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:
Подробные технические хаpaктеристики SMD 3528, 5050, 5630, 5730. Таблицы размеров и параметров светодиодов, оригинальные datasheet....
12 12 2025 10:28:56
Сравним две популярных светодиодных матрицы smd 3528 и smd 5050 и определимся какая из них лучше в зависимости от назначения освещения....
10 12 2025 9:45:32
Светильник из бутылки: преимущества и недостатки материала. В каких помещениях квартиры или дома лучше использовать такие светильники: варианты дизайна и украшения. Из какой бутылки лучше сделать светильник: стекло или пластик....
09 12 2025 11:19:16
Часто изображение дома разительно отличается в худшую сторону, и многие пользователи просто не догадываются, что просто достаточно выполнить правильное подключение, и картинка «оживет». Статья расскажет непосвященным людям, какой кабель телевизионный лучше, как его правильно выбрать, и как выполнить подключение....
08 12 2025 6:34:22
Энергосберегающие лампы: особенности и преимущества использования. Советы по выбору ЭСЛ ламп от специалистов....
07 12 2025 2:21:56
Датчик движения своими руками: пошаговая инструкция для изготовления. Самые простые схемы для самодельных датчиков движения. Порядок сборки и настройки. Модификации с мембранным усилителем....
06 12 2025 4:20:12
Единица измерения освещенности: описание кандел, люменов и люксов. Как происходит измерение количества света для разных источников света. Как перевести одни единицы освещеннности в другие. Нормы и порядок расчета необходимого уровня....
05 12 2025 18:11:38
Качественные и количественные показатели освещения представляют собой набор параметров, которые суммарно обеспечивают высококачественное освещение в любом помещении. В нашей статье мы подробно познакомимся со всеми из них, и оценим их влияние на различные системы освещения....
03 12 2025 2:22:31
Что представляет собой синяя лампа? Зачем применять синею лампу? Эффективность использования. Инструкция по применению. Плюсы и минусы лампы. Как правильно подобрать лампу?...
02 12 2025 14:17:32
Смотрите здесь, как выбрать и установить потолочный карниз, оборудованный подсветкой. Читайте, какие полезные функции дает световое оформление, как выполняются подготовительные и монтажные работы. Некоторые тонкости, важные советы....
01 12 2025 15:28:49
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....
30 11 2025 18:42:42
Особенности светодиодного прожектора. Разновидности. Как правильно выбрать прожектор? Рейтинг лучших прожекторов. Какой срок службы у прожектора....
28 11 2025 0:27:42
Чтобы использовать оборудование эффективно, стоит знать его строение и основные принципы работы. В статье специалисты компании rental-power объясняют, как...
27 11 2025 23:35:50
Смотрите, как технически грамотно и на законных основания установить светодиодные лампы в фары на автомобиль. Читайте, какие варианты их монтажа доступны автолюбителю, и с какими трудностями возможно придется столкнуться....
26 11 2025 7:52:33
Тема нашей сегодняшней статьи - принцип действия электродвигателя постоянного тока. Эту тему мы решили раскрыть более полно и разбираем все разновидности электромоторов....
25 11 2025 12:46:48
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....
24 11 2025 15:28:33
Узнайте, для чего делается подсветка ручек автомобильных дверей. Выясните, какие светодиоды для этого подходят, что необходимо приготовить для выполнения работ и какие действия следует произвести при монтаже подсветки....
23 11 2025 3:21:34
Как устроены энергосберегающие лампы? Почему мигает выключенная энергосберегающая лампа и как устранить причину мигания энергосберегающих ламп? Меры профилактики....
22 11 2025 13:17:41
Газоразрядные лампы — что это такое? Виды газоразрядных ламп. Устройство и принцип работы газоразрядных ламп. Как правильно выбрать газоразрядною лампу? Сферы применения ГРЛ. Преимущества и недостатки лампы....
21 11 2025 2:50:28
На данный момент розетки телевизионные достаточно широко представлены на рынке и находят все более широкое применение. В то же время достаточно часто можно встретить нарекания на их работу и качество телевизионного сигнала, передаваемое такими розетками....
20 11 2025 15:58:50
Правильное освещение в гостиной способствует не только комфортному отдыху в этой комнате, но и должно придавать особую атмосферу, а также подчеркивать все ее красоту....
19 11 2025 17:18:11
Узнайте, какие виды освещения могут быть использованы в жилых домах или квартирах. Особенности, специфика и классификация различных видов и режимов подсветки, какие задачи они призваны решать и где применяются....
18 11 2025 4:51:51
Читайте, для чего на велосипед устанавливается подсветка и какой эффект от этого ожидается в результате. Узнайте, какие могут быть использованы виды и варианты подсветки для велосипеда. Выясните, каким образом можно самостоятельно украсить свой велосипед....
16 11 2025 0:42:33
В статье представлен обзор самых популярных галогенных ламп, который поможет понять какие лампы h4 лучше. Рейтинг самых популярных производителей ламп н4....
12 11 2025 0:25:34
Освещение места работы — как влияет на человека, какие применяются виды. Требования к естественному освещению рабочего места. Нормы освещенности для рабочих мест в зависимости от типа помещения, таблица....
11 11 2025 11:57:10
Читайте здесь, как подключить датчик движения, какие самые распространенные схемы существуют, как соединить его с выключателем, из каких этапов состоит его монтаж, как правильно его настроить и отрегулировать, а также какие главные неисправности встречаются в его эксплуатации и как их можно устранить....
09 11 2025 17:47:24
Рассчитайте нужное количество люмен на 1м². Узнайте, как провести расчеты, используя информацию о нормах освещенности разных помещений. Как перевести ватты в люмены...
08 11 2025 13:32:27
Сегодня нам предстоит разобраться, какие греющие кабели для труб предлагает современный рынок, и какая разновидность системы кабельного обогрева наиболее пpaктична....
07 11 2025 1:39:36
Читайте, как провести ремонт светильников с люминесцентными лампами с различными пусковыми устройствами. Узнайте, как продлить срок службы лампочек, подключить сгоревший осветительный элемент. Когда ремонтировать люминесцентный светильник не выгодно....
06 11 2025 16:39:22
Читайте здесь, как своими руками выполнить замену ламп дневных ходовых огней Лады Гранта, какие основные виды лампочек для ДХО в этой модели применяются, какими основными свойствами и особенностями они обладают, а также из каких основных этапов состоит процеДypa их переустановки....
05 11 2025 19:51:10
В общем, подскажите, как проверить бронепровода мультиметром. Сам измерительный инструмент у меня, естественно, имеется, а вот знаний немного не хватает....
04 11 2025 8:36:26
Светильники для уличного освещения светодиодные в последнее время приобретают все большую популярность. Именно поэтому мы так же решили уделить данному вопросу внимание и разобрать аспекты, связанные с процессом выбора и монтажа таких светильников....
03 11 2025 3:43:54
Узнайте, в чем состоит суть технологии LCD и LED, чем они отличаются друг от друга, что их объединяет. Читайте, как выбрать наиболее качественный монитор, какими критериями следует руководствоваться, что в первую очередь должно влиять на выбор пользователя....
02 11 2025 8:20:55
Узнайте, почему быстро и часто перегорают светодиодные лампы и как можно увеличить их срок службы. Что надо сделать для исключения возможности перегорания. Некоторые советы по выбору и определению возможной причины разрушения светильника....
01 11 2025 16:19:42
Читайте здесь, как сделать светильники из труб своими руками, каковы главные особенности сборки и используемых материалов, как самостоятельно собрать подвесную люстру из труб, настенную лампу из металлопластика и настольный светильник из муфт и какие ошибки и трудности могут возникать при этом....
31 10 2025 18:59:37
Тема сегодняшней статьи – опоры освещения и схема установки. Статья носит ознакомительный хаpaктер, так как подобными работами занимаются только подготовленные специалисты, используя необходимое профессиональное оборудование....
30 10 2025 10:16:53
92) Рассмотрим как подключить выключатель от розетки...
27 10 2025 10:45:41
Светодиодные лампы в ПТФ — можно ли ставить диоды в противотуманки. Какие светодиоды выбрать для туманок. Можно ли установить светодиодные лампы вместо галогеновых....
26 10 2025 8:44:27
Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза Электрический ток в вакууме Электрический ток в газах Синусоидальный ток. Основные понятия. Часть 1...
24 10 2025 11:59:12
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Как соединить многожильный и одножильный провод правильно