Хочется задать один вопрос. А вы часто меняете лапочки в своей квартире? Это не занимает много времени, да и сами лампочки стоят не дорого. Но вам не кажется, что времена немного изменились? Развитие технологий в сфере электрики, а точнее приборов и источников освещения, в настоящее время позволяет подходить к решению данных вопросов с другой стороны.
Сравнение различных светодиодных ламп
На рынке представлено огромное количество лампочек, которые различаются по дизайнерскому исполнению, материалов из которых они изготовлены и по цветовой палитре. Но основные элементы, из которых состоят лампы, для всех видов неизменны.
Светодиодные лампы состоят из:
- Корпуса;
- Рассеивающей колбы;
- Светодиодов;
- Драйвер.
Важную роль в нормальной работе светодиодной лампочки играет ее корпус, в состав которого входит радиатор, цоколь и рассеивающий элемент. Радиатор данных ламп изготавливается из алюминия или его сплавов и имеет сложную форму, за счет которой обеспечивается качественный теплоотвод, что в свою очередь определяет долговечность работы самих светодиодов.
В случае, если радиатор небольшого размера, или изготовлен из некачественных материалов, то срок службы данной лампы сокращается в несколько раз, из – за долговременного перегрева светодиодов. Основную массу светодиодной лампы составляет вес радиатора.
Некачественное соединение пластины со светодиодами к радиатору, не способно качественно отводить тепло.
Для бесперебойной и долговечной работы светодиодов, необходимо ограничивать ток. Данную функцию выполняет драйвер. На рынке представлены два вида ограничителей: при помощи конденсатора, и драйвера.
Существует огромное количество светодиодов различных производителей. Основным параметром светодиодов является количество Люмен/Ватт (яркость или светоотдача). Чем дороже светодиод, тем он качественней. Такие светодиоды ярче светятся, меньше греются, это определяет сколько прослужит лампа.
При сравнении разных по цене светодиодных ламп, было отмечено, что более дорогие модели меньше греются, нет видимого мерцания, и данные лапы обладают более высокой светоотдачей.
Мощность светодиодной лампочки
Исследованиями доказано, что наиболее экономичны и совершенны технологически, являются лампы на основе светодиодов. Но на современном рынке представлены и другие виды ламп, которые нашли широкое применение для частного и промышленного использования.
Виды источников света (лампы):
- Накаливания;
- Люминесцентные;
- Галогенные.
Все эти источники света отличаются друг от друга по многим параметрам, но для каждого из них производителями заявлена определенная мощность и сила светового потока.
Мощность всех потребителей электроэнергии измеряется в Ваттах, что означает, мощность любой лампы, как и мощность различных электроприборов можно измерить при помощи Ваттметра.
Мощность светодиодных ламп, является их важнейшей характеристикой, так как данный параметр непосредственно виляет на количество и силу света лампы. Но стоит понимать, что мощность лампы, не является прямым фактором, указывающим на световую отдачу. Это говорит о том, что с развитием светодиодных технологий, производители стараются увеличить светоотдачу с одного потребляемого Ватта электроэнергии.
Например, светодиодная лампа одного и того же вида, но разного поколения при одинаковой светоотдаче, способна снизить энергопотребление на 10%. А это, в свою очередь выгодно с экономической точки зрения для тех, кто приобретает данный вид продукта.
Важно знать! Указанные на упаковке мощность и светоотдача, могут не соответствовать параметрам лампочки, из – за недобросовестности производителей.
Так же, стоит отметить, что одинаковая мощность ламп разных производителей никаким образом не влияет на светоотдачу. На этот параметр непосредственно указывают цифры силы светового потока, которые по тем или иным причинам у каждого производителя разные. Например, светодиодная лампа одного производителя на 10 Ватт, будет выдавать световой поток 700 – 800 Люмен, а лампа другого производителя 600 – 650 Люмен.
Потребляемая мощность светодиодных ламп варьируется от 2 до 30 Ватт.
КПД светодиодной и лампы накаливания: соответствие
Светодиодные лампы, являются отличной альтернативой обычным лампам накаливания, а так же обладают качествами, которые способствуют наиболее комфортному их использованию.
Преимущества светодиодных ламп:
- Низкое энергопотребление;
- Эффективная светоотдача;
- Высокий световой поток;
- Низкая температура работы.
Замену обычных ламп накаливания на источники света на основе светодиодов, следует производить грамотно. Так как, для того, чтобы получить нужный световой поток, необходимо сравнить значения яркости различных видов ламп и осуществить перевод значения яркости и мощности.
Таблица значений светодиодных и ламп накаливания:
|
Светодиодная лампа, модность, Ватт |
Лампа накаливания, мощность, Ватт |
Поток световой, Люмен |
Используя данную таблицу, вы легко сделаете перевод и справитесь с подбором светодиодных ламп на замену устаревшим моделям ламп накаливания по мощности и количеству светового потока.
Согласно характеристикам видно, что светодиодная лампа 10 Ватт, световым потоком ровняется лампе накаливания на 60 Ватт.
Важно знать! Срок службы светодиодных ламп, в десятки раз превосходит время эксплуатации ламп накаливания.
Для того, чтобы, не возникало вопросов при выборе нужных светодиодных источников света, нужно знать, что используемый цоколь маркируется Е27. Светодиодные лампы с использованием данного цоколя представляют собой форму свечи, груши и других различных форм.
Применяя эти знания, вам не придется вместе с лампами покупать подходящие осветительные приборы что, несомненно, упростит работы по замене ламп на более экономичные.
Отличие светодиодных ламп от энергосберегающих
Светодиодные и энергосберегающие лампы, существенно отличаются друг от друга не только формой и содержанием, но и принципом работы (признакам, по которым происходит свечение).
Данные виды ламп сравнивают по:
- Яркости;
- Теплоотдаче при работе;
- Долговечности.
Светодиодная лампа, по своей сути является твердотельным источником света, работа которого основана на излучении света при прохождении электрического тока, через полупроводники, которые в свою очередь для этого предназначены.
Работа энергосберегающих ламп основана на принципе работы люминесцентных, что позволяет при низких энергозатратах производить нужный световой поток. И если сравнить лампы подходящие под это определение, то с уверенностью можно сказать, что энергосберегающими являются только флуоресцентные.
Для того, чтобы определить, какая лампа лучше светит и сколько при этом затрачивает электроэнергии, возьмем для сравнения светодиодную и энергосберегающую лампы. Световой поток светодиодной лампы на 12 Ватт, составляет 900 Люмен, а энергосберегающая лампа той же мощности выдает 600 Люмен. Это говорит о том, что с экономической точки зрения выгодны оба вида ламп.
Низкая температура работы светодиодных ламп позволяет встраивать их в соответствии с любыми дизайнерскими решениями.
Если сравнивать эти виды ламп по количеству исходящего тепла, то в этом случае результаты сильно расходятся. Светодиодная лампа на 12 Ватт при работе нагревается не более чем до 31 0 С, а вот нагрев энергосберегающей соответствует 80 0 С.
А говоря о времени эксплуатации, то для энергосберегающих она составляет 8000 часов, а для светодиодных до 50000 часов.
Современные светодиодные лампы: мощность в таблице (видео)
Светодиодные технологии, постепенно вытесняют устаревшие. Связано это с тем, что несмотря на более высокую стоимость при покупке, данный вид освещения позволяет экономить в последующем.
При использовании светодиодов в качестве основного источника света возникает вопрос — какая мощность светильников для этого необходима. Чтобы на него ответить, нужно знать от чего зависит КПД светодиодов.
КПД светодиодного элемента
В идеальном светодиоде с КПД 100% каждый поступивший электрон излучает фотон света. Такая эффективность недостижима. В реальных устройствах она оценивается по соотношению светового потока к подведённой (потребляемой) мощности.
На этот показатель влияет несколько факторов:
- Эффективность излучения . Это количество фотонов, излучаемых на p-n переходе. Падение напряжения на нём составляет 1,5-3В. При дальнейшем повышении напряжения питания, оно не растёт, а увеличивается ток через прибор и яркость света. В отличие от лампы накаливания, она имеет линейную зависимость от протекающего тока только до определённой величины. При дальнейшем повышении тока дополнительная электрическая мощность расходуется только на нагрев, что ведёт к падению КПД.
- Оптический выход . Все выделенные фотоны должны излучаться в окружающее пространство. Именно это является главным сдерживающим фактором для увеличения КПД светодиодов.
- Некоторые светодиоды для лучшей передачи цвета покрываются слоем люминофора. В этом случае на КПД устройства дополнительно влияет эффективность преобразования света .
В начале XXI века нормой считался КПД 4%, а сейчас поставлен рекорд в 60%, что в 10 раз больше, чем у лампы накаливания.
«Средний по больнице» КПД для топовых производителей типа Philips или Cree колеблется 35-45%. Точные параметры можно увидеть в даташите конкретной модели. КПД для бюджетных китайских светодиодов — это всегда рулетка с разбросом 10-45%.
Но это теоретические показатели, на которые мы повлиять не можем. На практике ключевую роль играют ток, подаваемый на диод и температурный режим. Прекрасную работу проделал пользователь ютуба под ником berimor76, показав на практике зависимость светового потока от подаваемого тока и температуры. Смотрим видео.
КПД источника питания
Кроме КПД самих светодиодов, на энергоэффективность светодиодных ламп и светильников оказывает влияние источник питания. Они есть двух типов:
- Блок питания. Подаёт на светодиоды постоянное, заранее заданное напряжение, независимо от потребляемого тока.
- Драйвер. Обеспечивает постоянное значение тока. Напряжение при этом значения не имеет.
Блок питания
Блок питания подаёт на светодиод напряжение, превышающее необходимое для открытия p-n перехода. Но сопротивление открытого диода очень мало. Поэтому для ограничения тока последовательно с источником света устанавливается резистор. Мощность, выделяющаяся на нём, полностью превращается в тепло, что понижает КПД светодиодного светильника. Например, в led-ленте потери составляют около 25%.
Более совершенным и экономичным устройством является электронный драйвер.
Драйвер
Драйвер для питания светодиодов обеспечивает их током постоянной величины. Диоды подключаются к устройству последовательно в количестве, которое зависит от рабочего напряжения светодиодов и максимального напряжения устройства.
В светодиодных лампах вместо драйвера используется токоограничивающий конденсатор. При прохождении через него электрического тока выделяется так называемая реактивная мощность. Она не превращается в тепло, но электросчётчик её всё равно учитывает. КПД такого «драйвера» зависит от количества диодов, включённых последовательно с ним.
Электронный драйвер устанавливается в светильниках большой мощности или в переносных устройствах, где экономия электроэнергии или ёмкости батарей важнее цены за устройство.
КПД светильника
При организации освещения, в том числе светодиодного, имеет значение КПД форм-фактора светильника. Это соотношение всего света, выходящего из светильника к световому потоку, излучаемому самой лампой.
Любая конструкция светильника, даже сделанная из зеркал или прозрачного стекла, поглощает свет. Идеальный вариант без потерь — это патрон с лампочкой, подвешенный на проводах.
Но это редкий случай, когда идеальный не значит лучший. Световой поток от лампочки на проводе направлен во все стороны, а не только в нужную. Конечно, свет, попавший на потолок или стены отражается от них, но далеко не весь, особенно под открытым небом или в комнате с тёмными обоями.
Этим же недостатком обладает светодиодная лампа с разносторонним расположением элементов («кукуруза») или с матовым рассеиванием. В последнем случае рассеиватель дополнительно поглощает свет.
В отличие от таких светильников, led-лампа с односторонним расположением диодов направляет свет в одну сторону. КПД светильника с такой лампой близка к 100%. Освещённость, создаваемая ею выше, чем у другой, с таким же световым потоком, но направленным в разные стороны.
Это связано с конструктивными особенностями светодиодов — в отличие от ламп накаливания и люминесцентных (энергосберегающих), имеющих круговую направленность излучения, они излучают свет в диапазоне 90-120 градусов. Теми же свойствами обладают светодиодные ленты и прожектора, излучающие свет только в одном направлении.
Таким образом, максимальный световой поток на ватт мощности излучают светодиоды в прожекторах со встроенным электронным драйвером.
Насколько на самом деле эффективны светодиоды и как продлить их срок службы?
Каким образом измерить в домашних условиях их КПД и повысить эффективность, а также увеличить долговечность светодиодных светильников?
Чтобы ответить на все эти вопросы, достаточно провести несколько наглядных экспериментов, причем без использования каких-то сложных лабораторных приборов.
Светодиод – это один из самых эффективных и простых в использовании источников света. Однако при этом, большую часть потребляемой энергии он все равно расходует впустую, преобразуя ее не в свет, а в тепло.
Сравнивать светодиоды с обычной лампочкой конечно же не нужно, тут они убежали далеко вперед. Но как вы думаете, насколько высок у них реальный КПД?
Как измерить КПД светодиода
Давайте это проверим в живую, не по надписям на упаковках и данным таблиц в интернете, а колориметрическим методом в домашних условиях.
Если опустить светодиод в воду и замерить разницу температур до его включения и спустя некоторое время после, то можно выяснить, сколько энергии от него перейдет именно в тепло.
Зная общее количество затраченной энергии и энергии ушедшей в тепло, можно реально узнать сколько пользы от данного источника света перешло именно в свет.
Емкость в которой будут производиться измерения, должна быть изолирована от колебаний температуры снаружи и внутри. Для этого подойдет обычная колба от термоса.
При определенной доработке, у вас получится вполне годный самодельный колориметр.
Чтобы изолировать и предотвратить утечки тока, все провода и выводы на светодиоде следует покрыть толстым слоем электроизоляционного лака.
Перед экспериментом заливаете во внутрь колбы 250мл дистиллированной воды.
Опускаете светодиод в воду, так чтобы она полностью его покрывала. При этом свет должен беспрепятственно выходить наружу.
Включаете питание и начинаете отсчет времени.
Через 10 минут выключаете напряжение и опять замеряете температуру воды.
При этом не забудьте хорошенько ее перемешать.
Теперь нужно повторить эксперимент, но на этот раз, плотно заклейте матрицу каким-нибудь непрозрачным материалом. Это необходимо, дабы энергия не могла покинуть систему в виде света.
Опыт с заклеенным экземпляром повторяется опять в той же последовательности:
- 250мл дистиллированной воды
- замер начальной температуры
- 10 минут ”свечения”
- замер конечной температуры
1 of 4
После всех измерений и экспериментов, можно переходить к расчетам.
Расчет эффективности
Допустим, для данной модели среднее потребление источника света равняется 47,8Вт. Время работы – 10минут.
Если подставить эти данные в формулу, то получим, что за время в 600 секунд, на свечение светодиода было затрачено 28 320 Дж.
В случае с заклеенной моделью, вода нагрелась с 27 до 50 градусов. Теплоемкость воды 4200Дж, а масса – 0,25кг.
Еще 130 Дж на каждый градус, ушло на нагрев колбы, плюс нужно прибавить энергию на нагрев самого светодиода. Он весит 27 грамм и в основном состоит из меди. В итоге получается цифра в 27377 Дж.
Отношение выделившейся энергии и затраченной будет равняться 96,7%. То есть, не хватает более 3%. Это как раз таки и есть тепловые потери.
В случае с открытым светодиодом, вода нагрелась с 28 до 45 градусов. Все остальные переменные остались прежними. Расчет здесь будет выглядеть следующим образом:
Какой же итог можно сделать из всех этих опытов и вычислений?
Как видно из этого небольшого эксперимента, непосредственно в виде света, систему покинуло около 28% энергии. А если учесть 3% тепловых потерь, то и вовсе остается всего 25%.
Как видите, до идеальных источников света, как их представляют многие продавцы, светодиодам еще очень далеко.
Хуже того, на рынке зачастую встречаются модели, крайне низкого качества с еще меньшим КПД.
Яркость и мощность
Давайте теперь сравним яркость разных моделей и посмотрим от чего она зависит и можем ли мы как то на это влиять. Чтобы провести достоверное сравнение, воспользуйтесь обычным куском трубы и люксометром.
Допустим, испытанный ранее качественный образец, обеспечивает освещенность 1100 люкс. И это при потребляемой мощности в 50 Вт.
А если взять более дешевую модель? Данные могут получиться в два раза ниже – менее 5500 Лк.
И это при одинаковой мощности! Получается, что заплатите вы за свет столько же как и в первом случае, а получите его на 50% меньше.
А можно ли получить в 3 раза больше света, затрачивая как можно меньше энергии?
Можно, но для этого понадобится светодиод работающий в немного другом режиме. Чтобы понять как это сделать, нужно провести еще немного измерений.
В первую очередь, вас должен интересовать момент зависимости яркости от потребляемой мощности. Постепенно повышайте мощность и следите за показаниями люксометра.
В итоге вы выйдите на такую вот нелинейную зависимость.
Если бы она была линейной, вы бы получили что-то вроде этого.
Получится еще интересней, если посчитать относительную эффективность светодиода, за 100% взяв значение мощности в 50Вт.
Видите, как прослеживается ухудшение его эффективности. Такое ухудшение с повышением мощности, присуще всем светодиодам. И причин этому несколько.
Почему ухудшается эффективность светодиодов
Одна из них, конечно же нагрев. С повышением температуры, снижается вероятность образования фотонов в p-n переходе.
К тому же уменьшается и энергия этих фотонов. Даже при хорошем охлаждении корпуса, температура p-n перехода может быть на десятки градусов выше, так как он отделен от металла подложкой из сапфира.
А она не очень хорошо проводит тепло. Разницу температур можно посчитать, зная размеры кристалла и выделяемую на нем теплоту.
При выделяющейся теплоте в 1Вт, учитывая толщину и площадь подложки, температура перехода будет на 11,5 градусов выше.
В случае с дешевым светодиодом все намного хуже. Здесь результат – более 25 градусов.
Высокая температура перехода приводит к быстрой деградации кристалла, сокращая его срок службы. Отсюда и возникают моргания, мигания и т.п.
Интересно, производители не знают про эту разницу в температуре или намеренно создают обреченные устройства?
Нередко компоненты, казалось бы в нормальных, дорогих светильниках, работают в предельных режимах, на максимальных температурах без какого-либо запаса прочности.
Пока ток небольшой, оно не заметно. Но из-за квадратичной зависимости, с увеличением тока все большая часть энергии превращается в бесполезное тепло.
Как увеличить эффективность
То есть, подключить параллельно еще один светодиод, тем самым в два раза уменьшив потери на сопротивление. И этот метод, конечно работает.
Подключив в светильник параллельно два светодиода вместо одного, вы получите больше света с меньшими затратами энергии и соответственно меньше нагрева.
Безусловно, это продлевает и срок службы светодиода.
Можно не останавливаться и подключить 3,4 диода вместо одного, хуже не будет.
А если места для нескольких светодиодов недостаточно, то можно поставить светодиод изначально рассчитанный на большую мощность. Например 100 ваттный, в 50 ваттный светильник.
Именно таким образом можно поднять эффективность светильника в несколько раз, при тех же затратах энергии, что и на первоначальном источнике, но меньшей мощности, и работающего на пределе своих возможностей.
Более того, используя не больше трети мощности от максимальной, вы навсегда забудете, что такое замена сгоревших светодиодов.
При этом эффективность их работы и КПД заметно возрастут.
Поэтому при покупке светодиодов, всегда интересуйтесь размером кристаллов. Ведь от этого зависит их охлаждение и внутреннее сопротивление.
Здесь действует правило – чем больше, тем лучше.
- Recovery Mode
После написания у меня самого остался не до конца решенным вопрос - а что же конкретно выгоднее купить и на сколько можно выиграть в дальней и ближней перспективе. Плюс остались некоторые неопределенности по эффективности светодиодов. А вопрос побуждает к поиску ответа на него, поэтому я продолжил разрабатывать это направление. Не скажу что получился материал на полноценную статью, но в качестве дополнения к предыдущей информация содержит существенно важные данные будет полезна.
Для начала разберемся с тем, какой точно КПД у рассмотренных в прошлой части светодиодов. Ранее я взял данные в основном из , не проверяя, т.к. там рассматривался больше вопрос эффективности фотосинтеза при освещении светом разного спектра. Теперь же я решил разобраться и в общей эффективности.
Рассматривать будем светодиоды фирмы CREE, т.к. они, с одной стороны, на сегодняшний день наиболее продвинуты по технологиям и, соответственно, светоотдаче на единицу мощности, а с другой, все их показатели стабильны и хорошо задокументированы (в отличии от ноунейм производителей). Здесь указанная фирма должна бы мне заплатить за рекламу, но увы, я пишу не с их подачи, а просто потому что так проще и доступнее.
Итак, какие будем исследовать светодиоды? Не буду выкладывать сюда весь процесс изучения и отбора конкретных серий, дабы не затоплять материал «водой». Вкратце скажу, что вбирал наиболее мощные и одновременно наиболее эффективные чипы, при условии свободной доступности и выгодной цены. По этим критериям подходят два типа: белые будут из серии XM-L.
Это 10-ваттные чипы с эффективностью 158 lm/W (но не на максимальной мощности, а всего при 1 Вт). Холодно белые (6000-6500К), нейтрально белые (4000-4500К) и тепло-белые (3000-3500К).
И красные из серии XP-E, High Efficiency Photo Red 650-670nM. 
Ссылки на документацию по светодиодам в конце статьи.
Разберемся с белыми. В прошлый раз разница в КПД светодиодов белого свечения не была учтена и эффективность оценивалась только по отношению к кривой фотосинтетической активности McCree.
В этот раз я решил более досконально уточнить этот вопрос. К сожалению в документации к светодиодам никогда не приводят кпд, а пишут люмены на ватт, поэтому пришлось делать обратный расчет. По спектру светодиода и фотопической кривой рассчитывается сколько люмен было бы у светодиода, если бы его кпд был равен 100%, а затем на это число делится число реальных люмен, взятое из документации на светодиод. И вот что у нас получилось для трех типов белых светодиодов:
Слева направо: холодно-белый, нейтрально белый и тепло-белый.
Обращает на себя внимание, что не смотря на рост люменов при переходе от холодно-белому к тепло-белому спектру (при одинаковой мощности излучения ), табличные значения lm/W и общий кпд светодиода падает и очень существенно - с 40 до 23%. Все дело в том, что люминофор, которого в светодиоде тепло-белого свечения гораздо больше, сам имеет не 100% КПД, да еще и, по всей видимости, при его большом количестве оказывает затеняющий эффект (лучи излученные нижними слоями поглощаются выше лежащими и пропадают). При этом показатель люмен на ватт используется при токе 2А (из максимально трех) - видно что он при этом падает со 140 при 350мА до 108 (для холодно-белого). В документе Cree такой таблицы нет - там даны абсолютные люмены при заданном токе, а мощность надо рассчитывать, пользуясь данными из графика вольт-амперной характеристики. Вот соответствующие данные из даташита:
Теперь разберемся с красными.
С ними все немного проще, т.к. световой поток указан не в люминах а в милливаттах. Достаточно разделить милливатты излучения на ватты потребления и получаем КПД с высокой точностью! На все бы светодиоды приводили эти данные - 2/3 работы можно было не делать!
И тут мы сразу делаем удивительное открытие - что КПД этих светодиодов равняется 50%, причем (еще один график, здесь не привожу), в отличие от синих/белых кристаллов, световой поток растет линейно с током и кпд чипа не падает! Зато при перегреве чипа падение значительно более существенно, чем у синих чипов. Для сравнения у чисто синих кпд при тех же условиях 48% (сравните с этим показателем у белых - выше). А вот у «просто красных» всё гораздо хуже. Их КПД получился где-то в районе 19%, а с ростом температуры световой поток падает еще быстрее чем у «Photo red».
Вот уже вырисовываются интересные варианты использования отдельных светодиодов и их комбинаций. Теперь пересчитаем таблицу эффективности с учетом вновь полученных данных.
Видно что красные Photo-red с большим отрывом впереди всех. Но освещать чисто красным нельзя, поэтому нужно комбинировать и тут идут варианты с белым и синим. Сразу отметем (я-то считал всё, но выбросил то, что получилось не перспективно) комбинации тепло-белых с красным. Низкая эффективность тепло-белых светодиодов сводит на нет все преимущества красных. А вот холодно-белые очень хороши в таком сочетании! Сами имеют неплохой кпд, еще усиленный красными светодиодами, а недостаток красного спектра так же покрывается ими. Так же хорошо смотрится сочетание красных с синими. Затем идут просто холодно-белые и ДНаТ 1000, а остальные по сути не тянут. Ну что ж посмотрим как это будет смотреться в полном комплекте - с драйверами.
Далее логика расчетов шла в предположении, что мы хотим получить за те же деньги больше фотосинтетически активного излучения, поэтому все цифры, в том числе цены на светодиоды и драйвера приведены к общей величине фитоактивной радиации светильника 100мкмоль/с.
Цветовая маркировка как в предыдущей таблице - чтобы проще было понять где какие светодиоды и не занимать место повторяющимися заголовками.
Но это только цена на старте - сколько нужно вложить денег, чтобы получить лампочку на 100мкмоль/с. Этого мало - нужно посмотреть во сколько она обойдется при эксплуатации. И вот если посчитать к этому еще и затраты электроэнергии во времени - вот тогда получится полная картина, которую я и представляю на всеобщее обозрение!
Оставлено для истории, обновленные данные ниже
Благодаря пристальному вниманию комментаторов выяснилось, что далеко не всё светодиоды, которые продают на алиэкспрессе с названием CREE на самом деле ими являются. Самые дешевые из них, порядка полутора долларов за 10-ваттный диод или менее вероятнее всего являются подделкой с чипами производства китайской компании LatticeBright, которые стоят в разы дешевле оригинальных и, к сожалению, имеют примерно в 2 раза худшие показатели. В связи с этим, я провел поиск цен соответствующих светодиодов в компании Компэл , являющейся официальным дистрибутором компании cree в РФ. Цены там значительно выше чем в китае, но мелким оптом достаточно выгодно, в том числе по сравнению с зарубежными поставщиками.
И по ходу дела исправил два момента - добавил для кривой ДНаТ замену ламп раз в год. И исправил ошибку (мой недосмотр), из-за которой цена всех ламп считалась на одинаковую их мощность (100Вт), тогда как исходная идея была в расчете на единицу фотоактивной радиации. В новом графике данные цены за светильник излучающий 100мкмоль/с, а не 100Вт. приношу извинения за оплошность. 
Как разобраться в этой вязанке прутьев?
Слева - цена светильника на старте. Напоминаю что при этом все они будут выдавать одинаковое количество фитоактивной радиации, но иметь разный спектр. Чем ниже начинается полоска, тем дешевле набор. По оси Х у нас месяцы. Предполагается что светильник работает 12 часов в сутки 7 дней в неделю, всего 36 месяцев, т.е. 3 года. Это всего лишь чуть более 13 тыс. часов, а для светодиодов заявлено 50 тыс. И если все сделано правильно с охлаждением, а так же на светодиоды подается ток 0.7 от максимального (так больше КПД на целую треть), то проработают они и того больше, т.е. более 10 лет практически без деградации.
Чем более горизонтально идет линия - тем больше КПД у светильника. Видим что многие линии начинаются выше (дороже чипы), но со временем оказываются дешевле чем более дешевые аналоги. В этом показательна линия для светодиодов photo red - она имеет наименьший наклон.
Самое удивительное что самыми дешевыми теперь оказались… Самые дорогие photo red светодиоды! Это потому что они имеют самый высокий КПД и самый «легкоусваиваемый» спектр - их нужно меньше всего в начале и они тратят меньше всего электричества и в будущем! Большой интерес представляют комбинации «Холодно-белый+красный photo red». На данном графике приведена кривая при соотношении белый: красный как 2:1 по мощности. И просто «холодно-белый». Эти три линии расходятся веером, где крайние - белый и красный светодиоды, а средняя - их комбинация. Для выращивание растений необходимы все составляющие спектра, но в разных комбинациях. Выходит что все варианты сочетаний спектров наиболее эффективно покрываются всего одной комбинацией - холодно-белых и красных светодиодов (но в разном численном соотношении).
Стоит отметить, что комбинация синий+красный хоть и имеет меньший наклон чем белый+красный, но дает существенно худший показатель цена/световой поток, поэтому не догоняет сочетание белый+красный даже за 3 года. В 10-летней перспективе может быть предпочтительнее, но это исключительный случай.
Фитолампа оказывается не такая уж и дешевая. Если учесть её КПД она дороже даже холодно-белых светодиодов, а уж в перспективе… Деньги за электричество на ветер…
ДНаТ и в начале не очень дешев (я удивился сколько стоят ЭПРА для них, а Эм
ПРА брать не стоит - они имеют низкий КПД, лампа из-за мерцания - тоже, еще они гудят и греются как печка) и со временем не нагоняют - особенно с учетом замены ламп - которую придется делать не реже раза в год, что отображается как ступеньки на графике. Так что в сад.
Вот спектр сочетания белых с красными светодиодов, наложенный на кривую MkCree (4:1 по мощности, на 2:1 не стал переделывать):
Конечно неправильно судить о таких вещах основываясь на красивости графиков, но учитывая цифры, которые говорят то же самое - по моему график практически идеален в отношении покрытия спектра фотосинтетически активного диапазна.
Вывод остается прежним - покупайте холодно-белые светодиоды и красные CREE Photo red и будет вам куча света для ваших растений и экономия для кошелька!
Так же возможно освещение чисто красными светодиодами, о таком опыте писал один из комментаторов. Это будет наиболее целесообразно в случае, если растения частично освещаются естественным светом (огород на подоконнике, балконе, лоджии, когда прямой солнечный свет не попадает вовсе или на пару часов в день - тогда растения получают в основном синие лучи от неба, а красных им катастрофически не хватает, как и общей интенсивности света. Тут красные светодиоды заполнят имеющийся пробел как нельзя лучше. Только это должны быть высокоэффективные светодиоды с длиной волны излучения 660нМ и лучше если это будут CREE Photo red. Ну всё, я пошел заказывать диоды!
Мечта о долговечном, практичном и экономном источнике света, который светит и не греет, стала реальной благодаря стремительному развитию полупроводниковых технологий. И, несмотря на то, что на сегодняшний день стоимость светодиода сравнительно высока, он скоро вполне может вытеснить другие, традиционные источники света. Как минимум, на ближайшие 15-20 лет беззаботное будущее ему уже обеспечено.
О светодиодах как источниках света, способных не только мерцать в елочных гирляндах, но и служить для полноценного освещения фасадов, интерьеров, придомовых территорий, парков и бассейнов, заговорили лет пять-шесть назад. А практика их применения в этой сфере началась буквально пару-тройку лет назад. И хотя такой срок для глобального анализа перспектив еще сравнительно мал, этот источник света все же вполне может вытеснить другие. Хотя бы потому, что на сегодняшний день традиционные источники освещения уже достигли своей максимальной световой эффективности, а светодиоды только приблизились к 10% своих возможностей. В качестве примера хотелось бы привести тот факт, что современные светодиоды светят уже в сто раз ярче, чем самые яркие светодиоды всего пять лет назад.
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ
Светодиод, или светоизлучающий диод, изобретен в начале 1960-х годов англичанином Ником Холоньяком. Поэтому этот источник света еще называют LED (Light Emitting Diode).
Светодиод - это органический твердотелый источник света или полупроводниковый кристалл, который выполнен из пластов полимерного полупроводника. Светодиоды не содержат стекла, нитей накаливания, сменных деталей. Они миниатюрны, компактны, мощны. К тому же, излучают уникальный по своим характеристикам свет.
О ПРЕИМУЩЕСТВАХ И НЕДОСТАТКАХ
Преимуществ у светодиодов, по сравнению с классическими источниками света, множество. Среди них:
- Экономичность потребления электроэнергии. Потребляемая мощность светодиодов - максимум 5 Вт. Светильники с этим источником света потребляют в 5-10 раз меньше энергии, чем светильники на основе галогеновых ламп и ламп накаливания с аналогичной яркостью. КПД преобразования светодиодом электрической энергии в световую на порядок выше, чем КПД обычной лампы накаливания. Например, обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет мощность светового излучения, эквивалентную всего 3-5 Вт. А светодиодный источник света, дающий такую же мощность светового излучения, потребляет не 100, а всего 1,5 Вт. Высокая экономичность потребления светодиодом электроэнергии особенно актуальна на современном этапе, так как растущие потребности человечества в освещении требуют увеличения производства электроэнергии. Для этого нужны дополнительные капиталовложения на строительство электростанций, выработку месторождений энергоносителей и последующую утилизацию отходов производства. К тому же на государственном уровне внедряется программа по энергосбережению. А светодиоды - это альтернативный высокоэффективный источник света, способный удовлетворить спрос на освещение, не наращивая при этом производства и затрат на электроэнергию.
- Возможность работы от низковольтного питания. Светодиодные светильники можно устанавливать в местах, где нет сетевого питания (от 2,8 В до 28 В постоянного напряжения).
- Высокий КПД. Для светодиодного светильника КПД составляет 75-90% (свет). А на выделение тепла уходит всего лишь 10-25%. Для сравнения: КПД лампы накаливания 5-10% - это свет. Остальные 90-95% уходят на бессмысленный нагрев окружающей среды.
- Практичность в эксплуатации. Благодаря долговечности светодиодов нет необходимости в их частой замене и обслуживании установки.
- Достаточная мощность излучения. Яркость светодиода, превышающая неон, ведет к большому увеличению расстояния восприятия информации человеческим глазом (это связано с почти монохроматичным излучением светодиода). Например, светодиод мощностью всего 1 Вт может осветить колонну высотой 6 метров.
- Отсутствие чувствительности к изменениям в электросетях. Время реакции на изменения напряжения питания для светодиода измеряется десятками микросекунд, что значительно меньше аналогичных показателей для ламп накаливания. Светодиоды обладают низкой инерционностью, и могут без ущерба для себя работать в импульсном режиме.
- Широкая цветовая гамма. Благодаря тому что излучение происходит в узкой полосе спектра, КПД цветных светодиодов значительно выше, чем КПД лампы накаливания с фильтром аналогичного оттенка. Основные цвета свечения светодиодов: красный, синий, зеленый, янтарный, бирюзовый, оранжевый, белый.
- Динамическая смена цвета. Светодиодные источники света легко управляются любой электроникой. Им можно задавать практически любые цветовые и временные программы работы. А излучение светодиода можно регулировать, создавая красивейшие динамические и световые эффекты. Помимо статичного режима работы цвета можно смешивать, получая до 16 млн. оттенков, управлять ими, а также создавать различные динамические эффекты.
- Противопожарная безопасность и безопасность для пользователя. Светодиоды практически не нагреваются, благодаря чему не создают пожароопасной ситуации. К тому же, в их свечении отсутствуют инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, что делает их самым безопасным для глаз источником света.
- Экологичность. Светодиоды не содержат ртути. И не требуют после завершения срока эксплуатации дорогостоящей утилизации.
- Широкий спектр применения. Светодиоды сравнительно малы, что позволяет использовать их практически везде, например, размещать внутри практически любого устройства, или изготовить светодиодный светильник любой формы, цвета и дизайна.
Недостатков у светодиодов практически нет. Разве что - высокая, по сравнению с традиционными источниками света, цена. Но первоначальные затраты окупаются за счет низкого потребления электроэнергии и низкого расхода финансовых средств в течение периода эксплуатации. Например, эксплуатация светодиодных ламп обходится в 2,5-3 раза дешевле, чем ламп накаливания.
О ВОЗМОЖНОСТЯХ И ПРИМЕНЕНИИ
Возможности светодиодов чрезвычайно широки. С их помощью можно:
- получать 100% света сразу при включении;
- обеспечивать равномерную освещенность поверхности;
- создавать яркие насыщенные цвета;
- создавать и регулировать яркость и цветность света;
- создавать конструкции светильников без необходимости замены ламп а также вандалозащищенные светильники;
- «прятать» источник света, показывая только свет и т.д.
Спектр применения светодиодов достаточно велик. Их использование, например, оптимально, когда на освещение выделяется слишком малая для других источников света мощность. Также они могут стать незаменимыми в местах, где нежелательна частая и проблемная (в связи с труднодоступностью) замена традиционных ламп. Но особый интерес они могут представлять для дизайнеров и архитекторов, поскольку позволяют реализовать их самые смелые решения.
Светодиоды применяют для оформления интерьеров и экстерьеров, вывесок, витрин и указателей, архитектурного, декоративного освещения, а также веселого декоративного светосопровождения какого-либо праздника.
Светодиоды можно монтировать в стены, ступени, подиумы; использовать в качестве подсветок паркингов, пешеходных дорожек, ландшафта, фонтанов и бассейнов.
Поскольку светодиоды легко управляются электроникой, возможны точная направленность света, управление и регулирование цветом и интенсивностью излучения, миксирование цветов (что, в особенности, может быть интересно для создания сценического света, световых картин, графики, панно).
Светодиоды, благодаря монохромности, являются уникальными генераторами цветного света. Причем, живое богатство красок достигается гораздо эффективнее, чем в случае, если бы применялся светофильтр для стандартных источников света. Таким образом, с помощью светодиодов предметы, пространство и окружение можно свободно «раскрасить» глубокими живыми и яркими красками. Или изменить его простым нажатием кнопки пульта управления, создав определенную атмосферу в помещении.
На основе светодиодов можно изготавливать светильники любого цвета, дизайна, формы и конфигурации для бытовых и промышленных нужд, а также подводного использования. Такое разнообразие предоставляет широкую свободу выбора для любого варианта применения: горизонтального и вертикального, подвешивания, встраивания и т.д.
Таким образом, при помощи светодиодных технологий можно создать неповторимый архитектурный образ или уникальную и незабываемую атмосферу в местах отдыха и развлечений; подчеркнуть индивидуальность и неповторимый облик дома и сделать комфортными условия работы в офисе.
