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:
Читайте здесь, какие виды датчиков движения для включения света существуют, как они различаются по типу источника питания и способу фиксации движения, по каким техническим хаpaктеристикам их выбирать, где лучше разместить, как подключить, настроить и отрегулировать....
14 12 2025 6:53:49
Читайте здесь, как сделать светодиодную панель своими руками, какие материалы и инструменты для этого потребуются, какое устройство может иметь светодиодная панель, как выглядит пошагово инструкция по ее сборке и стоит ли вообще заниматься ее самостоятельным изготовлением....
13 12 2025 14:41:19
Что такое ЭПРА? Плюсы и минусы. Для чего нужна ЭПРА? Схема устройства. Как сделать ремонт ЭПРА? Как самостоятельно подключить её?...
12 12 2025 18:30:26
Хаpaктеристика налобного фонарика. Как выбрать такой фонарь? Самые лучшие налобные фонари....
11 12 2025 3:42:48
Разновидности габаритных огней для автомобилей. Возможные неисправности и способы их устранения. Для чего они нужны и когда они используются....
10 12 2025 21:15:26
Освещение спортивных и тренировочных залов — правила, требования и нормы. Общие особенности освещения спортзалов в школе, выбор светильников, какие подходят лампы. Последствия несоблюдения норм....
09 12 2025 10:53:49
Как самостоятельно вскрыть лампу накаливания? Устройство лампочки. Как открыть лампочку, не разбив её? Меры безопасности. Поделки из ламп накаливания...
08 12 2025 20:11:58
Читайте, что делать, если в комнате или в офисе раблась энергосберегающая лампа. Действительно ли разбитая лампочка так опасна для человека. Порядок утилизации, демеркуризации. Что нельзя делать в такой ситуации и как проявляется отравление ртутью....
07 12 2025 16:23:37
Читайте, как рассчитать мощность светодиодных лент. Узнайте, что делать, если на упаковке нет маркировку, позволяющей определить напряжение и ток диодов. Чем мощность светодиодного модуля отличается от электропотрeбления. Какую продукцию нужно выбирать, чтобы расчеты провести быстро....
06 12 2025 21:53:15
Для подключения мощных временных электроприемников достаточно часто используют розетки на 380 вольт. Этот вид коммутационных устройств позволяет обеспечить надежное и качественное подключение....
05 12 2025 1:37:46
Освещение в прихожей в квартире или доме имеет свои особенности. Особенно это касается прихожих имеющих большую длину и ведущую сразу в несколько комнат....
04 12 2025 9:18:47
Какие каналы и короба для электропроводки используются в системах электроснабжения, подскажет статья....
03 12 2025 16:36:20
Правильный выбор лучшей лед лампы для автомобиля. Плюсы и минусы ламп. Рейтинг лучших лед ламп....
02 12 2025 7:37:34
Узнайте, что может быть причиной поломки ЖК монитора и как можно самостоятельно проверить лампы подсветки монитора. Уточните для себя, зачем нужны некоторые узлы и устройства. Читайте, как произвести замену люминесцентных ламп подсветки на светодиодные....
01 12 2025 23:48:32
Читайте, какие SMD светодиоды самые популярные, где и в каком виде используются. Узнайте, чем они отличаются друг от друга и как выбрать оптимальный вариант. Плюсы и минусы изделий из СМД светодиодов, сфера применения, особенности покупки через интернет....
30 11 2025 1:32:39
Но нередко случается так, что при подсоединении ноутбука или персонального компьютера к телевизору, возникает проблема, и после подключения нет звука через кабель hdmi....
29 11 2025 13:51:45
Узнайте, как можно самостоятельно определить, где плюс, а где минус светодиода. Зачем нужно соблюдать полярность. Чем отличаются электроды компонента, для какого случая подходит каждый метод определения....
28 11 2025 15:38:18
Алюминиевый профиль это дорогое удовольствие. Разберем их основные свойства и попробуем сделать профиль для светодиодной ленты своими руками....
26 11 2025 19:56:50
Создать бегущую строку без знания основ программирования микроконтроллеров пpaктически нереально. Предлагаю вам бюджетное решение на базе Ардуино....
24 11 2025 8:38:18
Читайте здесь, что такое светодиод xml t6, какими основными достоинствами он обладает, каковы его главные хаpaктеристики и свойства и особенности светового потока, какой драйвер к нему подойдет и где чаще всего его применяют....
22 11 2025 0:12:47
Прочитайте, как изготовить подсветку из светодиодной ленты на зеркало в ванной. Читайте, каким способом это можно реализовать. Выясните, какой вариант наиболее удобен и доступен. Узнайте, что надо сделать для создания подсветки....
19 11 2025 17:32:18
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....
18 11 2025 15:13:25
Узнайте, что такое светящийся шнур, для чего он используется и где его можно увидеть. Читайте, какие разновидности этого светильника существуют, каково его устройство и принцип его работы. Уточните для себя порядок действий для подключения кабеля....
17 11 2025 14:54:47
Как заизолировать провода так, чтоб контактное соединение прослужило вам как можно дольше, а сопротивление изоляции в этом месте, было равноценно «родной» изоляции кабеля или провода?...
16 11 2025 1:44:59
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....
15 11 2025 12:40:44
Узнайте, что нужно в первую очередь делать, если в жилой комнате дома или в офисе разбилась люминесцентная лампа. Есть ли ртуть в таких лампочках, каково ее содержание и в какой концентрации пары металла могут причинять негативные последствия....
13 11 2025 19:48:59
Читайте, как сделать люстру из ниток и шарика своими руками. Пошаговая инструкция для изготовления эффектного абажура и тканевых плафонов....
11 11 2025 7:13:43
Сегодня мы разовьем эту тему, и разберемся, в чем заключается принцип действия генератора переменного тока. Поговорим о сферах его применения, разновидностях и много еще о чем....
10 11 2025 6:14:37
Светодиодные лампы для дома: плюсы и минусы их использования. Преимущества светодиодных осветительных приборов. Главные критерии выбора (времени отклика, стоимости и теплопередачи)....
09 11 2025 5:31:24
Читайте, как отрезать светодиодную ленту различной конструкции. Узнайте, чем отличается стандартная светодиодная полоса от установленной в силикон. Как поступить, если на плате нет линии, указывающей место разреза. Что кроме разрезания на отрезки важно при самостоятельном монтаже освещения или подсветки....
08 11 2025 9:50:42
Правила пользования люминесцентными лампами. Сколько ртути в люминесцентной лампе? Ликвидация последствий от разбитой лампы. Что делать категорически нельзя? Проявления отравления ртутью....
07 11 2025 5:22:49
Узнайте, какие лампы установлены в блок-фарах автомобиля ВАЗ 2114 в качестве ближнего/дальнего света. Читайте, какие виды конструкции ламп могут быть использованы, их достоинства и недостатки. Уточните для себя некоторые наиболее популярные модели от известных производителей....
06 11 2025 16:51:11
Читайте, как подключить датчик движения к светодиодному (LED) прожектору. Что это такое и каков принцип его работы, виды и место установки. Схема подключения и порядок натройки прибора....
05 11 2025 5:16:58
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....
03 11 2025 16:14:12
Читайте здесь, почему не горит подсветка панели приборов на ВАЗ 2114, каковы основные причины и их особенности, какие способы устранения неисправностей можно предпринять, из каких этапов состоит процеДypa снятия и разборки приборной панели и какую последовательность должны иметь ремонтно-диагностические работы....
02 11 2025 11:38:44
Светодиодное освещение аквариума — особенности, плюсы и минусы применения. Как правильно рассчитать мощность. Изготовление светодиодного светильника для аквариума своими руками, пошаговая инструкция, какие трудности могут возникнуть....
01 11 2025 19:52:24
437) Как подключить автомат включения уличного освещения...
31 10 2025 0:59:33
Диммер для светодиодных ламп и критерии выбора: применение и принцип работы, совместимость со светодиодными лампами, преимущества использования....
30 10 2025 5:26:45
301) Как выбрать и установить фотодатчики освещения...
29 10 2025 23:10:23
Узнайте, как освещение в кафе влияет на эффективность работы заведения. Существуют ли особые принципы и правила, по которым проектируется освещение и как этот инструмент работает в реальности....
27 10 2025 3:16:10
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
