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:
Провод типа ВВГ нашел широкое применение в промышленности и на бытовом уровне. Достичь этого удалось за счет широкой номенклатуры модификаций кабеля....
07 04 2025 14:11:33
Дизайн освещения комнаты — это тот элемент, который позволит превратить в нечто необыкновенное даже самое простое помещение....
06 04 2025 3:50:57
Освещение в беседке с технической точки зрения выполнить не так уж сложно, хотя и здесь есть свои нюансы....
05 04 2025 11:22:43
Выборе настольной ламы для рабочего места. Какие существуют на рынке наиболее приятные для глаз. Рейтинг лучших моделей....
04 04 2025 21:52:46
Cтробоскоп схема tl494. Как собрать стробоскоп на автомобиль своими руками. Электрическая схема стробоскопа....
03 04 2025 21:12:21
Хаpaктеристика неоновой ленты. Где применяется гибкий неон? Особенности монтажа. Как закрепить неоновою ленту? Важные правила безопасности и требования к эксплуатации. Плюсы и минусы....
01 04 2025 6:43:39
Резонанс напряжений в электрической цепи Искажения напряжения. Гармоники и интергармоники Напряженность электростатического поля Поток вектора напряженности...
31 03 2025 0:46:53
Читайте про линейные и импульсивные блоки питания для светодиодных светильников. Узнайте, по каким критериям классифицируется это оборудование. Как выбрать и сделать своими руками блок питания для светодиодного осветительного прибора. Какие производители поставляют самое качественные драйверы и блоки для светодиодов....
30 03 2025 0:16:30
Граждане, мечтающие о коттедже за городом для постоянного проживания и / или комфортного летнего отдыха, могут просмотреть проекты привлекательных двухэтажных...
29 03 2025 7:20:48
Читайте здесь, какие виды светодиодных ламп существуют, какие наиболее распространенные разновидности их доступны, как они различаются по сфере применения, конструкции и световому потоку, типу светодиодной матрицы и виду цоколя и что нужно учитывать при их выборе....
28 03 2025 6:55:20
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....
27 03 2025 19:55:40
Сделать садовый светильник своими руками по силам любому человеку, обладающему хотя бы начальными навыками пайки. Купить комплектующие можно через интернет или в магазине радиоэлектроники....
26 03 2025 17:28:46
Соединение проводов локальной сети, можно сравнить с игрой на гитаре, так как оба эти процесса максимально схематичны, и достаточно узнать азы, чтобы начать успешно оттачивать мастерство....
25 03 2025 16:17:14
Наружные выключатели и розетки имеют определенные особенности монтажа. В первую очередь, это связано с особенностями монтажа наружной электропроводки, о которых мы тоже поговорим в нашей статье. Кроме того, не маловажным фактором, повлиявшим на особенности монтажа наружных установочных изделий, является необходимость их дополнительной защиты от атмосферных воздействий, что отражается в их конструкции....
24 03 2025 14:20:25
Что делать, если нужно заменить лапочку в натяжном потолке? Как правильно снять лампочку с натяжного потолка? Меры предосторожности. Как правильно подобрать новую лампочку для натяжного потолка?...
23 03 2025 4:17:22
Прочитайте, каким образом производится определение рабочих хаpaктеристик неизвестных светодиодов. Узнайте, для чего это может понадобиться и какими способами проще всего получить нужную информацию. Наиболее распространенные и доступные методики проверки хаpaктеристик....
22 03 2025 12:47:44
Гофрированный шланг для проводки или просто гофра - это полая трубка специальной формы, защищающая провода от надломов и не допускающая их намокания....
21 03 2025 9:58:42
Читайте здесь, как можно самому заменить люстру на натяжном потолке. Продробное пошаговое описание процедуры подготовки, демонтажа, установки и подключения нового светильника. Можно ли самостоятельно выполнить все действия или нужн а помощь профессионалов, чтобы поменять осветительный прибор....
20 03 2025 3:34:42
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....
19 03 2025 5:49:22
Какие бывают машины с открывающимися фарами? Список всех моделей автомобилей со слепимы фарами....
18 03 2025 21:11:43
В какой момент искрит рубильник, нормально это или нет, как от этого избавиться, и когда на это можно не обращать внимания, мы и поговорим в нашей статье....
17 03 2025 19:59:30
Сравнительный анализ ДРЛ 250 и ДРЛ 400 со светодиодными аналогами для цоколя Е40. Расчет окупаемости светодиодных ламп в сравнении с газоразрядными....
16 03 2025 0:31:55
Виды используемых светодиодов в лампах на 220 вольт. Какие преимущества и недостатки видов сборки?...
15 03 2025 16:16:41
Читайте, какая может быть автомобильная лампа Н1, какие эксплуатационные хаpaктеристики у разных видов этих изделий. Узнайте, у каких лампочек самый большой поток света, продукция каких производителей самая качественная. Как выбрать автолампу, учитывая ограничения по использованию ксеноновых изделий....
14 03 2025 1:29:10
Узнайте, каким образом можно прикрепить настольную лампу к столу. Выясните, для чего это делается и какие преимущества имеют осветительные приборы подобного типа. Виды настольных ламп со струбциной, критерии выбора и особенности использования таких светильников....
13 03 2025 15:43:24
Как подключить электрический полотенцесушитель так, чтобы потом не переживать за безопасность жильцов вашей квартиры и не обходить это устройство стороной? Ответ на этот вопрос прост. Для этого следует соблюдать нормы ПУЭ, а также элементарные нормы безопасности при монтаже. И дабы у вас не возникло с этим проблем, в нашей статье мы подробно опишем не только сам процесс подключения, но и раскроем все сопутствующие вопросы....
12 03 2025 23:20:32
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....
11 03 2025 14:26:49
Как на кухне сделать освещение, сколько для этой комнаты нужно розеток и где их расположить? Это именно те вопросы, с которым сталкивается каждый затеявший ремонт на кухне....
10 03 2025 16:21:29
Читайте здесь, как проще всего помыть люстру в домашних условиях, чтобы она блестела. Мойка многоярусных моделей и с хрустальными подвесками. Можно ли очистить светильник, не снимая с потолка. Какие средства для чистки лучше всего подходят....
08 03 2025 23:31:20
Смотрите здесь, как выглядит схема стробоскопа на светодиодах, какие необходимые инструменты и компоненты для ее монтажа потребуются. Как происходит процесс сборки электроники, подготовки корпуса и завершающий этап....
07 03 2025 23:40:59
Разновидности габаритных огней для автомобилей. Возможные неисправности и способы их устранения. Для чего они нужны и когда они используются....
06 03 2025 15:40:57
Обустройство уличного освещения, монтируемого на столб, это стандартное решение, поскольку так можно правильно придать территории света и уюта. Но сами...
05 03 2025 10:43:16
Узнайте, что такое цветовая температура и как она влияет на человека. Как правильно подобрать светодиодный светильник по цветовой температуре. Таблица соответствия цветовой температуры и оттенка свечения....
02 03 2025 21:21:29
Как правильно сделать электропроводку в гараже? Такой вопрос почти наверняка становится перед каждым занимающимся строительством....
01 03 2025 18:11:59
Читайте здесь, как сделать полки с подсветкой на базе светодиодной ленты, как правильно выбрать лед-полоску, какие главные особенности подсветки для стеклянных полок нужно учесть, какие материалы и инструменты понадобятся для монтажа и из каких основных шагов состоит процеДypa крепежа подсветки для полок....
28 02 2025 13:40:26
При устройстве освещения объектов можно использовать различные приемы и оборудование. Сегодня мы вам подробно расскажем об особенностях применения осветительного шинопровода...
27 02 2025 8:43:12
Правильное освещение в гостиной способствует не только комфортному отдыху в этой комнате, но и должно придавать особую атмосферу, а также подчеркивать все ее красоту....
26 02 2025 1:17:14
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...
25 02 2025 1:14:30
Читайте здесь, как сделать светодиодное освещение в квартире, какие его разновидности бывают, какие виды осветительных приборов при этом применяются, по каким критериям правильно их выбрать, как рассчитать и соорудить схему, а также из каких основных этапов состоит процеДypa их монтажа....
24 02 2025 21:18:31
Читайте, какими особенностями отличаются светодиоды SMD 3528. Узнайте, какие у них технические хаpaктеристики, где их используют. Чем отличается монохромная полоса от цветной. Как выбрать ленту из SMD 3528, рассчитать резистор и мощность драйвера, подключить подсветку к сети....
23 02 2025 17:49:25
Как сделать светящийся натяжной потолок. Можно ли использовать световой эффект в качестве основного освещения. Альтернативные варианты света на потолке и рекомендации....
22 02 2025 6:41:44
Покупка стабилизатора решает проблему низкого напряжения электросети и его колебаний. Однако после установки этих агрегатов нередко возникает ряд других проблем...
19 02 2025 21:40:43
Узнайте, какие преимущества и недостатки у схемы подключения люминесцентной лампы с дросселем и стартером. Читайте, какая модель подключения светильника самая простая. Как устроить временное люминесцентное освещение с минимальным количеством деталей, если вольфрамовые нити перегорели....
18 02 2025 11:34:58
Электросхема освещения в квартире зависит от многих факторов. Это и суммарная нагрузка квартиры, и типы потребителей, и место расположения электроустановочных устройств, и тип проводки и ваши требования к электробезопасности. Но несмотря на кажущуюся сложность данного вопроса в нем вполне можно разобраться самостоятельно, а дабы упростить вам эту задачу мы постараемся объяснить основные аспекты....
17 02 2025 19:52:49
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
"Боится ли смородина весенних заморозков
Как крепить петли на двери шкафа?