometric size of light sources. When designing the light devices it is possible to gain 80% efficiency that will increase the power efficiency of lighting devices. The expenses for electric power for every of investigated light sources have been calculated. The lowest operational expenses due to built-in electronic ballasts into the socket of the lamp is the advantage of CLL over the other lamps

Investigation of power efficiency of lighting devices for outdoor lighting with different light sources

Проведено оцінювання світлотехнічних та енергетичних параметрів світлових приладів (СП) ЖКУ-, РКУ-, ЛКУ11У та ЖКУ-, РКУ Helios 21, що широко використовуються в установках зовнішнього освітлення. В дослідженнях використовувалися джерела світла (ДС), які найпоширеніші в зовнішньому освітленні – лампи розжарювання (ЛР), компактні люмінесцентні лампи КЛЛ, дугові ртутні лампи (ДРЛ) та натрієві лампи високого тиску (ДНаТ). Встановлено, що при використанні світлового приладу ЖКУ-, РКУ Helios 21 із лампою КЛЛ знижується значення коефіцієнта корисної дії СП на 14..17%. У світильнику ЖКУ-, РКУ-, ЛКУ11У найвищий коефіцієнт корисної дії СП із ДРЛ, практично рівні значення із лампою ДНаТ і КЛЛ, найнижчий – із лампою розжарювання.To increase the power efficiency of outdoor lighting devices which are designed for classrooms of distant dwellings and rural areas, replacement of incandesce lamps (IL) and arch mercurial lamps (AML) by compact fluorescent lamps (CFL) is proposed. In its turn after substitution of the incandescent light bulbs, which are the point light sources, for the CFL with the voluminous luminous body of different shape the light distribution characteristic changes. In general this parameter specifies the lighting system efficiency. Thus, for example, 30% of the electricity consumption of the LS with the properly chosen the luminous intensity curve (CLI) are saved. While choosing the light devices of (LD) type it is necessary to take into account the energy conversion efficiency (ECE) as well as CLI and its stability during the operation. Therefore its value depends on the luminous body geometric parameters of the installed light sources. The results of lighting and energy parameters of light devices ZhKU-, RKU-, LKU11U and ZhKU -, RKU Helios 21, that are widely used in outdoor lighting devices with the lamps that are most common in outdoor lighting – IL, CLL, AML and High-Pressure Sodium (HPS) - are presented. The measurement of light distribution of lighting devices ZhKU-, RKU Helios 21 and ZhKU-, RKU-, LKU11U with different types of light sources was taken. It is proved that the efficiency of light devices decreases by 14..17 % while using the light device ZhKU-, RKU Helios 21 with the lamp CLL. In the luminaire lamp ZhKU-, RKU-, LKU11U the efficiency of light devices with AML is the highest with HPS and CLL it is practically similar, with incandesce lamps it is the lowest. From the data above we can conclude that power efficiency of lighting device depends on the shaping and geometric size of light sources. When designing the light devices it is possible to gain 80% efficiency that will increase the power efficiency of lighting devices. The expenses for electric power for every of investigated light sources have been calculated. The lowest operational expenses due to built-in electronic ballasts into the socket of the lamp is the advantage of CLL over the other lamps

Lighting engineering calculation of lighting devices with given geometric dimension light sources

Проведено дослідження доцільності прямої заміни традиційних джерел світла на сучасні енергоощадні джерела світла із заданими розмірами світного тіла на основі аналізу світлового розподілу та ККД світлового приладу для зовнішнього освітлення типу РКУ-ЖКУ-Helios 21. Встановлено, що основною причиною зниження ККД при використанні КЛЛ у вуличних світильниках є поглинання частини світлового потоку внаслідок багатократних відбивань світлових променів між верхньою частиною відбивача та поверхнею світного тіла джерела. Для покращення енергоефективності світлового приладу з КЛЛ розроблено математичну модель, яка дозволяє проводити модернізацію оптичної системи світлового приладу і з світним тілом заданих розмірів за рахунок забезпечення оптимального перерозподілу світлового потоку в зовнішню область. Дана модель оперує вихідними даними розрахунку відбиваючої поверхні, тому може бути застосована разом із будь-якими методами світлотехнічного розрахунку.Power efficiency of lighting sets (LS) is determined by lighting engineering parameters of light sources and optical system of light devices that provide their basic characteristics – light distribution and efficiency. Nowadays there are lots of light devices for street illumination that are designed for high pressure bid sources of HPS type. Promising sources for outdoor lighting from the point of view of power efficiency and improvement of lighting engineering parameters are power-saving compact luminescent lamps (CLL) of high capacity (45-240W) with high enough efficiency (50-80 lm/W), possibility of “warm start” and range of operating temperatures from – 30 to +45С. Besides, there is no need to use additional elements for lamp operation (ballast and pulsed light devices are needed for HPS) it reduces its weight, decreases expenses for installing and maintenance of luminaires. The use of traditional base E27 or E40 in such lamps makes possible to use them for direct replacement in extant light devices, improvement of luminaire circuit being held, optical system stays unchangeable. Nevertheless, shape, dimensions and arrangement of luminescent source body relatively the optical system, determine light distribution of luminaire, protective angle and accordingly influence on parameters of light field, indexes of discomfort. That is why the development of LS with light sources of given dimensions is actual from the point of view of improvement of light engineering sets power efficiency. Reasonability of direct replacement of traditional light sources by modern energy efficient light sources with desired size of the luminous body by analyzing light distribution and efficiency lights for outdoor luminaire of РКУ-ЖКУ-Helios 21 type is researched. It is established, that the main reason of efficiency decrease, when compact fluorescent lamp (CFL) are used in outdoor luminaires is absorption of luminous flux due to multiple reflections of light rays between the top of the reflector and the luminous body source surface. To improve the efficiency of light device (LD) with CFL the mathematical model that allows to modernize the optical system of LD with given sizes luminous body by providing optimal redistribution of luminous flux in the outer region has been developed. This model operates on output data calculation of reflecting surface, that is why it can be used with any means of lighting engineering calculation

Optimization of irradiating system power efficiency on to parameters of receiver

Проведено аналіз процесів поглинання і перетворення випромінювання, яке використовується в оптичних технологіях. Дано оціночну характеристику продуктивності світлотехнічної установки акумулюючої дії. На прикладі світлокультури рослин подано методику порівняльного аналізу ефективності опромінювальних установок з різними джерелами випромінювання. Показано, що найвищу ефективність мають установки з опромінювальними пристроями, які оснащені натрієвими та галогенними дуговими лампами як постійного, так і змінного опромінення.The analysis of processes of absorption and transformation of radiation which is used in optical technologies is conducted. Evaluation description of productivity of irradiating system power of accumulated action is given. On the example of lightculture plants the method of comparative analysis of power efficiency of irradiating system is given with different light sources. It is rotined that the greatest efficiency have irradiating system with the irradiating devices which are equipped by sodiums and halogens arc lamps of both constant and variable irradiation

Electromagnetic compatibility of energy saving light sources

Для дослідження електромагнітної сумісності енергоощадних джерел світла розроблено установку з використанням цифрового осцилографа та персонального комп’ютера, що дозволило вимірювати та обробляти споживані струми та напруги. На основі отриманих даних розраховано амплітуди гармонійних складових споживаного струму. Проведено порівняння амплітуд гармонійних складових струму з нормативними значеннями. Базуючись на проведених вимірюваннях, розраховано параметри електромагнітної сумісності досліджуваних джерел світла. Встановлено, що частка світлових приладів, у яких використовуються коректори коефіцієнта потужності, становить лише 27%, причому третина із них – з активним коректором. На основі порівняльного аналізу отриманих параметрів електромагнітної сумісності з нормативними встановлено, що близько 86% продукції, представленої на ринку України, не відповідає вимогам державного та міжнародного стандартів.Taking into account the requirements of energy saving the most of lighting equipment is modernized taking advantage of contemporary energy-efficient light sources such as compact fluorescent and LED lamps. Due to the nonlinearity of their current-voltage characteristics it is necessary to research the energy efficiency of the light sources and the impact on network quality parameters, such as shape factor and harmonic coefficient. The analysis of scientific publications had revealed that at present not enough attention is given to this problem. Ignoring of power schemes features of such light sources leads to a significant reduction of lighting installations energy efficiency by emission of higher harmonic components into the electrical network. For research of electromagnetic compatibility of energy efficient light sources the installation which consists of a digital oscilloscope and a personal computer is developed. It makes possible to measure and process the consumed currents and voltages. Based on the obtained experimental data the amplitude of harmonic components of current for energy-saving light sources that are most widely represented in Ukrainian market had been calculated. A comparison of the harmonic components amplitudes of the current consumption with standard values had been done. Based on carried out measurements the parameters of electromagnetic compatibility for compact fluorescent lamps and light devices with semiconductor light sources had been calculated. It was established, that the proportion of lighting devices that are using the power schemes with power factor correction is only 27%, and third part of them – with the active corrector. Based on comparative analysis of the obtained parameters of electromagnetic compatibility with normative parameters it was determined, that about 86% of products, that are represented on Ukrainian market, does not meet the requirements of standards ДСТУ IEC 61000-3-2:2004 and EN 61000-3-2: 2006 for 64% of the investigated devices the amplitude values of all harmonic components exceeding the normative values. Devices with the active corrector of power factor meet the standard, but their share in the lighting market is small (about 9%) because of their high cost