Кпд светодиодных светильников. Технико-экономические показатели светодиодных светильников

Хочется задать один вопрос. А вы часто меняете лапочки в своей квартире? Это не занимает много времени, да и сами лампочки стоят не дорого. Но вам не кажется, что времена немного изменились? Развитие технологий в сфере электрики, а точнее приборов и источников освещения, в настоящее время позволяет подходить к решению данных вопросов с другой стороны.

Сравнение различных светодиодных ламп

На рынке представлено огромное количество лампочек, которые различаются по дизайнерскому исполнению, материалов из которых они изготовлены и по цветовой палитре. Но основные элементы, из которых состоят лампы, для всех видов неизменны.

Светодиодные лампы состоят из:

• Корпуса;
• Рассеивающей колбы;
• Светодиодов;
• Драйвер.

Важную роль в нормальной работе светодиодной лампочки играет ее корпус, в состав которого входит радиатор, цоколь и рассеивающий элемент. Радиатор данных ламп изготавливается из алюминия или его сплавов и имеет сложную форму, за счет которой обеспечивается качественный теплоотвод, что в свою очередь определяет долговечность работы самих светодиодов.

В случае, если радиатор небольшого размера, или изготовлен из некачественных материалов, то срок службы данной лампы сокращается в несколько раз, из – за долговременного перегрева светодиодов. Основную массу светодиодной лампы составляет вес радиатора.

Некачественное соединение пластины со светодиодами к радиатору, не способно качественно отводить тепло.

Для бесперебойной и долговечной работы светодиодов, необходимо ограничивать ток. Данную функцию выполняет драйвер. На рынке представлены два вида ограничителей: при помощи конденсатора, и драйвера.

Существует огромное количество светодиодов различных производителей. Основным параметром светодиодов является количество Люмен/Ватт (яркость или светоотдача). Чем дороже светодиод, тем он качественней. Такие светодиоды ярче светятся, меньше греются, это определяет сколько прослужит лампа.

При сравнении разных по цене светодиодных ламп, было отмечено, что более дорогие модели меньше греются, нет видимого мерцания, и данные лапы обладают более высокой светоотдачей.

Мощность светодиодной лампочки

Исследованиями доказано, что наиболее экономичны и совершенны технологически, являются лампы на основе светодиодов. Но на современном рынке представлены и другие виды ламп, которые нашли широкое применение для частного и промышленного использования.

Виды источников света (лампы):

• Накаливания;
• Люминесцентные;
• Галогенные.

Все эти источники света отличаются друг от друга по многим параметрам, но для каждого из них производителями заявлена определенная мощность и сила светового потока.

Мощность всех потребителей электроэнергии измеряется в Ваттах, что означает, мощность любой лампы, как и мощность различных электроприборов можно измерить при помощи Ваттметра.

Мощность светодиодных ламп, является их важнейшей характеристикой, так как данный параметр непосредственно виляет на количество и силу света лампы. Но стоит понимать, что мощность лампы, не является прямым фактором, указывающим на световую отдачу. Это говорит о том, что с развитием светодиодных технологий, производители стараются увеличить светоотдачу с одного потребляемого Ватта электроэнергии.

Например, светодиодная лампа одного и того же вида, но разного поколения при одинаковой светоотдаче, способна снизить энергопотребление на 10%. А это, в свою очередь выгодно с экономической точки зрения для тех, кто приобретает данный вид продукта.

Важно знать! Указанные на упаковке мощность и светоотдача, могут не соответствовать параметрам лампочки, из – за недобросовестности производителей.

Так же, стоит отметить, что одинаковая мощность ламп разных производителей никаким образом не влияет на светоотдачу. На этот параметр непосредственно указывают цифры силы светового потока, которые по тем или иным причинам у каждого производителя разные. Например, светодиодная лампа одного производителя на 10 Ватт, будет выдавать световой поток 700 – 800 Люмен, а лампа другого производителя 600 – 650 Люмен.

Потребляемая мощность светодиодных ламп варьируется от 2 до 30 Ватт.

КПД светодиодной и лампы накаливания: соответствие

Светодиодные лампы, являются отличной альтернативой обычным лампам накаливания, а так же обладают качествами, которые способствуют наиболее комфортному их использованию.

Преимущества светодиодных ламп:

• Низкое энергопотребление;
• Эффективная светоотдача;
• Высокий световой поток;
• Низкая температура работы.

Замену обычных ламп накаливания на источники света на основе светодиодов, следует производить грамотно. Так как, для того, чтобы получить нужный световой поток, необходимо сравнить значения яркости различных видов ламп и осуществить перевод значения яркости и мощности.

Таблица значений светодиодных и ламп накаливания:

Используя данную таблицу, вы легко сделаете перевод и справитесь с подбором светодиодных ламп на замену устаревшим моделям ламп накаливания по мощности и количеству светового потока.

Согласно характеристикам видно, что светодиодная лампа 10 Ватт, световым потоком ровняется лампе накаливания на 60 Ватт.

Важно знать! Срок службы светодиодных ламп, в десятки раз превосходит время эксплуатации ламп накаливания.

Для того, чтобы, не возникало вопросов при выборе нужных светодиодных источников света, нужно знать, что используемый цоколь маркируется Е27. Светодиодные лампы с использованием данного цоколя представляют собой форму свечи, груши и других различных форм.

Применяя эти знания, вам не придется вместе с лампами покупать подходящие осветительные приборы что, несомненно, упростит работы по замене ламп на более экономичные.

Отличие светодиодных ламп от энергосберегающих

Светодиодные и энергосберегающие лампы, существенно отличаются друг от друга не только формой и содержанием, но и принципом работы (признакам, по которым происходит свечение).

Данные виды ламп сравнивают по:

• Яркости;
• Теплоотдаче при работе;
• Долговечности.

Светодиодная лампа, по своей сути является твердотельным источником света, работа которого основана на излучении света при прохождении электрического тока, через полупроводники, которые в свою очередь для этого предназначены.

Работа энергосберегающих ламп основана на принципе работы люминесцентных, что позволяет при низких энергозатратах производить нужный световой поток. И если сравнить лампы подходящие под это определение, то с уверенностью можно сказать, что энергосберегающими являются только флуоресцентные.

Для того, чтобы определить, какая лампа лучше светит и сколько при этом затрачивает электроэнергии, возьмем для сравнения светодиодную и энергосберегающую лампы. Световой поток светодиодной лампы на 12 Ватт, составляет 900 Люмен, а энергосберегающая лампа той же мощности выдает 600 Люмен. Это говорит о том, что с экономической точки зрения выгодны оба вида ламп.

Низкая температура работы светодиодных ламп позволяет встраивать их в соответствии с любыми дизайнерскими решениями.

Если сравнивать эти виды ламп по количеству исходящего тепла, то в этом случае результаты сильно расходятся. Светодиодная лампа на 12 Ватт при работе нагревается не более чем до 31 0 С, а вот нагрев энергосберегающей соответствует 80 0 С.

А говоря о времени эксплуатации, то для энергосберегающих она составляет 8000 часов, а для светодиодных до 50000 часов.

Современные светодиодные лампы: мощность в таблице (видео)

Светодиодные технологии, постепенно вытесняют устаревшие. Связано это с тем, что несмотря на более высокую стоимость при покупке, данный вид освещения позволяет экономить в последующем.

Мечта о долговечном, практичном и экономном источнике света, который светит и не греет, стала реальной благодаря стремительному развитию полупроводниковых технологий. И, несмотря на то, что на сегодняшний день стоимость светодиода сравнительно высока, он скоро вполне может вытеснить другие, традиционные источники света. Как минимум, на ближайшие 15-20 лет беззаботное будущее ему уже обеспечено.

О светодиодах как источниках света, способных не только мерцать в елочных гирляндах, но и служить для полноценного освещения фасадов, интерьеров, придомовых территорий, парков и бассейнов, заговорили лет пять-шесть назад. А практика их применения в этой сфере началась буквально пару-тройку лет назад. И хотя такой срок для глобального анализа перспектив еще сравнительно мал, этот источник света все же вполне может вытеснить другие. Хотя бы потому, что на сегодняшний день традиционные источники освещения уже достигли своей максимальной световой эффективности, а светодиоды только приблизились к 10% своих возможностей. В качестве примера хотелось бы привести тот факт, что современные светодиоды светят уже в сто раз ярче, чем самые яркие светодиоды всего пять лет назад.

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ

Светодиод, или светоизлучающий диод, изобретен в начале 1960-х годов англичанином Ником Холоньяком. Поэтому этот источник света еще называют LED (Light Emitting Diode).
Светодиод - это органический твердотелый источник света или полупроводниковый кристалл, который выполнен из пластов полимерного полупроводника. Светодиоды не содержат стекла, нитей накаливания, сменных деталей. Они миниатюрны, компактны, мощны. К тому же, излучают уникальный по своим характеристикам свет.

О ПРЕИМУЩЕСТВАХ И НЕДОСТАТКАХ

Преимуществ у светодиодов, по сравнению с классическими источниками света, множество. Среди них:

• Экономичность потребления электроэнергии. Потребляемая мощность светодиодов - максимум 5 Вт. Светильники с этим источником света потребляют в 5-10 раз меньше энергии, чем светильники на основе галогеновых ламп и ламп накаливания с аналогичной яркостью. КПД преобразования светодиодом электрической энергии в световую на порядок выше, чем КПД обычной лампы накаливания. Например, обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет мощность светового излучения, эквивалентную всего 3-5 Вт. А светодиодный источник света, дающий такую же мощность светового излучения, потребляет не 100, а всего 1,5 Вт. Высокая экономичность потребления светодиодом электроэнергии особенно актуальна на современном этапе, так как растущие потребности человечества в освещении требуют увеличения производства электроэнергии. Для этого нужны дополнительные капиталовложения на строительство электростанций, выработку месторождений энергоносителей и последующую утилизацию отходов производства. К тому же на государственном уровне внедряется программа по энергосбережению. А светодиоды - это альтернативный высокоэффективный источник света, способный удовлетворить спрос на освещение, не наращивая при этом производства и затрат на электроэнергию.

• Возможность работы от низковольтного питания. Светодиодные светильники можно устанавливать в местах, где нет сетевого питания (от 2,8 В до 28 В постоянного напряжения).

• Высокий КПД. Для светодиодного светильника КПД составляет 75-90% (свет). А на выделение тепла уходит всего лишь 10-25%. Для сравнения: КПД лампы накаливания 5-10% - это свет. Остальные 90-95% уходят на бессмысленный нагрев окружающей среды.

• Практичность в эксплуатации. Благодаря долговечности светодиодов нет необходимости в их частой замене и обслуживании установки.

• Достаточная мощность излучения. Яркость светодиода, превышающая неон, ведет к большому увеличению расстояния восприятия информации человеческим глазом (это связано с почти монохроматичным излучением светодиода). Например, светодиод мощностью всего 1 Вт может осветить колонну высотой 6 метров.

• Отсутствие чувствительности к изменениям в электросетях. Время реакции на изменения напряжения питания для светодиода измеряется десятками микросекунд, что значительно меньше аналогичных показателей для ламп накаливания. Светодиоды обладают низкой инерционностью, и могут без ущерба для себя работать в импульсном режиме.

• Широкая цветовая гамма. Благодаря тому что излучение происходит в узкой полосе спектра, КПД цветных светодиодов значительно выше, чем КПД лампы накаливания с фильтром аналогичного оттенка. Основные цвета свечения светодиодов: красный, синий, зеленый, янтарный, бирюзовый, оранжевый, белый.

• Динамическая смена цвета. Светодиодные источники света легко управляются любой электроникой. Им можно задавать практически любые цветовые и временные программы работы. А излучение светодиода можно регулировать, создавая красивейшие динамические и световые эффекты. Помимо статичного режима работы цвета можно смешивать, получая до 16 млн. оттенков, управлять ими, а также создавать различные динамические эффекты.

• Противопожарная безопасность и безопасность для пользователя. Светодиоды практически не нагреваются, благодаря чему не создают пожароопасной ситуации. К тому же, в их свечении отсутствуют инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, что делает их самым безопасным для глаз источником света.

• Экологичность. Светодиоды не содержат ртути. И не требуют после завершения срока эксплуатации дорогостоящей утилизации.

• Широкий спектр применения. Светодиоды сравнительно малы, что позволяет использовать их практически везде, например, размещать внутри практически любого устройства, или изготовить светодиодный светильник любой формы, цвета и дизайна.

Недостатков у светодиодов практически нет. Разве что - высокая, по сравнению с традиционными источниками света, цена. Но первоначальные затраты окупаются за счет низкого потребления электроэнергии и низкого расхода финансовых средств в течение периода эксплуатации. Например, эксплуатация светодиодных ламп обходится в 2,5-3 раза дешевле, чем ламп накаливания.

О ВОЗМОЖНОСТЯХ И ПРИМЕНЕНИИ

Возможности светодиодов чрезвычайно широки. С их помощью можно:

• получать 100% света сразу при включении;
• обеспечивать равномерную освещенность поверхности;
• создавать яркие насыщенные цвета;
• создавать и регулировать яркость и цветность света;
• создавать конструкции светильников без необходимости замены ламп а также вандалозащищенные светильники;
• «прятать» источник света, показывая только свет и т.д.

Спектр применения светодиодов достаточно велик. Их использование, например, оптимально, когда на освещение выделяется слишком малая для других источников света мощность. Также они могут стать незаменимыми в местах, где нежелательна частая и проблемная (в связи с труднодоступностью) замена традиционных ламп. Но особый интерес они могут представлять для дизайнеров и архитекторов, поскольку позволяют реализовать их самые смелые решения.

Светодиоды применяют для оформления интерьеров и экстерьеров, вывесок, витрин и указателей, архитектурного, декоративного освещения, а также веселого декоративного светосопровождения какого-либо праздника.
Светодиоды можно монтировать в стены, ступени, подиумы; использовать в качестве подсветок паркингов, пешеходных дорожек, ландшафта, фонтанов и бассейнов.

Поскольку светодиоды легко управляются электроникой, возможны точная направленность света, управление и регулирование цветом и интенсивностью излучения, миксирование цветов (что, в особенности, может быть интересно для создания сценического света, световых картин, графики, панно).
Светодиоды, благодаря монохромности, являются уникальными генераторами цветного света. Причем, живое богатство красок достигается гораздо эффективнее, чем в случае, если бы применялся светофильтр для стандартных источников света. Таким образом, с помощью светодиодов предметы, пространство и окружение можно свободно «раскрасить» глубокими живыми и яркими красками. Или изменить его простым нажатием кнопки пульта управления, создав определенную атмосферу в помещении.

На основе светодиодов можно изготавливать светильники любого цвета, дизайна, формы и конфигурации для бытовых и промышленных нужд, а также подводного использования. Такое разнообразие предоставляет широкую свободу выбора для любого варианта применения: горизонтального и вертикального, подвешивания, встраивания и т.д.

Таким образом, при помощи светодиодных технологий можно создать неповторимый архитектурный образ или уникальную и незабываемую атмосферу в местах отдыха и развлечений; подчеркнуть индивидуальность и неповторимый облик дома и сделать комфортными условия работы в офисе.

Путем соответствующего выбо­ра полупроводникового материала и присадки можно целенаправленно воздействовать на характеристики светового излучения светодиодно­го кристалла, прежде всего на спект­ральную область излучения и эффек­тивность преобразования подводимой энергии в свет:

• GaALAs - арсенид галлия алюминия; на его базе - красные и инфракрас­ные светодиоды.
• GaAsP - фосфид арсенида галлия; AlInGaP - фосфид алюминий-ин­дий-галлий; красные, оранжевые и желтые светодиоды.
• GaP - фосфид галлия; зеленые све­тодиоды.
• SiC - карбид кремния; первый, ком­мерчески доступный голубой светодиод с низкой световой эффектив­ностью.
• InGaN - нитрид индия-галлия; GaN - нитрид галлия; УФ голубые и зеле­ные светодиоды.

Для получения белого излучения с той или иной цветовой температурой имеются три принципиальные возмож­ности:

1. Преобразование излучения голубо­го светодиода желтым люминофо­ром (рисунок 1а).

2. Преобразование излучения УФ-све-тодиода тремя люминофорами (ана­логично люминесцентным лампам с так называемым трехполосным спектром) (рисунок 1б).

3.Аддитивное смешение излучений красного, зеленого и голубого светодиодов (RGB-принцип, аналогичный технологии цветного TV). Цветовой оттенок излучения белых светодиодов может быть охарактеризо­ван значением коррелированной цвето­вой температуры.

Большинство типов современных белых светодиодов выпускается на базе голубых в комбинации с конвер­сионными люминофорами, которые позволяют получить белое излучение с широким диапазоном цветовой температуры - от 3000 К (тепло-белый свет) до 6000 К (холодный дневной свет).

Работа светодиодов в схемах питания

Кристалл светодиода начинает излучать, когда в нем протекает ток в прямом направлении. Светодиоды имеют экспоненциально возрастающую вольтамперную характеристику. Обычно они питаются постоянным стабилизированным током или постоянным напряжением с предвключенным ограничивающим сопротивлением. Это предотвращает нежелательные измене­ния номинального тока, которые влияют на стабильность светового потока, а в худшем случае могут даже привести к повреждению светодиода.
При небольших мощностях используются аналоговые линейные регуляторы, для питания мощных диодов - сетевые блоки со стабилизированным током или напряжением на выходе. Обычно светодиоды включаются последовательно, параллельно или в последовательно-параллельные цепочки (см. рисунок 2).

Плавное снижение яркости (диммирование) светодиодов осуществляется регуляторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) или уменьшени­ем прямого тока. Посредством сто­хастической ШИМ можно добиться минимизации спектра помех (проблема электромагнитной совместимости). Но в данном случае при ШИМ может наблюдаться мешающая пульсация излучения светодиода.
Величина прямого тока варьируется в зависимости от модели: например, 2 мА - у миниатюризированных светодиодов плоскостного монтажа (SMD-LED), 20 мА - у светодиодов диаметром 5 мм с двумя внешними токовводами, 1 А.- у мощных светодиодов для целей освещения. Прямое напряжение UF обычно лежит в пределах от 1,3 В (ИК-диоды) до 4 В (светодио-ды на базе нитрида индия-галлия - белые, голубые, зеленые, УФ).
Между тем уже созданы схемы питания, позволяющие подсоединять светодиоды непосредственно к сети переменного тока 230 В. Для этого две ветви светодиодов включаются антипарал-лельно и подсоединяются к стандартной сети через омическое сопротивление. В 2008 году профессор П. Маркс получил патент на схему регулирования яркости светодиодов, питаемых стабилизированным переменным током (см. рисунок 3).
Южнокорейская фирма Seoul Semiconductors интегрировала схему (рисунок 3) с двумя антипараллельными цепочками, (в каждой из которых большое количество светодиодов) непосредственно в одном чипе (Acriche-LED). Прямой ток светодиодов (20 мА) ограничивается омическим сопротивлением, подключенным последовательно к антипараллельной схеме. Прямое напряжение на каждом из светодиодов составляет 3,5 В.

Энергетический КПД

Энергетическая эффективность светодиодов (КПД) - отношение мощности излучения (в Ваттах) к электрической потребляемой мощности (в светотехнической терминологии это энергетическая отдача излучения - т|е).
В тепловых излучателях, к которым относятся классические лампы накаливания, для генерации видимого излучения (света) необходим нагрев спирали до определенной температуры. Причем основная доля подводимой энергии преобразуется в тепловую (инфракрасное излучение), а в видимое излучение трансформируется только?е = 3% у обычных, и че - 7% - у галогенных ламп накаливания.

Светодиоды для применения в прикладной светотехнике преобразуют подводимую электроэнергию в видимое излучение в очень узкой спектральной области, причем в кристалле возникают тепловые потери. Это тепло должно отводиться от светодиода специальными конструктивными методами с тем, чтобы обеспечить необходимые световые, цветовые параметры и максимальный срок службы.
У светодиодов для целей освещения и сигнализации ИК- и УФ-составляющие в спектре излучения практически отсутствуют, и такие светодиоды имеют значительно более высокую энергетическую эффективность, чем тепловые излучатели. При благоприятном тепловом режиме у светодиодов в свет преобразуется 25% подводимой энергии. Поэтому, например, у белого светодиода мощностью 1 Вт примерно 0,75 Вт приходится на тепловые потери, что требует в конструкции светильника наличия теплоотводящих элементов или даже принудительного охлаждения. Такое управление тепловым режимом светодиодов приобретает особую значимость. Желательно, чтобы производители светодиодов и светодиодных модулей приводили в перечне характеристик своих изделий значения энергетического КПД

Управление телпловым режимом
Напомним, что почти 3/4 электроэнергии, потребляемой светодиодом, преобразуется в тепло и только 1/4 - в свет. Поэтому при конструировании светодиодных светильников решающую роль в обеспечении их максимальной эффективности играет оптимизация теплового режима светодиодов, проще говоря, интенсивное охлаждение.

Как известно, передача тепла от нагретого тела осуществляется за счет трех физических процессов:

1. Излучение

Ф = W? =5,669?10-8?(Вт/м2?К4)??А?(Тs4 – Та5)
где: W? – поток теплового излучения, Вт
? – коэффициент излучения
Тs – температура поверхности нагретого тела, К
Та – температура поверхностей, ограничивающих помещение, К
А – площадь излучающей тепло поверхности, м?

2. Конвекция

Ф = ?? А?(Тs-Та)
где: Ф – тепловой поток, Вт
А – площадь поверхности нагретого тела, м?
? – коэффициент теплопередачи,
Тs – температура граничной теплоотводящей среды, К
Та – температура поверхности нагретого тела, К
[для неполированных поверхностей? = 6…8 Вт /(м?К)].

3. Теплопроводность

Ф = ?T?(А/l) (Тs-Та) =(?T/Rth)
где: Rth= (l / ?T?A) – тепловое сопротивление, K/Вт,
Ф – тепловая мощность, Вт
A – поперечноесечение
l-длина - ?T – коэффициент теплопроводности, Вт/(м?К)
для керамических элементов охлаждения?T=180 Вт/(м?К),
для алюминия – 237 Вт/(м?К),
для меди – 380 Вт/(м?К),
для алмаза – 2300 Вт/(м?К),
для углеродных волокон – 6000 Вт/(м?К)]

4. Тепловое сопротивление

Суммарное тепловое сопротивление рассчитывается как:

Rth парал.общ.=1/[(1/ Rth,1)+ (1/ Rth, 2)+ (1/ Rth,3)+ (1/ Rth,n)]

Rth последобщ. = Rth,1 + Rth, 2 + Rth,3 +....+ Rth,n

Резюме
При дизайне светодиодных светильников необходимо принять все возможные меры для облегчения теплового режима светодиодов за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Поэтому первоочередная задача при конструировании светодиодных светильников – обеспечить отвод тепла за счет теплопроводности специальных охлаждающих элементов или конструкции корпуса. Тогда уже эти элементы будут отводить тепло излучением и конвекцией.
Материалы теплоотводящих элементов по возможности должны иметь минимальное тепловое сопротивление.
Хорошие результаты были получены с теплоотводящими узлами типа “Heatpipes”, обладающими экстремально высокими теплопроводящими свойствами.
Один из лучших вариантов теплоотвода – керамические подложки с предварительно нанесенными токоведущими трассами, непосредственно к которым подпаиваются светодиоды. Охлаждающие конструкции на базе керамики отводят примерно в 2 раза больше тепла по сравнению с обычными вариантами металлических охлаждающих элементов.
Взаимосвязь электрических и тепловых параметров светодиода проиллюстрирована на рис. 4.
На рис. 5 показана типовая конструкция мощного светодиода с алюминиевым охлаждающим элементом и цепь тепловых сопротивлений, а на рис. 6-8 – различные методы охлаждения.

Излучение

Поверхность осветительного прибора, на которой монтируется светодиод или модуль с несколькими светодиодами не должна быть металлической, поскольку металлы обладают очень низким коэффициентом излучения. Поверхности светильников, контактирующие со светодиодами, должны, по возможности, иметь высокий спектральный коэффициент излучения?.

Конвекция

Желательно иметь достаточно большую площадь поверхности корпуса светильника для беспрепятственного контакт с потоками окружающего воздуха (специальные охлаждающие ребра, шероховатая структура и т.д.). Дополнительный отвод тепла могут обеспечить принудительные меры: минивентиляторы или вибрирующие мембраны.

Теплопроводность

Из-за очень небольшой площади поверхности и объема светодиодов необходимое охлаждение за счет излучения и конвенции не достигается.

Пример расчета теплового сопротивления для белого светодиода

UF= 3,8 В
IF = 350 мА
PLED = 3,8 В? 0,35 A = 1,33 Вт
Поскольку оптический КПД светодиода равен 25%, то только 0,33 Вт преобразуется в свет, а остальные 75% (Pv=1 Вт) – в тепло. (Зачастую в литературе при расчете теплового сопротивления RthJA допускают ошибку, принимая, что Pv = UF ? IF = 1,33 Вт – это неверно!)

Максимально допустимая температура активного слоя (p-n – перехода – Junction) TJ = 125°C (398 K).

Максимальная окружающая температура ТA = 50°С (323 К).

Максимальное тепловое сопротивление между запирающим слоем и окружением:

RthJA= (TJ – TA)/ Pv = (398 K – 323K)/1 Вт = 75 К/Вт

Согласно данным производителя, тепловое сопротивление светодиода

RthJS = 15 К/Вт

Необходимое тепловое сопротивление дополнительных теплоотводящих элементов (охлаждающие ребра, теплопроводящие пасты, клеющие компаунды, плата):

RthSA= RthJA – RthJS = 75-15 = 60 К/Вт

На рис. 9 пояснены тепловые сопротивления для диода на плате.
Взаимосвязь температуры активного слоя и теплового сопротивления между запирающим (активным) слоем и точкой припоя выводов кристалла определяет формула:

TJ= UF ? IF ? ?e? RthJS + ТS

где ТS – температура, измеренная в точке припоя выводов кристалла (в данном случае она равна 105°С)

Тогда, для рассматриваемого примера с белым светодиодом мощностью 1,33 Вт температура активного слоя определится как
TJ = 1,33 Вт? 0,75 ? 15 К/Вт + 105°С = 120°С.

Деградация излучательных характеристик из-за температурной нагрузки на активный (запирающий) слой.
Зная реальную температуру в точке припоя и располагая данными, предоставленными изготовителем, можно определить тепловую нагрузку на активный слой (TJ) и ее влияние на деградацию излучения. Под деградацией понимается снижение светового потока в течение времени эксплуатации светодиодного чипа.

Влияние температуры запирающего слоя
Принципиальное требование: максимально допустимая температура запирающего слоя превышаться не должна, так как это может привести к необратимым дефектам светодиодов или к спонтанным выходам их из строя.
В связи со спецификой физических процессов, протекающих во время функционирования светодиодов, изменение температуры запирающего слоя TJ в диапазоне допустимых значений оказывает влияние на многие параметры светодиодов, в том числе на прямое напряжение, световой поток, координаты цветности и срок службы.

Недавно на одном сайте увидел калькулятор окупаемости светодиодных светильников. Мне сразу стало интересно, а через сколько лет окупит себя светодиодный светильник, поскольку на данный момент не каждый заказчик стремится установить у себя светодиодные светильники.

Если верить калькулятору, то офисный светодиодный светильник должен окупить себя уже через 3,68 года. Сейчас проверим на самом ли деле у нас получится такая цифра.

Для офиса НЕКИЙ производитель светодиодных светильников изготавливает встраиваемый светильник мощностью 42Вт, со световым потоком 3500лм, КПД=94%, индекс цветопередачи 80. Стоит такой светильник 175$. Данный светильник полностью заменяет светильник с люминесцентными лампами ЛВО 4×18, который стоит всего 25$. Как видим, светодиодный светильник для офисных помещений в 7 раз дороже светильника с люминесцентными лампами.

Для начала приведем сравнение двух светильников.

Теперь на основе этих данных посчитаем годовой расход электроэнергии и через сколько лет оправдает себя светодиодный светильник. В году у нас 2000 рабочих часов (у офисного работника). Люминесцентные лампы будем менять через 10000 часов, т.к. световой поток начнет падать.

Получился совсем плачевный результат.

Почему же тогда так получилось?

Все очень просто. Время окупаемости светодиодного светильника зависит от цены на электроэнергию и времени эксплуатации. Чем выше стоимость кВт*ч и количество часов работы, тем меньше срок окупаемости.

Проведя некоторые обратные вычисления, я понял, что производители светодиодных светильников совсем не жалеют нас (проектировщиков в том числе, т.к. мы тоже офисные работники), заставляют работать нас без выходных и установили на нас максимальный расчетный тариф за электроэнергию В общем они брали все по максимуму, чтобы получить минимальный срок окупаемости.

В этом случае у нас будет следующий результат .

Честно говоря, я немного расстроен. Ожидал срок окупаемости светодиодного светильника хотя бы 5 лет. Производитель обещает 3,68 года, а на самом деле около 10 лет. Причем 10 лет, при условии, что офис будет работать без выходных и по максимальному расчетному тарифу.

Заявленные 70000 часов для светодиодного светильника это лишь теория, а на практике кто его знает, как он поведет себя через 5-10 лет.

Я думаю, к тому времени как он себя окупит, а по моим расчетам это 10 лет, этот светильник уже морально устареет, хоть и будет находиться в работоспособном состоянии.

В нынешних условиях производители светодиодных светильников будут только ЗА повышение цен на электроэнергию, поскольку применение светодиодных светлиьников на пряму зависит от цены на электроэнергию.

Светодиодные светильники выгодно ставить там, где высокая стоимость электроэнергии. Думаю это более актуально для стран Европы.

Может я не все учел или у вас имеется более точная информация по данной теме?

P.S. Я совсем не против светодиодных светильников. Просто я люблю цифры. На мой взгляд нужно еще снижать стоимость светодиодного светильника, чтобы его можно было применять повсеместно. У светодиодного светильника много достоинств по сравнению с люминесцентным светильником, но и есть один большой недостаток – цена.