Jak wydajne są diody LED?

Zasadniczo widzę wydajność związaną z lumenami na wat, ale jaka jest faktyczna typowa wydajność diod LED pod względem energii elektrycznej wprowadzanej do energii optycznej? Jakie konwersje mają zastosowanie?

Aby to wyjaśnić, zdefiniujmy, o czym mówimy.

Istnieją dwa często pomieszane terminy:

• Skuteczność świetlna:

Skuteczność świetlna jest wielkością bezwymiarową, która pochodzi ze skuteczności świetlnej. Jest to po prostu iloraz skuteczności świetlnej źródła i maksymalnej możliwej skuteczności świetlnej promieniowania.

• Skuteczność świetlna:

Jest to wartość, którą widzisz częściej. Zwykle ma jednostkę lumenów na wat. I podaje strumień świetlny na moc, który jest użyteczną wielkością, aby zobaczyć, ile światła otrzymamy przy danej mocy.

Z tym też musimy być nieco ostrożni. Ponieważ moc może być strumieniem promieniowania źródła lub mocą elektryczną. Pierwszą można więc nazwać skutecznością świetlną promieniowania, a drugą skutecznością świetlną źródła lub ogólną skutecznością świetlną.

Teraz pojawia się problem, że nie widzimy wszystkich kolorów jednakowo. I lumenów są faktycznie ważone na podstawie reakcji naszego oka:

_{^{Domena publiczna, link}}

Dzięki temu możesz stworzyć pewne wartości górnych granic (na podstawie redefinicji jednostki kandeli ). Byłaby to świetlna skuteczność promieniowania .

Które są:

• Zielone światło przy 555 nm: 683 lm / W
• Maksimum dla CRI = 95 przy 5800 K: 310 lm / W (w oparciu o przycięte czarne grzejniki)
• Maksymalne dla CRI = 95 przy 2800 K: 370 lm / W

Więcej informacji tutaj .

Jeśli obniżysz wskaźnik oddawania barw (CRI), możesz osiągnąć wyższe wartości. Ale nie więcej niż 683 lm / W.

Jak więc wydajne są diody LED?

Tutaj mamy wartości skuteczności świetlnej źródła .

Istnieje wyścig wydajności. Cree opublikowała komunikat prasowy z laboratoryjną diodą LED o mocy 303 lm / W przy 5150 K. CRI nie zostało wspomniane, myślę, że jest niższe niż 95, ale na podstawie powyższych danych wydaje się, że miałoby wydajność świetlną wynoszącą około 80% do 90%.

Oczywiście średnia dostępna dioda LED ma mniej. 100 lm / W będzie wynosić około 25% do 30%, a nowe ogłoszone niedawno układy 200 lm / W (od sierpnia 2017 r.) Osiągną 50% do 60%.

Zauważ, że powyższe odnosi się do widzenia fotopowego (widzenia dziennego), rzeczy zmieniają się wraz z widzeniem skotopowym, ale zwykle nie jest to tak interesujące.

Jeśli naprawdę chcesz dostać się do sedna, musisz wziąć spektrum diody LED i dowiedzieć się, jakie jest najwyższe teoretyczne maksimum dla tego widma (na podstawie krzywej ważenia), a następnie możesz obliczyć wartość.

Ponieważ każda dioda LED ma inne spektrum, trudno jest łatwo uzyskać te dane.

_{^{Mam nadzieję, że nie popełniłem tutaj błędu, ponieważ zawsze uważam ten temat za nieco mylący, bez względu na to, ile razy go odwiedzam.}}

Jak zauważono w komentarzach, to zależy.

Starsze diody LED często mają niższą wydajność niż nowsze typy.

Niektóre żarówki mają bardziej wydajną elektronikę do konwersji napięcia sieciowego na napięcie stałe potrzebne do diod LED.

Ale dla danej żarówki LED można oszacować, jak często ilość energii potrzebnej do światła żarowego (o podobnej mocy świetlnej) jest drukowana na pudełku. Według Wikipedii średnia wydajność żarówki wynosi 2,2%.

Weźmy jako przykład żarówkę Ikea „LEDARE” E-27 600 lumenów:

Równoważna moc żarówki: 48 W Rzeczywista zastosowana moc: 8,6 W

Oznacza to, że żarówka ma 48 / 8,6 = 5,6

razy wydajniejszy niż żarówka, dzięki czemu:

5,6 * 2,2% = 12,3% wydajności.

Do tej lampy Ikea Ledare.

Pamiętaj, że jest to suma wydajność, więc sprawność elektroniki wydajności samych diod LED.

Właściwa elektronika sterownika LED powinna mieć sprawność 85 - 99% (to moje osobiste przypuszczenie!) Tak więc rzeczywista wydajność diod LED będzie nieco wyższa niż 12,3%, które właśnie obliczyłem.

Zakłada się, że wszystkie liczby podane przez Ikeę są oczywiście prawdziwe.

Potrzebujesz 1 / 683W mocy, aby wygenerować 1 lumen światła. Oznacza to, że wydajność wynosi około 12%. Tak to wygląda:

Po pierwsze, załóżmy, że mamy światło, które promieniuje jednakowo we wszystkich kierunkach. Z definicji 1 kandela ma moc 1 / 683W (światło monochromatyczne 550 nm). 1 kandela promieniuje do 1 kąta sterady, który stanowi 1 / 4π (8%) pełnego pola powierzchni kuli. Tak więc potrzebujesz 4π / 683W, aby wytworzyć 1 kandelę we wszystkich kierunkach, a całkowity strumień świetlny wynosi 4π = 12,6 lm.

Która moc jest równa 1 lm? Otrzymujesz go dzieląc 4π / 683W przez 4π, a końcowy wynik to (4π / 683W) / 4π = 1 / 683W. Zasadniczo potrzebujesz 1/683 W mocy, aby wytworzyć strumień świetlny 1 lumen (1 / 4π = 0,08 kandeli dla wszystkich 1 kątów steradyjskich).

Używając powyższej figury potrzebujesz 900 razy 1 / 683W = 1,32W, aby wytworzyć strumień świetlny 900 lumenów.

Moja prawdziwa żarówka, zakupiona w lokalnym sklepie, ma stan 900 lm i 11 W energii elektrycznej. Zakładam, że promieniuje światłem jednakowo we wszystkich kierunkach. Na podstawie poprzednich danych sprawność elektryczna żarówki wynosi 1,32 W / 11 W = 0,12, co odpowiada wydajności 12%.