Energiasäästlikud LED-pirnid

Selles artiklis: LED-ide ajalugu LED-lamp – seade; LED-lambi omadused; tootjad ja hinnad; kodus energiasäästliku lambi valimine.

Milline valgustus peaks meil kodudes olema? Selle hinde kohta on kaks arvamust: leibkonnad – valgus peaks olema meeldiv ja mitte karm; riigi juhid – majade valgustus peaks tarbima võimalikult vähe elektrit. Energiakandjate hinnatõusmatust hinnatõusust saab tänava keskmine mees vähe aru, teda huvitab rohkem küsimus „miks need samad energiasäästlikud lambid on nii kallid“. Selles artiklis käsitletakse üksikasjalikult energiasäästlikke LED-lampe, mis lähitulevikus, hoolimata keskmise tarbija soovist või vastumeelsusest, valgustavad meie kodusid. Vaatame, kas need on kirjeldatuga sama head.?

LED-lampide ajalugu

Kõik sai alguse 1907. aastal, kui inglise insener Henry Round, laboratooriumis valgustuse välja lülitades, märkas kogemata pinge all oleva dioodi kontakti ümber hõõgumist. Ta otsustas, et hõõgumise põhjustas arvutustes tehtud viga ja ei pööranud sellele erilist tähelepanu, ehkki ta märkis seda asjaolu raportis..

Oleg Vladimirovitš Losev

16 aastat pärast seda sündmust asus Nõukogude füüsik Oleg Vladimirovitš Losev uurima imelikku kuma, mis ilmneb ränikarbiidi (karborundium) dioodi kontaktide jootmispunktis. Losev ei saanud hõõgumise olemust kunagi teada, märkides, et kõrge temperatuurini kuumutamist ei toimu – hõõgumise põhjus oli peidus mingis elektroonilises protsessis, teadusele neil aastatel tundmatu. Losevi poolt dioodide hõõgumist käsitleva uurimistöö tulemused tõlgiti mitmesse keelde ja avaldati paljudes teadusajakirjades, kuid ei äratanud suurt huvi. 20. sajandi alguses peeti tuttavaid hõõglambiga lampe üsna piisavateks ja asendamatuteks – polnud vaja leiutada midagi uut.

Pidev huvi dioodide sära vastu tekkis eelmise sajandi teisel poolel, kui ameeriklasest insener Rubin Brownstein teatas oma avastusest – galliumarseniidist (GaAs) valmistatud dioodid kiirgavad toiteallikana infrapunakiiri. Inseneri sõnul jälgis ta täpselt samasugust kiirgust dioodides, mis olid valmistatud indiumfosfiidist (InP), galliumi antimoniidist (GaSb) ja koosnevad räni-germaaniumi sulamist..

Esimese infrapuna dioodi patenteerisid 1961. aastal Ameerika teadlased Gary Pitman ja Robert Byard. Kuid ruumide valgustamiseks oli selliseid dioode võimatu kasutada, sest infrapunakiired asuvad väljaspool inimese silmale nähtavat spektrit.

Ameerika teadlane ja leiutaja Nick Holonyak

Täisvalgusdioodi looja oli Nick Holonyak Jr, kes 1962. aastal lõi nähtavat punast valgust kiirgava täisväärtusliku LED-valguse. LED-lampide “isaks” peetakse just Holonyakit. 10 aastat hiljem lõi tema õpilane George Craford esimese LED-i, mis kiirgab kollast valgust, ning suurendas ka punase ja oranžipunase LED-i heledust kümnekordselt..

Uued valgusallikad polnud aga eriti kaubanduslik nõudlus – muidugi seetõttu, et ühe LED-i hind oli sel ajal 200 dollarit. Esimese kaubanduslikult eduka valgusdioodide tootmise 1968. aastal asutas Ameerika ettevõte “Monsanto”, mis on spetsialiseerunud keemilistele toodetele. Need olid LED-id gallium-arseniidi ja indiumfosfiidi sulamitest. Just Monsanto muutis LED-id populaarseks ja laialt levinud elektroonilistes kalkulaatorites ja digitaalsetes käekellates – aastatel 1968– 1970 müüs LED-monopol kaks korda rohkem tooteid kui igal eelmisel kuul. LED-ide kasutuselevõtt elektroonikas on tingitud Hewlett-Packardist, kes hindas esimesena elektriseadmete LED-ide väärtust ja ostis neid aktiivselt Monsanto-st..

1970. aastal lõpetati Monsanto monopol LED-turgudel – dr Jean Ernie pooljuhtkiibide abil hakkas Ameerika ettevõte Fairchild Semiconductor tootma odavaid LED-e, mille väärtus oli viis senti.

Aastakümneid on LED-e aktiivselt kasutatud tarbe- ja tööstuselektroonikas, kuid mitte sisevalgustuseks. Idee luua täisväärtuslikud LED-lambid, mis suudavad meie kodusid paremini valgustada kui ükski “Ilyichi lamp”, tuli Jaapani ettevõttes “Nichia Corporation” töötanud Shuji Nakamural – just tema juhtimisel lõid ettevõtte insenerid 1993. aastal esimese suure heledusega sinise LED-i..

Esimene eredat valget valgust kiirgav LED loodi mitte nii kaua aega tagasi – 1997. aastal lõi selle Ameerika insener Fred Schubert.

Tänapäeval on energiasäästlikud LED-lambid juba olemas, kuid neid täiustatakse endiselt, sest esimesed LED-id, mille valguse intensiivsus muutus võrdseks ja ületas hõõglampide heledust, ilmusid alles XXI sajandi alguses..

Kuidas LED lamp töötab ja töötab

Mis tahes kaasaegse LED-lampi seade on järgmine:

• alus. Mis tahes laterna standardne element, mis on kavandatud lambipesasse kruvimiseks;
• ventilatsiooniavadega plastkorpuses suletud ballastkäiviti (juht). Teisendab vahelduvvoolu alalisvooluks, sisaldab võimsamaid kondensaatoreid kui päevavalguslambi liiteseadis. Põhjus on järgmine – LED-lampides dioodide tekitatav soojus ei ole suunatud väljapoole, vaid selle korpuse sisse, seetõttu on vajalik ballasti korpuse ventilatsiooniavad. Mis tahes LED-lambi kasutusiga on seotud korpuses olevate ventilatsiooniavade arvu ja kondensaatorite töökindlusega, samuti zeneri dioodidega, mis pingelanguse korral võrdsustavad pinge;
• alumiiniumradiaator. Selle väljaulatuvad ribid asuvad piki ja spiraali, mis parandab soojuse hajumist;
• tahvel, millele LED-id on paigaldatud. Alumiiniumist, radiaatori küljele kantakse termopasta, mis eemaldab kuumuse – 90% LED-ide soojuskiirgusest langeb alumiiniumplaadile, millesse need on paigaldatud;
• LEDid, arvuga 5, tagavad kogu lambi võimsuse. Nende tekitatud valgusvoog sõltub LED-de kvaliteedist;
• alumiiniumist siserõngale kinnitatud valgushajuti. Matteplastist on ette nähtud valgusvihu ühtlaseks hajutamiseks LEDidest. Praktiliselt ei soojendata.

LED-lambi peamised elemendid on LED-id – pooljuhtseadised, mis muudavad elektrivoolu valguse kiirguseks. Mis tahes LED koosneb mittejuhtivast põhimikust, millele asetatakse pooljuhtkristall – mõlemad need elemendid on suletud pakendis, mille ühel küljel on kontaktjuhtmed ja teisel küljel plastikklaas. Objektiivi ja kristalli vaheline vaba ruum on täidetud värvitu silikooniga, LED-i struktuur on kinnitatud alumiiniumist alusele, mis eemaldab kuumuse ja muudab LED-i jäigemaks.

Miks LED põleb? Kuma saladus seisneb elektronide rekombinatsioonis kahe erineva juhtivusega pooljuhi kontakti vahel. Pooljuhtkristall kontaktpunkti väljundpunktides leotatakse aktseptori lisandiga, mis sisaldab ühelt poolt ebapiisavat arvu elektrone, ja teiselt poolt doonorilisandit, kui elektronid on ohtralt. Toite rakendamisel rekombineeruvad elektronid ja saadud energia liigub nähtavaks valguseks. Esmapilgul tundub, et mida suurem on vool, seda intensiivsemalt LED helendab. Täpselt nii, valgusenergia intensiivsus on suurem, kuid samal ajal suureneb pooljuhi takistuse tõttu järsult dioodi kuumenemine, mille tagajärjel kontaktid sulavad või pooljuht põleb.

Energiasäästlike LED-pirnide plussid ja miinused

Tänapäeval eksisteerivatel LED-lampidel on nii eeliseid kui ka puudusi – nende arendamine meie kodudes täieõiguslikuks valgusallikaks pole veel lõppenud..

Positiivsed omadused:

• väikseim, võrreldes kõigi muud tüüpi majapidamislampidega, elektritarbimine – 8-10 korda vähem kui hõõglambiga lampidel;
• kõrge valgusefektiivsus, umbes 120 luumenit iga kulutatud energiavati kohta. Võrdluseks – Ilyichi lambide valgustugevus on 10–24 luumenit vatti kohta, luminofoorlampide puhul 60–100 luumenit vatti kohta;
• kõrgeim, võrreldes muude valgustuslampidega, kasutusiga umbes 50 000 tundi, tingimusel et LED-lamp ise on kõrgekvaliteedilise ehitusega ja selle valmistamisel kasutatakse kvaliteetseid materjale;
• spektri erinevate omaduste saamine ilma valgusfiltreid kasutamata, s.o. analoogia põhjal hõõglampidega;
• tugevus ja ohutus kasutajatele. LED-lamp ei purune ega kahjusta, kui see kogemata kukub, s.t. klaasikilde, mis on tüüpilised sarnaselt muude valgustuslampidega, ei saa. Selle elemendid ei sisalda keemilise päritoluga ohtlikke komponente, mis esinevad näiteks päevavalguslampides;
• ei sõltu sisse- ja väljalülitamise arvust, muude laternate puhul mõjutab sisse- ja väljalülitamise arv tõsiselt kasutusiga;
• töökindel – kõrgepinget pole vaja, LED-i ja ümbritseva armatuuri kõrgeim temperatuur ei ületa 60 ° С.

Negatiivsed omadused:

• kõrge hind. LED-lampide maksumus ületab täna 8-10 korda sarnase võimsusega luminofoorlampide maksumust. Jaehindade alandamine ilma kvaliteeti kaotamata on LED-lampide tootjate peamine väljakutse;
• vajadus jahutusradiaatori järele. Valgusdioodide mõõtmed on liiga väikesed ega ole piisavad, et töö käigus tekkivat soojust iseseisvalt hajutada – mida võimsam on LED-lamp, seda suurem on radiaatori suurus ja pindala, mida ta vajab. Sellest lähtuvalt mõjutab alumiiniumradiaatori muljetavaldav suurus lambi maksumust, lisaks on tavalistesse lampidesse võimas LED-lampi keeruline või võimatu paigaldada – see ei mahu neisse;
• LED-de valgusvoogu võrdsustava kondensaatori puudumisel on märgatav valguse pulss;
• kui odavate LED-ide põhjal lampi ehitatakse, vähendatakse selle valguse võimsust maksimaalselt 100 lm / W ja see võrdub luminofoorlampidega, s.o. kaotatakse LED-lambi oluline eelis;
• LEDide tekitatud valgusspekter on ühevärviline ja erineb oluliselt loodusliku päikesevalguse omast. Monokroomse valguskiirguse pehmendamiseks on vaja spetsiaalset fosforite kompositsiooni;
• genereeritav valgusvoog on kitsalt suunatud ja nõuab mitmete mitme suunaga lampide või valgus hajuti paigaldamist, kuid viimase kasutamine vähendab oluliselt valgustuse intensiivsust.

Kuidas oma koju LED-lampi valida?

Venemaal asuvates riistvarakauplustes pole energiasäästlikud LED-lambid nii laialt levinud kui fluorestsentslambid – need on kallimad, seetõttu on nad vähem nõudlusega. Suurimad LED-lampide tootjad: American General Electric, Saksa Osram, Bioledex ja BLV licht, Hollandi Philips, India Sylvania, Vene Optogan – nende toodete maksumus varieerub vahemikus 600–3000 rubla … ühe lambi jaoks.

Lisaks tuntud kaubamärkidele leidub kauplustes sageli Hiina ja väikeste kodumaiste tootjate odavaid LED-lampe – minu arvates ei tohiks te nende tooteid osta, kuna madalad kulud tulenevad tõenäoliselt komponentide kokkuhoiust, mis tähendab, et sellised lambid ei kesta kaua.

Ja nüüd LED-lampide valimise kriteeriumide kohta:

• lambi võimsus. 100 W hõõglamp vastab 12-15 W LED-lampile ja 15 W LED-lambi valgusvoog on pisut intensiivsem kui 100 W Ilyichi lambil;
• kerge temperatuur. Valguse temperatuur Kelvinis trükitakse pakendile või lambi korpusele, meie päikesevalguse temperatuur on 2700 – 3000 K. Lampide valguse temperatuur tuleneb selle päritolust ahjus kuumutatud metallvarda värvist – kuni 3000 K on kollakasvalge , muutub temperatuuri tõustes üha valgemaks. Temperatuuril üle 3000 K valgust kiirgavad lambid on heledamad, kuid nende valgust on raske taluda ja need on sobivad ainult kontoriruumides;
• valgustusnurk. Kui lambis asuvad kõik LED-id asuvad samal tasapinnal, siis on valgustuse olemus fokuseeritud, kitsalt suunatud – iga LED kiirgab suunatud valgusvoogu. Ruumi valguse hajutamiseks ja tõhusaks valgustamiseks on mugav, kui LED-id on paigutatud mitmele tasapinnale ja lamp ise on varustatud valgust hajutavate läätsedega, mis on seestpoolt kaetud fosforiga;
• värvide renderdamise suhe. Selle väärtus tuleks näidata lambi pakendil, LED-ide puhul on koefitsient tavaliselt 70–95 – mida suurem on pakendile antud väärtus, seda paremini LED-lamp paistab ja vastupidi. Kui pakendil on märgitud värviedastusindeks 95 ja lambi enda maksumus on madal, on see katse ostjat petta, odavatel lampidel ei saa olla nii kõrge värvilahendus;
• soojuse eemaldamine. Alumiiniumradiaatori olemasolu on vajalik ja kui alumiiniumi asemel kasutatakse plastikut, keelduge selle lambi ostmisest, see ei kesta kaua;
• töötunnid. Tavaliselt tsiteerivad tootjad 30 000 töötundi, mis on tegelikult keskmine. Lamp ise töötab pärast seda perioodi edasi, kuid selle heledus väheneb umbes 30% – LED-ide kuumutamine aja jooksul vähendab valgusvoo intensiivsust.

Ma ei kahtle, et järgmise 5-10 aasta jooksul täiustatakse LED-lampe – suureneb luumenite arv tarbitud vatti kohta ja kulud vähenevad märkimisväärselt. Need muutuvad vähem populaarseteks, kui kunagi varem olid hõõglambid, ainult keskmise tarbija ja riigi jaoks tulusamad. Kuid see võtab aega …