Рюкзак со светящимся экраном, на который можно закачать свою картинкуКПД светодиода: эффективность светодиодной лампы и светильника
Led- лампочка – один из наиболее эффективных источников света на сегодня. Однако часть потрeбляемой им электроэнергии все равно уходит понапрасну – в виде тепла в окружающее прострaнcтво. Чтобы узнать точно, какой реальный коэффициент полезного действия у лэд-кристалла и насколько можно продлить срок его службы, требуется провести серию лабораторных опытов.
Поэтому рассмотрим, как в домашних условиях без использования специального оборудования измерить и рассчитать КПД светодиода, а также яркость и мощность, по каким основным причинам может понизиться эффективность и как ее повысить.
Содержание
- 1 Как измерить КПД светодиода
- 2 Расчет эффективности
- 3 Яркость и мощность
- 4 Почему ухудшается эффективность светодиодов
- 5 Как увеличить эффективность
- 6 Основные выводы
Как измерить КПД светодиода
Чтобы не сомневаться в достоверности добытых из интернет-источников данных о КПД конкретного светодиода, необходимо измерить и подсчитать его величину пpaктическим методом. Для этого придется изготовить элементарный колориметр. Вся суть эксперимента сводится к измерению разницы температуры водной среды, в которую был опущен лед-элемент – до его включения и после работы заданное время.
Далее зная какое количества тепла при этом выделилось и общее количество затраченной энергии, с помощью формул из школьной физики можно легко подсчитать точную эффективность данного светильника.
Суть опыта сводится к следующим действиям:
- Необходимо взять сосуд с теплоизолированными стенками, для этого хорошо подходит колба или сам термос.
- К выбранному для измерения светодиоду нужно припаять провода, ведущие от блока питания, и покрыть их открытые участки слоем изоляционного лака – во избежание утечки тока в водной среде.
- В термос заливается 0,25 литра чистой воды с низким содержанием солей.
- Измеряется начальная температура с помощью термометра (значение обязательно записывается) – до эксперимента.
- Далее лэд-элемент целиком погружается в воду и подключается при открытой крышке.
- С подачей питания необходимо одновременно включить секундомер.
- По истечение пятнадцати минут сеть отключается, и температура замеряется заново (предварительно водная среда перемешивается). Данные фиксируются.
После этого эксперимент повторяется аналогичным образом, но при этом матрица светодиода должна быть полностью заклеена не пропускающим свет материалом. Все измеренные результаты записываются. Пpaктическая часть на этом завершается, начинается расчет КПД.
Обратите внимание! КПД светильника и КПД источника света – совершенно разные понятия. Показатель хаpaктеризует отношение исходящего из прибора света к общего световому потоку. Например, отдельный светодиод будет иметь эффективность в 100%, а при заключении ее в люстру – этот параметр снизиться. Кроме того, степень освещенности от различных светоисточников будет различной: от ламп накала – вдвое меньшим, тем от аналогичного по мощности лэд-кристалла, из-за изначальной направленности последнего.
Расчет эффективности
Изначально подсчитывается среднее энергопотрeбление. Для этого нужно умножить мощность на время. Например, в эксперименте использовалась светодиодная лампа мощностью ровно 50 Вт, то за 15 минут (что аналогично 900 сек.) затрачено 45000 Дж. Теперь произведем расчет КПД для светодиода, исходя из определения затрат в обоих экспериментах
Первый эксперимент: когда светодиод был заклеен, вода нагрелась с 22 до 57 градусов. Температурная разница составила 35 градусов. Зная удельную теплоемкость воды (4,2 тыс. Дж) и ее массу (250 мл – 0,25 кг), а также что потери на нагрев стекла колбы на каждый градус составили порядка 131 Дж, плюс на разогрев медного (теплоемкость 381 Дж) при массе 28 грамм светодиода, подставляем значения в формулу:
4200х0,25х35 (для воды 36750 Дж) + 131х35 (для колбы 4585 Дж) + 381х0,028х35 (для светодиода 373 Дж) = 41708 Дж.
Из соотношения получаем: 41708/45000 = 93%. Следовательно, порядка 7% – чистые тепловые потери от общего КПД данной светодиодной лампы.
Второй эксперимент: в аналогичном эксперименте с открытым светодиодом разница в нагреве воды составила 25 градусов подставляя ее значение в выше стоящую формулу, получаем = 26250 + 3275 + 266 = 29791 Дж.
Соотносим его с расчетной мощностью: 29791/45000 = 66%.
На чистую световую энергию ушло порядка 34% энергии, однако с учетом чисто тепловых потерь, равных 7%, КПД = всего 27%!
КПД фирменных светодиодов равен 24-28%. При этом это еще далеко не худший результат. Так у некачественных дешевых аналогов он может оказаться в 2-3 раза меньше.
Яркость и мощность
В работе светодиодов существует простое правило – чем выше мощность лед-кристалла, тем ярче световой поток. Однако хорошего в этой зависимости мало – чем больше значение этих показателей, тем меньше становится КПД. На графике для диода мощностью 50 Вт (взятом за 100%-ую эффективность), приведенном ниже, эта особенность хорошо прослеживается:
Подобное снижение показателя КПД с повышением мощности хаpaктерно абсолютно для всех существующих светодиодов. Причины явления скрыты в природе полупроводникового кристалла и изменении его параметров в зависимости от условий работы.
Почему ухудшается эффективность светодиодов
Для падения КПД светодиодов по мере роста их мощности есть несколько оснований:
- С увеличением силы свечения повышается нагрев полупроводниковой матрицы. В ответ на это снижается количество и энергия образуемых при p-n-переходе частиц света – фотонов. Дело не спасает даже качественный металлический радиатор, так как лед-кристалл расположен на подложке из сапфира – плохого проводника тепла. Разница нагрева может достигать от 12 до 27 градусов. Это в конечном итоге приведет к деградации основы кристалла, первые признаки которого проявляются как моргания света.
- Паразитное внутреннее сопротивление тем больше, чем выше сила тока – причем в квадратной прямой зависимости. Из-за этого существенная доля энергии просто превращается в тепло, теряя проценты КПД – и тем сильнее, чем мощнее светодиода.
Как увеличить эффективность
Существует несколько пpaктических способов предотвратить снижение КПД и продлить срок службы светодиоду:
- Вместо одного лед-источника подключить два, используя параллельное соединение. Этим будет достигнуто снижение сопротивления вдвое. Таким образом можно получить лучшее освещение, но с меньшими затратами энергии и без перегрева.
- Аналогичным способом при наличии свободного места в корпусе светильника можно установить сразу 3 или 4 светодиода.
- Монтировать один светодиод, но с большой мощностью, чем рассчитано – если места на установку нескольких нет. Например, вместо 40 Вт поставить на 80 Вт.
Пользуясь такими способами, можно поднять КПД конкретного светодиода в несколько раз. Кроме того, никогда не используя более трети от предельной мощности можно существенно продлить срок службы лед-элемента. Также нельзя забывать о габаритах кристалла – от этого зависит уровень его нагрева и величина внутреннего сопротивления.
Важно! Некоторые виды светодиодов покрываются слоем специального вещества для изменения цвета светового потока. От его светопропускающей способности и прочих технических хаpaктеристик будет во многом зависеть итоговый КПД.
Основные выводы
КПД – важнейший параметр в эксплуатации светодиодов. Чтобы измерить его в домашних условиях, необходимо провести ряд измерений. Для этого потребуется элементарный колориметр (например, можно взять термос), термометр и секундомер. Алгоритм действий в опыте следующий:
- В колбу наливается стакан чистой воды и измеряется его температура.
- Затем в нее полностью погружается подготовленный светодиод и подключается к сети.
- Через определенное время снова измеряется температура воды.
Измерения проводятся дважды – с открытым кристаллом и закрытым непрозрачной материей. На основании полученных данных по термодинамическим формулам вычисляются тепловые потери и рассчитывается КПД.
Для всех современных светодиодов хаpaктерна такая особенность, что с увеличением мощности, происходит падение КПД. Связанно это с особенностями полупроводниковой матрицы и увеличивающимся нагревом, приводящем к постепенной деградации последней. Повысить эффективность и долговечность можно, используя вместо одного диода сразу несколько через параллельное соединение или поставив на его место более мощный.
Если вы знаете другие эффективные способы, как повысить КПД и срок службы конкретного вида светодиода, обязательно напишите об этом в комментариях.
ПредыдущаяСветодиодыКак сделать зеркало с подсветкой своими руками: инструменты, выбор ленты, инструкцияСледующаяСветодиодыОсобенности, применение и инструкция по изготовлению светорассеивателя для светодиодной лентыКомментарии:
Как правильно подобрать ксеноновые лампы для автомобиля? Преимущества и недостатки моделей....
04 12 2025 8:23:30
С помощью диммера можно регулировать яркость светодиодного освещения. Рассмотрим основные схемы для сбора диммера своими руками и принцип их работы...
03 12 2025 18:52:45
Читайте, как правильно самостоятельно собрать, повесить на потолок и подключить люстру. Различные варианты крепления и схемы подключения светильника. Рекомндации и видео по сборке и монтажу....
02 12 2025 2:34:54
Чтобы использовать оборудование эффективно, стоит знать его строение и основные принципы работы. В статье специалисты компании rental-power объясняют, как...
01 12 2025 17:59:16
Розетка стиральной машинки имеет определенные требования по своей установке и расположению. Кроме того, есть общие требования по установке розеток о которых частенько забывают при установке машинок. Все это может привести как к поломке розетки или стиральной машинки, так и более тяжелым последствиям вплоть до cмepтельного исхода....
30 11 2025 17:54:19
Читайте, какие модели светодиодов могут быть использованы в карманном, налобном или поисковом фонарике. Как можно произвести ремонт вышедшего из строя светильника. Сохраните себе пошаговую инструкцию по замене LED элемента....
28 11 2025 7:11:46
Напряжение питания светодиода и методы его вычисления. На что влияет напряжение питания, какое значение правильное?...
27 11 2025 12:50:28
Статья подскажет, какие и как использовать розетки для кухни выдвижные....
26 11 2025 14:51:28
Читайте об особенностях организации освещения двухуровневых (двухярусных) натяжных потолков с подсветкой. Какие виды светильников подходят и как подобрать освещение для разных помещений. Дизайнерские решения гна 2 уровня в разных стилях....
25 11 2025 6:34:46
Ультрафиолетовая лампа для красноухой и сухопутной черепахи — особенности, для чего нужна, какое влияние оказывает на питомцев. Типы ультрафиолетовых ламп, какую лучше выбрать, требования. Время работы лампы, расположение, вредны ли человеку....
24 11 2025 21:32:36
Каких размеров бывают точечные светильники — как выбрать подходящий, основные параметры светильников, от чего зависит какой взять. Как выбрать размер крепления для натяжного потолочного перекрытия, подвесной конструкции и потолка из ГКЛ....
23 11 2025 8:11:49
Тема сегодняшней статьи – опоры освещения и схема установки. Статья носит ознакомительный хаpaктер, так как подобными работами занимаются только подготовленные специалисты, используя необходимое профессиональное оборудование....
22 11 2025 3:48:40
Лавовая лампа своими руками: конструкционные особенности и принцип работы устройства. Достоинства и выполняемые функции лава-лампы. Чем временная лампа отличается от постоянной. Что лучше масляные шарики или парафин....
20 11 2025 14:12:31
Читайте о том, как сделать освещение в гараже своими руками. Как рассчитать и провести свет. Какие лампы выбрать для гаражных светильников. Вариант с диодными прожекторами. Как составить схему....
19 11 2025 7:38:19
Выясните, зачем необходима подсветка для орхидей, выращиваемых в домашних условиях, как организовать систему освещения и когда ее использовать. Основные требования к используемым в установке лампам....
18 11 2025 1:39:14
Требования к естественному и искусственному освещению для различных производственных и жилых зданий сведены в СНиП 23.05.95....
17 11 2025 6:27:58
Сегодня Мы с Вами Обсудим Как Подключить Автомат в Щитке, в Какой Последовательности Выполнять Действия. Также Расскажем Как к Автомату Присоединить Провода...
15 11 2025 15:53:49
Схемы аварийного освещения для различных помещений в значительной степени отличаются. Это зависит от их размеров, мощности системы аварийного освещения и, собственно, требований к самому освещению....
14 11 2025 4:29:42
Но нередко случается так, что при подсоединении ноутбука или персонального компьютера к телевизору, возникает проблема, и после подключения нет звука через кабель hdmi....
12 11 2025 23:16:55
Как работает датчик движения: классификация и основные хаpaктеристики устройств. Сферы применения и критерии выбора датчиков движения. Достоинства и недостатки разных типов датчиков....
11 11 2025 3:32:15
Светодиодные лампы для освещения дома в последнее время применяются все более широко. Главными аргументами в пользу этих осветительных устройств является их энергоэффективность и обещанная производителем долговечность. В то же время вы наверняка слышали множество историй о том, как светодиодные лампы негативно влияют на зрение, на организм человека, да и вообще они не очень удобны в плане эксплуатации. Поэтому в нашей статье мы решили разобраться со всеми аспектами LED освещения и определить их главные достоинства и недостатки....
10 11 2025 1:40:24
Читайте здесь, как происходит замена лампы ближнего света Рено Меган 2 своими руками, какие лампы для этого подойдут, каковы главные особенности процедуры, как выполнить ее через отверстия в подкрылках и моторный отсек....
09 11 2025 15:59:29
Читайте здесь, что такое лампа ДНаТ и как расшифровывается. Принцип работы и сфера применения. Основные плюсы и минусы применения таких лампочек. Какие бывают натриевые лампы высокого и низкого давления. Правильная схема подключения....
08 11 2025 20:52:25
Что нужно для регулировки противотуманных фар? Как правильно регулировать ПТФ своими руками....
07 11 2025 3:53:23
Сегодня нам предстоит разобраться, как организовать обогрев трубопроводов греющим кабелем. Мы выясним, какой именно кабель стоит приобрести, как подобрать его мощность и как правильно установить кабельную систему обогрева....
06 11 2025 1:20:42
Сделать садовый светильник своими руками по силам любому человеку, обладающему хотя бы начальными навыками пайки. Купить комплектующие можно через интернет или в магазине радиоэлектроники....
01 11 2025 16:32:33
Хаpaктеристика неоновой лампы. Чем холодный неон отличается от обычного? Особенности работы неоновой лампы. Сфера применения. Схемы подключения и питания. Можно ли получить разный спектр свечения...
31 10 2025 6:17:24
Организация подсветки потолка по периметру — какие источники света можно использовать, особенности LED-ленты и ламп. Как сделать потолок с подсветкой по периметру своими руками, необходимые материалы, правильное подключение и монтаж....
30 10 2025 4:23:42
Нормы естественного и искусственного освещения зданий прописаны в СНиП 23 – 05 – 95. Но разобраться в этом вопросе с «наскока», не обладая должными минимальными познаниями, достаточно сложно....
28 10 2025 5:17:52
Сегодня мы поговорим о такой сложной и интересной теме, как проектирование освещения в музеях. Очень важно, чтобы от воздействия светового излучения, никак не пострадали раритетные экспонаты, о чем мы и поговорим в этой статье....
27 10 2025 9:38:53
Грамотный подход к подбору оснащения для магазина или точки общественного питания позволит приобрести функциональное холодильное оборудование без лишних...
26 10 2025 10:21:14
Смотрите здесь, как выполнить замену сгоревшей лампы ближнего света на новую, по каким первичным признакам можно узнать, что требуется ее замена, как правильно ее выбрать и по каким параметрам, из каких основных этапов состоит процеДypa ее смены и почему новая лампочка может быстро перегореть....
25 10 2025 23:16:12
Как подключить цветную светодиодную ленту с пультом: особенности подключения светодиодной ленты, что потребуется, варианты и схемы....
24 10 2025 3:28:10
Рекомендации по ремонту люстры с пультом дистанционного управления своими руками. Что понадобится, чтобы починить светильник дома самому. Можно ли отремонтировать китайские галогенные изделия. Устройство и принцип работы ДУ. Частые причины поломок и способы устранения....
23 10 2025 15:13:27
Сабельные аккумуляторные пилы в нашей стране не настолько популярны, как за рубежом. Хотя функциональность этих устройств заслуживает большего внимания потребителей. О них и расскажем...
22 10 2025 4:23:51
Монтаж электропроводки в стяжку в последнее время приобретает все большую популярность. Ведь это позволяет избавиться от грязных и трудоемких работ по штроблению стен и снизить расход провода или кабеля. Как правильно выполняется монтаж проводки в стяжке, и каковы вообще преимущества и недостатки данного метода, мы и обсудим в нашей статье....
21 10 2025 5:39:54
Тонкости монтажа светильников в ПВХ-панели — в чем особенности материала. Как установить точечные светильники в пластиковый потолок, описание проведения работ своими руками. Подготовка места, как сделать отверстие, схема разводки проводов....
20 10 2025 15:43:37
Как выбрать болгарку? Чтобы была безопасна и при этом максимально функциональна?...
19 10 2025 18:56:23
Подобрать студийный свет несложно, если разобраться в особенностях оборудования и найти оптимальную схему для фотосъемки. Главное – обеспечить качественное основное освещение и грамотно расположить вспомогательные элементы....
18 10 2025 6:47:24
Узнайте, какие лампы лучше всего установить в ближний свет автомобиля Лада Ларгус, каковы особенности конструкции светильников и наиболее популярные модели. Читайте, как производится замена ламп, подготовительные работы и порядок действий....
17 10 2025 3:51:30
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
