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:
Узнайте, как можно организовать подсветку компьютерного стола и какие для этого потребуются светильники. Читайте, что следует учесть при выборе приборов, как распределить потоки света по рабочей площади. Уточните, в чем преимущества светодиодных устройств перед другими видами подсветки....
10 09 2024 23:37:50
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....
09 09 2024 18:58:46
Читайте здесь, что такое светодиодная лампа с датчиком движения, каково его назначение, принцип действия и конструкция, какие виды существуют, как выглядит ТОП-список их производителей, а также каковы главные особенности монтажа моделей с выносным и встроенным датчиком....
08 09 2024 14:11:40
Сегодня мы расскажем вам, какое освещение должно быть в аквариуме и как правильно выбрать световые приборы. Данное дело не такое простое, как может показаться на первый взгляд....
06 09 2024 13:11:55
Вопрос что делать если горит розетка, а также вопросы, связанные с устранением последствий пожара, могут стать перед каждым из нас....
05 09 2024 9:18:48
Освещение спортивных и тренировочных залов — правила, требования и нормы. Общие особенности освещения спортзалов в школе, выбор светильников, какие подходят лампы. Последствия несоблюдения норм....
04 09 2024 8:13:14
Смотрите здесь все хаpaктеристики и особенности использования ИЗУ для натриевых ламп ДНаТ. Что собой представляют. Для чего нужны импульсные зажигающие устройства. Как подключить лампу ДНаТ и распространенные ошибки....
03 09 2024 7:52:23
Узнайте, какие преимущества и недостатки у схемы подключения люминесцентной лампы с дросселем и стартером. Читайте, какая модель подключения светильника самая простая. Как устроить временное люминесцентное освещение с минимальным количеством деталей, если вольфрамовые нити перегорели....
02 09 2024 17:23:24
Читайте здесь, что такое RGB подсветка, для чего она используется и где применяется. Узнайте, каковы особенности светодиодных лент, их основные параметры и свойства. Выясните, по каким критериям происходит выбор ленты, что следует учесть, подбирая устройство для работы в заданных условиях....
01 09 2024 13:19:32
Стрейч-потолки давно перестали быть роскошью. Их можно увидеть пpaктически в каждом доме, и это неудивительно, ведь по соотношению цены и качества они в разы...
30 08 2024 18:44:57
Узнайте, что может быть причиной поломки ЖК монитора и как можно самостоятельно проверить лампы подсветки монитора. Уточните для себя, зачем нужны некоторые узлы и устройства. Читайте, как произвести замену люминесцентных ламп подсветки на светодиодные....
29 08 2024 21:15:19
399) Выбираем фотореле для уличного освещения...
27 08 2024 14:13:36
Какие бывают возможные неисправности электродвигателя стиральной машины и как их устранить, подскажет статья....
26 08 2024 10:53:56
Технология монтажа растровых светильников, схема разводки электропроводки. Что такое растровый светильник — особенности, преимущества и недостатки использования. Разновидности и конструктивные особенности, какой выбрать, встраиваемый или накладной....
25 08 2024 23:30:23
Розетки и выключатели Viko представлены на отечественном рынке пятью сериями: Carmen, Carme Plus, Kardelen, Vera, Palmiye....
23 08 2024 10:36:43
Читайте, как правильно паять светодиодную ленту, когда без использования коннекторов не обойтись, какие способы и порядок пайки существуют, какой для этого понадобится инструмент и какие при этом могут быть допущены ошибки....
22 08 2024 18:26:57
Читайте, как можно самостоятельно изготовить фонарь для наружного освещения. Узнайте, какие могут быть выбраны светильники, выберите наиболее подходящий материал и вид фонаря. Сохраните себе порядок изготовления и подключения устройства с источнику питания....
20 08 2024 16:50:16
Узнайте, как производится установка и подключение бра. Выясните для себя, какие существуют варианты подключения к электросети, в чем их преимущества и недостатки. Порядок действий при монтажных работах и подключении, техника определения фазного провода....
18 08 2024 11:12:16
Хаpaктеристики кабелей и проводов Провод СИП Провод ПВ и АПВ Провод ПВС Провод ПУНП Кабель ВВГ и ВВГНГ Электрический провод (провод) — кабельное изделие,...
17 08 2024 1:17:38
Полное руководство по выбору и эксплуатации светодиодных (LED) ламп P21 5W и P21W для стоп-сигнала, габаритов, ламп заднего хода и не только....
16 08 2024 2:27:35
Есть задача-выбрать фотореле для уличного светодиодного светильника LS-50 Street (220в/50В) в условиях низких температур (Якутия) Светильник устанавливается на столбе. Что посоветуете...
15 08 2024 9:13:16
Как сделать герметичное соединение проводов Способы соединения проводов и кабелей Соединение проводов. Колпачки СИЗ Основные типы клемм для соединения...
14 08 2024 12:41:59
Гофрированная трубка для проводов, в последнее время находит все большее применение. Ее используют, как дополнительное средство защиты проводников от механических воздействий....
13 08 2024 23:25:51
Как правильно выбрать люстру на гипсокартонный потолок? Процесс монтажа люстры. Как повесить люстру на гипсокартон, если потолок уже обшит? Снятие люстры с потолка....
12 08 2024 9:53:41
Читайте, какими факторами определяется срок службы светодиодных ламп. Узнайте, от чего зависит продолжительность эксплуатации светильников. Особенности выработки ими своего ресурса и методы продления работоспособности ламп....
11 08 2024 21:49:48
Провода МГТФ получили широкое распространение во всех сферах электроэнергетики. Благодаря своим уникальным свойствам и богатому спектру выпускаемой продукции такой провод можно использовать пpaктически в любых электроустановках напряжением до 250В....
10 08 2024 15:18:42
Установленная розетка в ванной комнате вызывает много вопросов. Ведь это влажное помещение, где возможно попадание брызг и выпадение влаги на электрооборудовании....
09 08 2024 8:38:47
Самонесущие изолированные провода СИП в последнее время приобретают все большую популярность....
08 08 2024 6:49:14
Читайте, как подключить светодиод к 220в при помощи резисторов и конденсаторов, в каких ситуациях лучше потратиться на драйвер. Узнайте, какие детали лучше выбрать и как присоединить. Формулы для расчета резистора и емкости конденсаторов....
06 08 2024 15:48:48
Схемы подключения подсветки в багажник автомобиля. Выбор инструмента, места установки светодиодной ленты....
05 08 2024 13:52:59
Узнайте, какие лампочка оптимальны для установки на ближний свет на Ладе Приоре. Читайте, какие действия необходимо выполнить для замены лампочек, возможные ошибки и условия правильного выполнения работы. Рассмотрите возможность использования светодиодных ламп....
04 08 2024 18:57:13
Потрeбление электроэнергии диода зависит от его мощности. Разберем основные типы светодиодов, их потрeбление, от чего оно зависит и как его определить....
03 08 2024 19:51:16
Для их создания используют провод обмоточный. Расскажем о его видах и марках, особенностях и применении разных типов....
02 08 2024 14:50:28
Системы естественного освещения являются идеальным вариантом пpaктически для любых зданий и сооружений....
01 08 2024 17:18:34
Освещение аквариума — особенности, какое должно быть для рыб и растений, хаpaктеристики. Типы ламп для аквариумов, какие бывают, как правильно рассчитать необходимую мощность....
31 07 2024 17:42:43
Узнайте, какие особенности и правила необходимо выполнить при замене ламп ближнего света на Ладе Гранте. Читайте, какими критериями следует руководствоваться при выборе модели светильника, какие образцы рекомендованы для использования. Порядок действий, необходимых для замены лампы ближнего света....
30 07 2024 12:29:36
Читайте здесь, как проще всего помыть люстру в домашних условиях, чтобы она блестела. Мойка многоярусных моделей и с хрустальными подвесками. Можно ли очистить светильник, не снимая с потолка. Какие средства для чистки лучше всего подходят....
29 07 2024 10:38:47
Читайте здесь, какие инфpaкрасные светодиоды существуют, какие их разновидности можно найти на рынке, какими основными параметрами они хаpaктеризуются, чем выделяются мощные их аналоги, какова сфера применения ИК-светодиодов....
28 07 2024 23:45:43
Достаточно часто освещение улиц в сельской местности является проблемой, которую местные администрации стараются не замечать. Из-за этого многие решают эту проблему своими силами. Для этого не требуется каких-то особых познаний в электротехники, а нормы наружного освещения достаточно просты и легки в исполнении. Об этих требованиях мы и поговорим в нашей статье....
27 07 2024 7:14:39
Подключение выключателя с подсветкой: устройство и принцип работы. Особенности монтажа выключателей с диодом или конденсатором. Почему моргают светодиодные лампы после подключения выключателя с индикатором подсветки....
26 07 2024 8:50:40
Основы диагностики и ремонта светодиодных прожекторов своими руками. Основные причины неисправностей. Устранение мигания Led-прожектора и замена деталей. Как разбирать прожекторы....
25 07 2024 22:15:13
Читайте здесь, как сделать светодиодную лампу своими руками, каков принцип ее работы, какими плюсам и минусами она обладает, какие схемы ее сборки существуют, какие при этом материалы и компоненты потребуются и как выглядит пошаговая инструкция ее самостоятельной сборки....
24 07 2024 23:15:26
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
