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:
Выясните, какие светильники установлены в автомобиле Шкода Октавия на ближний свет. Узнайте, какие модели галогеновых ламп наиболее популярны для установки в фары Октавии. Порядок замены, некоторые советы....
30 01 2026 2:27:51
Причины того, почему перегорают лампочки разного вида. Как выявить, почему лампы постоянно перегорают в квартире. Как увеличить срок службы ламп накаливания....
29 01 2026 11:25:35
Все мы знаем, что если ты дотронулся оголенного провода под напряжением, то это чревато самыми печальными последствиями даже по истечению нескольких часов после происшествия. Поэтому таких проводов стоит опасаться. Но что делать, если он у вас в квартире или доме?...
28 01 2026 13:42:41
92) Рассмотрим как подключить выключатель от розетки...
27 01 2026 8:57:46
Выбор сегодняшней темы пал на ТВ на кронштейне, а именно, как спрятать провода от телевизора на стене....
26 01 2026 11:27:15
Вытяжки уже достаточно давно завоевывают все новые горизонты в нашей стране, и вопрос как устанавливается розетка под вытяжку становится как некогда актуальным....
25 01 2026 18:21:53
Благодаря компании Legrand подключение компьютерной розетки становится все более простым. Этот лидер по производству электроустановочного и силового оборудования предлагает широкий ассортимент розеток для сетевых подключений....
24 01 2026 13:54:43
Системы естественного освещения являются идеальным вариантом пpaктически для любых зданий и сооружений....
23 01 2026 15:14:38
Обойтись без горячей воды в доме проблематично. К счастью, сегодня у нас есть возможность установить в квартире бойлер и забыть об этих переживаниях, главное...
22 01 2026 6:48:46
Читайте здесь, как подключить светодиодный прожектор. Инструкция и схемы подключения ЛЕД-светильника на улице к сети. Как подсоединить источник света с тремя проводами к выключателю....
21 01 2026 10:49:59
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....
19 01 2026 22:12:40
Розетка с USB портом в последнее время завоевывает все большее признание во всем мире. Ведь после принятия соответствующего стандарта в 2011 году все мобильные устройства в Европе должны иметь возможность зарядки от данного разъёма....
18 01 2026 9:40:48
Варианты освещения кухни с натяжным потолком — общие рекомендации и требования. Виды светильников, критерии выбора. Основные правила размещения источников, правила зонирования кухни с помощью света....
17 01 2026 1:15:17
Подробно о световом потоке, прочих технических хаpaктеристиках и области применения ДНаТ 150 Вт. Особенности подключения, плюсы и минусы источника света. Специфика газоразрядных ламп низкого давления....
16 01 2026 17:49:11
Выражение «лампочка Ильича» уже столетие как вошло в разговорный обиход, наравне с «яблоком Ньютона» или «пирамидой Маслоу»....
14 01 2026 11:17:43
Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза Электрический ток в вакууме Электрический ток в газах Синусоидальный ток. Основные понятия. Часть 1...
13 01 2026 11:52:29
Правильное освещение в гостиной способствует не только комфортному отдыху в этой комнате, но и должно придавать особую атмосферу, а также подчеркивать все ее красоту....
12 01 2026 4:18:53
ПВС провод - это гибкий медный провод со скрученными жилами имеющий поливинилхлоридную изоляцию и такую же оболочку. Достаточно часто его путают с ПВСП проводом....
11 01 2026 10:38:54
171) Вилки и розетки трехфазные: технические хаpaктеристики...
10 01 2026 8:30:21
Правильное и удобное освещение помещения является не маловажным фактором комфорта. И если вопросам правильности освещения мы уделили уже не одну статью, то вопросы удобства его использования раскрыты еще далеко не полностью. На данный момент существует множество вариантов управления освещения поэтому давайте рассмотрим все из них....
09 01 2026 10:58:55
Адресная светодиодная лента — что это такое, технические хаpaктеристики, область применения. Варианты управления, правила подключения и частые ошибки. Как проверить на работоспособность, можно ли обойтись без Ардуино....
07 01 2026 8:10:32
Читайте, зачем требуется сравнение светодиодных и люминесцентных ламп. Узнайте, какие хаpaктеристики этих изделий похожи, какие отличаются. Почему система освещения с люминесцентными лампами дороже. Как рассчитать эффективность перед заменой и сэкономить средства....
06 01 2026 11:17:34
Светодиодные лампы h4 — led-автолампы для ближнего света автомобилей. Правильная установка светодиодных ламп h4 в фары. Цоколи ламп h4. Как работают светодиодные лампочки....
05 01 2026 11:21:21
Чтобы избежать этого, необходимо производить оконцовку кабеля специальным наконечником. Как производится изготовление кабельных наконечников, рассматривается в статье....
04 01 2026 20:13:23
Установка электропроводки в частном доме по многим параметрам отличается от проводки в квартире....
02 01 2026 8:59:50
Узнайте здесь, как выбрать лампу для комнатных цветов. Читайте, какие факторы следует учитывать при выборе осветительного устройства для разных видов растений. Особенности создания фитолампы из светодиодной ленты...
01 01 2026 17:34:55
Цоколь Е27: все о конструкции и применении. Совместимость с разными типами ламп. Преимущества и недостатки....
31 12 2025 13:48:31
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....
30 12 2025 5:45:10
Подскажите, как рассчитать сопротивление проводов под мои нужды – прокидывать придется метров 20 провода, не меньше....
29 12 2025 1:29:27
Читайте, какими особенностями и возможностями обладают светодиоды мощностью 1 Вт. Узнайте, каковы их хаpaктеристики, выясните способы определения полярности. Выясните для себя особенности и схему подключения приборов....
28 12 2025 3:39:27
Вопрос, как подключить оптический кабель интересует уже не только специалистов, но и обычных пользователей. Постараемся раскрыть тему подробнее....
27 12 2025 9:26:40
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....
26 12 2025 8:14:47
Проектирование электропроводки в частном доме дело достаточно хлопотное, но вполне осуществимое даже без наличия специальных знаний. Достаточно лишь взвешенно подойти к данному вопросу. Ну а наши советы, приведенные в этой статье, позволят вам пошагово создать собственный проект электропроводки для любого частного дома....
24 12 2025 9:11:54
Смотрите здесь, что такое диммер и каковы особенности его работы, как выбрать диммируемые светодиодные лампы. Узнайте, что такое мерцание светодиодов, уровни диммирования и какие существуют цоколи ламп. Читайте, что такое цветовая температура, световой поток и индекс цветопередачи....
23 12 2025 13:31:17
Диммер для светодиодных ламп: преимущества и недостатки использования. Как подключить диммер к светодиодным лампам. Какие светодиодные лампы можно использовать для диммирования. Порядок подключения диммера....
22 12 2025 12:10:38
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...
21 12 2025 16:45:49
В зависимости от способа прокладки проводов, различается и крепеж на электропроводку....
20 12 2025 14:59:14
Опрессовка кабельных наконечников заключается в обжатии зачищенного кабеля или провода в специальной матрице, с помощью ручных или механических инструментов....
19 12 2025 23:49:20
Не горит светодиодная лента — основные причины. Диагностика возможных поломок. Как решить проблему и отремонтировать ленту?...
18 12 2025 15:52:53
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....
17 12 2025 22:55:13
Как правильно обрезать светодиодную ленту — почему можно только по специальным линиям. Как правильно отрезать в зависимости от разновидности ленты, какие шаги разрезов встречаются. Что делать, если нет маркировки....
16 12 2025 8:53:16
Читайте здесь, как сделать рассеиватель для светодиодной лены своими руками, каковы его функции и принцип действия, какие виды светодиодных ленточных рассеивателей существуют и где они применяются, какие материалы используются и как своими руками изготовить такой рассеиватель....
15 12 2025 15:54:33
Оформление интерьера светодиодными светильниками считается популярным решением, поскольку именно так обеспечивается красота, пpaктичность, надежность и прочие...
14 12 2025 8:15:27
Как и чем чистить хрустальную люстру. Процесс мытья люстры. Как помыть люстру не снимая. Что нельзя делать при мойке хрустальной люстры? Профилактика загрязнения....
13 12 2025 20:31:28
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Пустоцветы на огурцах