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:
Реле переменного тока – прибор для коммутации в автоматическом режиме для электрических цепей по управляющему сигналу. В статье расскажем о разновидностях и рабочих хаpaктеристиках...
03 02 2026 15:17:14
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....
02 02 2026 17:18:31
Читайте здесь о требованиях к контейнерам для сбора, хранения и трaнcпортировки отработанных ртутных (ртутьсодержащих) ламп. Особенности тары и утилизации отходов....
30 01 2026 20:54:37
Как вы уже могли догадаться, сегодня мы будем разговаривать про современный клеммники для проводов – расскажем, чем он примечателен, рассматривая давно известные и новаторские модели....
29 01 2026 5:25:32
Читайте здесь, каким должен быть светильник для влажных помещений, чем он отличается от стандартного прибора освещения, какие разновидности существуют и какие требования предъявляются к степени их защиты, как они различаются по способу монтажа, каким производителям подобных светильников можно доверять....
28 01 2026 5:35:47
Подсветка кровати светодиодной лентой: особенности монтажа, выбора ленты, подключения. Достоинства и недостатки использования светодиодов....
27 01 2026 10:44:18
Узнайте, в чем состоят особенности светодиодных автомобильных лампочек на 12 В. Читайте, какие особенности конструкции он имеют, каковы их достоинства и недостатки. Запомните для себя наиболее известных производителей автомобильных ЛЕД ламп....
26 01 2026 21:30:25
Поможем правильно спланировать расположение светильников на натяжном потолке. Смотрите варианты, как лучше разместить точечные, люстры и другие варианты освещения. Как выбрать подходящие лампочки и красиво разместить по комнате....
24 01 2026 1:34:38
Температура света: описание и единицы измерения. Шкала цветовых температур распространённых источников света. Особенности применения светильников с разной цветовой температурой. Влияние ЦТ на эмоции человека....
23 01 2026 19:11:59
Читайте, какие светодиодные ленты доступны на рынке, чем они отличаются друг от друга. Узнайте устройство светодиодной ленты на 12 вольт, Критерии выбора и способы подключения к сети. Как рассчитать мощность блока питания, когда требуется включение в схему контроллера и усилителей....
22 01 2026 19:50:17
Смотрите, как сделать светодиодный светильник своими руками. Как правильно при этом рассчитать и изготовить драйвер с гасящим конденсатором, какие материалы можно применять и как подключать прибор в сеть 220В или от батареек....
20 01 2026 1:49:38
Читайте, какая может быть автомобильная лампа Н1, какие эксплуатационные хаpaктеристики у разных видов этих изделий. Узнайте, у каких лампочек самый большой поток света, продукция каких производителей самая качественная. Как выбрать автолампу, учитывая ограничения по использованию ксеноновых изделий....
19 01 2026 13:18:31
Сегодня поговорим о видах открытой проводки в домaх из бруса, панельных и каркасных. О том, когда лучше использовать данный способ и как выполняется монтаж....
18 01 2026 12:48:10
Люстры на кухню — особенности выбора, как зависит от типа потолка. Разновидности современных люстр для освещения кухни, где лучше разместить. Как выбрать люстру для нестандартного помещения, нюансы освещения кухни, совмещенной с гостиной....
17 01 2026 1:40:11
Заземляющий провод является одним из неотъемлемых элементов любой электроустановки. Его основное назначение - защита от косвенного прикосновения к частям электроустановки, находящимся под напряжением....
16 01 2026 7:50:15
Как выбрать теплый электрический пол правильно с наименьшим энергопотрeблением и отвечающий всем нашим требованиям? Такой вопрос часто становится во время строительства и ремонта....
15 01 2026 16:35:34
Смотрите здесь, как поменять лампочку в натяжном потолке. Что надо знать о натяжном полотне. Как заменить разные виды лампочек (светодиодную, галогеновую) во встроенных светильниках или спотах. Когда нужен демонтаж подвесной люстры....
13 01 2026 13:49:22
С помощью диммера можно регулировать яркость светодиодного освещения. Рассмотрим основные схемы для сбора диммера своими руками и принцип их работы...
12 01 2026 10:22:58
Читайте, какие электронные элементы называют диодами, по каким признакам они классифицируются и где используются. Узнайте способы, позволяющие определить, где у неполупроводникового и полупроводникового диода анод, и где катод. Какой из методов самый точный для светодиодов. Какая разница между плюсом и анодом, минусом и катодом....
11 01 2026 0:35:32
134) Скрытые розетки для кухни: как установить правильно...
10 01 2026 5:14:13
Читайте здесь, как выбрать и поменять лампу ближнего света на ВАЗ 2106, какие лампочки лучше всего подходят для ремонта, из каких главных шагов состоит процеДypa по их замене и какие самые распространенные проблемы при этом могут происходить....
09 01 2026 7:43:20
Читайте, из чего состоит белый свет. Узнайте, как производители светодиодов получают его смешиванием цветов излучения кристаллов и при помощи разноцветных люминофоров. Почему не всегда используют в RGB базовые цвета. Какие уникальные технологии разработаны у Cree и Osram....
07 01 2026 9:17:59
Узнайте, вредны ли светодиодные лампы для человека. В чем они представляют опасность. Выясните, какие мнения о светодиодах являются чистой выдумкой и что происходит при использовании дешевых китайских LED-ламп....
06 01 2026 1:39:52
Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она хаpaктеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы....
05 01 2026 1:10:58
Схема электропроводки на кухне имеет немало отличий от схемы в жилой комнате. Ведь здесь кроме таких нeблагоприятных факторов как вода присутствует большое количество бытовых электроприборов....
04 01 2026 17:28:57
Прокладка электропроводки в ванной комнате дело хоть и не тяжелое, но достаточно ответственное. Ведь это помещение относится к особо влажным....
03 01 2026 17:24:17
Что такое ШИМ - ответы специалистов, описание принципа работы и регулирования. Примеры использования....
01 01 2026 14:22:25
Узнайте, что светодиод – это полупроводниковый элемент, который используется для индикации и производства осветительных приборов. Читайте, по каким признакам классифицируются диоды, излучающие свет. Какие хаpaктеристики обязательно нужно учесть при покупке, какие достоинства и недостатки у светодиодов, используемых в осветительных приборах....
31 12 2025 13:29:12
Что касается цены комплекта, средний набор из 4 модулей на 300 Вт и всего необходимого к ним стоит от 120 до 200 тысяч или больше, все зависит от производителя комплектующих....
30 12 2025 21:21:35
Особенности освещения в подъезде и на лестничных клетках МКД — какие предъявляются требования, чем нормируется. Схемы автоматизации подъездного освещения. Куда обращаться, если в подъезде многоквартирного дома нет освещения....
29 12 2025 9:34:14
Смотрите здесь электрическую схему драйвера для прожектора led на 50 w. Причины перегорания матрицы. Ремонт светодиодного прожектора на 50 ватт. Как сделать LED-прожектор своими руками....
27 12 2025 22:18:19
Электрическая сушилка для полотенец уже давно и прочно вошла в обиход наших граждан. Это не только функциональное устройство, способное создать комфорт в вашей ванной комнате, а также отопительный прибор....
25 12 2025 1:28:33
Как сделать светодиодную лампу (своими руками). Схемы и выбор корпуса светодиодной лампы. Сборка колбы лед лампочки в домашних условиях....
24 12 2025 4:55:26
Прокладка электропроводки на освещение задача далеко не такая простая, как многим кажется. Тут стоит вспомнить только тот факт, что более половины пожаров в нашей стране случается из-за коротких замыканий в проводке. И если вы не хотите собственноручно спалить свой дом, то следует выполнить целый ряд правил монтажа....
23 12 2025 21:30:13
Расчет освещения ванной комнаты, если в ней установлена душевая кабинка, имеет свои нюансы. Ведь обычно еще советские санузлы не предполагают наличие таких габаритных изделий, и лампочки над входом в ванную мало для освещения кабинки....
22 12 2025 11:59:49
В настоящее время сложно представить себе полноценное функционирование объекта без электричества. Как и в случае любой другой установки, необходимо поддерживать...
21 12 2025 19:10:54
Рулонные шторы с электроприводом очень просты в эксплуатации. Их виды, особенности и способы монтажа, подскажет статья....
19 12 2025 8:17:21
В чем разница УФ-лампы и лед лампы? Какие их особенности, плюсы и минусы. Принцип работы и отличительные признаки. Срок службы каждой из ламп....
18 12 2025 1:27:19
Лампа от желтушки — что это такое? Принцип работы лампы от желтухи. Как подобрать лампу? Показания и противопоказания к применению лампы. Как долго можно лечиться лампой? Возможные последствия. Как быстро снижается билирубин?...
17 12 2025 20:23:21
Узнайте, как подключить светодиод к 3, 5 и 12 вольтам через резистор и драйвер. Читайте, какие особенности у подключения лед-ламп к аккумулятору автомобиля. Как точно рассчитать сопротивление и мощность резистора и драйвера для разных источников питания....
16 12 2025 15:40:17
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
