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:
Свет солнца – это не только источник жизни для всех живых организмов на Земле, но и важный фактор, влияющий на выполнение работы, отдых и т.д. Чтобы обеспечить комфортную обстановку в доме или квартире...
03 04 2025 7:58:14
Например, РКГМ 25 - провод с сечением в 25мм2. Вообще, данный тип провода выпускается с номиналами от 0,75мм2 до 120мм2, и производится только одножильным....
02 04 2025 4:56:19
Как сделать подсветку потолка точечными светильниками — плюсы и минусы использования, варианты изготовления. Схема расположения светильников, как рассчитать количество, особенности освещения в разных комнатах....
01 04 2025 3:31:49
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....
31 03 2025 0:22:29
Узнайте, как выбрать осветительные приборы и лампочки, распределить их и создать оптимальную схему расположения, осуществить установку светильников в натяжной потолок. Смотрите, какие осветительные приборы самые современные и как их сочетать с натяжной конструкцией. Выясните, как вставить светильник в ранее установленный потолок....
30 03 2025 21:38:32
С данной главы начинается наша инструкция про то, как установить светодиодную ленту на кухне. Выполнение данной процедуры не потребует от вас профессиональных навыков и знаний электрика, поэтому вы сможете все сделать своими руками....
29 03 2025 9:42:51
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....
26 03 2025 9:33:43
Читайте все о цоколях е27: что это за тип, какие лампы с ним производятся. Другие варианты стандартных резьбовых цоколей больших и маленьких, похожих на e27. Размер контакта "обычной" лампочки (высота и диаметр). Совместимость с другими типоразмерами....
25 03 2025 6:35:21
Ночь, давно перестала быть временем суток, когда страшно выйти из дома. Современные города утопают в иллюминации, делая некогда тёмные улицы наряднее и красивей. В этой статье мы поговорим фасадное и ландшафтное освещение, и про то, как с его помощью можно украсить даже самое невзрачное здание, придав ему совершенно новый облик....
24 03 2025 12:11:21
Что такое дроссель? Виды и особенности механизма. Как подключить лампу? Как проводится проверка работоспособности ламп? Устранение неисправностей....
23 03 2025 16:43:48
Организация освещения в гардеробной — какое должно быть. Варианты искусственного освещения, основные способы, какой тип подсветки выбрать. Обустройство освещения в гардеробной комнате своими руками....
22 03 2025 23:28:50
Читайте здесь, что собой представляет насадка со светодиодной подсветкой для воды в кране. Особенности и технические хаpaктеристики. Как устроена, из каких элементов состоит и на каком принципе работает, какими достоинствами и недостатками обладает....
20 03 2025 23:51:44
Освещение в квартире, доме, производственном или офисном помещении разделяется на множество видов. Каждый из этих видов имеет собственное предназначение и цели....
19 03 2025 7:44:47
Читайте здесь об организации комфортного освещения в ванной комнате и туалете. Как совмещать основной свет и подсветку в дизайне, какие лучше выбрать варианты светильников. Типы подходящих ламп: светодиодные, лента, галогеновые. Варианты расположения точечных встраиваемых светильников. Как самому сделать свет....
18 03 2025 23:50:28
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....
16 03 2025 23:45:18
Ньютон выделил из отражения красный, оранжевый, желтый, зеленый, гoлyбой, синий и фиолетовый. То есть, спектр в его классическом понятии....
15 03 2025 11:33:16
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....
14 03 2025 10:31:30
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....
12 03 2025 9:25:48
Схема и инструкция параллельного и последовательного соединения. Применение в быту. Преимущества и недостатки параллельного соединения. Как не допустить ошибок?...
11 03 2025 19:33:38
Читайте здесь, как сделать подсветку стен своими руками, какие особенности имеет система подсветки в различных помещениях квартиры или дома, каковы основные цели установки подсветки, на что обратить внимание при выборе осветительных приборов для нее....
10 03 2025 8:11:51
Расскажем подробно, но не сильно углубляясь, особенно в специальные термины о назначении и принципе действия этого устройства. Также постараемся ответить на некоторые наиболее часто возникающие вопросы, и постараемся подсказать, как правильно выбрать сетевой фильтр для вашей техники....
09 03 2025 1:31:34
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....
08 03 2025 16:34:14
Провод ПВКВ 2,5 и других сечений, применяется достаточно широко. Но встретить его в разводках электрических сетей пpaктически невозможно, хотя он и предназначен для низковольтных сетей до 660В....
06 03 2025 5:41:11
Читайте здесь, как перевести Люксы в Люмены при организации освещения. Узнайте, чем отличаются Лк от Лм, какое их соотношение при переводе. Смотрите, какое значение Люменов для разных типов лампочек, и какие нормы освещенности в Люксах для разных помещений...
05 03 2025 16:13:11
Но нередко случается так, что при подсоединении ноутбука или персонального компьютера к телевизору, возникает проблема, и после подключения нет звука через кабель hdmi....
04 03 2025 22:15:30
Фитолампы для ускорения роста растений известны давно, но Sony предложили революционное освещение, дающее ускорение роста травы в шесть раз!...
03 03 2025 2:48:45
С помощью диммера можно регулировать яркость светодиодного освещения. Рассмотрим основные схемы для сбора диммера своими руками и принцип их работы...
02 03 2025 5:22:51
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....
01 03 2025 21:41:23
Одним из видов высококачественного металлопроката, используемого в качестве заготовок для изготовления различных изделий и ЖБИ-конструкций, является стальная...
28 02 2025 22:14:39
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....
27 02 2025 14:57:36
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....
25 02 2025 15:27:20
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....
24 02 2025 15:19:24
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....
23 02 2025 19:53:52
На данный момент на рынке вам может встретиться одинарная, оконечная и проходная ТВ розетка. Все эти изделия отличаются не только названием и имеют разную конструкцию и назначение....
21 02 2025 7:28:54
Мощность диодных лент: как рассчитать потрeбление ленты, рассчет мощности на 1 м. Формулы определения мощности, примеры рассчетов....
20 02 2025 21:13:58
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....
19 02 2025 21:22:12
Ремонт электрических полотенцесушителей в домашних условиях вполне возможен. Поэтому если ваша сушилка для полотенец вдруг перестала работать, не спешите вызывать специалиста. Вполне возможно вы сможете самостоятельно определить и устранить неисправность. А наша статья постарается вам в этом помочь....
17 02 2025 11:44:17
Читайте, что такое двухцветный светодиод, какая у него конструкция и принцип работы. Узнайте. Где эти элементы используются и как подключаются. Какие системы управления создаются на основе диодов с током до 1 А и таймером 555. Что можно сделать из двухцветных светодиодов в домашних условиях. Какие недостатки у самодельных приборов на основе этого типа радиоэлементов....
16 02 2025 13:42:21
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...
15 02 2025 9:38:12
Читайте здесь, как правильно подключить светодиодную ленту с датчиком движения, какие инструменты и материалы потребуются, как подобрать лед-полоску и датчик движения, какие схемы подключения бывают, как выглядит пошаговая инструкция по подключению, а также стоит ли заниматься самостоятельным ее изготовлением или лучше купить готовую....
14 02 2025 14:10:13
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
"Боится ли смородина весенних заморозков
Как крепить петли на двери шкафа?