Энергоэффективность светодиодов — миф или реальность?

Одной из самых известных характеристик светодиодов является их высокая энергоэффективность. В самом деле, светодиоды напрямую преобразуют электрическую энергию в свет и этим выгодно отличаются, например, от тех же ламп накаливания, которые больше нагревают пространство, чем освещают его. Означает ли это, что замена галогенных светильников на светодиодные автоматически снизит ваши счета на электроэнергию? Консультант в области индустрии развлечений Майк Вуд считает, что об этом пока рано говорить.

Эксперт утверждает, что энергоэффективность светодиодов, заявленная в спецификации, и полезный выход от светильника в целом — совершенно разные вещи. И вот почему.

1. Снижение эффективности при перегреве

Следует понимать, что показатели эффективности, определённые производителем, получены в лабораторных условиях. Это означает, что испытания проводились в помещении, где температура не поднималась выше 25°С, при этом питание подавалось на светодиодный чип в течение очень недолгого времени, а значит, он практически не нагревался. Это обычный метод, который применяется на всех предприятиях, делающих осветительные приборы, но в реальной жизни, конечно же, таких идеальных условий практически не бывает — приборы работают долго и греются довольно сильно вопреки всем стараниям производителей обеспечить хороший теплоотвод.

Перегрев очень сильно влияет на энергоэффективность светодиодов, причём, это влияние не одинаково для LED разного цвета. Две диаграммы, представленные ниже, демонстрируют, как меняется световой выход кристаллов от температуры p-n-перехода.

Хорошо видно, что уже при 80°С (а такая температура вполне реальна в условиях театральной сцены) световой выход зелёного кристалла составляет около 92% от заявленного производителем. Для более чувствительных к воздействию температуры красного и янтарного кристаллов этот показатель приближается к 60% и 35% соответственно. Получается, что на сцене энергоэффективность светодиодов значительно снижается.

2. Энергетические потери в цепи питания

Важнейшей составляющей любого светодиодного светильника является драйвер — устройство, регулирующее подачу энергии от источника питания. Современные драйверы очень эффективны, но, несмотря на это, 10-20%-ные потери в электронике — это нормально. Эти потери довольно трудно минимизировать, поэтому они очень отличаются у разных производителей. Кто-то преуспел на этом пути, а у кого-то пока не получается. Кроме того, иногда источник, от которого запитывается прибор, работает с недостаточным коэффициентом мощности, что приводит к неявным, но достаточно дорогостоящим потерям энергии в цепи.

3. Потери света в оптической системе

Каждый, кто когда-либо работал с осветительными приборами, знает, что свет от источника распределяется в пределах какого-то ограниченного угла — для этого используется различная оптика. Именно она создаёт тот самый пучок света, которым можно управлять. Но именно от неё мы можем ожидать потерь по меньшей мере 10% светового потока. Кроме того, в тех светильниках, которые используют аддитивное смешение цветов от светодиодов разного цвета (RGB-приборы), может находиться ещё какой-нибудь усредняющий компонент, например, дифракционный рассеиватель — он тоже заберёт определённую часть светового потока.

• Во-вторых, мы рассмотрели случай, когда RGB-светильник излучает белый свет, а это — не самый лучший способ применения светодиодов. LED-приборы на белых кристаллах гораздо менее чувствительны к изменению температуры, а значит и более эффективны.

• В-третьих, когда требуется цветное освещение сцены, светодиодные светильники дадут фору любому другому осветительному прибору. Например, если RGB-прибор производит насыщенный красный свет, то энергия расходуется лишь на питание красных эмиттеров, потребление синих и зелёных кристаллов в этот момент приближается к нулю. При этом световой выход LED-прибора остаётся на доступном для него максимуме и практически не зависит от производимого им цветового оттенка.

Что касается светильника с лампой накаливания, то он всегда работает на полной мощности, чтобы сменить цвет, мы лишь переставляем фильтры на выходе прибора, не меняя его энергопотребление. Между тем, субтрактивные фильтры (например, deep red) пропускают лишь 10% светового потока, поэтому эффективность такого прибора гораздо меньше, чем у светодиодного светильника.


И наконец, вспомним, что LED-технология сегодня развивается огромными темпами, и энергоэффективность светодиодов удваивается каждые полтора года (эту экспоненциальную зависимость, отслеживающуюся с 1960 года, называют законом Хейтца). Так что история ещё не закончена….

Читайте другие выпуски светодиодного ликбеза:

Выпуск 1. Что такое светодиоды и почему они светятся?

Выпуск 2. Какой свет излучают светодиоды?

Выпуск 3. Как получают белые светодиоды?

Выпуск 4. Смешение цветов в светодиодных приборах

Выпуск 5. Применение LED приборов

Выпуск 6. Светодиоды на сцене

Выпуск 7. Энергоэффективность светодиодов — миф или реальность?

Выпуск 8. От чего зависит срок службы светодиодов?