Làm thế nào hiệu quả là đèn LED?

Nói chung tôi thấy hiệu quả liên quan đến lumens trên mỗi watt, nhưng hiệu quả thực tế điển hình của đèn LED về mặt năng lượng điện trong năng lượng quang học là gì? Những loại chuyển đổi áp dụng?

led efficiency

— Dirk Bruere
nguồn

Không có điển hình, nó rất khác nhau giữa các nhà sản xuất, màu sắc, công suất đầu ra và hoạt động.

— PlasmaHH

@PlasmaHH Có - nhưng tôi muốn một số dữ liệu có màu sắc, công suất đầu ra, v.v. làm tham số. Ví dụ, đèn LED màu hiệu quả nhất là gì? Là IR hoặc UV hiệu quả hơn so với hình ảnh, v.v.

— Dirk Bruere

'Tôi đã đọc ở đâu đó' (luôn luôn là một khởi đầu tồi tệ) rằng hiệu suất phát sáng tối đa theo lý thuyết, khi được tính bằng cách sử dụng trọng số trắc quang được sử dụng cho lumens ánh sáng trắng, là 250 lumens / watt, trên mức chuyển đổi 100% năng lượng thành ánh sáng. Nếu đúng, điều đó có nghĩa là 100 lum / watt của đèn LED tốt nhất là khá tốt, và có phạm vi cho những cải tiến nhỏ, nhưng không có yếu tố lớn. Nguồn đơn sắc nên cho số liệu tốt hơn.

— Neil_UK

@DirkBruere: đó là một số nỗ lực nghiên cứu nghiêm túc để làm, tôi nghi ngờ bất cứ ai sẽ làm điều đó ở đây.

— PlasmaHH

Như Arsenal lưu ý, đèn LED trắng hiệu suất thương mại hàng đầu có "hiệu suất" khoảng 200 lum / watt và hơn 50% năng lượng điện đầu vào để đèn LED phát sáng. [!!!!]

— Russell McMahon

Câu trả lời:

Để làm cho mọi thứ rõ ràng, hãy xác định những gì chúng ta đang nói về.

Có hai thuật ngữ được trộn lẫn khá thường xuyên:

Hiệu suất chiếu sáng:

Hiệu suất phát sáng là một đại lượng không thứ nguyên có nguồn gốc từ hiệu quả phát sáng. Nó chỉ đơn giản là thương số của hiệu quả phát sáng của nguồn và hiệu quả phát sáng tối đa có thể có của bức xạ.

Hiệu quả chiếu sáng:

Đây là giá trị bạn thấy thường xuyên hơn. Nó thường có đơn vị lum trên mỗi watt. Và cung cấp thông lượng phát sáng trên mỗi công suất, đây là một đại lượng hữu ích để xem chúng ta sẽ nhận được bao nhiêu ánh sáng với một công suất nhất định.

Với điều này, chúng tôi phải cẩn thận một chút là tốt. Bởi vì năng lượng có thể là thông lượng bức xạ của nguồn hoặc năng lượng điện. Vì vậy, cái trước có thể được gọi là hiệu quả phát sáng của bức xạ, và hiệu quả phát sáng sau của nguồn hoặc hiệu quả phát sáng tổng thể.

Bây giờ vấn đề phát sinh, rằng chúng ta không thể nhìn thấy tất cả các màu như nhau. Và lumens thực sự có trọng số dựa trên phản ứng của mắt chúng ta:

_{^{Tên miền công cộng, liên kết}}

Vì vậy, với điều này, bạn có thể tạo một số giá trị của giới hạn trên (dựa trên định nghĩa lại của candela đơn vị ). Đây sẽ là hiệu quả phát sáng của bức xạ .

Đó là:

Đèn xanh ở bước sóng 555nm: 683 lm / W
Tối đa cho CRI = 95 ở mức 5800K: 310 lm / W (dựa trên bộ tản nhiệt cơ thể màu đen cắt ngắn)
Tối đa cho CRI = 95 tại 2800 K: 370 lm / W

Để biết thêm xem tại đây .

Nếu bạn hạ thấp chỉ số kết xuất màu (CRI), bạn có thể đạt được các giá trị cao hơn. Nhưng không cao hơn 683 lm / W.

Vậy làm thế nào hiệu quả là đèn LED?

Ở đây chúng tôi có các giá trị về hiệu quả phát sáng của một nguồn .

Vâng, có một cuộc đua của hiệu quả. Cree đã đăng một thông cáo báo chí với đèn LED trong phòng thí nghiệm là 303 lm / W ở mức 5150K. CRI không được đề cập, tôi đoán nó thấp hơn 95, nhưng dựa trên dữ liệu ở trên, có vẻ như nó sẽ có hiệu suất phát sáng của một cái gì đó như 80% đến 90%.

Tất nhiên đèn LED trung bình có sẵn của bạn có ít hơn. 100 lm / W sẽ vào khoảng 25% đến 30% và chip 200 lm / W mới được công bố gần đây (tính đến tháng 8 năm 2017) đạt 50% đến 60%.

Lưu ý rằng ở trên là dành cho tầm nhìn quang (tầm nhìn ban ngày), mọi thứ thay đổi với tầm nhìn scotopic, nhưng điều đó thường không thú vị lắm.

Nếu bạn thực sự muốn đi vào can đảm của nó, bạn phải lấy phổ của đèn LED và tìm ra mức tối đa lý thuyết cao nhất cho phổ đó là gì (dựa trên đường cong trọng số) và sau đó bạn có thể tính giá trị.

Vì mỗi đèn LED có một phổ khác nhau, thật khó để có được dữ liệu này một cách dễ dàng.

_{^{Tôi hy vọng tôi đã không phạm sai lầm ở đây, bởi vì tôi luôn thấy chủ đề hơi khó hiểu cho dù tôi có xem lại nó bao nhiêu lần đi chăng nữa.}}

— Arsenal
nguồn

Vì vậy, nếu đèn LED ngoài kệ của bạn có hiệu suất từ 25-50%, và đèn LED ngoài kệ của bạn có thể sử dụng 5-10 watt điện, và đèn sợi đốt của bạn sẽ sử dụng bóng đèn sợi đốt để sử dụng 50 - 100 watt (tương tự chiếu sáng), điều đó có nghĩa là bóng đèn sợi đốt có hiệu suất 2,5-5%?

— Sidney

@Sidney Vâng, một cái gì đó xung quanh đó. Bóng đèn sợi đốt phát ra thứ gì đó trong khoảng từ 10 đến 15 lm / W ở khoảng 2500 K đến 3000 K, với giá trị hiệu quả phát sáng trên 370 lm / W, bạn sẽ đạt được hiệu suất phát sáng khoảng 3% đến 4%. Vâng, khá tệ.

— Arsenal

Giả sử giá của các chip Cree bị thay đổi bởi tổng mức tiêu thụ năng lượng trong suốt vòng đời dự kiến, thì kết quả này về cơ bản kết thúc nỗ lực 700 năm của nhân loại để giảm chi phí chiếu sáng: ourworldindata.org/light - kết quả tốt nhất có thể chỉ là một Cải thiện 10%.

— user14717

Một câu hỏi tiếp theo liên quan đến đèn LED màu và một câu trả lời đúng hy vọng có thể được tìm thấy ở đây: Electronics.stackexchange.com/questions/325949/

— Arsenal

Như đã lưu ý trong các ý kiến, nó phụ thuộc.

Đèn LED cũ thường có hiệu suất thấp hơn các loại mới hơn.

Một số bóng đèn có thiết bị điện tử hiệu quả hơn để chuyển đổi điện áp nguồn thành điện áp DC cần thiết cho đèn LED.

Nhưng đối với một bóng đèn LED nhất định, bạn có thể ước tính mức năng lượng cần thiết cho một bóng đèn sợi đốt (với một lượng ánh sáng tương tự) được in trên hộp. Theo Wikipedia hiệu suất trung bình của bóng đèn sợi đốt là 2,2%.

Hãy lấy bóng đèn Ikea "LEDARE" E-27 600 lum làm ví dụ:

Công suất tương đương cho bóng đèn sợi đốt: 48 W Công suất thực tế được sử dụng: 8,6 W

Vì vậy, điều đó có nghĩa là bóng đèn này tuyên bố là 48 / 8,6 = 5,6

hiệu quả gấp nhiều lần so với bóng đèn sợi đốt, do đó sẽ dẫn đến:

5,6 * 2,2% = 12,3% hiệu quả.

Đối với đèn Ledea Ikea này.

Lưu ý rằng đây là tổng số hiệu suất nên hiệu quả của thiết bị điện tử nhân với hiệu suất của chính đèn LED.

Thiết bị điện tử điều khiển LED thích hợp nên có hiệu suất 85 - 99% (đó là phỏng đoán cá nhân của tôi!) Vì vậy, hiệu quả thực tế của đèn LED sẽ cao hơn một chút so với 12,3% tôi vừa tính.

Tất nhiên, điều đó giả sử tất cả các con số được đưa ra bởi Ikea là đúng.

— Bimpelrekkie
nguồn

Cảm ơn. Tuy nhiên, tôi quan tâm nhiều hơn đến đèn LED thực tế hơn là toàn bộ phụ kiện ánh sáng

— Dirk Bruere

Bạn cần 1 / 683W công suất để tạo ra 1 lum ánh sáng. Nó có nghĩa là hiệu quả là khoảng 12%. Đây là cách nó thực hiện:

Đầu tiên, giả sử rằng chúng ta có một ánh sáng tỏa đều cho tất cả các hướng. Theo định nghĩa, 1 candela là 1 / 683W (ánh sáng đơn sắc 550nm). 1 candela tỏa ra 1 góc Steradian, bằng 1 / 4π (8%) diện tích bề mặt hình cầu đầy đủ. Vì vậy, bạn cần 4π / 683W để tạo ra 1 candela cho tất cả các hướng và tổng quang thông là 4π = 12,6 lm.

Công suất nào bằng 1 lm? Bạn nhận được nó bằng cách chia 4π / 683W cho 4π và kết quả cuối cùng là (4π / 683W) / 4π = 1 / 683W. Về cơ bản, bạn cần 1 / 683W công suất để tạo ra quang thông 1 lum (1 / 4π = 0,08 candela cho tất cả 1 góc Steradian).

Sử dụng con số trên, bạn cần 900 lần 1 / 683W = 1,32W để tạo ra quang thông 900 lumen.

Bóng đèn thực sự của tôi, được mua từ một cửa hàng địa phương, với công suất 900 lm và 11W điện. Tôi cho rằng nó tỏa ra ánh sáng như nhau cho tất cả các hướng. Sử dụng các số liệu trước, hiệu suất điện của bóng đèn là 1,32 W / 11 W = 0,12 tương đương với hiệu suất 12%.

— Kỹ sư Hannu
nguồn

You are introducing quite a bit of error in assuming that you light bulb is emitting monochromatic green light. As stated in my answer the maximum lumen per watt depends on the light temperature and the color rendering index. @2700K, which is a typical value for household bulbs, you end up with a value of 370 lm/W, so your bulb would be 22 % efficient.

— Arsenal