Treść artykułu
- Historia lamp LED
- Jak działa i działa lampa LED
- Plusy i minusy energooszczędnych żarówek LED
- Jak wybrać lampę LED do swojego domu
W tym artykule: Historia diod LED Lampa LED – urządzenie; charakterystyka lampy LED; producenci i ceny; wybór energooszczędnej lampy do domu.
Jakie oświetlenie powinniśmy mieć w naszych domach? W tej kwestii są dwie opinie: gospodarstwa domowe – światło powinno być przyjemne, a nie ostre; przywódcy kraju – oświetlenie domów powinno zużywać jak najmniej prądu. Nieubłagany wzrost cen nośników energii jest mało zrozumiały dla przeciętnego człowieka na ulicy, bardziej interesuje go pytanie, „dlaczego te same energooszczędne lampy są tak drogie”. W artykule szczegółowo omówimy energooszczędne lampy LED, które w najbliższej przyszłości, niezależnie od chęci czy niechęci przeciętnego konsumenta, oświetlą nasze domy. Sprawdźmy, czy są tak dobre, jak zostały opisane?
Historia lamp LED
Wszystko zaczęło się w 1907 roku, kiedy angielski inżynier Henry Round, wyłączając światła w laboratorium, przypadkowo zauważył poświatę wokół styku diody pod napięciem. Uznał, że poświata jest spowodowana błędem w obliczeniach i nie zwrócił na to szczególnej uwagi, chociaż odnotował ten fakt w raporcie..
Oleg Vladimirovich Losev16 lat po tym wydarzeniu radziecki fizyk Oleg Władimirowicz Łosiew zaczął badać dziwną poświatę, która występuje w miejscu lutowania styków diody z węglika krzemu (karborundu). Losev nigdy nie poznał natury blasku, zauważając, że nie ma ogrzewania do wysokich temperatur – przyczyna tego blasku była ukryta w jakimś elektronicznym procesie, nieznanym nauce w tamtych latach. Wyniki badań Loseva nad świeceniem diod zostały przetłumaczone na kilka języków i opublikowane w wielu czasopismach naukowych, ale nie wzbudziły dużego zainteresowania. Na początku XX wieku znane lampy z żarnikiem uznano za całkiem wystarczające i niezbędne – nie było potrzeby wymyślania czegoś nowego.
Ciągłe zainteresowanie świeceniem diod pojawiło się w drugiej połowie ubiegłego wieku, kiedy amerykański inżynier Rubin Braunstein ogłosił swoje odkrycie – diody z arsenku galu (GaAs) emitują promienie podczerwone podczas zasilania. Według inżyniera dokładnie to samo promieniowanie zaobserwował on w diodach wykonanych z fosforku indu (InP), antymonku galu (GaSb) i składających się ze stopu krzemowo-germanowego.
Pierwsza dioda podczerwieni została opatentowana w 1961 roku przez amerykańskich badaczy Gary’ego Pitmana i Roberta Byarda. Ale nie można było użyć takich diod do oświetlenia pomieszczeń, ponieważ promienie podczerwone są poza widmem widzialnym dla ludzkiego oka.
Amerykański naukowiec i wynalazca Nick HolonyakTwórcą pełnoprawnej diody LED był Nick Holonyak Jr., który w 1962 roku stworzył pełnoprawne diody LED emitujące widzialne czerwone światło. To Holonyak uważany jest za „ojca” lamp LED. 10 lat później jego uczeń George Craford stworzył pierwszą diodę LED, która emituje żółte światło, a także dziesięciokrotnie większą jasność niż czerwone i pomarańczowo-czerwone diody..
Jednak nowe źródła światła nie cieszyły się szczególnym popytem komercyjnym – oczywiście, ponieważ koszt jednej diody LED wynosił wówczas 200 USD. Pierwsza komercyjnie udana produkcja diod LED w 1968 roku została założona przez amerykańską firmę „Monsanto” specjalizującą się w produktach chemicznych, były to diody ze stopów arsenku galu i fosforku indu. To właśnie Monsanto sprawiło, że diody LED stały się popularne i rozpowszechnione w kalkulatorach elektronicznych i zegarkach cyfrowych – w latach 1968-1970 monopolista LED sprzedawał dwa razy więcej produktów niż w każdym poprzednim miesiącu. Wprowadzenie diod LED do elektroniki zawdzięczamy firmie Hewlett-Packard, która jako pierwsza doceniła wartość diod LED do urządzeń elektrycznych i aktywnie kupowała je od Monsanto..
W 1970 roku monopol Monsanto na rynku LED został zakończony – wykorzystując chipy półprzewodnikowe Dr. Jean Ernie, amerykańska firma Fairchild Semiconductor uruchomiła produkcję tanich diod LED o wartości pięciu centów każda..
Od dziesięcioleci diody LED są aktywnie wykorzystywane w elektronice użytkowej i przemysłowej, ale nie w oświetleniu wnętrz. Pomysł stworzenia pełnowartościowych lamp LED, które mogą oświetlić nasze domy lepiej niż jakiekolwiek „lampy Ilyich”, wyszedł od Shuji Nakamury, który pracował dla japońskiej firmy „Nichia Corporation” – to pod jego kierownictwem inżynierowie firmy stworzyli w 1993 roku pierwszą niebieską diodę LED o wysokiej jasności..
Pierwsza dioda LED emitująca jasne, białe światło powstała nie tak dawno temu – w 1997 roku jej twórcą został amerykański inżynier Fred Schubert.
Dziś energooszczędne lampy LED już istnieją, ale wciąż są ulepszane, ponieważ pierwsze diody LED, których natężenie światła zrównało się, a następnie przekroczyło jasność żarówek, pojawiły się dopiero na początku XXI wieku..
Jak działa i działa lampa LED
Urządzenie każdej nowoczesnej lampy LED wygląda następująco:
- baza. Standardowy element każdej lampy, przeznaczony do przykręcenia do oprawki lampy;
- balastowy rozrusznik (sterownik) zamknięty w plastikowej obudowie z otworami wentylacyjnymi. Konwertuje prąd przemienny na prąd stały, zawiera kondensatory o większej mocy niż w obwodzie statecznika świetlówki. Powód jest następujący – ciepło wytwarzane przez diody w lampach LED nie jest kierowane na zewnątrz, ale do wnętrza korpusu, dlatego wymagane są otwory wentylacyjne w korpusie statecznika. Żywotność każdej lampy LED jest związana z liczbą otworów wentylacyjnych w obudowie i niezawodnością kondensatorów, a także z diodami Zenera, które wyrównują napięcie w przypadku spadków napięcia;
- grzejnik aluminiowy. Jego wystające żebra są umieszczone wzdłuż i spiralnie, co poprawia odprowadzanie ciepła;
- płyta, na której zainstalowane są diody LED. Wykonany z aluminium od strony chłodnicy naniesiona jest pasta termoprzewodząca, która odprowadza ciepło – 90% promieniowania cieplnego z diod spada na płytę aluminiową, w której są zamontowane;
- Diody LED w liczbie od 5, zapewniające całkowitą moc lampy. Generowany przez nie strumień świetlny zależy od jakości diod LED;
- dyfuzor światła osadzony na aluminiowym pierścieniu wewnętrznym. Wykonany z matowego tworzywa służy do równomiernego rozpraszania strumienia światła z diod LED. Praktycznie nieogrzewany.
Głównymi elementami lampy LED są diody LED – urządzenia półprzewodnikowe, które zamieniają prąd elektryczny na promieniowanie świetlne. Każda dioda LED składa się z nieprzewodzącego podłoża, na którym ułożony jest kryształ półprzewodnika – oba te elementy są zamknięte w pakiecie z przewodami stykowymi po jednej stronie i plastikową soczewką po drugiej stronie. Wolna przestrzeń między soczewką a kryształem wypełniona jest bezbarwnym silikonem, konstrukcja diody osadzona jest na aluminiowej podstawie, która odprowadza ciepło i usztywnia diodę.
Dlaczego dioda LED się świeci? Sekret blasku tkwi w rekombinacji elektronów pomiędzy dwoma kontaktami półprzewodnikowymi o różnym przewodnictwie. Kryształ półprzewodnika w punktach wyjściowych zestyku jest z jednej strony domieszkowany zanieczyszczeniem akceptorowym zawierającym niewystarczającą liczbę elektronów i z drugiej strony zanieczyszczeniem donorem, w którym elektronów występuje dużo. Po przyłożeniu mocy elektrony rekombinują, a wynikający z tego nadmiar energii jest przekształcany w światło widzialne. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że im wyższy prąd, tym intensywniej będzie świecić dioda LED. Zgadza się, intensywność energii świetlnej będzie większa, ale jednocześnie ze względu na opór w półprzewodniku gwałtownie wzrośnie nagrzewanie diody, co spowoduje stopienie styków lub wypalenie półprzewodnika.
Plusy i minusy energooszczędnych żarówek LED
Istniejące dziś lampy LED mają zarówno zalety, jak i wady – ich rozwój w pełnoprawne źródło światła w naszych domach nie został jeszcze zakończony..
Pozytywne cechy:
- najmniejsze, w porównaniu z innymi typami lamp domowych, zużycie energii elektrycznej – 8-10 razy mniejsze niż w przypadku lamp z żarnikiem;
- wysoka skuteczność świetlna, około 120 lumenów na wat zużytej energii. Dla porównania, skuteczność świetlna „lamp Iljicza” wynosi od 10 do 24 lumenów na wat, dla świetlówek – od 60 do 100 lumenów na wat;
- najwyższy, w porównaniu z innymi lampami oświetleniowymi, żywotność ok. 50000 godzin, z zastrzeżeniem wysokiej jakości konstrukcji samej lampy LED oraz zastosowania do jej produkcji wysokiej jakości materiałów;
- uzyskanie różnych charakterystyk widma bez stosowania filtrów światła, tj. przez analogię do lamp żarowych;
- trwałość i bezpieczeństwo dla użytkowników. Lampa LED nie pęknie ani nie ulegnie uszkodzeniu przy przypadkowym upuszczeniu, np. odłamków szkła, typowych dla podobnej sytuacji z każdą inną lampą oświetleniową, nie będzie. Jej elementy nie zawierają niebezpiecznych składników pochodzenia chemicznego, które występują np. W świetlówkach;
- nie zależy od liczby włączeń i wyłączeń, w przypadku innych lamp liczba włączeń / wyłączeń poważnie wpływa na żywotność;
- bezpieczna w eksploatacji – nie wymaga wysokiego napięcia, najwyższa temperatura diody i osprzętu nie przekracza 60 ° С.
Negatywne cechy:
- wysoka cena. Koszt lamp LED dziś przekracza 8-10-krotnie koszt świetlówek o podobnej mocy. Obniżenie cen detalicznych bez utraty jakości jest głównym wyzwaniem dla producentów lamp LED;
- potrzeba radiatora. Wymiary diod LED są zbyt małe i niewystarczające, aby samodzielnie odprowadzać ciepło wytwarzane przez nie podczas pracy – im mocniejsza lampa LED, tym większy rozmiar i powierzchnia potrzebnego promiennika. W związku z tym imponujący rozmiar aluminiowego grzejnika wpływa na koszt lampy, poza tym montaż mocnej lampy LED w zwykłych lampach będzie trudny lub niemożliwy – nie będzie do nich pasował;
- przy braku kondensatora, który wyrównuje strumień świetlny diod LED, zauważalne jest tętnienie światła;
- konstruując lampę opartą na tanich diodach LED, jej strumień świetlny spada do maksymalnie 100 lm / W i staje się równy świetlówkom tj. utracona jest ważna zaleta lampy LED;
- Widmo światła generowane przez diody LED jest monochromatyczne i znacznie różni się od naturalnego światła słonecznego. Aby złagodzić monochromatyczne promieniowanie świetlne, wymagane są specjalne luminofory;
- generowany strumień świetlny jest wąsko skierowany i wymaga montażu kilku lamp wielokierunkowych lub rozpraszacza światła, jednak zastosowanie tego ostatniego znacznie ogranicza natężenie oświetlenia.
Jak wybrać lampę LED do swojego domu
W sklepach ze sprzętem w Rosji energooszczędne lampy LED nie są tak rozpowszechnione jak świetlówki – są droższe, dlatego cieszą się mniejszym popytem. Najwięksi producenci lamp LED: amerykański General Electric, niemiecki Osram, Bioledex i BLV licht, holenderski Philips, indyjska Sylvania, rosyjski Optogan – koszt ich produktów waha się od 600 do 3000 rubli … na jedną lampę.
Oprócz znanych marek w sklepach często można spotkać niedrogie lampy LED chińskich i drobnych krajowych producentów – moim zdaniem nie należy kupować ich produktów, bo niski koszt wynika najprawdopodobniej z oszczędności na komponentach, co oznacza, że takie lampy nie wytrzymają długo.
A teraz o kryteriach wyboru lamp LED:
- moc lampy. Żarówka o mocy 100 W odpowiada lampie LED o mocy 12–15 W, a strumień świetlny lampy LED o mocy 15 W będzie nieco bardziej intensywny niż w przypadku lampy „Iljicz” o mocy 100 W;
- temperatura światła. Temperatura światła w kelwinach zostanie zastosowana na opakowaniu lub korpusie lampy, światło słoneczne, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, ma temperaturę 2700 – 3000 K. , staje się coraz bardziej biały wraz ze wzrostem temperatury. Lampy emitujące światło o temperaturze wyższej niż 3000 K są jaśniejsze, ale ich światło jest trudne do zniesienia i jest odpowiednie tylko w pomieszczeniach biurowych;
- kąt świecenia. Jeśli wszystkie diody LED w lampie znajdują się w tej samej płaszczyźnie, wówczas charakter oświetlenia będzie ogniskowy, wąsko skierowany – każda dioda LED emituje ukierunkowany strumień świetlny. Dla rozproszenia światła i efektywnego oświetlenia pomieszczenia wygodne będzie, jeśli diody LED zostaną umieszczone na kilku płaszczyznach, a sama lampa wyposażona jest w soczewki rozpraszające światło, pokryte od wewnątrz luminoforem;
- współczynnik oddawania barw. Jego wartość należy wskazać na opakowaniu lampy, dla diod LED współczynnik wynosi zwykle od 70 do 95 – im wyższa wartość podana na opakowaniu, tym lepiej lampa LED będzie świecić i odwrotnie. Jeśli na opakowaniu wskazany jest wskaźnik oddawania barw 95, a koszt samej lampy jest niski – jest to próba oszukania kupującego, tanie lampy nie mogą mieć tak wysokiego oddawania barw;
- usuwanie ciepła. Wymagana jest obecność aluminiowego grzejnika, a jeśli zamiast aluminium zostanie użyty plastik, odmów zakupu tej lampy, nie potrwa to długo;
- godziny pracy. Zazwyczaj producenci podają 30000 godzin pracy, co w rzeczywistości jest średnią. Sama lampa po tym okresie nadal będzie działać, ale jej jasność spadnie o około 30% – nagrzewanie się diod z czasem zmniejsza natężenie strumienia świetlnego.
Nie mam wątpliwości, że w ciągu najbliższych 5-10 lat lampy LED zostaną ulepszone – wzrośnie liczba lumenów na zużywany wat, a koszt znacznie spadnie. Staną się nie mniej popularne, jak niegdyś żarówki, tylko bardziej opłacalne zarówno dla zwykłego konsumenta, jak i dla państwa. Ale to zajmie trochę czasu …
Bądź pierwszy, który skomentuje ten wpis