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:
Особенности монтажа уличных светильников — как правильно подводить электропитание. Монтаж ландшафтных светильников, фасадного и уличного освещения, какие провода следует использовать. Пошаговая инструкция по подключению своими руками, схема....
12 12 2025 12:26:21
Ищем способы, как повесить люстру с планкой на крюк. Способы крепления к бетонному потолку. Как правильно вешать на крючок: пошаговая инструкция. Как крепить светильник без крюка. Правила безопасности и полезные советы....
11 12 2025 2:49:27
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....
10 12 2025 21:14:39
На данный момент на рынке представлено огромное количество полотенцесушителей с самыми разнообразными системами регулирования, но электрические полотенцесушители с терморегулятором получили наибольшее распространение....
09 12 2025 3:24:18
Выясните, как правильно организовать освещение террасы. Узнайте, какие требования предъявляются к осветительным приборам и что представляет собой декоративная подсветка. Безопасность организации освещения внешних архитектурных конструкций....
08 12 2025 13:26:34
Читайте здесь, что такое драйвер для светодиодных светильников, каково его назначение и сфера применения, каков принцип работы и главные хаpaктеристики, какие его разновидности существуют, как выглядит классическая схема и каковы правила его выбора....
07 12 2025 16:30:44
Клеммы на провода являются неотъемлемой частью любой электросети. Ведь именно плохой контакт является основной причиной поломок и неправильной работы любых электрических устройств. А некоторые электрики даже шутят, что электротехника — это наука о контактах....
05 12 2025 13:32:16
Сабельные аккумуляторные пилы в нашей стране не настолько популярны, как за рубежом. Хотя функциональность этих устройств заслуживает большего внимания потребителей. О них и расскажем...
04 12 2025 6:44:16
Читайте о том, как выбрать и установить квадратные светильники в натяжной потолок. Подходят ли встраиваемые прямоугольные осветительные приборы для натяжного полотна. Светодиодные точечные и другие типы светильников....
02 12 2025 20:34:58
Узнайте, как правильно спланировать и рассчитать освещение для кухни-гостиной. Смотрите варианты организации освещения. Как подобрать лампы необходимой мощности....
01 12 2025 7:17:51
Узнайте, почему светодиодные лампы эффективнее и экономичнее люминесцентных. Читайте, как производится замена на разные типы светодиодных ламп, какие существуют правила и условия замены, какой порядок действий при выполнении работ....
30 11 2025 3:48:26
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....
29 11 2025 9:50:43
Описание китайского фонарика. Неисправности фонарика. Как самостоятельно разобрать китайский фонарик? Меры профилактики....
28 11 2025 23:24:44
Смотрите здесь, как можно своими руками сделать светодиодный светильник для освещения аквариума. Варианты подсветки, подброр оптимальных ламп, светодиодной ленты, процеДypa страивания лед-света в крышку....
27 11 2025 16:29:12
Разобраться в особенностях источников света несложно, так как по сути есть всего два варианта. Причем один из них хорошо знаком всем, а второй не сложно классифицировать по видам и разобрать основные хаpaктеристики....
26 11 2025 23:13:13
Ваш вопрос достаточно интересен, но для ответа на него мне бы хотелось получить целый ряд измерений. Без них я могу лишь строить предположения и иногда достаточно фантастические....
25 11 2025 23:30:21
Смотрите здесь, как самому сделать натяжной и подвесной потолок из гипсокартона с подсветкой внутри и по периметру. Как выбрать источник света, установить светодиодную ленту по периметру своими руками. Порядок и схема монтажа освещения светодиодами....
24 11 2025 18:30:49
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....
23 11 2025 6:11:14
Что такое лампа для маникюра? Разновидности ламп для сушки гель лака. Как правильно подобрать лампу для маникюра? Перечень популярных ламп начинающим мастерам и профессионалам....
22 11 2025 10:44:55
Освещение без люстры и без бра сложно было себе представить еще несколько десятков лет назад. Сейчас это достаточно часто встречающееся явление....
21 11 2025 7:19:37
350)Как выполняется подключение к плафону освещения видеорегистратора...
20 11 2025 18:42:34
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....
19 11 2025 2:27:20
Расчет освещенности: советы электриков, как рассчитать количество светильников по мощности и уровню освещения, зависимость от площади и вида помещения....
17 11 2025 7:12:55
Читайте здесь, что такое цоколь GX53, как выглядит и какие особенности конструкции контактов. Плюсы и минусы, сфера применения. Достоинства и недостатки осветительных приборов с цоколем этого типа. Особенности установки ламп....
16 11 2025 7:34:46
Фонари на улице и шкаф управления уличным освещением видели все. О том, что это оборудование предназначено для комфортного и безопасного перемещения по улицам все знают....
15 11 2025 12:18:23
Узнайте, как правильно организовать освещение в квартире. Смотрите здесь, как выбрать лампы с учетом важных параметров, а также осветительные приборы. Читайте, как правильно распределить люстры и светильники в разных комнатах...
14 11 2025 2:19:45
Энергосберегающие лампы: особенности и преимущества использования. Советы по выбору ЭСЛ ламп от специалистов....
13 11 2025 2:29:58
Основы диагностики и ремонта светодиодных прожекторов своими руками. Основные причины неисправностей. Устранение мигания Led-прожектора и замена деталей. Как разбирать прожекторы....
12 11 2025 2:20:56
Читайте, что такое COB LED, чем отличается от светодиодов SMD. Узнайте, как эти модули производятся, какими преимуществами обладают. Какие у СОВ-модулей технические и оптические хаpaктеристики, что необходимо учесть при работе с ними. На какие критерии следует обратить внимание при покупке....
10 11 2025 7:37:33
Читайте здесь, как подключить светодиодную ленту в машине, как при этом правильно подобрать ее по типу матрицы и степени защиты, какие материалы и инструменты потребуются в работе, как выглядит схема установки, как выполнить подключение через резистор, прикуриватель и стабилизатор и какие меры безопасности при этом соблюдать....
09 11 2025 10:12:11
Освещение на лоджии и балконе — особенности, основные требования к электробезопасности. Виды освещения закрытого балкона, как подключить свет самостоятельно. Скрытая или открытая проводка, что выбрать, установка светильников....
08 11 2025 9:33:23
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....
05 11 2025 12:39:40
Узнайте, что такое подсветка WLED, каковы ее преимущества и чем она отличается от альтернативных видов конструкции. Выясните, какие изменения такая технология вносит в цветопередачу, уточните остальные преимущества, возможности и особенности....
04 11 2025 6:25:24
Есть несколько вариантов монтажа панелей, каждый из них имеет свои особенности. Лучше заранее продумать этот момент и оценить сложность реализации выбранной технологии....
01 11 2025 9:17:43
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....
31 10 2025 12:41:52
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....
29 10 2025 13:51:21
Высоким спросом пользуется опора освещения металлическая. Виды, особенности и способы изготовления таких конструкций, подскажет статья....
28 10 2025 13:54:42
Провода МГШВ нашли широкое применение в радиоэлектронике, производстве бытовых приборов и в быту....
27 10 2025 13:12:59
Рассмотрим разные типы защиты светодиодов. Главные причины выхода из строя диодов - скачки напряжения и наведенные или паразитарные пульсации тока....
26 10 2025 8:41:51
Светодиодные лампы h7: подходят ли для ходовых огней, где применяются, как выбрать и какие хаpaктеристики имеют....
25 10 2025 10:23:32
Освещенность в люксах: таблицы с нормами по СНиПу. Как правильно переводить люксы в люмены и их соотношение. С помощью каких приборов можно определить уровень освещенности в люксах....
24 10 2025 15:27:14
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Как соединить многожильный и одножильный провод правильно