КПД светодиодов. КПД LED светильников и источников питания

При использовании светодиодов в качестве основного источника света возникает вопрос — какая мощность светильников для этого необходима. Чтобы на него ответить, нужно знать от чего зависит КПД светодиодов.

КПД светодиодного элемента

В идеальном светодиоде с КПД 100% каждый поступивший электрон излучает фотон света. Такая эффективность недостижима. В реальных устройствах она оценивается по соотношению светового потока к подведённой (потребляемой) мощности.

На этот показатель влияет несколько факторов:

• Эффективность излучения. Это количество фотонов, излучаемых на p-n переходе. Падение напряжения на нём составляет 1,5-3В. При дальнейшем повышении напряжения питания, оно не растёт, а увеличивается ток через прибор и яркость света. В отличие от лампы накаливания, она имеет линейную зависимость от протекающего тока только до определённой величины. При дальнейшем повышении тока дополнительная электрическая мощность расходуется только на нагрев, что ведёт к падению КПД.
• Оптический выход. Все выделенные фотоны должны излучаться в окружающее пространство. Именно это является главным сдерживающим фактором для увеличения КПД светодиодов.
• Некоторые светодиоды для лучшей передачи цвета покрываются слоем люминофора. В этом случае на КПД устройства дополнительно влияет эффективность преобразования света.

График зависимости светового потока от тока, проходящего через светодиод

В начале XXI века нормой считался КПД 4%, а сейчас поставлен рекорд в 60%, что в 10 раз больше, чем у лампы накаливания.

«Средний по больнице» КПД для топовых производителей типа Philips или Cree колеблется 35-45%. Точные параметры можно увидеть в даташите конкретной модели. КПД для бюджетных китайских светодиодов — это всегда рулетка с разбросом 10-45%.

Но это теоретические показатели, на которые мы повлиять не можем. На практике ключевую роль играют ток, подаваемый на диод и температурный режим. Прекрасную работу проделал пользователь ютуба под ником berimor76, показав на практике зависимость светового потока от подаваемого тока и температуры. Смотрим видео.

КПД источника питания

Кроме КПД самих светодиодов, на энергоэффективность светодиодных ламп и светильников оказывает влияние источник питания. Они есть двух типов:

• Блок питания. Подаёт на светодиоды постоянное, заранее заданное напряжение, независимо от потребляемого тока.
• Драйвер. Обеспечивает постоянное значение тока. Напряжение при этом значения не имеет.

Блок питания

Блок питания подаёт на светодиод напряжение, превышающее необходимое для открытия p-n перехода. Но сопротивление открытого диода очень мало. Поэтому для ограничения тока последовательно с источником света устанавливается резистор. Мощность, выделяющаяся на нём, полностью превращается в тепло, что понижает КПД светодиодного светильника. Например, в led-ленте потери составляют около 25%.

Более совершенным и экономичным устройством является электронный драйвер.

Драйвер

Драйвер для питания светодиодов обеспечивает их током постоянной величины. Диоды подключаются к устройству последовательно в количестве, которое зависит от рабочего напряжения светодиодов и максимального напряжения устройства.

Схема подключения светодиодов с током 300мА к драйверу

В светодиодных лампах вместо драйвера используется токоограничивающий конденсатор. При прохождении через него электрического тока выделяется так называемая реактивная мощность. Она не превращается в тепло, но электросчётчик её всё равно учитывает. КПД такого «драйвера» зависит от количества диодов, включённых последовательно с ним.

Схема светодиодной лампы с драйвером

Электронный драйвер устанавливается в светильниках большой мощности или в переносных устройствах, где экономия электроэнергии или ёмкости батарей важнее цены за устройство.

КПД светильника

При организации освещения, в том числе светодиодного, имеет значение КПД форм-фактора светильника. Это соотношение всего света, выходящего из светильника к световому потоку, излучаемому самой лампой.

Любая конструкция светильника, даже сделанная из зеркал или прозрачного стекла, поглощает свет. Идеальный вариант без потерь — это патрон с лампочкой, подвешенный на проводах.

Но это редкий случай, когда идеальный не значит лучший. Световой поток от лампочки на проводе направлен во все стороны, а не только в нужную. Конечно, свет, попавший на потолок или стены отражается от них, но далеко не весь, особенно под открытым небом или в комнате с тёмными обоями.

Эффективность светильников разной формы

Этим же недостатком обладает светодиодная лампа с разносторонним расположением элементов («кукуруза») или с матовым рассеиванием. В последнем случае рассеиватель дополнительно поглощает свет.

В отличие от таких светильников, led-лампа с односторонним расположением диодов направляет свет в одну сторону. КПД светильника с такой лампой близка к 100%. Освещённость, создаваемая ею выше, чем у другой, с таким же световым потоком, но направленным в разные стороны.

Направление светового потока светодиодов

Это связано с конструктивными особенностями светодиодов — в отличие от ламп накаливания и люминесцентных (энергосберегающих), имеющих круговую направленность излучения, они излучают свет в диапазоне 90-120 градусов. Теми же свойствами обладают светодиодные ленты и прожектора, излучающие свет только в одном направлении.

Таким образом, максимальный световой поток на ватт мощности излучают светодиоды в прожекторах со встроенным электронным драйвером.

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Материалы по теме:

КПД светильника — новости АО «ВИЛЕД»

02.06.2017

Автор: ViLED

 

 

Поговорим о КПД светильника. Что это такое, как вычисляется и применимо ли это определение к светодиодным светильникам? Какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность светильника. Ответы на эти вопросы в нашем ролике.

Приятного просмотра!

Согласно определению которое дано в ГОСТ (55392-2012). Коэффициент полезного действия — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к суммарному световому потоку установленных в нем ИС.

Не секрет, что отражатели в светильнике возвращают не 100% падающего на них света, а рассеиватели пропускают не весь световой поток. При чем, все это усугубляется с течением времени. В результате лампы без светильника имеют значительно более высокий световой поток, чем у собранного прибора.

Итак, разделив световой поток собранного светильника на суммарный световой поток ламп мы получим КПД светильника.

Все вышесказанное имеет отношение только к светильникам с заменяемыми лампами, но теперь перейдем к светодиодным.
О них можно прочесть в примечании о КПД в том же ГОСТе
«Характеристику, имеется ввиду кпд, НЕ применяют для ОП, у которых оптическая система и ИС, представляют собой единое целое, например лампы-светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Нельзя отделять световой поток светодиодов от светового потока светильника с рассеивателем. В таком случае как же определить эффективность этого самого неразборного ОП со светодиодами.

Ответ прост — использовать величину светоотдачи.
Мы о ней уже говорили, но тем не менее, световая отдача ОП — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к потребляемой им электрической мощности. А вот тут как раз нужное нам примечание:
«Характеристику применяют, как правило, для ОП у которых оптическая система и источник света представляет собой единое целое, например лампы светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Госты гостами, но все же интересно, какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность.

Светодиодная плата питается через блок питания, он же драйвер. На его работу тратится порядка 10, 20% поступающей энергии.

Это означает, что светильник мощностью 100 Вт, отдает на светодиоды около 85 Вт, 15 Ватт теряются в самом драйвере.
Кстати, чем мощнее блок питания, тем эффективнее он работает.
Далее энергия идет к светодиодам. Именно выбор правильного режима работы светодиодов определяет их эффективность. Какой он должен быть, смотрите в предыдущих роликах.
(Если питать светодиод на 30% его максимальной мощности, то у него будет очень высокая светоотдача, но для высокого светового потока светодиодов потребуется больше.)
Наверно стоит рассказать про световой поток указанный на упаковке со светодиодами. Зачастую этот поток указывается производителем для температуры кристалла 25 градусов.
Измерение производится следующим образом: подается короткий импульс тока, и в этот момент фиксируется значение светового потока. Температура кристалла при этом не успевает вырасти.
Этот процесс вы видели в ролике о производстве светодиодов Оптоган.
При реальной эксплуатации, в процессе работы, температура кристалла может достигать 80 и более градусов. Хочу подчеркнуть, температура именно кристалла, а не корпуса светодиода. А с каждым десятком градусов, свыше 25, светоотдача падает на 2,5 — 3 %. Перейдем к рассеивателям и линзам.
В зависимости от типа они могут задерживать от 5 до 50% светового потока. Меньше всего задерживает стекло. Это значит что задерживаемая энергия выделится в виде тепла на самой оптике, тем самым нагревая ее.

Подведя итог попробуем собрать общую картину эффективности начиная от светодиода и заканчивая собранным светильником.
Для примера возьмем светодиоды с заявленной светоотдачей 160 лм/Вт.
При температуре кристалла в 70 градусов она упадает на 11,3% и составит 142 лм/Вт.
Подключив плату со светодиодами к источнику питания с КПД 87%, она снизится до 123,5 лм/Вт.
А поместив всю электронику в корпус и закрыв рассеивателем мы потеряем еще 10% светового потока. В итоге из 160 лм/Вт мы получим светоотдачу светильника около 111,2 лм/Вт.

Проследив всю цепочку снижения светоотдачи от значения на упаковке до реального устройства, попробуйте ответить на вопрос: насколько важна информация которая указанная на упаковке со светодиодами, если известна светоотдача готового устройства?
Она вообще не нужна, ни по ГОСТу ни по здравому смыслу.
Главное, чтобы это была именно светоотдача готового устройства на свой температурный режим работы, без всяких звездочек и оговорок.

КПД светодиодных ламп

КПД СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП. Коэффициент полезного действия современных Светодиодных ламп составляет 22%. Кроме высокого КПД, светодиодные лампы могут похвастаться и большой долговечностью, в плоть, до 50000 часов, что в свою очередь эквивалентно 17-ти годам работы, по 8-мь часов в день. 

Современные Светодиоды обладают достаточной яркостью, что нельзя было сказать о светодиодах прошлого поколения, у которых небольшая яркость существенно ограничивала их применение. В настоящее время, после того, как был решен вопрос о яркости Светодиодов, их популярность резко возросла. Несмотря на высокую стоимость Светодиодных ламп, но благодаря высокому КПД, сроку эксплуатации и существенной экономии на электроэнергии и монтажных работах светодиоды завоевывают все большую и большую популярность. Кроме того, большой эксплуатационный ресурс светодиодных ламп позволяет устанавливать их в труднодоступных местах, особенно это актуально при использовании Светодиодов в  ИНТЕРЬЕРНОМ ОСВЕЩЕНИИ. За более чем 130-ти летнюю историю, лампы накаливания, доминирующие все это время в мире светотехники, обладали большим количеством недостатков: это и хрупкая нить, способная выйти из строя во время встряски, и большим процентов выхода тепла, что значительно снижает соотношение полезной мощности к световому потоку. КПД обычных ламп накаливания составляет всего, 2.6%. Более продвинутая, в технологическом смысле, люминесцентная лампа обладает несколько большим КПД, составляющим 8.7%, так же внесла существенную лепту в экономию электроэнергии. Применение люминесцентных ламп выявило несколько существенных недостатков: это и короткий срок эксплуатации в реальных условиях, возможное мерцание, и возможный отказ во включении при низких температурах, а также мигание при недостатке напряжения. Кроме того, перегоревшие люминесцентные лампы нуждаются в специальной утилизации. Люминесцентные лампы крайне негативно относятся к прерывистому циклу эксплуатации, включение-выключение.

Фото: Светодиодные лампы

Светодиодные лампы обладают высоким КПД, низким потреблением электроэнергии и большим сроком эксплуатации, ярким светом, отличной освещенностью и отсутствием мерцания. Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам

Светодиодные лампы получают все большее и большее распространение, особенно часто их используют во Встраиваемых светильниках. Компания Professional Light and Sound предлагает вашему вниманию большой ассортимент современных Светодиодных светильников и СВЕТОДИОДНЫХ ПРОЖЕКТОРОВ ДЛЯ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ высокого качества по приемлемой цене, на базе качественных светодиодных ламп (См: СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ).

Также на нашем сайте вы можете посмотреть и другую информацию, которая может вас заинтересовать, а наши специалисты в свою очередь, окажут вам любую техническую поддержку: ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ЗВУКОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ КАРАОКЕ-СИСТЕМЫ, СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ PUBLIC ADDRESS, DJ ОБОРУДОВАНИЕ, HI-FI АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, HI-FI КОМПОНЕНТЫ, АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИСКОТЕК, ЗВУКОУСИЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКТЫ, КОМПЛЕКТЫ ДОМАШНИХ КИНОТЕАТРОВ, МИКРОФОНЫ, МИКШЕРНЫЕ ПУЛЬТЫ, ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

, ПРИБОРЫ ОБРАБОТКИ ЗВУКА, РАДИОСИСТЕМЫ, СВЕТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.

Позвоните нам, и мы предложим комплексное решение: +74956698624, E-mail: [email protected].

КПД светильника. Статьи компании «ООО «СтройЭнергоКомплект»»

 

 

Поговорим о КПД светильника. Что это такое, как вычисляется и применимо ли это определение к светодиодным светильникам? Какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность светильника. Ответы на эти вопросы в нашем ролике.

Приятного просмотра!

Согласно определению которое дано в ГОСТ (55392-2012). Коэффициент полезного действия — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к суммарному световому потоку установленных в нем ИС.

Не секрет, что отражатели в светильнике возвращают не 100% падающего на них света, а рассеиватели пропускают не весь световой поток. При чем, все это усугубляется с течением времени. В результате лампы без светильника имеют значительно более высокий световой поток, чем у собранного прибора.
Итак, разделив световой поток собранного светильника на суммарный световой поток ламп мы получим КПД светильника.

Все вышесказанное имеет отношение только к светильникам с заменяемыми лампами, но теперь перейдем к светодиодным.
О них можно прочесть в примечании о КПД в том же ГОСТе
«Характеристику, имеется ввиду кпд, НЕ применяют для ОП, у которых оптическая система и ИС, представляют собой единое целое, например лампы-светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Нельзя отделять световой поток светодиодов от светового потока светильника с рассеивателем. В таком случае как же определить эффективность этого самого неразборного ОП со светодиодами.
Ответ прост — использовать величину светоотдачи.
Мы о ней уже говорили, но тем не менее, световая отдача ОП — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к потребляемой им электрической мощности. А вот тут как раз нужное нам примечание:
«Характеристику применяют, как правило, для ОП у которых оптическая система и источник света представляет собой единое целое, например лампы светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Госты гостами, но все же интересно, какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность.

Светодиодная плата питается через блок питания, он же драйвер. На его работу тратится порядка 10, 20% поступающей энергии.
Это означает, что светильник мощностью 100 Вт, отдает на светодиоды около 85 Вт, 15 Ватт теряются в самом драйвере.
Кстати, чем мощнее блок питания, тем эффективнее он работает.
Далее энергия идет к светодиодам. Именно выбор правильного режима работы светодиодов определяет их эффективность. Какой он должен быть, смотрите в предыдущих роликах.
(Если питать светодиод на 30% его максимальной мощности, то у него будет очень высокая светоотдача, но для высокого светового потока светодиодов потребуется больше.)
Наверно стоит рассказать про световой поток указанный на упаковке со светодиодами. Зачастую этот поток указывается производителем для температуры кристалла 25 градусов.
Измерение производится следующим образом: подается короткий импульс тока, и в этот момент фиксируется значение светового потока. Температура кристалла при этом не успевает вырасти.
Этот процесс вы видели в ролике о производстве светодиодов Оптоган.
При реальной эксплуатации, в процессе работы, температура кристалла может достигать 80 и более градусов. Хочу подчеркнуть, температура именно кристалла, а не корпуса светодиода. А с каждым десятком градусов, свыше 25, светоотдача падает на 2,5 — 3 %. Перейдем к рассеивателям и линзам.
В зависимости от типа они могут задерживать от 5 до 50% светового потока. Меньше всего задерживает стекло. Это значит что задерживаемая энергия выделится в виде тепла на самой оптике, тем самым нагревая ее.

Подведя итог попробуем собрать общую картину эффективности начиная от светодиода и заканчивая собранным светильником.
Для примера возьмем светодиоды с заявленной светоотдачей 160 лм/Вт.
При температуре кристалла в 70 градусов она упадает на 11,3% и составит 142 лм/Вт.
Подключив плату со светодиодами к источнику питания с КПД 87%, она снизится до 123,5 лм/Вт.
А поместив всю электронику в корпус и закрыв рассеивателем мы потеряем еще 10% светового потока. В итоге из 160 лм/Вт мы получим светоотдачу светильника около 111,2 лм/Вт.
Проследив всю цепочку снижения светоотдачи от значения на упаковке до реального устройства, попробуйте ответить на вопрос: насколько важна информация которая указанная на упаковке со светодиодами, если известна светоотдача готового устройства?
Она вообще не нужна, ни по ГОСТу ни по здравому смыслу.
Главное, чтобы это была именно светоотдача готового устройства на свой температурный режим работы, без всяких звездочек и оговорок

F.A.Q. Косинус Фи , КПД и другие параметры светодиодных светильников СД и СДУ арт.78

Часто задаваемые вопросы относительно светодиодных светильников СД и СДУ(арт.78):

Вопрос: Почему в информации о потолочном светодиодном светильнике СД-35(арт.78)  указана потребляемая мощность 35 Вт, при этом в светодиодном светильнике установлено всего 24 одноваттных светодиода и указан параметр «cos φ не менее 0,95»? Получается, что 24 Вт потребляют светодиоды, и ещё 11 Вт источник питания? Значит истинный cos φ источника питания вашего светодиодного светильника не выше 0,5?

Ответ: Вся приведенная информация о светильнике СД-35 достоверна. Дело вот в чем – в наших светильниках СД-35(арт.78), СД-50(арт.78) и других этой серии мы действительно используем одноваттные светодиоды, но «одноваттный» — это всего лишь ТИП светодиода, что вовсе не означает, что светодиод потребляет ровно 1 Вт энергии. Мы используем источник фиксированного тока для питания светодиодов (350 мА). У используемых нами одноваттных светодиодах при токе 350 мА прямое падение напряжения на светодиоде от 3,1 до 3,5 В (это зависит от бина светодиода). Небольшие отклонения в параметрах светодиодов даже в пределах одной партии обусловлены особенностями технологического процесса производства самих светодиодов и являются естественными.

Получается, что реальная мощность одного светодиода:

 

При этом суммарная мощность, потребляемая светодиодами составит:

 

Источник тока в наших светодиодных потолочных светильниках в реальности имеет значение cos φ не менее 0,95, вы можете убедиться в этом, подключив любой из наших светильников к специальному измерительному прибору (фазометру, или интеллектуальному мультиметру с функцией «True RMS»).

В итоге, суммарная потребляемая мощность нашего светильника СД-35(арт.78) составляет:

Получается, что реальная потребляемая мощность наших потолочных светодиодных светильников СД-35(арт.78) составляет от 27 до 31 Вт. Указанный параметр «Потребляемая мощность – 35 Вт» означает возможное предельное максимальное потребление светильника, указанное в ТУ, что, в свою очередь, является требованием «правильных» органов по сертификации (заявление максимально возможной потребляемой мощности). Напомним, что наши светильники сертифицированы в одном из авторитетнейших органов по сертификации АНО «СветоС».

 Примечание. Режим работы мощных светильников, таких как уличные светодиодные светильники СДУ-50(арт.78), СДУ-70(арт.78), СДУ-90(арт.78), СДУ-120(арт.78) и другие этой серии, а также промышленные светодиодные светильники СД(арт.78)  и модификации светильников СУС) немного отличается от режима работы офисных. Усилиями наших инженеров в драйверах указанных светильников cos φ составляет более 0,97 (вплоть до 0,98…0,99). При этом, аналогично приведенному выше примеру, можно подсчитать реально потребляемую мощность. В режиме питания мощных светильников ток через светодиоды обычно выше, чем 350 мА (до 390 мА и выше), что оправдано эффективным теплоотводом светильников.

КПД, срок службы и эффективность светодиодов — как измерить и повысить. Что можно сделать из светодиодов своими руками? Сравнение различных светодиодных ламп

Традиционный подход к светодиодным светильникам часто приводит к непониманию принципиальных обстоятельств. Речь идет о КПД светильников и влиянии конструкции светильников светодиодных и обычных на КПД.

КПД светильника — это отношение выходящего из светильника светового потока ко всему световому потоку, создаваемому источником света. Например, светильник в виде лампочки без осветительной арматуры, в первую очередь без отражателя, имеет КПД — 100 %. Это вовсе не значит, что это идеал, к которому надо стремиться, для светильников — меньше КПД, это ещё не значит хуже. Любые попытки сконцентрировать свет (направить) приводит к уменьшению КПД. Но способ концентрации и качество отражателя могут быть разными, и светильники будут иметь разный КПД. Сравнивать светильники по КПД можно только те, которые имеют похожее светораспределение (КСС), в этом случае КПД будет определяться качеством оптической системы светильника (отражателя, стекла). Светильники с разными КСС сравнивать по КПД не имеет смысла!

Принципиальное отличие светодиодов от ламп в том, что они светят только в одной полуплоскости. То есть светодиодный светильник без осветительной арматуры (100 % КПД) будет направленным! Угол излучения у светодиодов без вторичной оптики 90-120 градусов. Например, если сравнивать два «светильника» в виде лампочки и светодиода (100 % КПД) с одинаковым световым потоком, то на оси лампы на одинаковом расстоянии освещенность будет примерно в 2 раза меньше, чем на оси светодиода. Если же попытаться собрать световой поток лампы при помощи отражателя (добиться того же угла излучения), то в любом случае получить такую же освещенность, которую даёт светодиод не удастся из-за потерь на отражении. В этой связи замена источника света в виде лампочки на светодиодный источник в направленных светильниках будет иметь смысл, даже если эти источники имеют одинаковую световую эффективность (лм / Вт).

Если в светильнике с лампой имеется плоское стекло, то есть весь источник света «погружен» внутрь светильника, КПД светильника значительно уменьшится из-за того, что основная часть света, выходящая из светильника, будет отраженной, то есть с потерями на отражении. Для светодиодного светильника такой конструкции уменьшение КПД практически не происходит (только потери в стекле порядка 5 %), хотя интуитивно кажется, что по аналогии с ламповыми светильниками КПД должно уменьшиться.

Ламповый светильник с плоским стеклом будет иметь КПД порядка 50-60 %.

Светодиодный светильник с плоским стеклом будет иметь КПД порядка 95 %.

Это и есть основное принципиальное отличие светодиодных светильников от ламповых. Направленные светодиодные светильники гораздо более эффективны направленных ламповых светильников. Это связано в значительной степени с конструктивными особенностями светодиодов, а не только с их высокой световой эффективностью.

Понимание этого обстоятельства должно привести к пересмотру подходов в расчетах осветительных установок с применением светодиодных светильников.

При использовании светодиодов в качестве основного источника света возникает вопрос — какая мощность светильников для этого необходима. Чтобы на него ответить, нужно знать от чего зависит КПД светодиодов.

КПД светодиодного элемента

В идеальном светодиоде с КПД 100% каждый поступивший электрон излучает фотон света. Такая эффективность недостижима. В реальных устройствах она оценивается по соотношению светового потока к подведённой (потребляемой) мощности.

На этот показатель влияет несколько факторов:

• Эффективность излучения . Это количество фотонов, излучаемых на p-n переходе. Падение напряжения на нём составляет 1,5-3В. При дальнейшем повышении напряжения питания, оно не растёт, а увеличивается ток через прибор и яркость света. В отличие от лампы накаливания, она имеет линейную зависимость от протекающего тока только до определённой величины. При дальнейшем повышении тока дополнительная электрическая мощность расходуется только на нагрев, что ведёт к падению КПД.
• Оптический выход . Все выделенные фотоны должны излучаться в окружающее пространство. Именно это является главным сдерживающим фактором для увеличения КПД светодиодов.
• Некоторые светодиоды для лучшей передачи цвета покрываются слоем люминофора. В этом случае на КПД устройства дополнительно влияет эффективность преобразования света .

В начале XXI века нормой считался КПД 4%, а сейчас поставлен рекорд в 60%, что в 10 раз больше, чем у лампы накаливания.

«Средний по больнице» КПД для топовых производителей типа Philips или Cree колеблется 35-45%. Точные параметры можно увидеть в даташите конкретной модели. КПД для бюджетных китайских светодиодов — это всегда рулетка с разбросом 10-45%.

Но это теоретические показатели, на которые мы повлиять не можем. На практике ключевую роль играют ток, подаваемый на диод и температурный режим. Прекрасную работу проделал пользователь ютуба под ником berimor76, показав на практике зависимость светового потока от подаваемого тока и температуры. Смотрим видео.

КПД источника питания

Кроме КПД самих светодиодов, на энергоэффективность светодиодных ламп и светильников оказывает влияние источник питания. Они есть двух типов:

• Блок питания. Подаёт на светодиоды постоянное, заранее заданное напряжение, независимо от потребляемого тока.
• Драйвер. Обеспечивает постоянное значение тока. Напряжение при этом значения не имеет.

Блок питания

Блок питания подаёт на светодиод напряжение, превышающее необходимое для открытия p-n перехода. Но сопротивление открытого диода очень мало. Поэтому для ограничения тока последовательно с источником света устанавливается резистор. Мощность, выделяющаяся на нём, полностью превращается в тепло, что понижает КПД светодиодного светильника. Например, в led-ленте потери составляют около 25%.

Более совершенным и экономичным устройством является электронный драйвер.

Драйвер

Драйвер для питания светодиодов обеспечивает их током постоянной величины. Диоды подключаются к устройству последовательно в количестве, которое зависит от рабочего напряжения светодиодов и максимального напряжения устройства.

В светодиодных лампах вместо драйвера используется токоограничивающий конденсатор. При прохождении через него электрического тока выделяется так называемая реактивная мощность. Она не превращается в тепло, но электросчётчик её всё равно учитывает. КПД такого «драйвера» зависит от количества диодов, включённых последовательно с ним.

Электронный драйвер устанавливается в светильниках большой мощности или в переносных устройствах, где экономия электроэнергии или ёмкости батарей важнее цены за устройство.

КПД светильника

При организации освещения, в том числе светодиодного, имеет значение КПД форм-фактора светильника. Это соотношение всего света, выходящего из светильника к световому потоку, излучаемому самой лампой.

Любая конструкция светильника, даже сделанная из зеркал или прозрачного стекла, поглощает свет. Идеальный вариант без потерь — это патрон с лампочкой, подвешенный на проводах.

Но это редкий случай, когда идеальный не значит лучший. Световой поток от лампочки на проводе направлен во все стороны, а не только в нужную. Конечно, свет, попавший на потолок или стены отражается от них, но далеко не весь, особенно под открытым небом или в комнате с тёмными обоями.

Этим же недостатком обладает светодиодная лампа с разносторонним расположением элементов («кукуруза») или с матовым рассеиванием. В последнем случае рассеиватель дополнительно поглощает свет.

В отличие от таких светильников, led-лампа с односторонним расположением диодов направляет свет в одну сторону. КПД светильника с такой лампой близка к 100%. Освещённость, создаваемая ею выше, чем у другой, с таким же световым потоком, но направленным в разные стороны.

Это связано с конструктивными особенностями светодиодов — в отличие от ламп накаливания и люминесцентных (энергосберегающих), имеющих круговую направленность излучения, они излучают свет в диапазоне 90-120 градусов. Теми же свойствами обладают светодиодные ленты и прожектора, излучающие свет только в одном направлении.

Таким образом, максимальный световой поток на ватт мощности излучают светодиоды в прожекторах со встроенным электронным драйвером.

После написания у меня самого остался не до конца решенным вопрос — а что же конкретно выгоднее купить и на сколько можно выиграть в дальней и ближней перспективе. Плюс остались некоторые неопределенности по эффективности светодиодов. А вопрос побуждает к поиску ответа на него, поэтому я продолжил разрабатывать это направление. Не скажу что получился материал на полноценную статью, но в качестве дополнения к предыдущей информация содержит существенно важные данные будет полезна.

Для начала разберемся с тем, какой точно КПД у рассмотренных в прошлой части светодиодов. Ранее я взял данные в основном из , не проверяя, т.к. там рассматривался больше вопрос эффективности фотосинтеза при освещении светом разного спектра. Теперь же я решил разобраться и в общей эффективности.

Рассматривать будем светодиоды фирмы CREE, т.к. они, с одной стороны, на сегодняшний день наиболее продвинуты по технологиям и, соответственно, светоотдаче на единицу мощности, а с другой, все их показатели стабильны и хорошо задокументированы (в отличии от ноунейм производителей). Здесь указанная фирма должна бы мне заплатить за рекламу, но увы, я пишу не с их подачи, а просто потому что так проще и доступнее.

Итак, какие будем исследовать светодиоды? Не буду выкладывать сюда весь процесс изучения и отбора конкретных серий, дабы не затоплять материал «водой». Вкратце скажу, что вбирал наиболее мощные и одновременно наиболее эффективные чипы, при условии свободной доступности и выгодной цены. По этим критериям подходят два типа: белые будут из серии XM-L.

Это 10-ваттные чипы с эффективностью 158 lm/W (но не на максимальной мощности, а всего при 1 Вт). Холодно белые (6000-6500К), нейтрально белые (4000-4500К) и тепло-белые (3000-3500К).
И красные из серии XP-E, High Efficiency Photo Red 650-670nM.
Ссылки на документацию по светодиодам в конце статьи.

Разберемся с белыми. В прошлый раз разница в КПД светодиодов белого свечения не была учтена и эффективность оценивалась только по отношению к кривой фотосинтетической активности McCree.

В этот раз я решил более досконально уточнить этот вопрос. К сожалению в документации к светодиодам никогда не приводят кпд, а пишут люмены на ватт, поэтому пришлось делать обратный расчет. По спектру светодиода и фотопической кривой рассчитывается сколько люмен было бы у светодиода, если бы его кпд был равен 100%, а затем на это число делится число реальных люмен, взятое из документации на светодиод. И вот что у нас получилось для трех типов белых светодиодов:

Слева направо: холодно-белый, нейтрально белый и тепло-белый.

Обращает на себя внимание, что не смотря на рост люменов при переходе от холодно-белому к тепло-белому спектру (при одинаковой мощности излучения ), табличные значения lm/W и общий кпд светодиода падает и очень существенно — с 40 до 23%. Все дело в том, что люминофор, которого в светодиоде тепло-белого свечения гораздо больше, сам имеет не 100% КПД, да еще и, по всей видимости, при его большом количестве оказывает затеняющий эффект (лучи излученные нижними слоями поглощаются выше лежащими и пропадают). При этом показатель люмен на ватт используется при токе 2А (из максимально трех) — видно что он при этом падает со 140 при 350мА до 108 (для холодно-белого). В документе Cree такой таблицы нет — там даны абсолютные люмены при заданном токе, а мощность надо рассчитывать, пользуясь данными из графика вольт-амперной характеристики. Вот соответствующие данные из даташита:

Теперь разберемся с красными.

С ними все немного проще, т.к. световой поток указан не в люминах а в милливаттах. Достаточно разделить милливатты излучения на ватты потребления и получаем КПД с высокой точностью! На все бы светодиоды приводили эти данные — 2/3 работы можно было не делать!

И тут мы сразу делаем удивительное открытие — что КПД этих светодиодов равняется 50%, причем (еще один график, здесь не привожу), в отличие от синих/белых кристаллов, световой поток растет линейно с током и кпд чипа не падает! Зато при перегреве чипа падение значительно более существенно, чем у синих чипов. Для сравнения у чисто синих кпд при тех же условиях 48% (сравните с этим показателем у белых — выше). А вот у «просто красных» всё гораздо хуже. Их КПД получился где-то в районе 19%, а с ростом температуры световой поток падает еще быстрее чем у «Photo red».

Вот уже вырисовываются интересные варианты использования отдельных светодиодов и их комбинаций. Теперь пересчитаем таблицу эффективности с учетом вновь полученных данных.

Видно что красные Photo-red с большим отрывом впереди всех. Но освещать чисто красным нельзя, поэтому нужно комбинировать и тут идут варианты с белым и синим. Сразу отметем (я-то считал всё, но выбросил то, что получилось не перспективно) комбинации тепло-белых с красным. Низкая эффективность тепло-белых светодиодов сводит на нет все преимущества красных. А вот холодно-белые очень хороши в таком сочетании! Сами имеют неплохой кпд, еще усиленный красными светодиодами, а недостаток красного спектра так же покрывается ими. Так же хорошо смотрится сочетание красных с синими. Затем идут просто холодно-белые и ДНаТ 1000, а остальные по сути не тянут. Ну что ж посмотрим как это будет смотреться в полном комплекте — с драйверами.

Далее логика расчетов шла в предположении, что мы хотим получить за те же деньги больше фотосинтетически активного излучения, поэтому все цифры, в том числе цены на светодиоды и драйвера приведены к общей величине фитоактивной радиации светильника 100мкмоль/с.

Цветовая маркировка как в предыдущей таблице — чтобы проще было понять где какие светодиоды и не занимать место повторяющимися заголовками.

Но это только цена на старте — сколько нужно вложить денег, чтобы получить лампочку на 100мкмоль/с. Этого мало — нужно посмотреть во сколько она обойдется при эксплуатации. И вот если посчитать к этому еще и затраты электроэнергии во времени — вот тогда получится полная картина, которую я и представляю на всеобщее обозрение!

Оставлено для истории, обновленные данные ниже

Благодаря пристальному вниманию комментаторов выяснилось, что далеко не всё светодиоды, которые продают на алиэкспрессе с названием CREE на самом деле ими являются. Самые дешевые из них, порядка полутора долларов за 10-ваттный диод или менее вероятнее всего являются подделкой с чипами производства китайской компании LatticeBright, которые стоят в разы дешевле оригинальных и, к сожалению, имеют примерно в 2 раза худшие показатели. В связи с этим, я провел поиск цен соответствующих светодиодов в компании Компэл , являющейся официальным дистрибутором компании cree в РФ. Цены там значительно выше чем в китае, но мелким оптом достаточно выгодно, в том числе по сравнению с зарубежными поставщиками.
И по ходу дела исправил два момента — добавил для кривой ДНаТ замену ламп раз в год. И исправил ошибку (мой недосмотр), из-за которой цена всех ламп считалась на одинаковую их мощность (100Вт), тогда как исходная идея была в расчете на единицу фотоактивной радиации. В новом графике данные цены за светильник излучающий 100мкмоль/с, а не 100Вт. приношу извинения за оплошность.

Как разобраться в этой вязанке прутьев?

Слева — цена светильника на старте. Напоминаю что при этом все они будут выдавать одинаковое количество фитоактивной радиации, но иметь разный спектр. Чем ниже начинается полоска, тем дешевле набор. По оси Х у нас месяцы. Предполагается что светильник работает 12 часов в сутки 7 дней в неделю, всего 36 месяцев, т.е. 3 года. Это всего лишь чуть более 13 тыс. часов, а для светодиодов заявлено 50 тыс. И если все сделано правильно с охлаждением, а так же на светодиоды подается ток 0.7 от максимального (так больше КПД на целую треть), то проработают они и того больше, т.е. более 10 лет практически без деградации.

Чем более горизонтально идет линия — тем больше КПД у светильника. Видим что многие линии начинаются выше (дороже чипы), но со временем оказываются дешевле чем более дешевые аналоги. В этом показательна линия для светодиодов photo red — она имеет наименьший наклон.

Самое удивительное что самыми дешевыми теперь оказались… Самые дорогие photo red светодиоды! Это потому что они имеют самый высокий КПД и самый «легкоусваиваемый» спектр — их нужно меньше всего в начале и они тратят меньше всего электричества и в будущем! Большой интерес представляют комбинации «Холодно-белый+красный photo red». На данном графике приведена кривая при соотношении белый: красный как 2:1 по мощности. И просто «холодно-белый». Эти три линии расходятся веером, где крайние — белый и красный светодиоды, а средняя — их комбинация. Для выращивание растений необходимы все составляющие спектра, но в разных комбинациях. Выходит что все варианты сочетаний спектров наиболее эффективно покрываются всего одной комбинацией — холодно-белых и красных светодиодов (но в разном численном соотношении).
Стоит отметить, что комбинация синий+красный хоть и имеет меньший наклон чем белый+красный, но дает существенно худший показатель цена/световой поток, поэтому не догоняет сочетание белый+красный даже за 3 года. В 10-летней перспективе может быть предпочтительнее, но это исключительный случай.
Фитолампа оказывается не такая уж и дешевая. Если учесть её КПД она дороже даже холодно-белых светодиодов, а уж в перспективе… Деньги за электричество на ветер…
ДНаТ и в начале не очень дешев (я удивился сколько стоят ЭПРА для них, а Эм ПРА брать не стоит — они имеют низкий КПД, лампа из-за мерцания — тоже, еще они гудят и греются как печка) и со временем не нагоняют — особенно с учетом замены ламп — которую придется делать не реже раза в год, что отображается как ступеньки на графике. Так что в сад.

Вот спектр сочетания белых с красными светодиодов, наложенный на кривую MkCree (4:1 по мощности, на 2:1 не стал переделывать):

Конечно неправильно судить о таких вещах основываясь на красивости графиков, но учитывая цифры, которые говорят то же самое — по моему график практически идеален в отношении покрытия спектра фотосинтетически активного диапазна.

Вывод остается прежним — покупайте холодно-белые светодиоды и красные CREE Photo red и будет вам куча света для ваших растений и экономия для кошелька!
Так же возможно освещение чисто красными светодиодами, о таком опыте писал один из комментаторов. Это будет наиболее целесообразно в случае, если растения частично освещаются естественным светом (огород на подоконнике, балконе, лоджии, когда прямой солнечный свет не попадает вовсе или на пару часов в день — тогда растения получают в основном синие лучи от неба, а красных им катастрофически не хватает, как и общей интенсивности света. Тут красные светодиоды заполнят имеющийся пробел как нельзя лучше. Только это должны быть высокоэффективные светодиоды с длиной волны излучения 660нМ и лучше если это будут CREE Photo red. Ну всё, я пошел заказывать диоды!

Насколько на самом деле эффективны светодиоды и как продлить их срок службы?

Каким образом измерить в домашних условиях их КПД и повысить эффективность, а также увеличить долговечность светодиодных светильников?

Чтобы ответить на все эти вопросы, достаточно провести несколько наглядных экспериментов, причем без использования каких-то сложных лабораторных приборов.
Светодиод – это один из самых эффективных и простых в использовании источников света. Однако при этом, большую часть потребляемой энергии он все равно расходует впустую, преобразуя ее не в свет, а в тепло.

Сравнивать светодиоды с обычной лампочкой конечно же не нужно, тут они убежали далеко вперед. Но как вы думаете, насколько высок у них реальный КПД?

Как измерить КПД светодиода

Давайте это проверим в живую, не по надписям на упаковках и данным таблиц в интернете, а колориметрическим методом в домашних условиях.

Если опустить светодиод в воду и замерить разницу температур до его включения и спустя некоторое время после, то можно выяснить, сколько энергии от него перейдет именно в тепло.

Зная общее количество затраченной энергии и энергии ушедшей в тепло, можно реально узнать сколько пользы от данного источника света перешло именно в свет.

Емкость в которой будут производиться измерения, должна быть изолирована от колебаний температуры снаружи и внутри. Для этого подойдет обычная колба от термоса.

При определенной доработке, у вас получится вполне годный самодельный колориметр.

Чтобы изолировать и предотвратить утечки тока, все провода и выводы на светодиоде следует покрыть толстым слоем электроизоляционного лака.

Перед экспериментом заливаете во внутрь колбы 250мл дистиллированной воды.

Опускаете светодиод в воду, так чтобы она полностью его покрывала. При этом свет должен беспрепятственно выходить наружу.

Включаете питание и начинаете отсчет времени.

Через 10 минут выключаете напряжение и опять замеряете температуру воды.

При этом не забудьте хорошенько ее перемешать.

Теперь нужно повторить эксперимент, но на этот раз, плотно заклейте матрицу каким-нибудь непрозрачным материалом. Это необходимо, дабы энергия не могла покинуть систему в виде света.

Опыт с заклеенным экземпляром повторяется опять в той же последовательности:

• 250мл дистиллированной воды

• замер начальной температуры

• 10 минут ”свечения”

• замер конечной температуры

1 of 4

После всех измерений и экспериментов, можно переходить к расчетам.

Расчет эффективности

Допустим, для данной модели среднее потребление источника света равняется 47,8Вт. Время работы – 10минут.

Если подставить эти данные в формулу, то получим, что за время в 600 секунд, на свечение светодиода было затрачено 28 320 Дж.

В случае с заклеенной моделью, вода нагрелась с 27 до 50 градусов. Теплоемкость воды 4200Дж, а масса – 0,25кг.

Еще 130 Дж на каждый градус, ушло на нагрев колбы, плюс нужно прибавить энергию на нагрев самого светодиода. Он весит 27 грамм и в основном состоит из меди. В итоге получается цифра в 27377 Дж.

Отношение выделившейся энергии и затраченной будет равняться 96,7%. То есть, не хватает более 3%. Это как раз таки и есть тепловые потери.

В случае с открытым светодиодом, вода нагрелась с 28 до 45 градусов. Все остальные переменные остались прежними. Расчет здесь будет выглядеть следующим образом:

Какой же итог можно сделать из всех этих опытов и вычислений?

Как видно из этого небольшого эксперимента, непосредственно в виде света, систему покинуло около 28% энергии. А если учесть 3% тепловых потерь, то и вовсе остается всего 25%.

Как видите, до идеальных источников света, как их представляют многие продавцы, светодиодам еще очень далеко.

Хуже того, на рынке зачастую встречаются модели, крайне низкого качества с еще меньшим КПД.

Яркость и мощность

Давайте теперь сравним яркость разных моделей и посмотрим от чего она зависит и можем ли мы как то на это влиять. Чтобы провести достоверное сравнение, воспользуйтесь обычным куском трубы и люксометром.

Допустим, испытанный ранее качественный образец, обеспечивает освещенность 1100 люкс. И это при потребляемой мощности в 50 Вт.

А если взять более дешевую модель? Данные могут получиться в два раза ниже – менее 5500 Лк.

И это при одинаковой мощности! Получается, что заплатите вы за свет столько же как и в первом случае, а получите его на 50% меньше.

А можно ли получить в 3 раза больше света, затрачивая как можно меньше энергии?

Можно, но для этого понадобится светодиод работающий в немного другом режиме. Чтобы понять как это сделать, нужно провести еще немного измерений.

В первую очередь, вас должен интересовать момент зависимости яркости от потребляемой мощности. Постепенно повышайте мощность и следите за показаниями люксометра.

В итоге вы выйдите на такую вот нелинейную зависимость.

Если бы она была линейной, вы бы получили что-то вроде этого.

Получится еще интересней, если посчитать относительную эффективность светодиода, за 100% взяв значение мощности в 50Вт.

Видите, как прослеживается ухудшение его эффективности. Такое ухудшение с повышением мощности, присуще всем светодиодам. И причин этому несколько.

Почему ухудшается эффективность светодиодов

Одна из них, конечно же нагрев. С повышением температуры, снижается вероятность образования фотонов в p-n переходе.

К тому же уменьшается и энергия этих фотонов. Даже при хорошем охлаждении корпуса, температура p-n перехода может быть на десятки градусов выше, так как он отделен от металла подложкой из сапфира.

А она не очень хорошо проводит тепло. Разницу температур можно посчитать, зная размеры кристалла и выделяемую на нем теплоту.

При выделяющейся теплоте в 1Вт, учитывая толщину и площадь подложки, температура перехода будет на 11,5 градусов выше.

В случае с дешевым светодиодом все намного хуже. Здесь результат – более 25 градусов.

Высокая температура перехода приводит к быстрой деградации кристалла, сокращая его срок службы. Отсюда и возникают моргания, мигания и т.п.

Интересно, производители не знают про эту разницу в температуре или намеренно создают обреченные устройства?

Нередко компоненты, казалось бы в нормальных, дорогих светильниках, работают в предельных режимах, на максимальных температурах без какого-либо запаса прочности.

Пока ток небольшой, оно не заметно. Но из-за квадратичной зависимости, с увеличением тока все большая часть энергии превращается в бесполезное тепло.

Как увеличить эффективность

То есть, подключить параллельно еще один светодиод, тем самым в два раза уменьшив потери на сопротивление. И этот метод, конечно работает.

Подключив в светильник параллельно два светодиода вместо одного, вы получите больше света с меньшими затратами энергии и соответственно меньше нагрева.

Безусловно, это продлевает и срок службы светодиода.

Можно не останавливаться и подключить 3,4 диода вместо одного, хуже не будет.

А если места для нескольких светодиодов недостаточно, то можно поставить светодиод изначально рассчитанный на большую мощность. Например 100 ваттный, в 50 ваттный светильник.

Именно таким образом можно поднять эффективность светильника в несколько раз, при тех же затратах энергии, что и на первоначальном источнике, но меньшей мощности, и работающего на пределе своих возможностей.

Более того, используя не больше трети мощности от максимальной, вы навсегда забудете, что такое замена сгоревших светодиодов.

При этом эффективность их работы и КПД заметно возрастут.

Поэтому при покупке светодиодов, всегда интересуйтесь размером кристаллов. Ведь от этого зависит их охлаждение и внутреннее сопротивление.

Здесь действует правило – чем больше, тем лучше.

Эффективность светодиодного светильника эффективность светодиода

Главная / Полезное / Эффективность светодиодного светильника и светодиода в вопросах и ответах

 Энергоэффективность светодиодного светильника и светодиода в вопросах и ответах.

 Главным показателем эффективности светодиодного светильника является его световая отдача, которая характеризуется отношением количества светового потока (Люмен, Лм) к потребляемой им мощности (Ватт, Вт). Показатель энергоэффективности можно отнести как к лампе накаливания, дуговой ртутной лампе ДРЛ (светильнику с лампой ДРЛ – прошу не путать, это разные величины), люминесцентным лампам и прочим источникам света.

Показателем энергоэффективности обладает так же и светодиод, входящий в состав светодиодного светильника. В чем же тут разница? Рассмотрим данный вопрос подробней.

Эффективность работы светодиода зависит от многих факторов, но к главным из них относится величина пропускаемого через него тока и, как следствие, температура кристалла, которая еще зависит от того насколько эффективно отводится от светодиода генерируемое им тепло.

На приведенном графике видно, что эффективность типичного светодиода может колебаться в пределах 30% при изменении температуры его кристалле в пределах 120 градусов.

 

На следующем графике представлена зависимость относительного светового потока светодиода от пропускаемого через него ток. Как видно, зависимость нелинейная.

Этот график косвенно доказывает на тот факт: больше тока = больше тепла = меньше эффективность = меньше ресурс светильника как следствие.

Если с эффективностью светодиода всё более или менее понятно, то рассмотрим подробнее, чем отличается эффективность светодиода от эффективности светодиодного светильника.

В состав светодиодного светильника, кроме светодиода на печатной плате (далее светодиодный модуль), входит еще его оптическая часть (линзы, рассеиватели и т.п.) а так же источник питания.

Оптическая часть светодиодного светильника предназначена для формирования направленности сил света в пространстве (концентрирования или рассеивания светового потока в определенных направлениях пространства). Прохождение света через прозрачные элементы оптической части светодиодного светильника, а так же его преломление, приводит к неизбежным его потерям. Назовем эти потери – потерями в оптической части светодиодного светильника. По самым скромным показателям, в оптической части светодиодного светильника теряется в среднем около 10% всего светового потока излучаемого светодиодом.

Дополнительно, работающий источник питания светодиодного светильника имеет свой действительный КПД, зависящий не только от типа источника питания, но и от степени его загрузки. Хорошим показателем КПД источника питания светодиодного светильника является величина не менее 0,9 (иными словами 90%). При таком КПД, с каждых 100 Вт подводимой мощности, 10 Вт будет расходоваться на потери (тепло и т.п.). Так же важным параметром источника питания светодиодного светильника является такой параметр, как коэффициент мощности. В идеале он должен быть равен единице. В действительности, считается хорошим показателем, когда коэффициент мощности светодиодного светильника больше 0,9. Такие показатели удаётся достигать в источниках питания светодиодных светильников с применением ШИМ. В таких источниках питания присутствует гальваническая развязка, дополнительно защищающая светодиодный модуль светодиодного светильника, а так же активный корректор мощности, позволяющий успешно эксплуатировать светодиодные светильники в соседстве с лампами ДРЛ с подключением их через ПРА. Источник питания с ШИМ схемотехнически является сложным устройством и вносит существенный вклад в себестоимость светодиодного светильника. При стремлении некоторых производителей сэкономить, некоторые из них используют в составе своих светодиодных светильников источники питания с более простыми схематическими решениями, коэффициент мощности некоторых таких экземпляров может быть равен 0,5..0,6. Не стоит забывать, что по счетчику электрической энергии мы платим за полную электрическую потребляемую мощность, а при эксплуатации дешевых низкосортных светодиодных светильников с коэффициентом мощности 0,5, действительная электрическая потребляемая мощность может возрасти вдвое относительно заявленной. Так же, использование простых и дешевых источников питания не обеспечивает защиту светодиодного модуля светодиодного светильника, возникновение в сети нештатных ситуаций (простых кратковременных перенапряжений), приводит к выходу из строя не только сам источник питания с простой и дешевой схемотехникой, но и сам светодиодный модуль, что ведет к замене дешевого светодиодного светильника на новый.

Проще говоря, на эффективность светодиодного светильника дополнительно влияют потери в оптической и электрической части светодиодного светильника, как минимум 10% + 10%.

Многие производители светодиодных светильников зачастую указывают наибольшие значения эффективности светодиода, помножив на их количество. Такой подход «горе производителей» приводит к тому, что указанные параметры эффективности светодиодного светильника являются мягко сказать завышенными. В действительности, реальный световой поток таких «горе светильников» может оказаться вдвое меньше заявленного при одинаковой потребляемой мощности в сравнении со светильниками от проверенных производителей. Завышение заявленных характеристик, использование простейших схемотехнических решений, всё это приводит к появлению на светотехническом рынке некачественной продукции меньшей стоимости. Реально, стремление сэкономить на освещении может привести к тому, что для выполнения нормируемой освещенности объекта, недоброкачественных светильников может понадобиться вдвое больше, что приведет к повышенным затратам на электроэнергию, и при этом суммарная экономия окажется призрачной.

При выборе светодиодного светильника, важно различать понятия эффективности используемых в нем светодиодов и эффективность самого светодиодного светильника и понимать последствия, к которым может привести пренебрежение данными параметрами.

Самым верным показателем уровня светодиодного светильника является наличие протокола независимого испытания. В протоколе должна быть указана уполномоченная на данные испытания и проводившая испытания светодиодного светильника организация / лаборатория, подписи и печати ответственных исполнителей и руководителя, перечень задействованного для испытаний светодиодного светильника оборудования с отметками об их поверке и наличие IES файла, сформированного при данных испытаниях.

Пример как должен выглядеть протокол испытаний светодиодного светильника представлен на рисунке:

        

Что такое КПД светильника? | LightNOW

Сегодняшний акцент на энергосбережении увеличивает спрос на светильники, предназначенные для достижения высокого уровня энергоэффективности. Светильники могут быть оценены на основе мощности свечей центрального луча светильника (кандела), общей потребляемой мощности (Вт), эффективности (доля люменов лампы, выходящих из светильника), рейтинга эффективности (люмен / Вт), коэффициента использования (CU) и сравнительного годового значения. стоимость энергии света ($ / 1000 люмен).

Хотя эти показатели предоставляют ценные инструменты для сравнения эффективности светильников, важно помнить, что эффективность — это только часть истории осветительного продукта и ее следует учитывать вместе с тем, как светильник распределяет свет и с какой интенсивностью.Это приведет к выбору светильников, которые будут одновременно эффективными и, вероятно, обеспечат хороший визуальный комфорт.

КПД светильника — это отношение светового потока, излучаемого светильником, к световому потоку, испускаемому его лампами. Другой взгляд на это: эффективность светильника — это процент светового потока, производимого лампами, который, в свою очередь, излучается светильником.

Не весь свет, производимый лампами, выходит из светильника; некоторые останутся внутри и будут рассеиваться в виде тепла.Физические характеристики светильника будут влиять на то, сколько света будет выходить и сколько света будет направлено на рабочую плоскость.

Эффективность светильника важна, потому что, хотя у вас может быть очень эффективная система балласта лампы, если сам светильник неэффективен при передаче люменов, то и система освещения в целом тоже. Факторы, влияющие на эффективность светильника, включают его форму, коэффициент отражения материалов, количество ламп внутри светильника (и насколько они близко друг к другу), а также то, используется ли экранирующий материал, такой как линза или жалюзи, для смягчения или рассеять свет.

Хотя следует ценить высокий уровень эффективности светильника, переоценка его может привести к низкому качеству освещения и недовольству пользователей. В конце концов, чистая лампа обеспечивает 100-процентный КПД, но вряд ли это хороший выбор. На самом деле, наиболее «эффективные» светильники часто являются кандидатами на прямое ослепление, особенно это касается неэкранированных светильников с прямым распределением света при меньшей высоте установки, обычно встречающейся в офисах, классных комнатах и ​​аналогичных помещениях. В таких случаях свет может выходить из светильника очень эффективно, но сам светильник представляет собой «слепящую бомбу», и пользователи, вероятно, прибегнут к ношению бейсболок.

Эффективность светильника описывает эффективность всего светильника, включая потери источника света, балласта и светильника. Рейтинг эффективности светильников (LER) представляет собой метрику для сравнения относительной энергоэффективности люминесцентных светильников. LER, инициированный в ответ на Закон об энергетической политике 1992 года, предлагает добровольный стандарт оценки для нескольких категорий коммерческих и промышленных люминесцентных светильников, таких как светильники с утопленными линзами и жалюзи 2 × 4, пластиковые обертки и полосовые светильники (дополнительную информацию см. В NEMA LE 5-2001. Информация).

LER выражается:

LER = [КПД светильника (EFF) x общая номинальная яркость лампы (TTL) x балластный коэффициент (BF)] ÷ [Потребляемая мощность светильника]

Некоторые производители публикуют LER в фотометрических отчетах и ​​спецификациях своей продукции. Даже без этого конструкторы могут легко рассчитать LER самостоятельно, поскольку информация, требуемая приведенной выше формулой, должна быть общедоступной для продукта.

Эффективность — это еще не все, что касается светильника.На приведенном выше чертеже левый светильник работает с эффективностью 28 люмен / Вт, в то время как правый светильник генерирует примерно на 50 процентов больше светового потока при примерно 33 процентах большей мощности, что приводит к повышению эффективности на 14 процентов. Однако правильный светильник обеспечивает это преимущество за счет недостаточного контроля бликов. Рисунок Кевина Уиллморта.

Коэффициент использования (CU) Показатель позволяет нам взглянуть на эффективность светильника в контексте фактического применения.Поскольку все поверхности комнаты являются потенциальными отражателями света, сама комната действует как продолжение системы освещения. Данный светильник может излучать часть света прямо на рабочую плоскость, а часть — на ближайшую стену. Стена поглощает часть света и отражает остальной свет, который, в свою очередь, достигает рабочей плоскости.

Таким образом,

CU позволяет нам сравнивать эффективность светильников в заданной среде. Он показывает процент светового потока, производимого лампами, который достигает рабочей плоскости после потери света из-за эффективности светильника в передаче света, пропорций комнаты и способности поверхностей комнаты отражать свет.

Производители светильников предоставляют таблицы CU для своих продуктов в фотометрическом отчете и связанные файлы IES, которые можно загрузить для расчетов и анализа проекта с помощью программного обеспечения. Поскольку средний поддерживаемый уровень освещенности (fc) = (люмены x CU x коэффициенты потерь света) ÷ Площадь (кв.фут), CU может иметь большое влияние на потребность в мощности для данного проекта освещения и, следовательно, на его капитальные и эксплуатационные расходы. . CU показывает, как отделка комнаты для переодевания может повлиять на уровень освещенности.

Сравнительная годовая стоимость энергии света — это еще один показатель для сравнения светильников, созданный в NEMA LE 5-2001 в ответ на Закон об энергетической политике 1992 года.Он выражается как значение в долларах / 1000 люмен по следующей формуле:

Стоимость энергии = (K / LER) x 1000 люмен

Где K = 0,24 долл. США / Вт [(3000 средних рабочих часов в год x 0,08 долл. США / средние затраты на электроэнергию) ÷ 1000]

Спецификаторы

должны быть готовы внести необходимые коррективы, чтобы адаптировать формулу к своему проекту. Среднее время работы составляет около 8 часов в день, и его легко адаптировать. Стоимость 0,08 доллара США за кВтч устарела как среднее значение по стране и также может быть изменена.По состоянию на октябрь 2009 года, по данным Министерства энергетики, средняя национальная стоимость киловатт-часа электроэнергии составляла 0,1022 доллара США для коммерческих зданий, увеличивая K до 0,31 доллара США / Вт, и 0,0668 доллара США для промышленных зданий, снижая K до 0,20 доллара США / Вт. Чтобы просмотреть последние средние показатели по стране и конкретные региональные и даже более конкретные средние показатели по штатам, щелкните здесь.

Просмотры сообщений: 24 188

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Эффективность светодиода по сравнению сЭффективность светильника

Эффективность светодиода по сравнению с эффективностью светильника и почему это важно

При поиске нового светодиодного светильника, кажется, используются два конкретных термина, как будто они взаимозаменяемы друг с другом. Эффективность светодиода и эффективность светильника, хотя и схожи, измеряют две очень разные вещи.

Эффективность светодиода в сравнении с эффективностью светильника

Эффективность светодиода

измеряет, насколько эффективно работает светодиодный чип. Как правило, это самый высокий статистический показатель для большинства светодиодных осветительных решений, поскольку в лабораториях было показано, что светодиодные схемы обеспечивают более чем 200% -ную эффективность светодиода за счет использования субатомных колебаний, что, в свою очередь, позволяет им производить больше света, чем электричество. потреблять.

Эффективность светильника — это эффективность всего осветительного прибора. Он измеряет коэффициент полезного действия общего количества люменов, выделяемых светильником, к количеству электроэнергии, необходимой для питания осветительной арматуры. Это влияет на все, включая встроенные светодиоды и любые другие электронные устройства, эффективность которых может быть ниже, чем у самого светодиодного чипа.

Отличие между этими двумя измерениями заключается в том, что одно измеряет только светодиод, а другое измеряет весь прибор.Это означает, что эффективность светильника будет для вас более важной при сравнении различных световых решений.

Итоги эффективности светодиодного освещения

Хотя эффективность светодиода может быть фактором, который вы используете для сравнения эффективности двух аналогичных светодиодных светильников, вам следует сосредоточить внимание на чистой выходной мощности люменов по сравнению с количеством электроэнергии, необходимой для создания этих люменов. Это даст вам возможность не только сравнить решения светодиодного освещения от разных компаний, но и сравнить различные типы световых решений, такие как лампы CFL, со светодиодными лампами.

Если вы не так беспокоитесь о получении максимально эффективного света, то вам следует сосредоточиться на чистых люменах, которые выдает лампа. Это определит, насколько ярким будет светильник, что можно использовать в качестве общего практического правила при покупке более яркого и энергоэффективного осветительного решения.

Свяжитесь со специалистом по освещению Access Fixtures, чтобы узнать больше об эффективности.

Эффективность светодиодного освещения

: Статус и направления

https://doi.org/10.1016/j.crhy.2017.10.013Получить права и контент

Abstract

В настоящее время происходит грандиозный переход от традиционных технологий освещения (лампы накаливания, люминесцентные лампы, разряд высокой интенсивности) к светодиодному освещению. Основным движущим фактором этого сдвига стала энергоэффективность и связанная с этим экономия затрат. Светодиодное освещение теперь более эффективно, чем любая из традиционных технологий освещения, и его еще предстоит улучшить. В ближайшем будущем светодиодные корпуса с преобразователем люминофора могут повысить эффективность от 160 лм / Вт (сейчас) до 255 лм / Вт.Более долгосрочные светодиодные корпуса со смешанными цветами имеют потенциал для уровней эффективности, предположительно, до 330 лм / Вт, хотя для достижения этих уровней производительности требуется прорыв в эффективности зеленых и желтых светодиодов. Эффективность светодиодного пакета устанавливает верхний предел эффективности светильника, при этом светильник имеет собственные каналы потери эффективности. В этой статье, основанной на анализе, проведенном в рамках Программы твердотельного освещения Министерства энергетики США, освещены различные каналы потерь светодиодов и светильников, а также определены критические области для улучшения.Помимо значительного энергосбережения, светодиодная технология позволяет использовать множество новых приложений и создавать дополнительные преимущества, которые невозможно или экономически неэффективно использовать с предыдущими технологиями освещения. К ним относятся подключенное освещение, освещение, адаптированное к физиологическим реакциям человека, освещение для садоводства и экологически безопасное освещение. Ни одно из этих новых приложений не было бы жизнеспособным, если бы не была достигнута высокая эффективность, которые сами по себе являются лишь началом того, на что способно светодиодное освещение.

Резюме

Радикальный переход к традиционным методам освещения (лампы накаливания, люминесцентные лампы, разрядка высокой интенсивности), а также светодиодные технологии и другие технологии.Первая причина этой мутации — это поиск в энергетической эффективности и в ассоциациях экономики. L’éclairage LED — это техническое обслуживание плюс эффективность, обеспечивающая условные обозначения технологий, главное пространство для облегчения жизни. В придворной зоне, несколько ансамблей и светодиоды преобразуются в фосфористый свет, который обеспечивает эффективную амелиорию от 160 лм / Вт до 255 лм / Вт. Долгое время, это возможно, как светодиоды с меланжами светодиодов с различными светодиодами, светящимися световыми лучами, мощностью 330 лм / Вт, частичными спектаклями, востребованными авангардными мажорными светодиодами и светодиодами. амбре.Эффективность ансамблей в светодиодах определяет верхний предел светильников, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к световым лучам. В этой статье, посвященной основам реального анализа Министерство энергетики au sein du Программа твердотельного освещения Америка, различные светильники светодиодов и светильники, освещающие новые, и критические исследования областей, позволяющих улучшить качество освещения. идентификаторы. Au-delà d’économies d’énergie massives, la technology LED permet de nouvelles applications и valeur ajoutée non possible or non -conomiquement faisable avec les anciennes technologies d’éclairage.Celles-ci include l’éclairage connecté, l’éclairage adapte aux réponses Physiologique Humaines, l’éclairage horticole et l’éclairage respueux de l’écologie. Новые приложения не имеют жизнеспособности без высокой эффективности, когда они уже есть, и не имеют ничего общего с преемниками светодиодного освещения.

Ключевые слова

Светодиоды

Полупроводниковое освещение

Энергоэффективность

Светильники

Световые диоды

Светодиоды

Рекомендуемые статьи

Эффективность

© 2017 Академия наук.Опубликовано Elsevier Masson SAS.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Все об энергоэффективности и эффективности современного светодиодного освещения

Что означают эффективность, эффективность и светоотдача светодиодных ламп? Здесь вы можете узнать точное значение отдельных терминов. Вы также можете узнать, какого КПД уже достигают светодиодные лампы по току. Сравнение со старыми источниками света показывает, насколько лучше работают светодиодные лампы.

LED Efficiency and Efficacy

Эффективность и эффективность светодиодных ламп часто смешивают.Это, безусловно, связано с тем, что между этими двумя терминами существует прямая связь. Перед дальнейшим рассмотрением вам следует ознакомиться с точным определением.

КПД

КПД светодиода показывает соотношение между потребляемой электрической мощностью и световым потоком, излучаемым в люменах.

Эффективность

Эффективность светодиода — это световая отдача. Выражается в люменах на ватт (лм / Вт).

Эффективность — это соотношение между двумя упомянутыми величинами и поэтому дается как процентное значение .Чтобы определить эффективность светодиодного источника света, необходимо измерить потребляемую мощность и излучаемый световой поток. Но какой максимальный световой поток будет возможен и будет означать эффективность 100%?

Для этого вам нужно заглянуть в мир физики. В соответствии с этим теоретический максимум световой отдачи составляет прибл. 350 лм / Вт для светодиодов холодного белого цвета. Светодиодная лампа с потребляемой мощностью 1 Вт и световым потоком 350 люмен будет иметь КПД 100%.Однако на практике такие светодиодные лампы — это мечта 🙂

Реальный КПД современных светодиодных источников света составляет от 30% до 40%. Кроме того, на практике 100% -ный КПД в любом случае невозможен, поскольку в светодиодной лампе есть множество компонентов, в которых возникают потери.

Какая возможна эффективность?

Для достижения максимально возможной эффективности светодиодного светильника или осветительного прибора необходимо установить эффективные светодиоды. Например, мощный LED319A от Nichia обеспечивает потрясающую светоотдачу 164 лм / Вт.Это дает ему КПД чуть менее 47%. Это текущий рекорд серийного производства.

Но это только КПД светодиода. Светодиодная лампа также содержит драйвер светодиода и оптические компоненты. У них также есть КПД, так что общий КПД снова ниже. Современные светодиодные лампы имеют КПД от 30% до 40%. Оставшаяся используемая энергия излучается в виде тепла.

Общая эффективность важна

Общая эффективность светодиодной лампы включает все компоненты, которые она содержит.Это часто называют эффективностью розетки .

Температура светодиода оказывает еще одно недооцененное влияние на эффективность. Чем ниже рабочая температура светодиода, тем выше его эффективность, а значит, и эффективность. Хорошее управление температурой внутри источника света для отвода отработанного тепла от светодиода в окружающую среду было бы преимуществом.

Где возникают убытки?

Светодиодная лампа содержит различные компоненты, в которых могут возникать потери.В большинстве случаев это следующие компоненты:

• Электроника драйвера
• Светоизлучающий диод
• Оптика

Электроника драйвера или блок питания преобразует сетевое напряжение 110 В в рабочее напряжение, необходимое для светодиода. Эти электронные схемы имеют разную конструкцию в зависимости от производителя и имеют КПД от 70 до 90%.

Светодиоды, установленные в источнике света, имеют наибольшее влияние на общую эффективность.Решающим фактором здесь является то, сколько света может быть отвлечено от полупроводника в окружающую среду. Имеющиеся в продаже светодиодные светильники теплого белого цвета обычно оснащены светодиодами с КПД от 25 до 35%.

Оптика (линзы, цветные фильтры и т. Д.) В светодиодном источнике света также влияет на общую эффективность. Например, используются специальные рассеивающие линзы для достижения определенного угла луча лампы. Однако эффективность оптики очень высока по сравнению с самими светодиодами.

Расчет эффективности светодиода

Общий КПД светодиодной лампы рассчитывается путем умножения КПД всех содержащихся в ней компонентов.

Пример: расчет общего КПД

Драйвер светодиода (90%) · светодиод (35%) · оптика (95%) = КПД 30%

Расчет: 0,9 · 0,35 · 0,95 = 0,3 → 30%

Хотите рассчитать эффективность светодиодной лампы в магазине? Установите светоотдачу (люмен на ватт) по отношению к физически возможному максимуму (350 лм / Вт) для светодиодов холодного белого цвета.

Пример: Расчет эффективности светодиодного светильника

Светодиодный осветительный прибор обеспечивает световой поток 1500 люмен при потребляемой мощности 13 Вт

1500 люмен: 13 Вт = 115,4 → Световая отдача 115,4 лм / Вт

Физический максимум (эффективность 100%): 350 лм / Вт

115,4 лм / Вт: 350 лм / Вт = 0,33 → 33% КПД

Сравнение эффективности и световой отдачи

Светодиодные лампы и светильники На сегодняшний день это самые эффективные источники света.Однако требуется некоторое время, прежде чем все старые технологии освещения полностью перейдут на светодиоды. Если вы собираетесь преобразовать старые источники света в светодиодные, вам поможет следующее сравнение эффективности различных технологий освещения. В принципе, эффективность всегда немного выше при более высоких мощностях.

КПД лампы накаливания

КПД известных ламп накаливания составляет всего 5% от используемой электроэнергии. Остальные 95% выделяются в окружающую среду в виде тепла.Вот почему даже лампы накаливания с малой мощностью и низкой яркостью сильно нагреваются во время работы. Световая отдача лампы накаливания составляет от 10 лм / Вт до 15 лм / Вт, в зависимости от класса мощности.

КПД галогенной лампы

КПД галогенных ламп составляет около 10%. Остальные 90% излучаются в окружающую среду в виде тепла. Световая отдача галогенной лампы составляет от 15 лм / Вт до 20 лм / Вт, в зависимости от класса мощности. Таким образом, КПД ненамного лучше, чем у лампы накаливания.

КПД энергосберегающей лампы

В конце концов, КПД энергосберегающей лампы достигает 25%. Здесь только 75% электроэнергии преобразуется в тепло. Световая отдача составляет от 40 лм / Вт до 60 лм / Вт. КПД по сравнению с лампой накаливания составляет не менее четырех-пяти раз.

Таблица сравнения эффективности

Сравнение эффективности и предельной эффективности различных источников света

Источник света	КПД	Световая отдача
Светодиодная лампа 80258	25 — 40% 9025 лм / Вт
Энергосберегающая лампа	15-25%	40-60 лм / Вт
Галогенная лампа	8-12%	15-20 лм / Вт
Лампа накаливания лампа	3-5%	10-15 лм / Вт

Заключение

Светодиодные лампы с эффективностью от 30% до 40% относятся к наиболее эффективным источникам света в современном мире.Теперь вы знаете, как рассчитать эффективность светодиодной лампы перед ее покупкой. Таким образом, вы можете быть уверены, что покупаете эффективную светодиодную лампу с высокой светоотдачей и не поймаете продавца с низкой эффективностью.

светодиодов включены в последние рейтинги эффективности светильников NEMA для различных секторов освещения

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) опубликовала LE 6-2014 «Процедура определения целевых показателей эффективности для коммерческих, промышленных и жилых светильников ».Он был обновлен, чтобы включить в него технологию LED (светоизлучающих диодов), и он представляет особый интерес для производителей встраиваемых светильников, производителей люминесцентных ламп и производителей HID (разряда высокой интенсивности).

Разработанный Секцией NEMA LE, его цель:

• предоставить сообществу дизайнеров освещения и сотрудникам отдела закупок практичный и единообразный метод расчета метрики для оценки и сравнения «энергоэффективности» светильников
• предоставить возможность для строительства или ремонта с упором на экологичный дизайн для оценки энергоэффективности светильников
• предоставить электроэнергетическим компаниям метод определения критериев эффективности светильников для использования с программами скидок на энергосбережение
• предоставить методику для светильников, которая учитывает компоненты лампы и балласта, а также эффективность оптики светильника для доставки света к намеченной задаче
• определение категорий для типов светильников на основе функций, физических или размерных атрибутов, а также оптических характеристик светильников, чтобы обеспечить возможность квалифицированного сравнения энергии в пределах категории продукта
• сохраняют за производителями светильников и светотехнической промышленностью право использовать лабораторное оборудование, методы испытаний и завершенные данные испытаний, которые существуют в настоящее время и соответствуют утвержденным отраслевым стандартам

LE 6-2014 можно бесплатно загрузить на веб-сайте NEMA.

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) представляет около 400 производителей электрических устройств, оборудования для медицинской визуализации и лучевой терапии. На наши комбинированные отрасли приходится более 400 000 рабочих мест в США и более 7 000 предприятий в США. Внутреннее производство превышает 117 миллиардов долларов США в год. Наша отрасль находится на переднем крае в области электробезопасности, надежности, отказоустойчивости, эффективности и энергетической безопасности.

Отказ от гарантий
1.Сайт не гарантирует следующее:
1.1 Услуги веб-сайта соответствуют вашим требованиям;
1.2 Точность, полнота или своевременность обслуживания;
1.3 Правильность, достоверность выводов, сделанных при использовании сервиса;
1.4 Точность, полнота, своевременность или безопасность любой информации, которую вы загружаете с веб-сайта
2. Услуги, предоставляемые сайтом, предназначены только для ознакомления.Веб-сайт не несет ответственности за инвестиционные решения, убытки или другие убытки, возникшие в результате использования веб-сайта или информации, содержащейся на нем.

Права собственности
Вы не можете воспроизводить, изменять, создавать производные работы, отображать, выполнять, публиковать, распространять, распространять, транслировать или передавать третьим лицам любые материалы, содержащиеся в службах, без явного предварительного письменного согласия веб-сайта или его законного владельца.

Сравнение стандартов энергоэффективности освещения в США, Европе и Китае

Светодиоды могут быть новым световым продуктом, но они широко применяются в различных типах осветительных приборов, согласно отчету Китайской стратегической библиотеки развивающихся отраслей. Для усиления и развития энергосберегающих технологий многие страны выпустили собственные стандарты светодиодного освещения. Освещение было включено в китайские стандарты энергоэффективности, которые вступили в силу в январе 2008 года, в то время как Energy Star в США.S. установил определенные стандарты энергоэффективности в процессе сертификации. Директива ЕС по энергетическим продуктам (ErP) касается экономии энергии светодиодами.

1. Маркировка энергоэффективности в Китае

В последние годы Китай вкладывает больше ресурсов в исследования и разработки стандартов светодиодного освещения. В стране установлены стандарты энергоэффективности и производительности для ненаправленных светодиодных светильников со встроенным балластом.

1.1 Требования к энергоэффективности светодиодных светильников ненаправленного действия с самобалластом

В соответствии с правилами GB30255-2013, ненаправленные светодиоды с самобалластом можно разделить на всенаправленные, полунонаправленные (угол луча 180 градусов) и полунонаправленные огни.Существует три класса энергоэффективности в зависимости от начальной светоотдачи (лм / Вт), как показано в таблице ниже.

Ярлыки энергоэффективности в Китае для ненаправленных светодиодных светильников с балластом. (Все источники таблиц из Стратегической библиотеки развивающихся стран )

1.2 Требования к характеристикам светодиодного светильника с ненаправленным балластом

Характеристики светодиодных светильников с ненаправленным балластом должны соответствовать стандарту GB / T24908.Стандарт GB / T24908-2014 описывает эффективность ненаправленного светодиодного светильника со встроенным балластом, коэффициент мощности, световой поток, цветовую температуру, срок службы и электромагнитную совместимость (EMC). Стандарты также подразделяются на три класса, как показано в таблице 2 ниже.

Ярлыки энергоэффективности в Китае для ненаправленных светодиодных светильников с балластом.

Из таблиц 1 и 2 видно, что стандарты эффективности светодиодных светильников GB30255-2013 с балластом намного выше, чем у GB / T24908-2014.Производители должны учитывать оба стандарта при производстве продукции, чтобы гарантировать, что она соответствует нормам, изложенным в GB30255-2013.

2. Директива ЕС по энергетическим продуктам (ErP)

Стандарты ErP определяют продукты, потребляющие энергию, для среднего и специального освещения, и стандарты в основном разработаны для соответствия этим стандартам.

2.1 Уровни эффективности светодиодного светильника

Стандарты энергетической маркировки ЕС № 874/2012 предназначены для ламп накаливания, люминесцентных ламп, HID-ламп, светодиодов и модулей.На вышеперечисленные типы светильников, продаваемых на рынке, наносятся различные энергетические маркировки, которые устанавливают четкие стандарты. Постановление разделяет светильники на две основные категории: направленные светильники и ненаправленные светильники, и предлагает нормы индекса энергоэффективности (EEI), как показано в таблице 3.

Расчеты EEI и соответствующие уравнения:

EEI = P _cor / P _ref

P _cor : P _cor — номинальная мощность, измеренная при номинальном входном напряжении и скорректированная при необходимости в соответствии с номинальной мощностью P _. В светодиодных светильниках добавление внешнего устройства управления рассчитывается путем умножения P _{с рейтингом} на коэффициент 1,1 _. В других ситуациях P _cor эквивалентен P _{номинальному значению .}

P _ref : — эталонная мощность, полученная из полезного светового потока лампы (Φuse) по следующей формуле:

Для моделей с Φuse

(уравнение 2)

Для моделей с Φuse ≥ 1300 люмен: Pref = 0.07341Φиспользовать (уравнение 3)

Φuse определяется следующим образом:

— лампы направленного действия с углом луча ≥ 90 °, кроме ламп накаливания, на которых имеется предупреждение

упаковка в соответствии с пунктом 3.1.2 (j) настоящего Приложения: номинальный световой поток в конусе 120 ° (Φ120 °)

— другие направленные лампы: номинальный световой поток в конусе 90 ° (Φ90 °). [1]

Подробнее см. Здесь.

2.2 Стандарты светодиодных светильников для ненаправленных жилых помещений

Регламент ЕС № 244/2009 предусматривает разделение светодиодных светильников на прозрачные и непрозрачные, при этом P _max представляет собой максимальную номинальную мощность.Максимальная номинальная мощность тесно связана со световым потоком (Φ). Более подробную информацию можно увидеть в таблице 4.

2.3 Стандарты энергоэффективности направленных светодиодных светильников

Регламент ЕС № 1194/2012 делит светодиодные светильники на два основных класса: направленные светодиодные светильники и ненаправленные светильники. Однако этот конкретный регламент касается только энергоэффективности направленных светодиодных светильников.Директива, введенная в действие 1 сентября 2015 года, требует, чтобы у направленных светодиодных светильников максимальный индекс энергоэффективности (EEI) не превышал 0,50, а к 2016 году для светодиодных светильников не может превышать 0,20. Дополнительные требования включают коэффициент выживаемости светильника и срок службы светильника должен составлять 6000 часов, время его включения должно быть менее 0,5 секунды, а время прогрева лампы должно достигать светового потока 95% менее чем за 2 секунды. Другие стандарты производительности также включают частоту преждевременных отказов, цветопередачу (R _a ), постоянство цвета, коэффициент мощности лампы (PF) для ламп, встроенных в ПРА.Всего стандарт охватывает девять основных индикаторов для светодиодных светильников [J1].

Стандарты и директивы ЕС по энергоэффективности освещения указывают на то, что ErP пока регулирует только энергоэффективность ненаправленных светодиодных светильников. Стандарты светодиодных светильников направленного света должны соответствовать стандартам ЕС № 244/2009, в то время как маркировка и классификация светодиодов по энергоэффективности определяются стандартом ЕС № 874/2012.

3. Этикетка ENERGY STAR в США

ENERGY STAR — это совместный проект электронной сертификации энергоэффективности, запущенный США.S. Министерство энергетики (DOE) и Агентство по охране окружающей среды. В проекте перечислены специальные правила для светодиодных двигателей и светильников, используемых в жилых помещениях, продукты, которые соответствуют его энергетическим стандартам, могут быть отмечены знаком ENERGY STAR.

3.1. Требования к энергоэффективности двигателя светодиодного освещения

Требования программы ENERGY STAR® к критериям отбора бытовых осветительных приборов — Версия 4.2 в основном охватывает стандарты энергоэффективности домашнего освещения или наружных светильников.Энергоэффективность открытых светодиодных двигателей должна быть выше 50 лм / Вт, а световая эффективность закрытых светодиодных двигателей должна быть выше 40 лм / Вт.

3.2 Требования к энергоэффективности встроенных светодиодных ламп

Требования программы ENERGY STAR® для встроенных светодиодных ламп версии 1.4 регулируют световую отдачу встроенных светодиодных светильников, световой поток, распределение силы света, цветовую температуру, рабочую частоту светодиодов, рабочее напряжение, индекс цветопередачи, звуковой шум, упаковку и другие.Ни у одного из стандартных светодиодов мощностью менее 10 Вт и ненаправленных светодиодных светильников световая отдача не должна превышать 50 лм / Вт. Стандарты световой отдачи для нестандартных светодиодов мощностью более 10 Вт и ненаправленных светодиодных светильников должны быть более 55 лм / Вт. Световая отдача декоративных светодиодных светильников должна быть выше 40 лм / Вт, тогда как световая отдача светодиодных светильников направленного действия зависит от размера светильника. Светильники диаметром ≤20 / 8 дюймов должны иметь мощность более 45 лм / Вт.

Заключение

Сравнение стандартов энергоэффективности освещения между ЕС, США и Китаем показывает, что китайские стандарты светодиодного освещения очень похожи на ENERGY STAR. Стандарты энергоэффективности обеих стран основаны на светоотдаче, но стандарты и правила США ENERGy STAR для светодиодных светильников охватывают гораздо более широкий диапазон, а исследования и обновления происходят намного быстрее. Однако минимальный стандарт энергоэффективности в Китае для ненаправленных светодиодных светильников примерно на 20% выше, чем ENERGY STAR.

Энергетический стандарт для светодиодных светильников ЕС сильно отличается от китайского или американского ENERGY STAR в том, что он определяется EEI. Из формулы, приведенной в п. 2.1, можно увидеть, что расчет EEI светодиодного светильника основан на коэффициенте мощности, общем световом потоке, угле луча и полезном световом потоке. Судя по всему, весь процесс намного сложнее и приведет к увеличению затрат компании на испытания.

Поскольку в китайских стандартах энергоэффективности светодиодных светильников отсутствует достаточный процесс исследований и разработок, стране следует укрепить сотрудничество с ЕС или США.С. и др. Страны. Китаю также следует использовать стандарты энергоэффективности ЕС и США в качестве справочной информации при формулировании стандартов эффективности освещения. Кроме того, под руководством правительства Китая крупные или ведущие китайские светодиодные компании особенно должны демонстрировать качество продукции, объем и стандарты безопасности. Компаниям рекомендуется повышать качество своей продукции и активно участвовать в формировании новых стандартов, особенно новых продуктов. Конечная цель для компаний — внедрять инновации и исследовать новые стандарты, чтобы помочь стране перейти от «произведено в Китае» к «создано в Китае».”

Оценка эффективности | Журнал «Электротехнический подрядчик»

В настоящее время внимание к экономии энергии увеличивает спрос на светильники или осветительные приборы, предназначенные для достижения высокого уровня энергоэффективности. Светильники можно оценить на основе мощности свечи центрального луча (кандела), общей потребляемой мощности (Вт), эффективности (доля люменов лампы, выходящих из светильника), рейтинга эффективности (люмен на ватт), коэффициента использования (CU) и сравнительного годовая стоимость энергии света (долларов за тысячу люмен).

Эффективность светильника — это отношение светового потока, излучаемого осветительным прибором, к световому потоку, излучаемому его лампами. Другими словами, это процент светоотдачи, излучаемого прибором от лампы. Это важно, потому что, несмотря на то, что у вас может быть очень эффективная лампа и балластная система, если осветительный прибор неэффективен при передаче люменов, система освещения не может быть эффективной. Факторы, влияющие на эффективность светильника, включают его форму, коэффициент отражения материалов, количество ламп внутри светильника (и насколько они близки друг к другу) и то, используется ли экранирующий материал, например линза или жалюзи. чтобы смягчить или рассеять свет.

Эффективность светильника описывает эффективность всего светильника, включая потери в источнике света, балласте и светильнике, выраженную не в процентах, а в люменах светоотдачи на ватт потребляемой электроэнергии. Таким образом, эта метрика аналогична метрике миль на галлон, используемой для оценки эффективности транспортного средства.

Созданный после Закона об энергетической политике 1992 года, рейтинг эффективности светильников (LER) предлагает добровольный стандарт оценки для нескольких категорий коммерческих и промышленных люминесцентных светильников, таких как светильники с утопленными линзами и жалюзи размером 2 на 4, пластиковые обертки и полосовые светильники. .

LER выражается следующей формулой: (общий номинальный балластный коэффициент лампы в люменах КПД светильника) ÷ (потребляемая мощность светильника). Некоторые производители публикуют LER в фотометрических отчетах и ​​спецификациях своей продукции. Однако дизайнеры могут легко рассчитать LER, так как информация в приведенной выше формуле должна быть доступна для продукта.

Показатель коэффициента использования (CU) позволяет нам взглянуть на эффективность осветительных приборов в контексте реального применения.Поскольку все поверхности комнаты являются потенциальными отражателями света, сама комната действует как продолжение системы освещения. Данный прибор может излучать часть света прямо на рабочую плоскость, а часть — на ближайшую стену. Стена поглощает часть света и отражает остальной свет, который, в свою очередь, достигает рабочей плоскости.

CU, таким образом, позволяет нам сравнивать эффективность приспособлений в заданной среде. Он показывает процент светового потока, который достигает рабочей плоскости после потери освещения из-за эффективности светового потока, пропорций комнаты и способности поверхностей комнаты отражать свет.

Производители светильников предоставляют таблицы CU для своих продуктов в фотометрическом отчете и в связанных файлах Illuminating Engineering Society (IES) для программного обеспечения для расчетов и анализа. Поскольку средний поддерживаемый уровень освещенности (фут-свечи или fc) = (коэффициенты потерь света в CU в люменах) ÷ площадь, CU может в значительной степени повлиять на потребности в мощности для данного проекта освещения и, следовательно, на его капитальные и эксплуатационные расходы. CU показывает, как отделка комнаты для переодевания может повлиять на уровень освещенности и требуемую нагрузку.

Сравнительная годовая стоимость энергии света — еще одна метрика для сравнения светильников, созданная в NEMA LE 5 2001 в ответ на Закон об энергетической политике 1992 года. Она выражается в долларах на 1000 люменов на основе следующей формулы: стоимость энергии = (K ÷ LER) 1000 люмен, где K = 0,24 доллара на ватт [(3000 средних рабочих часов в год 0,08 доллара за киловатт-час средней стоимости энергии) ÷ 1000].

Спецификаторы должны быть готовы внести коррективы, чтобы адаптировать формулу к своему проекту.Среднее время работы составляет около восьми часов в день, и его можно легко изменить. Стоимость 0,08 доллара за киловатт-час устарела как в среднем по стране и также может быть изменена. На момент написания, средняя национальная стоимость киловатт-часа электроэнергии была ближе к 0,10 доллара за киловатт-час для коммерческих зданий, увеличивая K до 0,30 доллара за ватт.

Хотя эти показатели предоставляют ценные инструменты для сравнения эффективности осветительных приборов, важно помнить, что эффективность — это только один из факторов, влияющих на светотехническое изделие.Другими важными факторами являются то, как прибор распределяет свет и с какой интенсивностью. В частности, избегайте светильников, которые могут похвастаться более высокой эффективностью за счет отсутствия контроля бликов. В качестве очень простого примера, чистый люминесцентный полосовой светильник имеет светоотдачу около 95 процентов, в то время как та же самая лампа / балластная система в утопленном параболическом трофере может иметь эффективность 60–70 процентов. Хотя полосовой свет более эффективен и идеально подходит для некоторых применений, он представляет собой яркую бомбу в офисе.