Úsporné žiarovky LED

Obsah článku

• História LED žiaroviek
• Ako LED lampa funguje a ako funguje
• Výhody a nevýhody úsporných LED žiaroviek
• Ako si vybrať LED lampu pre váš domov

V tomto článku: História LED LED lampa – zariadenie; vlastnosti LED žiarovky; výrobcovia a ceny; výber energeticky úspornej žiarovky pre domácnosť.

Aké osvetlenie by sme mali mať v našich domácnostiach? Na tomto skóre sú dva názory: domácnosti – svetlo by malo byť príjemné a nemalo by byť drsné; vodcovia krajiny – osvetlenie domov by malo spotrebovávať čo najmenej elektrickej energie. Priemernému mužovi na ulici nerozumie neúprosné zvyšovanie cien nosičov energie, viac sa zaujíma o otázku „prečo sú tie isté energeticky úsporné žiarovky také drahé“. V tomto článku sa podrobne preskúmajú energeticky úsporné LED žiarovky, ktoré vo veľmi blízkej budúcnosti, bez ohľadu na želanie alebo neochotu priemerného spotrebiteľa, osvetlia naše domovy. Pozrime sa, či sú také dobré, ako sú opísané.?

História LED žiaroviek

Všetko sa začalo v roku 1907, keď anglický inžinier Henry Round, vypínajúci osvetlenie v laboratóriu, náhodne zaznamenal žiaru okolo kontaktu diódy pod napätím. Rozhodol sa, že žiara bola zapríčinená určitými chybami vo výpočtoch, a nevenoval tomu osobitnú pozornosť, hoci túto skutočnosť uviedol v správe..

Oleg Vladimirovič Losev

16 rokov po tejto udalosti začal sovietsky fyzik Oleg Vladimirovič Losev študovať zvláštnu žiaru, ktorá sa vyskytuje v mieste spájkovania kontaktov diódy karbidu kremíka (karborundum). Losev nikdy neprišiel na povahu žiarenia a poznamenal, že nedochádza k zahrievaniu na vysoké teploty – príčina žiarenia bola ukrytá v nejakom elektronickom procese, ktorý veda o týchto rokoch nevedela. Výsledky Losevovho prieskumu týkajúceho sa žiara diód boli preložené do niekoľkých jazykov a publikované vo viacerých vedeckých časopisoch, ale nevyvolávali veľký záujem. Začiatkom 20. storočia sa známe žiarovky so žiarovkou považovali za úplne dostatočné a nenahraditeľné – netreba vymýšľať niečo nové..

Neustály záujem o žiaru diód vznikol v druhej polovici minulého storočia, keď americký inžinier Rubin Brownstein oznámil svoj objav – diódy vyrobené z arzenidu gália (GaAs) pri napájaní emitujú infračervené lúče. Podľa inžiniera ho pozoroval presne rovnaké žiarenie v diódach vyrobených z fosfidu india (InP), antimonidu gália (GaSb) a pozostávajúceho zo zliatiny kremíka a germánia..

Prvá infračervená dióda bola patentovaná v roku 1961 americkými vedcami Garym Pitmanom a Robertom Byardom. Nebolo však možné tieto diódy použiť na osvetlenie priestorov, pretože infračervené lúče sú mimo spektra viditeľného pre ľudské oko.

Americký vedec a vynálezca Nick Holonyak

Autorom plnohodnotnej LED bolo Nick Holonyak Jr., ktorý v roku 1962 vytvoril plnohodnotné LED svetlo vyžarujúce viditeľné červené svetlo. Holonyak je považovaný za „otca“ LED žiaroviek. O 10 rokov neskôr jeho študent George Craford vytvoril prvú LED diódu, ktorá vyžaruje žlté svetlo, a desaťnásobne zvýšila jas červených a oranžovo-červených LED..

Nové svetelné zdroje však neboli zvlášť komerčným dopytom – samozrejme, pretože náklady na jednu LED boli v tom čase 200 dolárov. Prvú komerčne úspešnú výrobu LED v roku 1968 založila americká spoločnosť „Monsanto“, špecializujúca sa na chemické výrobky. Boli to LED zo zliatin arzenidu gália a fosfátu india. Práve spoločnosť Monsanto urobila z LED obľúbené a rozšírené elektronické kalkulačky a digitálne hodinky – od roku 1968 do roku 1970 sa monopol LED predával dvakrát toľko výrobkov ako v predchádzajúcom mesiaci. Zavedenie LED do elektroniky je výsledkom Hewlett-Packard, prvého, ktorý vyhodnotil hodnotu LED pre elektrické spotrebiče a aktívne ich kúpil od Monsanto..

V roku 1970 bol monopol Monsanta na trhu LED ukončený – s použitím polovodičových čipov od Dr. Jean Ernie, americká spoločnosť Fairchild Semiconductor začala vyrábať lacné LED v hodnote päť centov každý.

Po celé desaťročia sa LED diódy aktívne používajú v spotrebnej a priemyselnej elektronike, ale nie na vnútorné osvetlenie. Myšlienka vytvoriť plnohodnotné LED žiarovky, ktoré dokážu lepšie osvetľovať naše domovy ako ktorékoľvek iné „liči žiarovky“, prišla od Shuji Nakamura, ktorý pracoval pre japonskú spoločnosť „Nichia Corporation“..

Prvé svetlo vyžarujúce svetlo LED emitujúce svetlo bolo vytvorené ešte nedávno – v roku 1997 ho vytvoril americký inžinier Fred Schubert.

Energeticky úsporné LED žiarovky už dnes existujú, ale stále sa zlepšujú, pretože prvé LED, ktorých intenzita svetla sa ustálila a následne prekročila jas žiaroviek, sa objavili až na začiatku XXI. Storočia..

Ako LED lampa funguje a ako funguje

Zariadenie každej modernej LED žiarovky je nasledovné:

• base. Štandardný prvok ktorejkoľvek žiarovky skonštruovaný na zaskrutkovanie do držiaka žiarovky;
• predradník (vodič) uzavretý v plastovom kufríku s vetracími otvormi. Konvertuje striedavý prúd na jednosmerný prúd, obsahuje výkonnejšie kondenzátory ako v záťažovom obvode žiarivky. Dôvod je nasledovný – teplo generované diódami v LED lampách nie je nasmerované von, ale vo vnútri jeho tela sú preto potrebné ventilačné otvory v telese predradníka. Životnosť ktorejkoľvek žiarovky LED súvisí s počtom vetracích otvorov v prípade a so spoľahlivosťou kondenzátorov, ako aj so zenerovými diódami, ktoré vyrovnávajú napätie v prípade poklesu napätia;
• hliníkový radiátor. Vyčnievajúce rebrá sú umiestnené pozdĺž a v špirále, čo zlepšuje odvádzanie tepla;
• doska, na ktorej sú LED diódy nainštalované. Je vyrobená z hliníka, na strane otočenej k žiariču, je použitá tepelná pasta, ktorá odvádza teplo – 90% tepelného žiarenia z diód LED padá na hliníkovú dosku, v ktorej sú nainštalované;
• LED diódy v počte od 5 poskytujú celkový výkon žiarovky. Svetelný tok, ktorý generujú, závisí od kvality LED;
• rozptyľovač svetla namontovaný na hliníkovom vnútornom krúžku. Vyrába sa z matného plastu a používa sa na rovnomerné rozptyl svetelného lúča z LED diód. Prakticky nie je vyhrievaný.

Hlavnými prvkami LED žiarovky sú LED – polovodičové zariadenia, ktoré prevádzajú elektrický prúd na vyžarovanie svetla. Každá LED pozostáva z nevodivého substrátu, na ktorý je položený polovodičový kryštál – oba tieto prvky sú uzavreté v balení s kontaktnými vodičmi na jednej strane a plastovou šošovkou na druhej strane. Voľný priestor medzi šošovkou a kryštálom je vyplnený bezfarebným silikónom, štruktúra LED je pripevnená na hliníkovej základni, ktorá odstraňuje teplo a zvyšuje tuhosť LED..

Prečo svieti LED? Tajomstvo žiara spočíva v rekombinácii elektrónov medzi dvoma polovodičovými kontaktmi s rôznou vodivosťou. Polovodičový kryštál v miestach kontaktu je dotovaný akceptorovou nečistotou obsahujúcou na jednej strane nedostatočný počet elektrónov a na druhej strane donorskou nečistotou, kde sú elektróny hojné. Ak je použitá energia, elektróny sa rekombinujú a výsledná nadbytočná energia sa premení na viditeľné svetlo. Na prvý pohľad sa zdá, že čím vyšší je prúd, tým intenzívnejšia bude LED žiarovka. Je pravda, že intenzita svetelnej energie bude vyššia, ale súčasne sa vplyvom odporu v polovodiči prudko zvýši zahrievanie diódy, čo spôsobí roztavenie kontaktov alebo vyhorenie polovodičov..

Výhody a nevýhody úsporných LED žiaroviek

LED žiarovky, ktoré dnes existujú, majú výhody aj nevýhody – ich vývoj v plnohodnotnom svetelnom zdroji v našich domovoch ešte nebol dokončený..

Pozitívne vlastnosti:

• najmenší, v porovnaní s akýmikoľvek inými typmi domácich svietidiel, spotreba elektrickej energie – 8 až 10 krát menšia ako spotreba žiaroviek so žiarovkou;
• vysoká svetelná účinnosť, približne 120 lúmenov na každý watt vynaloženej energie. Na porovnanie, svetelná účinnosť „lyzínových žiaroviek“ je od 10 do 24 lúmenov na watt, pre žiarivky – od 60 do 100 lúmenov na watt;
• najvyššia v porovnaní s inými svetelnými žiarovkami, životnosť približne 50 000 hodín, s výhradou kvalitnej konštrukcie samotnej žiarovky LED a použitia vysoko kvalitných materiálov pri jej výrobe;
• získanie rôznych charakteristík spektra bez použitia svetelných filtrov, t.j. analogicky s žiarovkami;
• sila a bezpečnosť používateľov. LED žiarovka sa pri náhodnom páde, napr. sklenené črepy, typické pre podobnú situáciu s akýmkoľvek iným svietidlom, nebudú. Jeho prvky neobsahujú žiadne nebezpečné zložky chemického pôvodu, ktoré sa nachádzajú napríklad vo žiarivkách;
• nezávisí od počtu zapínaných a vypínaných svetlometov, v prípade iných svetiel, má počet zapínaných a vypínacích zariadení závažný vplyv na životnosť;
• bezpečná prevádzka – nie je potrebné vysoké napätie, najvyššia teplota LED a uzatváracej armatúry neprekročí 60 ° С.

Negatívne vlastnosti:

• vysoká cena. Náklady na LED žiarovky dnes prevyšujú náklady na žiarivky s podobným výkonom o 8-10 krát. Hlavným problémom výrobcov LED žiaroviek je zníženie maloobchodných cien bez straty kvality;
• potreba chladiča. Rozmery diód LED sú príliš malé a nepostačujú na nezávislé odvádzanie tepla, ktoré generujú počas prevádzky – čím silnejšia je lampa LED, tým väčšia je veľkosť a plocha chladiča, ktoré potrebuje. V súlade s tým pôsobivá veľkosť hliníkového žiariča ovplyvňuje náklady na žiarovku, okrem toho bude ťažké alebo nemožné nainštalovať výkonnú LED žiarovku do bežných žiaroviek – nezapadne do nich;
• v neprítomnosti kondenzátora, ktorý vyrovnáva svetelný tok LED diód, sa pozoruje viditeľné zvlnenie svetla;
• pri konštrukcii žiarovky založenej na lacných LED diódach sa jej svetelný výkon zníži na maximum 100 lm / W a stane sa rovným žiarivkám, t.j. stratila sa dôležitá výhoda LED žiarovky;
• svetelné spektrum generované LED diódami je monochromatické a výrazne sa líši od prirodzeného slnečného svetla. Na zmäkčenie monochromatického žiarenia je potrebné špeciálne zloženie fosforov;
• generovaný svetelný tok je nasmerovaný úzko a vyžaduje inštaláciu niekoľkých viacsmerových lámp alebo rozptyľovača svetla, avšak použitie týchto žiaroviek výrazne znižuje intenzitu osvetlenia.

Ako si vybrať LED lampu pre váš domov

V železiarňach v Rusku nie sú energeticky úsporné LED žiarovky také rozšírené ako žiarivky – sú drahšie, a preto sú menej náročné. Najväčší výrobcovia LED žiaroviek: American General Electric, German Osram, Bioledex a BLV licht, Dutch Philips, Indian Sylvania, Russian Optogan – náklady na ich výrobky sa pohybujú od 600 do 3 000 rubľov … pre jednu lampu.

Okrem známych značiek sa v obchodoch často nachádzajú aj lacné LED svetlá od čínskych a malých domácich výrobcov – podľa môjho názoru by ste ich výrobky nemali kupovať, pretože nízke náklady sú pravdepodobne spôsobené úsporami komponentov, čo znamená, že takéto žiarovky nebudú trvať dlho.

A teraz o kritériách pre výber LED žiaroviek:

• výkon lampy. 100 W žiarovka zodpovedá 12 – 15 W LED žiarovke a svetelný tok 15 W LED žiarovky bude o niečo intenzívnejší ako svetelný tok 100 W Ilyichovej žiarovky;
• teplota svetla. Teplota svetla v Kelvine sa aplikuje na obal alebo telo žiarovky, slnečné svetlo, ktoré sme zvykli mať, má teplotu 2 700 – 3 000 K. Teplota svetla lámp v Kelvine vďačí za svoj pôvod farbe kovovej tyče vyhrievanej v peci – do 3 000 K je žlto-biela , so stúpajúcou teplotou stúpa. Svietidlá vyžarujúce svetlo pri teplote vyššej ako 3 000 K sú jasnejšie, ale ich svetlo je ťažké tolerovať a je vhodné iba v kancelárskych priestoroch;
• uhol osvetlenia. Ak sú všetky LED v žiarovke umiestnené v rovnakej rovine, potom bude povaha osvetlenia ohnisková, úzko zameraná – každá LED vyžaruje smerovaný svetelný tok. Pre rozptyl svetla a efektívne osvetlenie miestnosti je vhodné, ak sú LED diódy umiestnené na niekoľkých rovinách a samotná lampa je vybavená rozptylovými šošovkami, ktoré sú z vnútornej strany potiahnuté fosforom;
• pomer farebného podania. Jeho hodnota by mala byť uvedená na obale žiarovky, pre LED je koeficient obvykle od 70 do 95 – čím vyššia je hodnota uvedená na obale, tým lepšie bude svietiť LED žiarovka a naopak. Ak je na obale uvedený index farebného podania 95 a cena samotnej žiarovky je nízka, ide o pokus podvádzať kupujúceho, lacné žiarovky nemôžu mať také vysoké farebné podanie;
• odvod tepla. Vyžaduje sa prítomnosť hliníkového žiariča a ak sa namiesto hliníka použije plast, odmietnu si kúpiť túto žiarovku, nebude trvať dlho;
• pracovný čas. Výrobcovia zvyčajne uvádzajú 30 000 pracovných hodín, čo je v skutočnosti priemer. Samotná lampa po tomto období bude ďalej pracovať, ale jej jas sa zníži asi o 30% – zahrievanie LED v priebehu času znižuje intenzitu svetelného toku.

Nepochybujem o tom, že v nasledujúcich 5-10 rokoch sa LED žiarovky zlepší – počet lúmenov na jeden spotrebovaný watt sa zvýši a náklady sa výrazne znížia. Nebudú o nič menej populárne ako žiarovky, ktoré boli kedysi, len ziskové pre priemerného spotrebiteľa aj pre štát. Ale bude to nejaký čas trvať …