какая светодиодная лампа имеет наибольшую световую отдачу
Светоотдача светодиодных светильников и ламп. Простая математика.
Нередко приходится слышать о световой отдаче светодиодных светильников и ламп от 100 до 130 Люмен на Ватт (Лм/Вт). Например, многие поставщики утверждают, что их светильник мощностью 50 Вт выдают световой поток 5000 Лм. Нетрудно посчитать, что светоотдача в этом случае составляет 100 Лм/Вт.
Есть и более оптимистичные примеры, когда светодиодная лампа или светильник обладает световой отдачей не менее 130 Лм/Вт.
Самое печальное, что в это верят многочисленные покупатели, которых вводят в заблуждение. Для того чтобы расставить все точки над «И» приведу пример элементарного математического подсчета потерь стандартного светодиодного осветительного устройства.
Возьмем самый-самый диод от CREЕ со световой отдачей 139 Лм/Вт.
Он ведь у вас вставлен в устройство, значит, будет греться. Тепловые потери 15%.
Остается 118 Лм/Вт.
Диод подключен к источнику питания. У самого лучшего из них КПД 0,9, у обычного 0,83-0,85. (Например, у Meanwell даже 0,73!) И с этим ничего не поделать, ведь внутри транзисторы, катушки, конденсаторы, все это греется, и часть энергии переходит в тепловую. Потери неизбежны. (У обычного трансформатора, где переменка вход и выход КПД не более 0,95.)
Остается 100,5 Лм/Вт.
В светильнике вы используете оптику. Потери на рефлекторе угол 60-70 градусов 0,9. Плюс защитное стекло. Если предположить, что оно самое простое прозрачное, вычитаем коэф.преломления 0,93.
Остается 94 Лм/Вт.
ИТОГО: оптический выход 94 лм на Вт.
Безусловно, всем бы хотелось, чтобы светодиодный светильник или лампа выдавали 130 или 140 Лм/Вт. Этого хотят и производители диодов, и производители световых приборов с использованием светодиодов и потребители этой светотехники. Идет игра, где все пытаются получить большую светоотдачу.
Объективное сравнение светового потока и светоотдачи светодиода производителями LED искажено в меньшей степени. Сравнивать световой поток диодов можно в так называемой «рабочей точке», т.е. при нагреве 60 градусов Цельсия, далее характеристики диода будут падать. Все же, именитые производители, такие как CREE или NICHIA дорожат своей репутацией и их данным можно верить.
Что же касается производителей светодиодных светильников и ламп, то здесь надо быть на стороже. Учитывайте все вышеназванные потери на устройствах. Плюс, имейте ввиду, что для того, чтобы потери при нагреве были не больше, чем указано выше, нужен эффективный теплотвод. На один Вт диода необходимо порядка 20 кв.см площади радиатора.
Светодиодные лампы: основные характеристики, мощность, световой поток
Светодиодные осветительные приборы, появившиеся относительно недавно, уже успели завоевать большую популярность, но споры относительно их эффективности и не думают утихать. Одни напирают на исключительно высокую светоотдачу, приводя в качестве аргументов всевозможные таблицы световых потоков светодиодных ламп, другие – на высокую стоимость, забыв про долговечность этих приборов. Так что собой представляют светодиодные лампы, какими характеристиками обладают, и имеет ли смысл менять старые добрые лампы накаливания на светодиодные? Давай попробуем вместе разобраться в данном вопросе, чтобы, наконец, закрыть эту бесконечную тему.
Устройство LED-ламп
Прежде всего, давай разберемся, что такое светодиодная лампочка и как она светит. В 1907 году британец Генри Раунд заметил, что полупроводниковый диод под действием электрического тока при некоторых условиях начинает излучать видимый свет. И хотя до применения этого эффекта на практике понадобилось более 60 лет, начало было положено. Сегодня технология производства сверхъярких диодов отлично отлажена, а световой поток полупроводников настолько велик, что диоды вполне в состоянии заменить обычные осветительные лампочки.
Современный сверхъяркий диод
Конечно, мощности светового потока одного полупроводника недостаточно для освещения, скажем, комнаты, но эту проблему легко обойти, собрав «лампочку» из нескольких светодиодов. Конструкторы даже пошли дальше – они не стали снабжать каждый полупроводник своим корпусом, а поместили на одну подложку сразу несколько кристаллов. Такие сборки стали называть матрицами:
Матрица из ста бескорпусных диодов
Как ты наверняка заметил, глядя на фото выше, и отдельные диоды, и матрицы имеют одну особенность – их световой поток направлен в одну сторону. Это очень удобно для сборки направленных осветительных приборов, к примеру, прожекторов, но мало подходит для приборов рассеянного света. Зачем тебе лампочка-прожектор, скажем, в люстре? Как конструкторы обошли эту проблему, я думаю, ты уже догадался: они просто расположили полупроводники под разными углами, направив световые потоки каждого прибора в определенную сторону.
Световой поток этих светодиодных ламп направлен практически во все стороны
Несмотря на то, что светоизлучающие диоды обладают очень высоким КПД, какая-то часть энергии все равно расходуется на тепло. Если мощность осветителя невелика, то в этом нет ничего страшного. Но для освещения того же помещения светового потока лампочки мощностью в ватт явно недостаточно. Поэтому практически все светодиодные осветители имеют в своем составе радиатор – металлическую ребристую пластину, отводящую тепло от кристаллов и отдающую его в воздух. В некоторых конструкциях радиатор находится внутри корпуса, в других его можно увидеть снаружи. То же самое касается и любых других осветительных устройств, работающих на полупроводниках, – они тоже имеют в своем составе радиатор.
Радиатор в диодных лампочках (слева) и полупроводниковом прожекторе
И последний немаловажный штрих – питание. Диоды питаются постоянным и относительно невысоким напряжением, поэтому подключить их напрямую к обычной розетке не получится. Прежде чем подать напряжение на кристалл, его нужно понизить и выпрямить (сделать постоянным). Эту задачу исполняет специальный блок – контроллер питания или драйвер. Обычно драйвер уже встроен в осветитель или лампочку, поэтому многие о существовании этого достаточно сложного электронного узла даже не подозревают.
Драйверы питания диодной лампочки (слева) и светодиодного прожектора
Кроме вышеуказанных функций, драйвер следит за током через диоды и защищает их от случайных бросков и колебаний напряжения.
Основные характеристики светодиодных источников света
Пора перейти к характеристикам светодиодных устройств. Основные из них такие же, как и у любых других осветительных приборов:
Потребляемая мощность
Эта цифра, обязательно обозначенная в сопроводительной документации к любым электроприборам, характеризует не столько уровень светового потока (хотя связь, конечно, есть), сколько энергопотребление – электрическую мощность, которую потребляет этот самый прибор. Измеряется она в ваттах (Вт или W). К примеру, устройство мощностью 10 Вт сожжет за час 10 ваттчасов, а за сто часов – 10 * 100 = 1 000 Вт/ч или 1 кВт/ч. Все предельно просто: чем устройство меньше потребляет, тем меньше ты будешь платить за электроэнергию.
Угол рассеивания
Этот показатель характеризует величину сектора, покрываемого заявленным световым потоком. У обычного устройства накаливания сектор почти круговой, у единичного светоизлучающего полупроводника он, как ты помнишь, не может быть больше 180 градусов (обычно около 120). Изменяют угол рассеивания светового потока не только за счет конструкции самих лампочек, но и при помощи рефлекторов (отражателей) и фокусирующих линз, встроенных в осветительное оборудование. У современных осветителей угол рассеивания светового потока может быть любым – от единиц градусов для дальнобойных точечных прожекторов до почти полной сферы. Для любителей конструировать весьма интересным может оказаться вариант освещения светодиодной лентой. Она достаточно гибкая и позволяет получить самые различные и порой весьма причудливые углы рассеяния светового потока, зависящие только от фантазии дизайнера.
Изменение угла рассеивания в зависимости от конструкции лампочки
Создаваемый световой поток
Световой поток – очень важная характеристика. Не вдаваясь в научные термины, можно сказать, что световой поток – количество излучаемой световой энергии в единицу времени. Иными словами, чем выше у лампы световой поток, тем ярче она светит. Измеряется световой поток в люменах. Но здесь есть одна хитрость, которую необходимо учитывать при выборе светильника. Дело в том, что световой поток – это вся световая энергия, излучаемая источником.
У классической лампочки накаливания, к примеру, световой поток направлен во все стороны за исключением цоколя, у светодиода – только в одну. Поэтому, если оценивать показатель светового потока этих двух приборов «на глаз», легко ошибиться. Лампочка накаливания, выдающая столько же люмен, сколько и светодиод, визуально будет казаться намного более тусклой. Причина понятна: в первом случае света, «улетевшего» мимо нашего глаза, окажется намного больше. Но стоит лампочку установить перед зеркалом, как разница в яркости станет не так заметна.
То же самое произойдет, если вместо светоизлучающего диода взять вторую лампочку и поместить ее в прожектор. Фокусирующая система прожектора направит «задний» свет лампочки нам в глаза, и она будет казаться ярче.
Световой поток – весь свет, излучаемый осветительным прибором независимо от направления
Таким образом, визуальная яркость зависит не только от силы светового потока, но и от угла рассеяния этого потока. Меньше угол – выше плотность светового потока.
Цветовая температура
Ты наверняка замечал, что свет обычной лампочки со спиралью сильно отличается от освещения, к примеру, трубчатыми лампами дневного света. В первом случае свет теплый, «домашний», во втором – холодный, «больничный». Такое ощущение создается спектром излучения осветительного прибора. Лампочка со спиралью излучает больше красного, люминесцентная – больше синего, который ассоциируется у нас с холодным.
Чтобы различать осветительные приборы по этим характеристикам, было введено понятие цветовой температуры, которая измеряется в кельвинах (К). Чем она выше, тем больше спектр излучения смещен в сторону синего, и тем он «холоднее» визуально. Осветительные фонари на светодиодах тоже могут иметь различную цветовую температуру, поэтому выбирая осветитель, помимо создаваемого им светового потока, не забывай взглянуть и на этот параметр.
Шкала цветовых температур
Не путай! Цветовая температура не имеет никакого отношения к температуре самого осветительного прибора, измеряемой в градусах Цельсия. Светодиодные лампочки нагреваются до 50 градусов, а лампы накаливания – до 170 и выше, но на их цветовую температуру это не влияет.
Коэффициент пульсаций
Эта характеристика показывает, насколько сильно свет, излучаемый осветительным прибором, пульсирует. В идеале уровень пульсаций, конечно, должен быть равен нулю, но такого не может быть хотя бы потому, что в осветительной сети напряжение переменное. И если пульсация лампочек накаливания не очень заметна из-за инерционности раскаленной спирали, люминесцентные и светодиодные приборы на пульсации питающего напряжения реагируют мгновенными «провалами» светового потока. Даже если пульсации незаметны “на глаз”, здоровья самим глазам они не прибавляют. Согласно существующим нормам коэффициент пульсации светового потока осветительных приборов не должен превышать 10%, а в помещениях с ПК – 5%.
Надо отдать должное производителям – практически все существующие на сегодня типы осветителей, включая диодные, в эти нормы укладываются. Исключение могут составлять лишь очень маломощные лампы накаливания (до 15-20%) и люминесцентные светильники с электромагнитными ПРА (40%). Что касается светодиодных источников света, они могут заметно мерцать только в том случае, если собраны в гараже дядюшки Ляо и куплены за копейки в ближайшем переходе.
Светоотдача светодиодных ламп
Эту важную техническую характеристику я не внес в общий список и специально оставил напоследок, во-первых, потому, что она относится не к каждой конкретной лампе, а ко всему классу. А, во-вторых, разобравшись со светоотдачей, ты сможешь понять, насколько эффективен тот или иной тип осветительных приборов. Светоотдача представляет собой отношение светового потока к потребляемой мощности светильника и обозначается как лм/Вт. Этот параметр в буквальном смысле показывает, насколько эффективно прибор преобразует электрическую энергию в световую.
Что касается светодиодных источников света, то на сегодня их светоотдача составляет 60-120 лм/Вт, причем по мере совершенствования технологий этот показатель продолжает расти. Предположим, количество люмен у светодиода мощностью 1 ватт – 100. Это много или мало? Взгляни на сравнительную таблицу:
Сравнительная таблица энергоэффективности ламп разных типов
Как видно из таблички, хорошо знакомая тебе компактная люминесцентная лампа («энергосберегайка»), к примеру, при той же мощности будет светить почти в 2 раза слабее, чем ее полупроводниковый собрат. Про лампу накаливания и говорить неловко. 8 из 10 ватт, которые светодиодный прибор преобразовал бы в световой поток, лампа Ильича превращает в тепло. Эффективность же диодного светильника благодаря светоотдаче на сегодняшний день самая высокая.
Но вернемся к нашим светодиодам. Можно ли выбирать такие лампы не по световому потоку, а по потребляемой мощности? Поскольку ты знаешь, какое количество люмен производит светодиод одним ваттом электроэнергии, то понимаешь: конечно, можно. Чтобы получить световой поток, достаточно умножить мощность лампы на 80. Точной цифры ты, конечно, не получишь, поскольку реальная светоотдача зависит от многих факторов, включая технологию производства, материалы, тип и количество используемых светодиодов. Но полученный результат вполне сгодится для бытового использования.
Не забудь! Коэффициент 80 для вычисления создаваемого светового потока по потребляемой мощности годится только для светодиодных ламп. Для всех остальных типов осветительных приборов он будет другим.
Для тех, кто не любит умножать, я приведу табличку зависимости светового потока от мощности лампы для приборов различного типа:
Что такое светоотдача? Сравнение светильников и ламп.
Большинство из вас слышали о таком параметре как световая отдача. Что он означает и как его правильно понимать?
В первую очередь он показывает, насколько эффективно электроэнергия в светильнике, преобразуется в видимый поток света. Не на тепло или другие потери, а именно на реальное освещение.
Грубо говоря, это своеобразный КПД. Единица измерения светоотдачи – Люмен/Ватт.
Простые лампочки накаливания, люминесцентные, ДРЛ, НЛ и светодиодные одной и той же мощности, имеют различную световую отдачу.
Больше всего этот параметр у светодиодных элементов. А у простой 100 ваттной лампочки самый низкий КПД. У нее всего 2% из всей затрачиваемой энергии идет на освещение.
Однако здесь многое зависит и от самого светильника, его формы, конструкции, производителя и т.д.
Если большинство параметров у различных светильников одинаковые, то главный фактор выбора того или иного источника света – это его световая отдача.
Чтобы его узнать, необходимо световой поток источника света разделить на мощность светильника. В итоге и получим данные, измеряемые в Лм/Вт.
Теоретически считается, что эти данные должны затрагивать только сам источник света и никоим образом не касаться всего светильника.
Однако практика показывает, что огромный вклад в конечный итог величины светоотдачи оказывают:
Как правильно понимать технические характеристики светодиодов – краткое разъяснение
Многие производители светодиодов пытаются сохранить свои позиции на рынке за счет того, что предоставляют минимальный объем технической информации о своих продуктах, и даже та информация, которую мы получаем, не рассказывает нам всю правду. Но это информация, которая нам действительно нужна, когда мы хотим указать в спецификации технические характеристики светодиодного продукта.
Фотометрические характеристики
Номинальный световой поток (люмены: лм)
Традиционно показатель светового потока зависел от интенсивности света, излучаемого источником освещения, независимо от влияния светильника и любого оптического устройства управления. Нет причин, по которым производители светодиодов должны были указывать какие-либо характеристики иначе, чем они есть на самом деле, но этот простой параметр намеренно вводил в заблуждение из-за того, что некоторые светодиоды не являются независимыми устройствами, а встроены непосредственно в светильник. Но этого следует коснуться при обсуждении параметра «Коэффициент полезного действия источника света» (см. ниже). В отношении светодиодных панелей указание этих параметров особенно вводило в заблуждение.
Это тот показатель, за которым «гнался» каждый производитель последние десять лет и даже более длительный период. Сначала настоящей целью было превысить уровень эффективности, который требовался в соответствии с нормативными положениями, регламентирующими уровень энергоэффективности. Эта цель была достигнута несколько лет назад.
Есть предположение, что стремление к постоянному повышению показателей энергоэффективности приведет к ухудшению качества осветительных систем, поскольку более высокая светоотдача светильников будет способствовать меньшей равномерности освещенности в пространстве, и все это в попытке удержать показатели световой эффективности.
Световая отдача (коэффициент полезного действия источника света: LOR)
В мире не существует на 100% эффективного светильника, несмотря на заявления некоторых производителей светодиодов об обратном. Как только источник света подключается к светильнику, выходные характеристики источника света меняются. Каждый светильник должен иметь коэффициент полезного действия, хотя многие производители и предпочитают не рассказывать вам, что это такое.
Распределение интенсивности (измеряется в канделах: кд)
Показатель максимальной интенсивности обычно находится в центре светового луча. Параметр интенсивности по краям луча обычно указывается в половину от максимальной интенсивности.
Несмотря на то, что ситуация в какой-то степени улучшилась, все еще есть ощущение, как будто производители светодиодов решили, что фактические эксплуатационные качества светильника не имеют значения, будь то узко направленный луч точечного светильника или широко направленный луч осветительного прожектора, это не важно.
Номинальный срок службы светодиодов
Инженер по устройствам освещения Джеймс Хукер проводит испытания на проверку срока службы устройств
Указанный параметр «50 000 часов при L70» означает, что светильник потеряет 30% света за 50 000 часов.
«50 000 часов при L90» говорит нам о том, что светильник теряет только 10% света за тот же период времени.
С данным параметром связана другая метрика – «процент отказов». Речь идет о процентной доле светодиодных модулей, которые могут выйти из строя к тому моменту, когда светильник достигнет номинального срока службы. Вы не увидите этот параметр в технических спецификациях.
Цветовые характеристики
Все источники света деградируют в процессе эксплуатации, и светодиод не является исключением. В процессе использования светодиодов, с ними происходят две вещи, световая отдача снижается и ухудшается качество цвета. Правильно описанные технические характеристики будут содержать данные об этих изменениях в процессе эксплуатации.
Индекс цветопередачи (CRI)
Коррелированная цветовая температура (CCT)
Исторически сложилось так, что одной из основных проблем многих источников освещения была тенденция продолжать использовать лампу долгое время после того, как ее цветовые характеристики ухудшились до такой степени, что лампу уже нельзя использовать. Светодиод здесь не является исключением, и в течение расчетного срока службы можно ожидать, что цветовые характеристики могут ухудшиться. Параметр расчетного срока службы светодиода должен учитывать эту деградацию, а также снижение показателя светового потока. Лишь некоторые компании учитывают этот аспект.
Есть два показателя, которые действительно полезно указывать: цветопередача и цветовая температура в конце расчетного срока службы (L70 и прочие)
Пороги цветоразличия (бины)
Упрощенная версия порогов цветоразличия. Предоставлено: Xicato
В отношении светодиодов также введена новая метрика; «пороги цветоразличия» (McAE). Это стало необходимо из-за несоответствия цветовых характеристик светодиодов после того, как они миллионами штук выходят с промышленных сборочных линий. Параметр «порогов цветоразличения» основан на принципе «едва заметной разницы» между светодиодными чипами. Когда партия чипов имеет одинаковую светоотдачу, их относят к одному порогу цветоразличения. Чем больше разброс показателей, тем большее количество порогов цветоразличения получается.
Хороший производитель, как правило, поставляет продукцию, имеющую два или три порога цветоразличения. Если заявленное количество порогов превышает шесть, ищите другой светодиод.
Опять же, по мере того, как светодиоды приобретают большой срок службы и их цветовые характеристики ухудшаются, количество порогов цветоразличения увеличивается, показывая деградацию изначально заданных показателей цветопередачи. Таким образом, еще одна метрика была бы ценной: отклонение показателя порогов цветоразличения в течение номинального срока службы.
Настраиваемые белые цвета
Электрические характеристики
Любой светодиодный светильник является, прежде всего, электрическим устройством, и есть параметры работы светодиодов, о которых необходимо сообщать в технической спецификации.
Номинальная входная мощность (в Вт)
Входная мощность имеет отношение к общей мощности, потребляемой светильником, включая любое управляющее устройство в цепи.
Управляющий ток (в мА)
Яркость светодиода зависит от управляющего тока драйвера. Чем выше управляющий ток, тем выше светоотдача, но срок службы светодиода снизится. Стандартное значение управляющего тока составляет 350 мА, но может быть и по-другому.
Хорошие или неожиданно высокие показатели световой отдачи могут быть результатом того, что драйвер имеет более высокое напряжение, и, как следствие, показатели расчетного срока службы могут колебаться.
Коэффициент мощности
По своей природе электрическая схема светодиода имеет низкий коэффициент мощности, менее 0,5.
Хотя от производителей не требуется улучшать коэффициент мощности любого светильника с номинальной мощностью менее 26 Вт, это должно быть само собой разумеющимся для любого производителя, который привержен хорошим технологиям и заявляет хорошие показатели.
Ни один светодиодный светильник не должен иметь коэффициент мощности ниже 0,85.