Enerģijas Taupīšanas LED Spuldzes

2023 Autors: Douglas Hoggarth | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-08-25 05:41

• LED lampu vēsture
• Kā darbojas un darbojas LED lampa
• Plusi un mīnusi par enerģijas taupīšanas LED spuldzēm
• Kā izvēlēties LED lampu savai mājai

Kādam apgaismojumam jābūt mūsu mājās? Šajā vērtējumā ir divi viedokļi: mājsaimniecības - gaismai jābūt patīkamai un nežēlīgai; valsts vadītāji - māju apgaismojumam vajadzētu patērēt pēc iespējas mazāk elektroenerģijas. Nepielūdzamo enerģijas nesēju cenu pieaugumu vidusmēra cilvēks uz ielas maz saprot, viņu vairāk interesē jautājums “kāpēc šīs pašas enerģijas taupīšanas lampas ir tik dārgas”. Šajā rakstā tiks detalizēti aplūkotas enerģijas taupīšanas LED lampas, kuras jau tuvākajā nākotnē, neatkarīgi no vidusmēra patērētāja vēlmes vai nevēlēšanās, apgaismos mūsu mājas. Apskatīsim, vai tie ir tik labi, kā aprakstīti?

LED lampu vēsture

Viss sākās tālajā 1907. gadā, kad angļu inženieris Henrijs Raunds, izslēdzot laboratorijas apgaismojumu, nejauši pamanīja spīdumu ap diodes kontaktu zem sprieguma. Viņš nolēma, ka mirdzumu izraisīja kāda kļūda aprēķinos, un tam nepievērsa lielu uzmanību, lai gan viņš šo faktu atzīmēja ziņojumā.

Oļegs Vladimirovičs Losevs

16 gadus pēc šī notikuma padomju fiziķis Oļegs Vladimirovičs Losevs sāka pētīt dīvaino mirdzumu, kas rodas silīcija karbīda (karborunda) diodes kontaktu lodēšanas vietā. Losevs nekad neizdomāja mirdzuma būtību, norādot, ka nav sildīšanas līdz augstām temperatūrām - mirdzuma cēlonis bija paslēpts kaut kādā elektroniskā procesā, kas nebija zināms šo gadu zinātnei. Loseva pētījumu par diodu mirdzumu rezultāti tika tulkoti vairākās valodās un publicēti vairākos zinātniskos žurnālos, taču tie neizraisīja lielu interesi. 20. gadsimta sākumā pazīstamās lampas ar kvēlspuldzi uzskatīja par diezgan pietiekamu un neaizstājamu - nebija nepieciešams izgudrot kaut ko jaunu.

Ilgstoša interese par diodu mirdzumu radās pagājušā gadsimta otrajā pusē, kad amerikāņu inženieris Rubins Braunšteins paziņoja par savu atklājumu - no gallija arsenīda (GaAs) izgatavotās diodes, darbinot strāvu, izstaro infrasarkano staru. Pēc inženiera teiktā, tieši tādu pašu starojumu viņš novēroja diodēs, kas izgatavotas no indija fosfīda (InP), gallija antimonīda (GaSb) un sastāv no silīcija-germānija sakausējuma.

Pirmo infrasarkano staru diodi 1961. gadā patentēja amerikāņu pētnieki Gerijs Pitmans un Roberts Byards. Bet telpu apgaismošanai nebija iespējams izmantot šādas diodes, jo infrasarkanie stari atrodas ārpus cilvēka acīm redzamā spektra.

Amerikāņu zinātnieks un izgudrotājs Niks Holonjaks

Pilnvērtīga LED radītājs bija Niks Holonjaks Jr., kurš 1962. gadā izveidoja pilnvērtīgu LED gaismu, kas izstaro redzamu sarkanu gaismu. Tas ir Holonjaks, kurš tiek uzskatīts par LED lampu "tēvu". Desmit gadus vēlāk viņa students Džordžs Krafords izveidoja pirmo LED, kas izstaro dzeltenu gaismu, kā arī desmitkārtīgi palielināja sarkano un oranžsarkano LED spilgtumu.

Tomēr jaunie gaismas avoti nebija īpaši komerciāli pieprasīti - protams, jo viena LED cena tajā laikā bija 200 USD. Pirmo komerciāli veiksmīgo gaismas diožu ražošanu 1968. gadā izveidoja amerikāņu kompānija "Monsanto", kas specializējās ķīmiskos izstrādājumos, tie bija gaismas diodes no gallija arsenīda un indija fosfīda sakausējumiem. Tieši Monsanto padarīja gaismas diodes populāras un plaši izplatītas elektroniskajos kalkulatoros un digitālajos pulksteņos - no 1968. līdz 1970. gadam LED monopols pārdeva divreiz vairāk produktu nekā katru iepriekšējo mēnesi. Gaismas diodes tiek ieviestas elektronikā, pateicoties Hewlett-Packard, kas pirmais novērtēja gaismas diožu vērtību elektriskajām ierīcēm un aktīvi tos iegādājās no Monsanto.

1970. gadā Monsanto monopols LED tirgū tika pārtraukts - izmantojot Dr Jean Ernie pusvadītāju mikroshēmas, amerikāņu kompānija Fairchild Semiconductor sāka ražot lētas gaismas diodes piecu centu vērtībā katrā.

Gadu desmitiem gaismas diodes tiek aktīvi izmantotas plaša patēriņa un rūpniecības elektronikā, bet ne iekštelpu apgaismojumam. Ideja izveidot pilnvērtīgas LED lampas, kas var apgaismot mūsu mājas labāk nekā jebkuras "Iļjiča lampas", radās Šudži Nakamuram, kurš strādāja Japānas uzņēmumā "Nichia Corporation" - tieši viņa vadībā uzņēmuma inženieri 1993. gadā izveidoja pirmo augstas spilgtuma zilo LED.

Pirmais spilgti balto gaismu izstarojošais LED tika izveidots ne tik sen - 1997. gadā par tā radītāju kļuva amerikāņu inženieris Freds Šūberts.

Mūsdienās enerģijas taupīšanas LED lampas jau pastāv, taču tās joprojām tiek pilnveidotas, jo pirmās gaismas diodes, kuru gaismas intensitāte kļuva vienāda un pēc tam pārsniedza kvēlspuldžu spilgtumu, parādījās tikai 21. gadsimta sākumā.

Kā darbojas un darbojas LED lampa

Jebkuras modernās LED lampas ierīce ir šāda:

• bāze. Jebkura luktura standarta elements, kas paredzēts ieskrūvēšanai luktura turētājā;
• balasta starteris (vadītājs), kas noslēgts plastmasas korpusā ar ventilācijas atverēm. Tas pārveido maiņstrāvu līdzstrāvā, satur jaudīgākus kondensatorus nekā dienasgaismas spuldzes balasta ķēdē. Iemesls ir šāds - LED lampu diodu radītais siltums nav vērsts uz āru, bet gan tā korpusa iekšpusē, tāpēc ir nepieciešamas ventilācijas atveres balasta korpusā. Jebkuras LED lampas kalpošanas laiks ir saistīts ar ventilācijas atveru skaitu korpusā un kondensatoru uzticamību, kā arī no zenera diodēm, kas izlīdzina spriegumu sprieguma kritumu gadījumā;
• alumīnija radiators. Tās izvirzītās ribas atrodas gar spirāli un spirālē, kas uzlabo siltuma izkliedi;
• tāfele, uz kuras ir uzstādīti gaismas diodes. Izgatavots no alumīnija, uz pusi, kas vērsta pret radiatoru, tiek uzklāta termopasta, kas noņem siltumu - 90% no gaismas diožu siltuma starojuma nokrīt uz alumīnija plāksnes, kurā tie ir uzstādīti;
• Gaismas diodes, kuru skaits ir no 5, nodrošinot kopējo spuldzes jaudu. To radītā gaismas plūsma ir atkarīga no gaismas diožu kvalitātes;
• gaismas difuzors, kas uzstādīts uz alumīnija iekšējā gredzena. Izgatavots no matētas plastmasas, tas tiek izmantots vienmērīgai gaismas staru izkliedēšanai no gaismas diodēm. Tas praktiski nesasilst.

Galvenie LED lampas elementi ir gaismas diodes - pusvadītāju ierīces, kas pārveido elektrisko strāvu gaismas starojumā. Jebkurš LED sastāv no nevadoša substrāta, uz kura ir uzlikts pusvadītāju kristāls - abi šie elementi ir iesaiņoti iepakojumā ar kontakta vadiem vienā pusē un plastmasas lēcām otrā pusē. Brīvā vieta starp objektīvu un kristālu ir piepildīta ar bezkrāsainu silikonu; LED struktūra ir piestiprināta uz alumīnija pamatnes, kas noņem siltumu un padara LED stingrāku.

Kāpēc iedegas LED? Spīduma noslēpums slēpjas elektronu rekombinācijā starp diviem pusvadītāju kontaktiem ar dažādu vadītspēju. Pusvadītāja kristāls kontakta izejas punktos tiek leģēts ar akceptora piemaisījumu, kas satur nepietiekamu elektronu skaitu, no vienas puses, un donora piemaisījumu, kur ir daudz elektronu, no otras puses. Kad tiek iedarbināta jauda, elektroni rekombinējas un iegūtais enerģijas pārpalikums tiek pārveidots redzamajā gaismā. No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka jo lielāka strāva, jo intensīvāk LED mirgos. Pareizi, gaismas enerģijas intensitāte būs lielāka, bet tajā pašā laikā pusvadītāja pretestības dēļ diodes sildīšana strauji palielināsies, kas izraisīs kontaktu izkausēšanu vai pusvadītāja izdegšanu.

Plusi un mīnusi par enerģijas taupīšanas LED spuldzēm

Mūsdienās pastāvošajām LED lampām ir gan priekšrocības, gan trūkumi - to izstrāde par pilnvērtīgu gaismas avotu mūsu mājās vēl nav pabeigta.

Pozitīvās īpašības:

• mazākais, salīdzinot ar jebkura cita veida mājsaimniecības lampām, elektroenerģijas patēriņš - 8-10 reizes mazāks nekā lukturiem ar kvēlspuldzi;
• augsta gaismas efektivitāte, apmēram 120 lūmeni par katru iztērēto vatu. Salīdzinājumam: "Iļjiča lampu" gaismas efektivitāte ir no 10 līdz 24 lūmeniem uz vatu, dienasgaismas spuldzēm - no 60 līdz 100 lūmeniem uz vatu;
• augstākais, salīdzinot ar citiem apgaismojuma spuldzēm, kalpošanas laiks ir aptuveni 50 000 stundas, ņemot vērā pašas LED lampas kvalitatīvu uzbūvi un augstas kvalitātes materiālu izmantošanu tās ražošanā;
• dažādu spektra raksturlielumu iegūšana, neizmantojot gaismas filtrus, t.i. pēc analoģijas ar kvēlspuldzēm;
• izturība un drošība lietotājiem. LED spuldze nejauši nokrītot, nesaplīsīs un netiks sabojāta, t.i. stikla lauskas, kas raksturīgas līdzīgai situācijai ar jebkuru citu apgaismojuma lampu, nebūs. Tās elementos nav bīstamu ķīmiskas izcelsmes sastāvdaļu, kas atrodas, piemēram, dienasgaismas spuldzēs;
• nav atkarīgs no ieslēgšanas un izslēgšanas skaita, citu lukturu gadījumā ieslēgšanas / izslēgšanas skaits nopietni ietekmē kalpošanas laiku;
• drošs darbībā - nav nepieciešams augstspriegums, augstākā LED un to aptverošo armatūras temperatūra nepārsniegs 60 ° C.

Negatīvās īpašības:

• augsta cena. LED lampu izmaksas šodien 8-10 reizes pārsniedz līdzīgas jaudas dienasgaismas spuldžu izmaksas. Mazumtirdzniecības cenu samazināšana, nezaudējot kvalitāti, ir galvenā problēma LED lampu ražotājiem;
• nepieciešamība pēc siltuma izlietnes. Gaismas diodes izmēri ir pārāk mazi un nav pietiekami, lai patstāvīgi izkliedētu siltumu, ko tie rada darbības laikā - jo jaudīgāka ir LED lampa, jo lielāks ir radiatora izmērs un platība. Attiecīgi iespaidīgais alumīnija radiatora izmērs ietekmē lampas izmaksas, turklāt parastās lampās būs grūti vai neiespējami uzstādīt jaudīgu LED lampu - tā tajās neiederēsies;
• ja nav kondensatora, kas izlīdzina gaismas diodes gaismas plūsmu, tiek novērots ievērojams gaismas viļņojums;
• būvējot lampu, kuras pamatā ir lēti gaismas diodes, tās gaismas jauda samazinās līdz maksimāli 100 lm / W un kļūst vienāda ar dienasgaismas spuldzēm, t.i. tiek zaudēta svarīga LED lampas priekšrocība;
• gaismas diodes radītais gaismas spektrs ir vienkrāsains un ievērojami atšķiras no dabiskās saules gaismas. Lai mīkstinātu vienkrāsainu gaismas starojumu, nepieciešams īpašs fosforu sastāvs;
• radītā gaismas plūsma ir šauri virzīta, un tai ir nepieciešams uzstādīt vairākas daudzvirzienu lampas vai gaismas izkliedētāju, tomēr pēdējās izmantošana ievērojami samazina apgaismojuma intensitāti.

Kā izvēlēties LED lampu savai mājai

Krievijas aparatūras veikalos energotaupības LED lampas nav tik plaši izplatītas kā dienasgaismas spuldzes - tās ir dārgākas, tāpēc tās ir mazāk pieprasītas. Lielākie LED lampu ražotāji: American General Electric, vācu Osram, Bioledex un BLV licht, holandiešu Philips, Indian Sylvania, krievu Optogan - viņu produktu izmaksas svārstās no 600 līdz 3000 rubļiem … par vienu lukturi.

Papildus labi pazīstamiem zīmoliem veikalos bieži tiek atrastas lētas Ķīnas un mazo vietējo ražotāju LED lampas - manuprāt, nevajadzētu pirkt viņu produktus, jo zemās izmaksas, visticamāk, ir ietaupītas uz sastāvdaļām, kas nozīmē, ka šādas lampas ilgi nedarbosies.

Tagad par LED spuldžu izvēles kritērijiem:

• lampas jauda. 100 W kvēlspuldze atbilst 12-15 W LED lampai, un 15 W LED lampas gaismas plūsma būs nedaudz intensīvāka nekā 100 W Ilyich lampai;
• gaismas temperatūra. Gaismas temperatūra Kelvinos tiks piemērota uz iepakojuma vai luktura korpusa, pie mums pierastās saules gaismas temperatūra ir 2700 - 3000 K. Lampu gaismas temperatūra Kelvinā ir saistīta ar krāsns apsildāma metāla stieņa krāsu - līdz 3000 K tā ir dzelteni balta., pieaugot temperatūrai, kļūst arvien balts. Lampas, kas izstaro gaismu temperatūrā, kas augstāka par 3000 K, ir spilgtākas, taču to gaismu ir grūti panest un tā ir piemērota tikai biroja telpās;
• apgaismojuma leņķis. Ja visi spuldzes gaismas diodes atrodas vienā plaknē, tad apgaismojuma raksturs būs fokusa, šauri virzīts - katrs gaismas diode izstaro virzītu gaismas plūsmu. Gaismas izkliedēšanai un telpas efektīvai apgaismošanai būs ērti, ja gaismas diodes ir izvietotas uz vairākām plaknēm, un pati lampa ir aprīkota ar gaismas izkliedēšanas lēcām, no iekšpuses pārklāta ar fosforu;
• krāsu atveidošanas attiecība. Tās vērtība jānorāda uz luktura iepakojuma; gaismas diodēm koeficients parasti ir no 70 līdz 95 - jo lielāka vērtība ir norādīta uz iepakojuma, jo labāk LED lampa spīdēs un otrādi. Ja uz iepakojuma ir norādīts krāsu renderēšanas indekss 95 un pašas lampas izmaksas ir zemas, tas ir mēģinājums maldināt pircēju, lētām lampām nevar būt tik augsta krāsu atveidošana;
• siltuma noņemšana. Nepieciešama alumīnija radiatora klātbūtne, un, ja alumīnija vietā tiek izmantota plastmasa, atsakieties pirkt šo lampu, tā nebūs ilga;
• darba stundas. Parasti ražotāji norāda 30 000 darba stundu, kas faktiski ir vidēji. Pēc šī perioda pati lampa turpinās darboties, bet tās spilgtums samazināsies par aptuveni 30% - gaismas diodes sildīšana laika gaitā samazina gaismas plūsmas intensitāti.

Es nešaubos, ka nākamajos 5-10 gados LED lampas tiks uzlabotas - palielināsies lūmenu skaits uz patērēto vatu, un izmaksas ievērojami samazināsies. Tie kļūs ne mazāk populāri, kā kādreiz bija kvēlspuldzes, tikai izdevīgāk gan vidusmēra patērētājam, gan valstij. Bet tas prasīs laiku …