Technické vlastnosti použití LED. Co je to diodové osvětlení: vlastnosti LED a jejich aplikace

Sám jsem měl po napsání předchozího článku stále nevyřešenou otázku – co konkrétně je výhodnější koupit a kolik můžete vyhrát dlouhodobě a krátkodobě. Navíc existují určité nejistoty ohledně účinnosti LED. A otázka vybízí k hledání odpovědi na ni, proto jsem tento směr dále rozvíjel. Neřeknu, že materiál pro plnohodnotný článek vyšel, ale jako doplněk k předchozím informacím obsahuje zásadní důležitá data, která se budou hodit.

Pro začátek si pojďme zjistit, jaká je přesně účinnost LED diod, o kterých jsme pojednávali v minulém díle. Dříve jsem bral data hlavně z článku iva2000, aniž bych to kontroloval, protože zde byla více zvažována otázka účinnosti fotosyntézy při osvětlení světlem různých spekter. Nyní jsem se rozhodl podívat na celkovou efektivitu.

Budeme uvažovat o LED CREE, protože. jednak jsou technologicky a tím pádem i světelným výkonem na jednotku výkonu zdaleka nejpokročilejší, jednak jsou všechny jejich ukazatele stabilní a dobře zdokumentované (na rozdíl od nejmenovaných výrobců). Zde by mi uvedená firma měla zaplatit reklamu, ale bohužel, nepíšu na jejich návrh, ale prostě proto, že je to jednodušší a dostupnější.

Takže, jaké LED diody prozkoumáme? Nebudu zde zveřejňovat celý proces studia a výběru konkrétních sérií, abych nezaplavil materiál „vodou“. Ve zkratce řeknu, že jsem vybral ty nejvýkonnější a zároveň nejúčinnější čipy s výhradou volné dostupnosti a příznivá cena. Podle těchto kritérií se hodí dva typy: bílé budou ze série XM-L.

Jedná se o 10wattové čipy s účinností 158 lm/W (ale ne zap maximální výkon, ale pouze při 1 W). Studená bílá (6000-6500K), neutrální bílá (4000-4500K) a teplá bílá (3000-3500K).
A červené ze série XP-E, High Efficiency Photo Red 650-670nM.
Odkazy na dokumentaci k LED na konci článku.

Pojďme se zabývat bílými. Naposledy nebyl zohledněn rozdíl v účinnosti bílých LED a účinnost byla hodnocena pouze ve vztahu ke křivce fotosyntetické aktivity McCree.

Tentokrát jsem se rozhodl tuto problematiku objasnit důkladněji. Bohužel v dokumentaci k LED nikdy neuvádějí účinnost, ale píšou lumeny na watt, takže jsem musel provést opačný výpočet. Na základě spektra LED a fotopické křivky se spočítá, kolik lumenů by LED měla, kdyby její účinnost byla rovna 100%, a tímto číslem se pak vydělí počet skutečných lumenů převzatých z dokumentace k LED. . A tady je to, co jsme dostali pro tři typy bílých LED:

Je pozoruhodné, že navzdory nárůstu lumenů při přechodu ze studeného bílého na teplé bílé spektrum (při stejném výkonu záření), tabulkové hodnoty lm/W a celková účinnost LED klesá a velmi výrazně - ze 40 na 23%. Jde o to, že fosfor, který je v LED mnohem teplejší, nemá sám o sobě 100% účinnost a dokonce zjevně při jeho velkém množství má stínící efekt (paprsky emitované spodními vrstvy jsou absorbovány výše ležícími a mizí ). Přitom se používá indikátor lumenů na watt při proudu 2A (z max. tří) - je vidět, že zároveň klesá ze 140 při 350mA na 108 (u studené bílé). V dokumentu Cree taková tabulka není - jsou tam uvedeny absolutní lumeny při daném proudu a výkon je třeba vypočítat pomocí údajů z grafu voltampérová charakteristika. Zde jsou relevantní údaje z datového listu:

S nimi je vše o něco jednodušší, protože. Světelný tok se neudává v luminech, ale v miliwattech. Stačí vydělit miliwatty záření watty spotřeby a dostaneme účinnost s vysokou přesností! Všechny LED by daly tato data - 2/3 práce nebylo možné provést!

Už se rýsuje zajímavé možnosti použití jednotlivých LED a jejich kombinací. Nyní přepočítejme tabulku účinnosti s přihlédnutím k nově získaným datům.

Je vidět, že červení Foto-červení jsou s velkým náskokem před všemi. Ale není možné osvětlit čistou červenou, takže je třeba kombinovat a zde jsou možnosti s bílou a modrou. Okamžitě si všimněme (všechno jsem spočítal, ale co se ukázalo jako neperspektivní vyhodil) kombinace teplé bílé s červenou. Nízká účinnost teplých bílých LED neguje všechny výhody červených. Ale studené bílé jsou v této kombinaci moc dobré! Samy o sobě mají dobrou účinnost, ještě umocněnou červenými LED a nedostatek červeného spektra jimi také pokrývají. Dobře vypadá i kombinace červené a modré. Pak jsou jen studená bílá a DNAT 1000 a zbytek vlastně netahají. No uvidíme, jak to bude vypadat v kompletní sestavě – s ovladači.

Dále logika výpočtů vycházela z předpokladu, že za stejné peníze chceme získat více fotosynteticky aktivního záření, proto jsou všechny údaje včetně cen za LED a drivery dány k celkové hodnotě fytoaktivního záření lampy 100 µmol /s

Barevné kódování jako v předchozí tabulce – pro snazší pochopení, kde které LED diody jsou a nezabírají místo opakujícími se nadpisy.

Ale to je pouze cena na začátku - kolik peněz musíte investovat, abyste získali žárovku o 100 µmol/s. To nestačí - musíte se podívat, kolik to bude stát během provozu. A když spočítáme i náklady na elektřinu v čase, tak dostaneme ucelený obrázek, který předkládám veřejnosti!

Vlevo pro historii, aktualizace níže

Díky bedlivé pozornosti komentátorů se ukázalo, že ne všechny LED, které se na aliexpressu s názvem CREE prodávají, jimi skutečně jsou. Ty nejlevnější, v řádu 1,50 dolaru za 10wattovou diodu nebo méně, jsou s největší pravděpodobností padělky s výrobními čipy. čínská společnost LatticeBright, které jsou několikanásobně levnější než původní a bohužel mají asi 2x horší výkon. V tomto ohledu jsem hledal ceny odpovídajících LED ve firmě Compel, která je oficiálním distributorem cree v Ruské federaci. Ceny jsou tam mnohem vyšší než v Číně, ale malý velkoobchod je docela ziskový, a to i ve srovnání se zahraničními dodavateli.
A cestou jsem opravil dva body - přidal jsem výměnu výbojek jednou ročně za křivku HPS. A opravil jsem chybu (moje nedopatření), kvůli které byla cena všech lamp považována za stejný výkon (100W), přičemž původní myšlenka byla založena na jednotce fotoaktivního záření. V novém grafu jsou tyto ceny za lampu vyzařující 100 µmol/s, nikoli 100W. omlouvám se za nedopatření.

Jak rozumět tomuto svazku prutů?

Vlevo - cena lampy na začátku. Připomínám, že v tomto případě budou všechny vydávat stejné množství fytoaktivního záření, ale mají jiné spektrum. Čím nižší laťka začíná, tím je sada levnější. Na ose x máme měsíce. Předpokládá se provoz lampy 12 hodin denně, 7 dní v týdnu, celkem 36 měsíců, tzn. 3 roky. To je jen něco málo přes 13 tisíc hodin a u LED je deklarováno 50 tisíc hodin.A pokud je vše správně provedeno s chlazením, tak je do LED dodáván proud 0,7 maxima (takže větší účinnost o celek za třetí), pak budou fungovat ještě více, tzn. více než 10 let prakticky bez degradace.

Čím vodorovněji čára jde, tím větší je účinnost lampy. Vidíme, že mnoho linek začíná výše (čipy jsou dražší), ale postupem času jsou levnější než levnější analogy. Svědčí o tom čára pro fotočervené LED - má nejmenší sklon.

Nejúžasnější na tom je, že ty nejlevnější jsou teď... Nejdražší foto červené LED! Je to proto, že mají nejvíce vysoká účinnost a nejvíce „snadno stravitelné“ spektrum – na začátku je jich potřeba nejméně a v budoucnu spotřebují nejméně elektřiny! Velkou zajímavostí jsou kombinace „Studená bílá + červená fotočervená“. Na tento graf křivka je uvedena pro poměr bílá: červená jako 2:1 z hlediska výkonu. A jen studená bílá. Tyto tři linie se vějířovitě rozevírají, kde krajní jsou bílé a červené LED a prostřední je jejich kombinace. Pro pěstování rostlin jsou potřeba všechny složky spektra, ale v různých kombinacích. Ukazuje se, že všechny varianty kombinací spektra nejefektivněji pokrývá právě jedna kombinace – studené bílé a červené LED (ovšem v různých číselných poměrech).
Za povšimnutí stojí, že kombinace modrá + červená má sice nižší sklon než bílá + červená, ale dává výrazně horší cenu / světelný tok, takže kombinace bílá + červená nestíhá ani za 3 roky. V perspektivě 10 let to může být výhodnější, ale jde o výjimečný případ.
Fytolampa není tak levná. Vzhledem ke své účinnosti je dražší než i studené bílé LED a z dlouhodobého hlediska ... Peníze za elektřinu jsou vyhozené ...
HPS a na začátku nejsou moc levné (překvapilo mě, kolik za ně stojí elektronické předřadníky, popř Em Neměli byste brát předřadníky - mají nízkou účinnost, výbojka díky blikání také, také bzučí a topí se jako kamna) a časem nestíhají - hlavně s ohledem na výměnu výbojek - což bude nutné udělat alespoň jednou ročně, což se v grafu zobrazuje jako kroky. Takže na zahradu.

Zde je spektrum kombinace bílých a červených LED diod, superponované na křivce MkCree (4:1 na výkon, nezopakovalo to na 2:1):

Samozřejmě je špatné soudit takové věci na základě krásy grafů, ale vzhledem k číslům, která říkají totéž - podle mého názoru je graf téměř dokonalý z hlediska pokrytí spektra fotosynteticky aktivního rozsahu.

Závěr zůstává stejný - kupte si studené bílé LED a CREE Photo červené a získáte spoustu světla pro své rostliny a ušetříte peníze do peněženky!
Možné je i osvětlení čistě červenými LED, psal o takovém zážitku jeden z komentujících. To bude nejvhodnější, pokud jsou rostliny částečně osvětleny přirozeným světlem (zeleninová zahrádka na parapetu, balkon, lodžie, při přímém sluneční světlo nepadá vůbec nebo pár hodin denně - rostliny pak dostávají hlavně modré paprsky z oblohy a červená jim velmi chybí, stejně jako obecná intenzita Sveta. Zde červené LED diody vyplní stávající mezeru nejlepším možným způsobem. Pouze by to měly být vysoce účinné LED s vlnovou délkou 660nM a je lepší, když jsou CREE Photo červené. Dobře, šel jsem objednat diody!

Vhodnou volbou polovodičového materiálu a aditiva lze cíleně ovlivnit charakteristiky vyzařování světla LED čipu, zejména spektrální oblast vyzařování a účinnost přeměny vstupní energie na světlo:

• GaALA- arsenid hlinitý a gallia; na jeho základně - červené a infračervené světelné diody.
• GaAsP- fosfid arsenidu galia; AlInGaP - fosfid hliník-indium-gallium; červené, oranžové a žluté LED.
• Mezera- fosfid galia; zelené LED diody.
• SiC- karbid křemíku; první komerčně dostupná modrá LED s nízkou svítivostí.
• InGaN- nitrid india-gallia; GaN - nitrid gallia; UV modré a zelené LED.

Pro získání bílého záření s určitou barevnou teplotou existují tři základní možnosti:

1. Přeměna záření modré LED pomocí žlutého fosforu (obrázek 1a).

2. Konverze UV ​​LED záření třemi fosfory (obdoba zářivek s tzv. třípásmovým spektrem) (obrázek 1b).

3. Aditivní míchání červených, zelených a modrých LED (princip RGB, podobný technologii barevné televize). Barevný tón bílých LED lze charakterizovat hodnotou korelované barevné teploty.

Většina typů moderních bílých LED se vyrábí na bázi modrých v kombinaci s konverzními fosfory, které umožňují získat bílé záření s širokým rozsahem. teplota barvy- od 3000 K (teplé bílé světlo) do 6000 K (studené denní světlo).

Činnost LED v silových obvodech

LED krystal začne emitovat, když v něm protéká proud v propustném směru. LED diody mají exponenciálně rostoucí charakteristiku proud-napětí. Obvykle jsou napájeny konstantním stabilizovaným proudem popř konstantní napětí s předřazeným omezovacím odporem. Tím se zabrání nechtěným změnám jmenovitého proudu, které ovlivňují stabilitu. světelný tok a v nejhorším případě může vést i k poškození LED.
Při nízkých výkonech se používají analogové lineární regulátory pro napájení výkonných diod - síťové bloky se stabilizovaným proudem nebo napětím na výstupu. Typicky jsou LED zapojeny v sérii, paralelně nebo v sériově-paralelním řetězci (viz obrázek 2).

Plynulý pokles jasu (stmívání) LED provádějí regulátory s pulzně šířkovou modulací (PWM) nebo poklesem stejnosměrného proudu. Pomocí stochastického PWM je možné dosáhnout minimalizace interferenčního spektra (problém elektromagnetická kompatibilita). Ale v tento případ s PWM lze pozorovat rušivé pulzování záření LED.
Velikost dopředného proudu se liší v závislosti na modelu: například 2 mA pro miniaturizované přisazené LED diody (SMD-LED), 20 mA pro 5 mm LED diody se dvěma externími přívody proudu, 1 A pro vysoce výkonné LED pro účely osvětlení . Propustné napětí UF se obvykle pohybuje od 1,3 V (IR diody) do 4 V (LED na bázi nitridu india gallia - bílá, modrá, zelená, UV).
Mezitím již byly vytvořeny silové obvody, které umožňují připojit LED přímo do sítě střídavého napětí 230 V. K tomu jsou dvě větve LED zapnuty antiparalelně a připojeny k standardní síť přes ohmický odpor. V roce 2008 získal profesor P. Marks patent na schéma regulace jasu LED diod napájených stabilizovaným střídavý proud(Viz obrázek 3).
Jihokorejská firma Seoul Semiconductors integrovala obvod (obrázek 3) se dvěma antiparalelními řetězci (v každém z nich velký počet LED) přímo v jednom čipu (Acriche-LED). Dopředný proud LED (20 mA) je omezen ohmickým odporem v sérii s antiparalelním obvodem. Propustné napětí na každé z LED je 3,5V.

Energetická účinnost

Energetická účinnost LED (efficiency) je poměr výkonu záření (ve Wattech) ke spotřebovanému elektrickému výkonu (v terminologii osvětlení se jedná o energetickou návratnost záření - t | e).
V tepelných zářičích, mezi které patří klasické žárovky, je pro generování viditelného záření (světla) nutné zahřát spirálu na určitou teplotu. Kromě toho se hlavní podíl vstupní energie přeměňuje na tepelné (infračervené záření) a pouze e \u003d 3% u běžných se přemění na viditelné záření a halogenové žárovkyžhavící.

LED pro aplikace v aplikované osvětlovací technice přeměňují dodávanou elektrickou energii na viditelné záření ve velmi úzké spektrální oblasti a v krystalu dochází k tepelným ztrátám. Toto teplo musí být z LED odstraněno speciálními konstrukčními metodami, aby bylo zajištěno potřebné světlo, barva a maximální životnost.
LED pro osvětlovací a signalizační účely nemají v emisním spektru prakticky žádné IR a UV složky a takové LED mají výrazně vyšší energetickou účinnost než tepelné zářiče. Při příznivém tepelném režimu pro LED se 25 % vstupní energie přemění na světlo. Proto například u bílé LED s výkonem 1 W připadá na tepelné ztráty přibližně 0,75 W, což vyžaduje přítomnost teplo odvádějících prvků nebo dokonce nuceného chlazení v konstrukci svítidla. Taková kontrola tepelného režimu LED je zvláště důležitá. Výrobci LED a LED modulů by měli přednostně zahrnout hodnoty energetické účinnosti do svých produktových specifikací.

Tepelný management
Připomeňme, že téměř 3/4 elektřiny spotřebované LED se přemění na teplo a pouze 1/4 na světlo. Proto při stavbě LED lampy Rozhodující roli při zajištění jejich maximální účinnosti hraje optimalizace tepelného režimu LED, jinými slovy intenzivní chlazení.

Jak víte, přenos tepla z vyhřívaného těla se provádí díky třem fyzikální procesy:

1. Záření

F = W? \u003d 5,669? 10-8? (W/m2? K4)?? A? (Ts4 – Ta5)
kde: W? – tepelný tok záření, W
? – emisivita
Ts je povrchová teplota zahřívaného tělesa, K
Ta je teplota povrchů, které ohraničují místnost, K
A je plocha povrchu vyzařujícího teplo, m?

2. Konvekce

F = ?? A? (Ts-Ta)
kde: Ф - tepelný tok, W
A je povrch ohřívaného tělesa, m?
? - koeficient prostupu tepla,
Ts je teplota hraničního média odvádějícího teplo, K
Ta je povrchová teplota ohřívaného tělesa, K
[pro neleštěné povrchy? \u003d 6 ... 8 W ​​​​/ (m? K)].

3. Tepelná vodivost

F \u003d? T? (A / l) (Ts-Ta) \u003d (? T / Rth)
kde: Rth= (l / ?T?A) – tepelný odpor, K/W,
Ф - tepelný výkon, W
A - průřez
l-délka - ?T - součinitel tepelné vodivosti, W / (m? K)
pro keramické chladicí prvky? T=180 W/(m? K),
pro hliník - 237 W / (m? K),
pro měď - 380 W / (m? K),
pro diamant - 2300 W / (m? K),
pro uhlíková vlákna – 6000 W/(m?K)]

4. Tepelný odpor

Celkový tepelný odpor se vypočítá takto:

R-tý paralelní součet=1/[(1/ Rth,1)+ (1/ Rth, 2)+ (1/ Rth,3)+ (1/ Rth,n)]

Rth gen. = Rth,1 + Rth, 2 + Rth,3 +....+ Rth,n

souhrn
Při návrhu LED svítidel je nutné učinit všechna možná opatření pro usnadnění tepelného režimu LED vlivem tepelného vedení, konvekce a sálání. Prvořadým úkolem při návrhu LED svítidel je proto zajistit odvod tepla díky tepelné vodivosti speciálních chladicích prvků nebo konstrukce pouzdra. Pak již tyto prvky odebírají teplo sáláním a konvekcí.
Materiály prvků chladiče by měly mít pokud možno minimální tepelný odpor.
Dobré výsledky byly získány s jednotkami pro odvod tepla typu „Heatpipes“, které mají extrémně vysoké tepelně vodivé vlastnosti.
Jeden z nejlepší možnosti chladič - keramické substráty s předem nanesenými proudovodnými stopami, ke kterým jsou přímo připájeny LED diody. Chladicí struktury na bázi keramiky odvádějí přibližně 2krát více tepla ve srovnání s obvyklé možnosti kovové chladicí prvky.
Vztah mezi elektrickými a tepelnými parametry LED je znázorněn na Obr. 4.
Na Obr. 5 ukazuje typické provedení výkonná LED s hliníkovým chladicím prvkem a obvodem tepelného odporu a na obr. 6-8 - různé metody chlazení.

Záření

Povrch svítidla, na kterém je LED nebo víceLED modul namontován, by neměl být kovový, protože kovy mají velmi nízkou emisivitu. Povrchy svítidel v kontaktu s LED by měly mít pokud možno vysokou spektrální emisivitu?.

Proudění

Je žádoucí mít dostatečně velkou plochu tělesa svítidla pro nerušený kontakt s okolním prouděním vzduchu (speciální chladicí žebra, hrubá struktura atd.). Dodatečný odvod tepla lze zajistit nucenými opatřeními: miniventilátory nebo vibračními membránami.

Tepelná vodivost

Vzhledem k velmi malé ploše a objemu LED není dosaženo požadovaného chlazení sáláním a konvencí.

Příklad výpočtu tepelného odporu pro bílou LED

UV = 3,8 V
IF = 350 mA
PLED = 3,8V? 0,35 A = 1,33 W
Protože optická účinnost LED je 25 %, pouze 0,33 W se přemění na světlo a zbývajících 75 % (Pv=1 W) se přemění na teplo. (Často v literatuře při výpočtu tepelného odporu RthJA dělají chybu, za předpokladu, že Pv \u003d UF ? IF \u003d 1,33 W - to není pravda!)

Maximum přípustná teplota aktivní vrstva (p-n přechod) TJ = 125 °C (398 K).

Maximální okolní teplota TA = 50 °C (323 K).

Maximální tepelný odpor mezi bariérovou vrstvou a okolím:

RthJA= (TJ - TA) / Pv = (398 K - 323 K) / 1 W = 75 K / W

Podle výrobce tepelný odpor LED

RthJS = 15K/W

Požadovaná tepelná odolnost přídavných teploodvádějících prvků (chladicí žebra, teplovodivé pasty, lepicí hmoty, deska):

RthSA = RthJA - RthJS = 75-15 = 60 K/W

Na Obr. Obrázek 9 vysvětluje tepelné odpory diody na desce.
Vztah mezi teplotou aktivní vrstvy a tepelným odporem mezi blokovací (aktivní) vrstvou a pájecím bodem vývodů krystalu je určen vzorcem:

TJ=UF? LI? ?E? RthJS + TS

kde ТS je teplota naměřená v místě pájení krystalových vývodů (v tomto případě je rovna 105°С)

Poté se pro uvažovaný příklad s bílou LED o výkonu 1,33 W určí teplota aktivní vrstvy jako
TJ = 1,33 W? 0,75? 15 K/W + 105 °C = 120 °C.

Degradace vyzařovacích charakteristik vlivem teplotního zatížení aktivní (blokovací) vrstvy.
Se znalostí skutečné teploty v místě pájení a údaji poskytnutými výrobcem je možné určit tepelné zatížení aktivní vrstvy (TJ) a jeho vliv na radiační degradaci. Degradace označuje pokles světelného toku během životnosti LED čipu.

Vliv teploty bariérové ​​vrstvy
Základní požadavek: neměla by být překročena maximální povolená teplota bariérové ​​vrstvy, protože to může vést k nevratným vadám LED nebo k jejich samovolným poruchám.
Vzhledem ke specifikům fyzikálních procesů probíhajících během provozu LED ovlivňuje změna teploty bariérové ​​vrstvy TJ v rozsahu přijatelných hodnot mnoho parametrů LED, včetně propustného napětí, světelného toku, barevných souřadnic a servisu. život.

Chtěl bych se zeptat na jednu otázku. Střídáte často tlapky v bytě? Nezabere to mnoho času a samotné žárovky nejsou drahé. Ale nezdá se vám, že se doba trochu změnila? Rozvoj technologií v oblasti elektrotechniky, konkrétně přístrojů a světelných zdrojů, nám v současné době umožňuje přistupovat k řešení této problematiky z druhé strany.

Porovnání různých LED svítidel

Na trhu je obrovské množství žárovek, které se liší designem, materiály, ze kterých jsou vyrobeny a barevnou paletou. Ale základní prvky tvořící lampy jsou u všech typů neměnné.

LED žárovky se skládají z:

• Sbor;
• Rozstřikovací baňka;
• LED diody;
• Řidič.

Důležitou roli v normální operace led žárovka jeho pouzdro hraje, které zahrnuje radiátor, základnu a rozptylový prvek. Zářič těchto svítilen je vyroben z hliníku nebo jeho slitin a má složitý tvar, který zajišťuje kvalitní odvod tepla, což zase určuje životnost samotných LED.

Pokud je radiátor malý nebo vyrobený z nekvalitních materiálů, životnost této lampy se několikanásobně zkrátí v důsledku dlouhodobého přehřívání LED. Velkou část LED lampy tvoří hmotnost radiátoru.

Nekvalitní připojení desky s LED diodami k radiátoru není schopno efektivně odvádět teplo.

Pro nepřerušovaný a trvalý provoz LED je nutné omezit proud. Tato funkce provede ovladač. Na trhu existují dva typy omezovačů: používající kondenzátor a ovladač.

Existuje obrovské množství LED od různých výrobců. Hlavním parametrem LED je počet Lumenů / Wattů (jas nebo světelný výkon). Čím dražší LED, tím lepší. Takové LED svítí jasněji, méně se zahřívají, to určuje, jak dlouho lampa vydrží.

Při porovnávání LED lamp různých cen bylo zjištěno, že více drahé modely méně se zahřívají, není vidět žádné blikání a tyto tlapky mají vyšší světelný výkon.

Výkon LED žárovky

Studie prokázaly, že nejekonomičtější a technologicky nejpokročilejší žárovky jsou založeny na LED. Ale dál moderní trh jsou také prezentovány další typy lamp, které jsou široce používány pro soukromé a průmyslové použití.

Typy světelných zdrojů (lampy):

• Žárovka;
• Světélkující;
• Halogen.

Všechny tyto světelné zdroje se od sebe v mnohém liší, ale u každého z nich výrobci deklarují určitý výkon a sílu světelného toku.

Výkon všech spotřebitelů elektřiny se měří ve wattech, což znamená, že výkon jakékoli lampy, stejně jako výkon různých elektrických spotřebičů, lze měřit pomocí wattmetru.

Síla LED žárovek je jejich nejdůležitější charakteristika, protože daný parametr přímo ovlivňuje množství a sílu světla lampy. Je však třeba si uvědomit, že výkon lampy není přímým faktorem udávajícím světelný výkon. To znamená, že s vývojem LED technologie, výrobci se snaží zvýšit světelný výkon z jednoho wattu spotřebované elektřiny.

Například LED lampa stejného druhu, ale jiná generace při stejném světelném výkonu dokáže snížit spotřebu energie o 10 %. A to je zase výhodné z ekonomického hlediska pro ty, kteří pořizují tento druh produkt.

Je důležité vědět! Výkon a světelný výkon uvedený na obalu nemusí odpovídat parametrům žárovky, z důvodu nepoctivosti výrobců.

Také stojí za zmínku, že stejný výkon lampy různých výrobců nijak neovlivňuje světelný výkon. Tento parametr je přímo indikován údaji o síle světelného toku, které jsou z toho či onoho důvodu u každého výrobce jiné. Například 10wattová LED lampa od jednoho výrobce bude produkovat světelný tok 700 - 800 Lumenů a lampa od jiného výrobce 600 - 650 Lumenů.

Spotřeba energie LED žárovek se pohybuje od 2 do 30 wattů.

Účinnost LED a žárovek: shoda

LED žárovky jsou vynikající alternativou ke klasickým žárovkám a navíc mají vlastnosti, které přispívají k jejich nejpohodlnějšímu používání.

Výhody LED žárovek:

• Malá spotřeba energie;
• Efektivní světelný výkon;
• Vysoký světelný tok;
• Nízká provozní teplota.

Výměna konvenčních žárovek světelnými zdroji na bázi LED by měla být provedena kompetentně. Protože pro získání požadovaného světelného toku je nutné porovnávat hodnoty jasu různé druhy lampy a převést hodnotu jasu a výkonu.

Tabulka hodnot LED a žárovek:

Pomocí této tabulky si snadno přeložíte a poradíte s výběrem LED žárovek, které nahradí zastaralé žárovky z hlediska výkonu a množství světelného toku.

Podle charakteristiky je vidět, že 10wattová LED lampa má stejný světelný tok jako 60wattová žárovka.

Je důležité vědět! Životnost LED žárovek je desítkykrát delší než životnost žárovek.

Abyste se vyhnuli otázkám při výběru správných LED světelných zdrojů, musíte vědět, že použitá patice nese označení E27. LED lampy využívající tuto základnu mají tvar svíčky, hrušky a další různé tvary.

S uplatněním těchto znalostí nebudete muset se žárovkami kupovat vhodná svítidla, což nepochybně zjednoduší práci s výměnou žárovek za úspornější.

Rozdíl mezi LED žárovkami a energeticky úspornými žárovkami

LED a energeticky úsporné žárovky se od sebe výrazně liší nejen formou a obsahem, ale také principem činnosti (znaky, kterými se záře vyskytuje).

Tyto typy lamp jsou porovnávány podle:

• Jas;
• Odvod tepla během provozu;
• trvanlivost.

LED lampa je ve svém jádru polovodičový světelný zdroj, jehož činnost je založena na vyzařování světla při průchodu elektrický proud, prostřednictvím polovodičů, které jsou k tomu zase určeny.

Provoz energeticky úsporných svítidel je založen na principu zářivek, což umožňuje produkovat požadovaný světelný tok při nízkých nákladech na energii. A pokud porovnáme žárovky, které odpovídají této definici, pak můžeme s jistotou říci, že pouze zářivky jsou energeticky úsporné.

Abychom zjistili, která žárovka svítí lépe a kolik elektřiny spotřebuje, vezměme si pro srovnání LED a energeticky úsporné žárovky. Světelný tok 12W LED lampy je 900 Lumenů a Úsporná lampa stejný výkon produkuje 600 lumenů. To naznačuje, že oba typy lamp jsou z ekonomického hlediska výhodné.

Nízká provozní teplota LED svítidel umožňuje jejich zabudování v souladu s jakýmkoliv konstrukčním řešením.

Pokud porovnáme tyto typy výbojek z hlediska množství odcházejícího tepla, pak se v tomto případě výsledky značně rozcházejí. 12W LED lampa se během provozu zahřeje maximálně na 31 0 C, ale energeticky úsporné vytápění odpovídá 80 0 C.

A když už jsme u provozní doby, pro úsporu energie je to 8 000 hodin a u LED až 50 000 hodin.

Moderní LED lampy: výkon na stole (video)

LED technologie postupně nahrazují ty zastaralé. Je to dáno tím, že i přes vyšší pořizovací cenu umožňuje tento typ osvětlení do budoucna ušetřit.

S příchodem energeticky úsporných světelných zdrojů na trh se lidé začali ptát, které jsou lepší a zda se vyplatí vyměnit staré žárovky Iljič. Dále se pokusíme provést co nejpodrobnější srovnání žárovek a LED žárovek, poskytneme tabulky, nějakou teorii a videorecenze! Za tímto účelem budou postupně zvažována různá kritéria, od výkonnostních charakteristik po ukazatele úspor.

Trocha historie

Abyste pochopili rozdíl ve vzhledu obou možností, a tedy i rozdíl v tom, jaký byl vědecký a technologický pokrok, uvádíme následující fakta srovnání žárovek a LED žárovek podle data vynálezu:

• První světelný zdroj (s wolframovým vláknem) byl patentován v 90. letech 19. století ruským inženýrem Alexandrem Nikolajevičem Lodyginem. Za první pokus lze přitom považovat vynález z 11. července 1874, žárovku.
• Pokud jde o LED, první, jejíž záře byla viditelná, byla vynalezena v roce 1962. Muž, který vynalezl Led osvětlení— Nick Holonyak, americký vědec.

Jak vidíte, i když porovnáme datum vynálezu alternativních možností, můžete vidět obrovský rozdíl za téměř století. Přesto nejstarší žárovka stále „bojuje o místo pod Sluncem“, což je její obrovské plus.

Výkon a světelný výkon

Prvním krokem je provést výpočty. Jeden z klíčové ukazatele výpočet je světelný výkon zařízení. U zastaralejší žárovky se světelný výkon pohybuje v rozmezí 8-10 Lm/W. Pokud jde o LED diody, jejich účinnost se obvykle pohybuje v rozmezí 90-110 lm/W, i když existují modely s hodnotou 120-140 lm/W. Z výše uvedených hodnot je vidět, že z hlediska lumenů jsou na tom LED lépe než Alternativní možnost 7-12 krát.

Abyste pochopili, jak to ovlivní srovnání žárovek a světelných zdrojů LED z hlediska výkonu, poskytneme odpovídající tabulku:

Je vidět, že výkon diod je 5x menší a zároveň účinnost luminiscence a jas budou přibližně stejné.

Pro nezávislý výpočet světelného výkonu žárovky potřebujete její světelný tok (uvedený na obalu v „Lm“ dělený výkonem „W“), v důsledku toho získáte požadovanou hodnotu. Pokud je například světelný tok LED 1000 lumenů a výkon 13 W, výstup bude 76,9 lm / W.

Videorecenze výrazného rozdílu ve světelném toku

Rozdíl v osvětlení

Odvod tepla

Druhým, neméně důležitým bodem při porovnávání LED žárovek a žárovek je přenos tepla z výrobku. Skleněná žárovka žárovky se může zahřát až na 250 stupňů (ačkoli obvykle se teplota pohybuje v rozmezí 170). Proto jsou takové výrobky nebezpečné z hlediska požáru a nedoporučuje se je používat při instalaci elektrického vedení v dřevěném domě. Iljičovy žárovky se navíc z kazety těžko vyšroubují, pokud před tím dlouho fungovaly (můžete se popálit). LED se v tomto ohledu osvědčily lépe než všechny stávající možnosti. Maximální teplota jejich ohřevu nepřesahuje 50 stupňů, což umožňuje jejich použití v jakékoli místnosti.

Život

Tento indikátor je však jednou z hlavních výhod diod ve srovnání s žárovkami. Tyto světelné zdroje mohou podle výrobců vydržet přes 50 000 hodin. U zastaralých žárovek životnost většinou nepřesáhne 1000 hodin, což je 50x méně. Z úsporných důvodů je lepší koupit drahou, ale trvanlivou žárovku jednou, než měnit rozpočtový produkt každých pár měsíců.

I zde je nuance, které byste si měli být vědomi. Vysoká životnost LED není přesná hodnota. Diody totiž časem blednou (degradují), takže po 40 000 hodinách už si nebudete moci užívat záře, která byla bezprostředně po koupi. Více se o tom můžete dozvědět z našeho článku.

účinnost

Při výběru produktů je třeba vzít v úvahu také účinnost. Účinnost ukazuje, kolik elektřiny se přemění na světlo a kolik na tepelnou energii (což je vlastně důvod, proč se žárovka zahřívá). Účinnost je asi 90 %, což je velmi vysoká hodnota oproti alternativě, při které do světla přechází pouze 7-9 % elektřiny.

Šetrnost k životnímu prostředí

Bohužel mnozí nevěnují náležitou pozornost zachování ekologie životního prostředí. Lidé vyhazují zářivky do popelnic i přesto, že při prasknutí žárovky dochází k odpařování rtuti, což škodí přírodě i zdraví svého okolí.

V tomto ohledu srovnání žárovek a LED žárovek nepředstavuje žádnou hlavní možnost. Diody i skleněnou žárovku lze jednoduše vyhodit do koše, bez speciální likvidace.

Existuje názor, že Ilyichova žárovka vytváří infračervené a ultrafialové záření, které negativně ovlivňuje lidské zdraví. V tomto ohledu jsou LED žárovky zcela bezpečné.

Cena

A samozřejmě nejzajímavější otázkou, kterou uživatelé často kladou, je, jak ziskové je koupit LED, protože jsou mnohem dražší. K dnešnímu dni si na fórech na internetu můžete přečíst spoustu recenzí, které vyvracejí nebo ospravedlňují úspory LED žárovek. Nejnižší cena kvalitní diodové žárovky je 300 rublů, zatímco alternativa stojí 20-25 rublů. Zde již musíte samostatně analyzovat, co je pro vás důležitější - dlouhá životnost a vysoká účinnost, nebo levnost a extra přeplatek. Na základě toho lze provést srovnání úspor nákladů. Výkon diod je 7-8krát menší, cena je 10krát vyšší. Zvažte životnost a dokonce i bez speciálních výpočtů můžete pochopit, co je výhodnější koupit LED žárovky. Porovnání výhodnosti LED svítidel a žárovek můžete přehledně vidět v tabulce níže:

Další ukazatele

Rád bych také na základě tabulek porovnal žárovky a LED žárovky z takových důvodů, jako jsou:

• síla proudu;
• křehkost;

Technické a ekonomické ukazatele zařizovacích předmětů

TEC svítidla je výrazně ovlivněna typem a kvalitou optických systémů svítidla. Úroveň účinnosti závisí na účiníku předřadníku a optické účinnosti zařízení a také na stavu optiky. Řada domácích zařízení a většina zahraničních vzorků má vysoké koeficienty. Ať jsou však tyto indikátory jakkoli dobré, optika (průsvitný kryt, rozptylná nebo sbíhavá čočka a odrazné reflektory) se během provozu znečišťuje, dochází k výrazným změnám povrchových struktur, což vede ke zhoršení parametrů. Toto prohlášení platí pro všechny typy svítidel bez ohledu na to, zda jsou použity předřadníky nebo ne.

U nových svítidel se optická účinnost pohybuje od 60 do 95 %. Na základě praktických pozorování a speciálních laboratorních vyšetření se ukázalo, že během 1 roku provozu klesá optická účinnost až na 35 % své výchozí hodnoty (s hlavní úrovní ztrát v prvních dnech provozu ). Během 2 let ztrácí optika 50 až 65 % své původní úrovně účinnosti.

Sledovaná zařízení byla provozována venku (pouliční osvětlení) na území Republiky Tatarstán, v běžných neextrémních podmínkách. Je zřejmé, že pokud provozní podmínky zahrnují provoz osvětlovacího zařízení v podmínkách zvýšeného znečištění prachem nebo plyny, pak optická účinnost klesá rychleji.

*Měření optických a elektrických vlastností provedli specialisté GC "TATLED" na vlastní základně.

(Světelný tok, Ф ; rozložení celkového světelného toku přes libovolné 2 úrovně intenzity osvětlení nebo vyzařovacích úhlů v rámci vyzařovacího diagramu, Ф (Ω) ,

Údaje o měřicím zařízení v příloze 1.

Úkol ochrany svítidel (zejména jejich vnitřního objemu) před nepříznivými faktory prostředí řeší výrobci osvětlovacích zařízení zpravidla těsněním mezi pouzdry uzavřených osvětlovacích zařízení a ochrannými skly, jakož i těsněním vstupních bodů drátu.

Při podrobnějším studiu problému se však ukázalo, že to nestačí k zajištění správné izolace vnitřního objemu lampy. Podle zákonů termodynamiky je v uzavřených světelných zařízeních pozorován účinek "dýchání", spojený se změnou tlaku vzduchu obsaženého ve vnitřním izolovaném objemu světelného zařízení. Když je zdroj světla zařízení zapnutý a vzduch obsažený uvnitř zařízení je ohříván, tlak se zvyšuje a když je vypnutý, tlak klesá. V důsledku i neznatelné vady těsnění dochází k nasávání znečištěného vzduchu do vnitřní dutiny svítidla. Tento jev představuje možnost usazování prachu, vláken a korozivních částic na žárovce, reflektoru, vnitřním povrchu, ochranném skle, difuzoru a kontaktních sestavách objímky žárovky. V důsledku toho se snižuje osvětlovací kapacita svítidel a sama selhávají během krátké doby provozu (např. v některých oblastech hutní výroby dochází k každoroční výměně svítidel, což výrazně zvyšuje náklady na provoz osvětlovací soustavy).

LED lampy nemají výše uvedenou nevýhodu. Faktem je, že LED použité v takových lampách nevyžadují reflexní reflektory.

V osvětlovacích zařízeních využívajících klasické světelné zdroje je zabudován reflexní reflektor, jehož tvar není vždy možné postavit v souladu s požadavky na rozložení světla. Na rozdíl od běžných lamp, LED zařízení využívají světelné zdroje, které vyzařují světelnou energii ne všemi směry, ale jedním směrem. Směr a intenzita světelného toku je řízena umístěním os světelného zářiče v daném směru a jejich počtem. Úhel otevření vyzařovaného záření se nastavuje pomocí sekundární optiky (mikročoček).

LED lampa je tedy bez nevýhod způsobených ztrátami v optických systémech používaných všesměrovými zdroji světla. To znamená, že poměr Lumen/Watt LED žárovek je atraktivnější.

Lumeny měří průtok ve všech směrech, tzn. v prostorovém úhlu 4pi. Jeden lumen se rovná světelnému toku vyzařovanému bodovým izotropním zdrojem se svítivostí rovnou jedné kandele do prostorového úhlu jednoho steradiánu (1 lm = 1 cd × sr)

Steradián se rovná prostorovému úhlu s vrcholem ve středu koule o poloměru R, který vyřízne na povrchu koule plochu rovnou ploše čtverce se stranou R (tj. R²) . Pokud je takový prostorový úhel ve tvaru kruhového kužele, pak jeho úhel otevření bude přibližně 65,541° nebo 65°32′28″).

Pokud předpokládáme, že vypočtený kužel směřuje přímo na osvětlený objekt, pak zbytek světelné energie vstupuje na osvětlenou plochu reflektorem nebo optickými čočkami.
Candela (z lat. candela - svíčka), jednotka svítivosti Mezinárodní soustavy jednotek. Označení: ruské cd, mezinárodní cd. Candela (jednotka svítivosti) je intenzita světla vyzařovaného z plochy 1/600 000 m2 průřezu plného zářiče ve směru kolmém k této části při teplotě zářiče rovné teplotě tuhnutí platiny ( 2042 K) při tlaku 101 325 N/m2.

Na základě výše uvedeného, ​​aby bylo možné porovnat TEC lamp s konvenčním světelným zdrojem a LED lampou, je nutné zavést korekci rozdílu v účinnosti optických systémů.

Vezměme si jako konkrétní příklad široce používané osvětlovací zařízení RKU15-250 využívající DRL lampu a LED lampu.

Pro určení skutečného výkonu osvětlení provádíme následující výpočty:

Podle údajů výrobce je účinnost svítidla RKU15 65 %. Světelný zdroj (lampa DRL-250 (V)) má úroveň světelného toku 13 200 Lumenů. Získáme úroveň světelného toku skutečně vyzařovaného zařízením: 65 % z 13 200 lm = 8 580 Lumenů.

Dále je nutné počítat se zrychlenou ztrátou úrovně světelného toku DRL v prvních 1000 hodinách provozu. Z níže uvedeného grafu (podle VNISI) je vidět, že během prvních 1000 hodin provozu se hladina vyzařovaného světelného toku sníží o 15-20% výchozí hodnoty. Odtud dostaneme Фv = 6 864 lumenů. V dalším období provozu dochází k degradaci méně intenzivně.

Křivka úrovně světelného toku LED používaných v LED svítidlech má také nejednotnou charakteristiku. Jak však můžete vidět z grafu níže (s laskavým svolením OSRAM Opto Semiconductors), po krátkém poklesu hladina postupně stoupá (Golden Dragon plus diody).

5letý graf nákladů na vlastnictví nástroje

Údaje jsou uvedeny s přihlédnutím ke stálým nákladům na elektřinu. Vzhledem k nárůstu tarifů predikovaným Ministerstvem hospodářského rozvoje dojde k průsečíku křivek nákladové úrovně dříve než za období získané výpočty (pravděpodobně 4 roky).

Příklad použití DRL svítidel a LED svítidel pro osvětlení komunikací. Díky racionálněji rozložené světelné energii je vozovka osvětlená LED žárovkami (obrázek vlevo) zaplavena rovnoměrněji.

Závěr: optické vlastnosti svítidel využívajících LED jsou z hlediska světelných parametrů znatelně lepší než svítidla s klasickými světelnými zdroji.

OVLÁDACÍ ZAŘÍZENÍ STARTÉRU (PRA).

Předřadník (předřadník) je speciální výrobek, který spouští a udržuje provoz světelného zdroje.

Konstrukčně může být předřadník vyroben ve formě jednoho bloku nebo několika samostatných.

Podle typu světelného zdroje se předřadníky dělí na:

• Předřadník pro plynové výbojky
• Předřadníky pro halogenové žárovky (transformátory)
• Předřadníky pro LED (ovladače LED)

Podle typu zařízení a činnosti předřadníku se rozlišují:

• elektromagnetické (EMPRA)
• elektronický (elektronický předřadník)

Účinnost osvětlovacích zařízení je kromě parametrů optiky významně ovlivněna parametrem účiníku předřadníku.

U předřadníku výbojek je tento parametr (podle výrobců) od 0,6 do 0,9. Nejúčinnější jsou dnes elektronické předřadníky, protože s pomocí elektroniky lze schopnost zapalování a ovládání žhavení provádět mnohem efektivněji ve srovnání s indukčními tlumivkami. Předřadníky pro výbojky jsou vyráběny již dlouhou dobu a i přes neustálé zlepšování jsou spotřebitelům dobře známé, proto se jim v tomto příspěvku podrobně nevěnujeme.

U LED svítidel plní předřadník (LED driver) funkci stejnosměrného stabilizátoru, stabilizátorů napětí a stmívání (specializované).

Ovladače lze rozdělit do dvou hlavních skupin:

1. LED zdroje s konstantním stabilizovaným výstupním proudem (LED drivery) - určené pro napájení LED (nebo LED svítidel) zapojených do série.

2. Zdroje se stabilizovaným konstantním napětím (LED transformátory) - určené k napájení skupin LED, které jsou již vybaveny proudově omezujícím rezistorem, obvykle LED pásků, pravítek nebo panelů.

Kromě toho, protože průmysl vyrábí LED diody navržené pro různé hodnoty jmenovitého proudu, jsou ovladače LED také rozděleny podle tohoto parametru.

Nejběžnější hodnoty proudu jsou 350 a 700 miliampérů.

Účiník LED ovladačů od většiny výrobců je 0,95. Jedna LED vyžaduje konstantní napětí 2-4V a proud několik desítek mA. Sériové pole LED vyžaduje vyšší napětí. Zdrojem tohoto napětí je LED driver. Transformuje domácí napájecí zdroj 110-240V AC na nízkonapěťový DC napájecí zdroj pro LED systémy.

Na kvalitu předřadníku pro LED jsou kladeny zvýšené požadavky, protože LED jako polovodičové zařízení jsou extrémně náročné na kvalitu napájení. Odchylky od zadaných parametrů v rozmezí 2-5 % mají dramatický vliv na světelné a elektrické vlastnosti LED a mohou vést k výraznému snížení životnosti krystalu nebo fosforu.

Na základě výše uvedeného je zřejmé, že kvalita předřadníku pro LED je zpočátku vysoká, a proto se jedná o produkt s vysokou účinností.

Naprostá většina výrobců deklarované hodnoty jsou od 0,90 do 0,95. Jednoduchá měření tyto hodnoty potvrzují.

Pro stmívání (změnu jasu LED) se zpravidla používá princip pulzně šířkové modulace (PWM).

Z hlediska účinnosti a míry spolehlivosti se předřadníky pro výbojky a předřadníky pro LED žárovky liší pouze kvalitou obvodů a použitou základnou prvků, což v konečném důsledku znamená rozdíl v ceně produktu. Vysoce kvalitní a drahé předřadníky různých typů svítidel se blíží jedinému indikátoru (blízko 1).

V dodatku 2 a dodatku 3 recenze organizací, které zavedly LED lampy jako prototypy.

Závěr: vliv účinnosti předřadníku na celkovou účinnost osvětlovacího zařízení pro výbojky a pro LED svítidla není znatelný a je způsoben pouze cenou výrobku.

←