Характеристики светодиодов: потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

Через какое время окупятся LED лампы

LED-светильники стоят дороже обычных колб с нитью накаливания. Но они потребляют меньше электроэнергии. При планировании замены обычных светильников на светодиодные, потребителя интересует, насколько это выгодно. Для расчета времени окупаемости потребуются следующие исходные данные:

  • потребляемая мощность лампы с нитью накаливания P1, Вт;
  • стоимость лампы накаливания S1, руб;
  • потребляемая мощность светодиодного прибора с аналогичным световым потоком Pled, Вт;
  • стоимость LED-светильника Sled, руб;
  • стоимость киловатт-часа для населения Se, руб.

За 1 час эксплуатации выгода составит разницу в потребляемой электроэнергии, умноженную на стоимость:

N=(P1-Pled)*Se/1000 (учтен переход от киловатт к ваттам).

Такую выгоду можно получить за 1 час работы. Разница в стоимости приборов:

D=Sled-S1.

За час окупится доля в процентах:

J=(N/D)*100 =100* ((P1-Pled)*Se)/( Sled-S1).

И полное время окупаемости в часах составит:

T=100/J=100/(100* ((P1-Pled)*Se)/( Sled-S1)) = ( Sled-S1)/((P1-Pled)*Se).

Очевидно, что время окупаемости тем меньше, чем меньше разница между стоимостью осветительных устройств, чем больше разница между энергопотреблением и чем выше стоимость электроэнергии.

Для примера надо задаться типовыми данными:

  • мощность обычной лампы – 100 Вт;
  • ее стоимость – 15 руб;
  • мощность потребления LED-светильника – 12 Вт;
  • стоимость светодиодного прибора– эквивалента 100 Вт – 200 руб;
  • типовая стоимость киловатт-часа для населения (зависит от региона) – 3,5 руб.

За час экономия составит (100 Вт-12 Вт)*3,5/1000=0,308 руб.

Разница в стоимости осветителей составляет 200 руб – 15 руб = 185 руб.

Расчет в часах не очень интересен потребителю, гораздо информативнее данные в днях или месяцах. Для этого надо знать, сколько часов лампа горит в день. Летом эта цифра меньше, вряд ли больше 1 часа. Зимой же освещение в квартирах может гореть 5-6 часов. Если взять среднюю цифру в 4 часа, то получится, что LED окупится за 156 дней или приблизительно за полгода (зимой чуть быстрее, летом чуть медленнее).


LED-прибор «крутит» электросчетчик намного медленнее

И еще момент. Светодиодное освещение имеет более длительный ресурс работы

Заявляемые сроки службы LED в 30000 часов исходя из опыта эксплуатации доверия не вызывают, но даже при осторожной цифре превышения длительности эксплуатации у светодиодных элементов над традиционными в 2 раза, эта сторона в среднесрочной перспективе даст дополнительную экономию

Для кухонных стен

Определение мощности

Расчет мощности светодиодной ленты выполняется с учетом количества элементов на 1 м и общих размеров. Эта характеристика устройств определяется в ваттах. Устройства SMD 3528 отличаются мощностью свечения для 60 светодиодов — 4,9 Вт, 150 светодиодов — 9,7 Вт, а для 250 — 16,9 Вт. Эти показатели стараются соблюдать все изготовители изделий.

Как правило, в продаже находятся устройства SMD 5050. Для этого оборудования тоже задана определенная мощность на 1 м. Если изделие имеет в конструкции 30 светодиодов, то этот показатель находится в пределах 7,3 Вт. 60 светодиодов имеют устройства мощностью 14,5 Вт, а 150 диодов — 28,9 Вт.

Эти показатели непременно должны учитываться во время выбора. От этого будет зависеть вид блока питания. Если параметры неверно выбраны, то изделие не сможет долго проработать, так как блок питания начнет перегреваться, или лента вообще не заработает. Потому обязательно должен проводиться расчет светодиодной ленты.

Примеры сочетаний с плинтусом

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.

Светодиод 10Вт и изменение КПД при разных токах и температурах 25С и 50ССветодиод 10Вт и изменение КПД при разных токах и температурах 25С и 50С

Преимущества и недостатки

К достоинствам светодиодной подсветки следует отнести:

  • низкое энергопотребление;
  • длительный срок службы;
  • большое количество видов светильников;
  • высокая светоотдача;
  • есть возможность подбора светодиодов по цветовой
    температуре;
  • большие декоративные возможности, позволяющие
    создавать привлекательные варианты освещения;
  • отсутствие нагрева способствует увеличению
    пожарной безопасности;
  • есть возможность диммирования (плавного
    убавления или прибавления яркости с помощью специальных устройств;
  • устойчивость освещения к механическим
    воздействиям;
  • отсутствие ртути или иных вредных компонентов,
    экологическая безопасность светильников.

Недостатками светодиодных устройств освещения следует
считать:

  • цена. Несмотря на заметное снижение стоимости
    ЛЕД приборов, расходы на их приобретение еще велики;
  • необходимость использования специального
    источника питания;
  • непереносимость высоких температур, требующая
    применения радиаторов и теплоотводов;
  • наличие возрастной деградации светодиодов,
    вызванной низким качеством теплоотведения.

При покупке следует обращать внимание на качество и конструкцию теплоотводящей пластины. Если она не внушает доверия, лучше выбрать продукцию другого производителя

Даже качественные и яркие элементы быстро начнут тускнеть из-за плохого качества радиаторов, это надо иметь в виду.

💡Крутое Освещение для Мастерской / Гаража своими руками! / DIY LED lightening💡Крутое Освещение для Мастерской / Гаража своими руками! / DIY LED lightening

Почему он может не светится?

  • если он инфракрасный
  • если он сломан
  • если напряжение на двух точках пропорционально меняется от нуля до максимума, но светится он начинает с 3 воль, значит внутри светодиода находится резистор, ограничивающий подачу тока. В этом варианте ограничиваете тока на значении не больше 20 мА, смотря на то, как ярко светится светодиод.

Совет

Не зная точных показателей светодиода, не давайте ему ток более 350 мА. Если все-таки необходимо больше – подготовьте сильный теплоотвод. Примерно при токе в 700мА светодиоду будет нужно около 80 кв. см радиатора. Оптимальная температура – 60 по Цельсию.

Сегодня светодиодная продукция прочно вошла в наши дома и стала незаменимой. Это утверждение касается не только лампочек, но и светодиодных лент, с помощью которых можно создать в домашних или уличных условиях красивейшие световые эффекты.

Светодиодная лента

Но чтобы светодиодная лента работала долго и качественно, ее нужно правильно подключить. А для этого необходимо выяснить, сколько ампер будет потреблять купленная лента. Это очень важный параметр, который обязательно должен знать человек, делающий светодиодную подсветку с помощью данной продукции своими руками. Все, что нужно знать, чтобы выяснить, сколько потребляет led-лента, расскажет данная статья.

Кровать-чердак своими руками

Светодиоды в электрической схеме

Светодиод работает при пропускании через него тока в прямом направлении (т.е. анод должен иметь положительный потенциал относительно катода).

Из-за круто возрастающей вольт-амперной характеристики p-n-перехода в прямом направлении светодиод должен подключаться к источнику тока. Подключение к источнику напряжения должно производиться через элемент (или электрическую цепь), ограничивающий ток, например, через резистор. Некоторые светодиоды могут иметь встроенную токоограничивающую цепь, в таком случае для них указывается диапазон допустимых напряжений источника питания.

Непосредственное подключение светодиода к источнику напряжения, превышающего заявленное изготовителем падение напряжения для конкретного светодиода, может вызвать протекание через него тока, превышающего предельно допустимый, перегрев и мгновенный выход из строя. В простейшем случае (для маломощных индикаторных светодиодов) токоограничивающая цепь представляет собой резистор, последовательно включенный со светодиодом. Для мощных светодиодов применяются схемы с ШИМ, которые поддерживают средний ток через светодиод на заданном уровне и, при необходимости, позволяют регулировать его яркость.

Недопустимо подавать на светодиоды напряжение обратной полярности от источника с малым внутренним сопротивлением. Светодиоды имеют невысокое (несколько вольт) обратное пробивное напряжение. В схемах, где возможно появление обратного напряжения, светодиод должен быть защищён параллельно включенным обычным диодом в противоположной полярности.

Особенности установки блока питания

Блоки питания для светодиодных лент обычно устанавливаются в соответствии со структурной схемой, которая входит в их комплектацию. В основном перед установкой трансформатора светодиодную ленту разрезают на секции, состоящие из необходимого количества диодов.

Места нарезки обозначены двумя парами контактных групп (с каждого конца секции) и маркером в виде ножниц. Блок питания соединяется параллельно секциям. В процессе подключения необходимо соблюдать полярность (подключать клеммы блока питания с обозначениями «+» и «-» к соответствующим контактам ленты), при этом следует учитывать, что выходное напряжение источника не должно превышать 12 или 24 В (номинальное напряжение ленты). Расположение блока питания не влияет на функциональность устройства, но его нужно подбирать по эстетическим соображениям.

На практике применяются две схемы подключения светодиодной ленты к блоку питания.

Подключение светодиодной ленты к одному блоку питания

Чаще всего светодиодная лента представляет собой цельный пятиметровый отрезок, который намотан на пластиковую катушку. Как правило, с внешней стороны — на незамотанный на катушке конец — к ленте подсоединяются провода, необходимые для соединения с блоком питания. Если же после покупки обнаружилось отсутствие соединительных проводов, то следует взять любые многожильные провода красного («+») и чёрного («-») цвета, отмерить нужную длину, которой должно быть достаточно, чтобы достать до клемм блока питания, и припаять их, предварительно зачистив и облудив оба конца.

  1. Облуживаем провода, используя канифоль и олово, и методом пайки подсоединяем их к дорожкам ленты. В процессе пайки следует применять маломощный паяльник и производить соединение достаточно быстро, так как есть вероятность того, что от воздействия повышенной температуры светодиоды могут повредиться.

    Облуживать провода нужно быстро, чтобы не перегреть их и не повредить светодиоды

  2. После этого свободные концы проводов (не припаянные к ленте) подсоединяем к блоку питания, соблюдая полярность.

    Красный провод от светодиодной ленты («+») нужно подсоединить к клемме «+V», а чёрный («-») — к клемме «-V»; к клеммам «L» и «N» подключается сетевое напряжение («L» — фаза, «N» — ноль)

Видео: подключение герметичного блока питания

Подключение двух светодиодных лент к одному блоку питания

В качестве примера рассмотрим следующий вариант: запланирован монтаж и подключение светодиодной ленты, длина которой составляет 8 метров. Проблема в том, что найти кусок ленты такой длины довольно затруднительно, т. к. в основном светодиодные ленты продаются в катушках по 5 метров. Однако всё же требуется 8 метров, и что же делать?

Если нужно подключить несколько кусков свтодиодной ленты общей длиной более 5 метров, это можно сделать только по параллельной схеме

Все достаточно просто. Выполняем следующие действия:

  1. Приобретаем две катушки со светодиодной лентой, причём один кусок оставляем цельным (5 метров), а от второго отрезаем 3 метра и соединяем их. Для того чтобы отрезать ленту берём обычные ножницы и ищем линию, по которой будем отрезать кусок нужной длины.
  2. Далее зачищаем и облуживаем контактные площадки обоих кусков ленты (с одной и той же стороны).
  3. Берём четыре двухжильных провода (два красных «+» и два чёрных «-») и также подготавливаем (зачищаем и лудим).
  4. Припаиваем к двум кускам ленты. Свободные концы проводов, идущие от пятиметрового куска, припаиваем (привинчиваем) к клеммам блока питания («+V» и «-V»), а к клемам «L» и «N» подсоединяем провода сетевого кабеля.
  5. Далее на проводах, которые подведены к пятиметровому куску ленты, снимаем небольшие куски изоляции. Затем лудим их и подпаиваем к ним провода от трёхметрового куска, тем самым подключая оба куска ленты параллельно.

    Если соответствующие провода от каждой ленты свести в одну точку, получится параллельное подключение

Мощные светодиоды

Условно можно поделить на:

  • Брендовые (фирмы CREE, Nichia, Osram и другие…)
  • Китайские

Что касается брендовых, они всем хороши, кроме, пожалуй, завышенной цены. Зато приобретая такие светодиоды, вы будете уверены в их качестве, к тому же все показатели, в том числе и мощность, указаны в инструкции. Так же нужно учитывать, что подобные компании выпускают светодиоды для заводской сборки. Вручную это тоже можно сделать, но будет гораздо сложнее. Китайские светодиоды обладают гораздо большим ассортиментом. Но при всем многообразии китайские светодиоды грешат отклонениями от стандартов (точнее одних стандартов просто нет), и невысоким качеством. Обычный светодиод китайского производства обладает мощностью примерно в 2,6 ватта. Так же выпускают светодиоды с увеличенным кристаллом.

Основные характеристики

Мощность

Важнейшей отличительной характеристикой энергосберегающих ламп от других – это небольшое потребление мощности. Вся мощность, которую они получают, преобразуется в свет. Мощность таких лампочек 3 – 85 Вт.

Таблица мощности энергосберегающих ламп

Нижеприведенная таблица показывает соотношения энергосберегающей лампы и лампы накаливания: цифры – средний показатель указывает на то, что одинаковый свет подают лампы, с разной мощностью (разница приблизительно в 5 раз). Так, например лампочка накаливания в 100 Ватт работает так же как энергосберегающая в 20 Ватт

Лампа накаливания Энергосберегающая лампа
25 5
40 9
60 11
75 15
100 20
120 23

 Световой поток

Эффективность работы лампы кроме этого определяет еще одна важная характерная особенность энерголамп – световое движение, с единицей измерения лм (люмен). От него зависит, насколько ярко светит прибор. Глаза человека не воспринимают даже самого мощного ультрафиолетового или инфракрасного излучений.

Тип цоколя

Цоколь — важнейшая часть и особенность энергосберегающих ламп. При ее покупке следует рассмотреть цоколь, он должен соответствовать патрону.

На рынке представлены цоколи различных марок: штырьковые и резьбовые, с уплотненным контактом и нестандартные. Нижеприведенная таблица дает общие сведения о типах цоколей.

Световая температура

К качественным параметрам относится цветовая температура (измеряется с помощью шкалы температуры Кельвина (обозначается «К»)), которая определяет естественность (белизны) освещенности, исходящей от лампы.

Различают следующие цветовые температуры:

  • тепло-белая (менее 3000 К),
  • нейтрально-белая (от 3000 до 5000 К)
  • дневная белую (более 5000 К).

Для жилых помещений лучше пользоваться лампами с теплыми оттенками. Они расслабляют и успокаивают. В офисных помещениях лучше подойдут холодные тона. Натуральной и наиболее приятной для человека считается температура цвета от 2800 до 3500 К.

Световая отдача

В вопросе экономии энергии основным параметром производительности электричества считается световая отдача, измеряющаяся в лм/Вт. Через этот показатель устанавливается количество света вырабатываемого устройством.

Максимальный уровень световой отдачи равен 683 лм/Вт. Ранее отдача равнялась 10-15 лм/Вт, а сейчас – 100 лм/Вт.

Уровень освещенности

Показатель, который определяет освещенность определенной поверхности, называется уровнем освещенности (измеряется в лк (люкс)). Нормой освещенности рабочей поверхности в России 200 лк, В Европе равняется 800 лк.

Индекс цветопередачи


Индексом цветопередачи определяется цифра естественной передачи тона освещаемых предметов. Цветопередача лампочек зависит от спектрального излучения. Лампе с абсолютно правильной передачей цветового спектра предметов присваивается индекс Ra. Уменьшение показателя Ra, указывает на ухудшение цветопередающих свойств.

 Срок работы

К эксплуатационным характеристикам относится  продолжительность работы лампы, быстрота включения и их количество (гарантированных), конструктивные параметры. Эти характерные особенности показывают затраты на использование, с помощью которых определяется выгода покупки лампы.

Планировка курятника — фото

Какой световой поток ждать от светодиодной ленты

Давайте все же расскажу, какой поток стоит ожидать. Существуют достаточно точные данные, ведь от модели светодиода можно понять и силу излучения. Сразу хочется отметить, что есть так называемые RGBцвета (красный – зеленый — голубой), а также обычные однотонные – свечение у них различное.

СВЕТОДИОД 3528 (1 шт.)

RGB– излучает 0,3 до 1,6 Люмен

Однотонный — излучает 0,6 – 2,2 Люмен

СВЕТОДИОД 5050 (1 шт.)

RGB– излучает 0,6 до 2,5 Люмен

Однотонный – излучает 2 – 8 Люмен

Таким образом, метр будет светить:

— Если 3528 (там их 60 штук), RGB — минимум 18 – максимум 96 Люмен.

                                             Однотонный – минимум 36 – максимум 132 Люмен

— Если 5050 (там 30 штук), RGB — от 18 до 75 Люмен

                                   Однотонный – от 60 до 240 Люмен.

Сейчас небольшое видео сравнение разных типов, очень познавательно сморите до конца.

Если сравнить с лампой, то получается излучение 1 метра слабее, однако если взять 14 метров, да по 240 Люмен (дорогой вариант), это – 3360 Лм. А это очень ярко (можно сравнить со свечением фары «дальнего света» от автомобиля), даже для большой комнаты. Примерно как 4 очень мощные светодиодные лампы (10 – 12 Вт), от которых глаза будет резать.

Смотрите и читайте наш строительный блог.

Устройство светодиода.

Led-диод состоит из полупроводникового кристалла, который закреплен на подложке, корпуса с контактами и оптической системы.

Устройства индикаторных (DIP), плоских (SMD) и СОВ элементов различаются снаружи. 

Конструктивное устройство DIP.

DIР-светодиод в разрезе.

В основании прибора монтируются контакты. Кристалл (один или несколько) закреплен на катоде. К кристаллу присоединяется проволока. Она соединяет полупроводники с анодом. Это необходимо для группировки двух проводников с различными типами проводимости. Сверху led-элемент герметично покрывается линзой. Корпус устройства изготавливается в виде цилиндра из эпоксидной смолы, край которого обрезан со стороны катода. Монтаж led-элемента происходит путем пайки длинных выводов.

Конструктивное устройство SMD.

SMD-светодиод в разрезе.

Корпус изготавливается параллелепипедом. Его основа – теплоотвод от кристалла. На  нее монтируется полупроводниковый элемент. Контактный провод соединяет его с анодом. Контакты выполняются плоскими. Сверху элемент герметично накрывается линзой.

Конструктивное устройство СОВ.

COB-технология – новейшее направление в производстве.

Такие светоизлучающие диоды имеют в основании теплопроводящую подложку (обычно алюминиевую). На нее непроводящим клеем закрепляют полупроводниковые кристаллы, которые объединены по последовательно-параллельной схеме. Сверху все покрывается люминофором.

Такой тип led легко монтируется, выдает хороший световой поток и не искажает цвета. Востребованы в производстве небольших, ярких прожекторов и декоративной подсветки. В отличие от DIP и SMD способны работать при повышенных температурах. Но из-за своего устройства имеют меньший срок эксплуатации по сравнению.

Если на одной подложке смонтировано множество кристаллов, то такой led-элемент называется светодиодной матрицей.

Конструктивное устройство PCB Star.

Состоит из одного большого кристалла, который монтируется на алюминиевую подложку в форме звезды. За счет увеличенной площади кристалла повышается мощность светодиода. Упрощается его фокусировка. Поэтому РCB Star востребованы в производстве ярких источников света: от фонариков до прожекторов.

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды.  Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении. 

По типу исполнения выделяют:

  • Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света.

  • Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике. 

Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам.

Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров. 

Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды.

Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп

Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно

Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий.

Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии.

В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.  

Светодиоды могут быть:

  • мигающими – используются для привлечения внимания;
  • многоцветными мигающими;
  • трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
  • RGB;
  • монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения. 

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света. 

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий