Lâmpadas LED economizadoras de energia

Neste artigo: História dos LEDs Lâmpada LED – dispositivo; características da lâmpada LED; fabricantes e preços; escolhendo uma lâmpada economizadora de energia para casa.

Que tipo de iluminação devemos ter em nossas casas? A este respeito, existem duas opiniões: lares – a luz deve ser agradável e não forte; líderes do país – a iluminação das casas deve consumir o mínimo de eletricidade possível. O inexorável aumento dos preços dos portadores de energia é pouco compreendido pelo homem comum na rua, ele está mais interessado na pergunta “por que essas mesmas lâmpadas economizadoras são tão caras”. Este artigo examinará em detalhes as lâmpadas LED de baixo consumo de energia que, em um futuro muito próximo, independentemente do desejo ou relutância do consumidor médio, iluminarão nossas casas. Vamos ver se eles são tão bons quanto são descritos.?

História das lâmpadas LED

Tudo começou em 1907, quando o engenheiro inglês Henry Round, apagando a iluminação do laboratório, percebeu acidentalmente um brilho ao redor de um contato de diodo sob tensão. Ele concluiu que o brilho era causado por algum erro de cálculo e não deu atenção especial a isso, embora tenha anotado esse fato no relatório..

Oleg Vladimirovich Losev

16 anos depois desse evento, o físico soviético Oleg Vladimirovich Losev começou a estudar o estranho brilho que ocorre no ponto de soldagem dos contatos de um diodo de carboneto de silício (carborundo). Losev nunca descobriu a natureza do brilho, observando que não havia aquecimento a altas temperaturas – o motivo do brilho estava oculto em algum tipo de processo eletrônico, desconhecido pela ciência naquela época. Os resultados da pesquisa de Losev sobre o brilho de diodos foram traduzidos para vários idiomas e publicados em várias revistas científicas, mas não despertaram muito interesse. No início do século 20, as lâmpadas familiares com filamento incandescente eram consideradas suficientes e insubstituíveis – não havia necessidade de inventar algo novo.

O interesse sustentado pelo brilho dos diodos surgiu na segunda metade do século passado, quando o engenheiro americano Rubin Brownstein anunciou sua descoberta – diodos feitos de arsenieto de gálio (GaAs) emitem raios infravermelhos quando alimentados. Segundo o engenheiro, exatamente a mesma radiação foi observada por ele em diodos feitos de fosfeto de índio (InP), antimoneto de gálio (GaSb) e constituídos por uma liga de silício-germânio..

O primeiro diodo infravermelho foi patenteado em 1961 pelos pesquisadores americanos Gary Pitman e Robert Byard. Mas era impossível usar esses diodos para iluminar as instalações, porque os raios infravermelhos estão fora do espectro visível ao olho humano.

Cientista e inventor americano Nick Holonyak

O criador do LED completo foi Nick Holonyak Jr., que em 1962 criou uma luz LED completa que emite luz vermelha visível. É Holonyak que é considerado o “pai” das lâmpadas LED. 10 anos depois, seu aluno George Craford criou o primeiro LED que emite luz amarela e também aumentou o brilho dos LEDs vermelho e laranja-vermelho em dez vezes..

No entanto, as novas fontes de luz não atendiam à demanda comercial específica – é claro, porque o custo de um LED na época era de US $ 200. A primeira produção comercialmente bem-sucedida de LEDs em 1968 foi estabelecida pela empresa americana “Monsanto”, especializada em produtos químicos, eram LEDs de ligas de arseneto de gálio e fosfeto de índio. Foi a Monsanto que tornou os LEDs populares e difundidos em calculadoras eletrônicas e relógios digitais – de 1968 a 1970, o monopólio do LED vendeu o dobro de produtos em cada mês anterior. A introdução dos LEDs na eletrônica se deve à Hewlett-Packard, que foi a primeira a apreciar o valor dos LEDs para aparelhos elétricos e os adquiriu ativamente da Monsanto..

Em 1970, o monopólio da Monsanto no mercado de LEDs acabou – usando chips semicondutores do Dr. Jean Ernie, a empresa americana Fairchild Semiconductor lançou a produção de LEDs baratos no valor de cinco centavos cada..

Por décadas, os LEDs têm sido usados ​​ativamente em produtos eletrônicos de consumo e industriais, mas não para iluminação interna. A ideia de criar lâmpadas LED completas que possam iluminar nossas casas melhor do que qualquer “lâmpada Ilyich” veio de Shuji Nakamura, que trabalhou para a empresa japonesa “Nichia Corporation” – foi sob sua liderança que os engenheiros da empresa criaram o primeiro LED azul de alto brilho em 1993.

O primeiro LED a emitir luz branca brilhante foi criado não há muito tempo – em 1997, foi criado pelo engenheiro americano Fred Schubert.

Hoje já existem lâmpadas LED economizadoras, mas continuam a ser melhoradas, porque os primeiros LEDs, cuja intensidade de luz passou a ser igual e, posteriormente, ultrapassava o brilho das lâmpadas incandescentes, surgiram apenas no início do século XXI..

Como a lâmpada LED funciona e funciona

O dispositivo de qualquer lâmpada LED moderna é o seguinte:

• base. Um elemento padrão de qualquer lâmpada, projetado para ser aparafusado no porta-lâmpada;
• starter (driver) em caixa de plástico com orifícios de ventilação. Converte corrente alternada em corrente contínua, contém capacitores mais poderosos do que no circuito de lastro de lâmpada fluorescente. O motivo é o seguinte – o calor gerado pelos diodos nas lâmpadas LED não é direcionado para fora, mas para dentro de seu corpo, portanto, são necessários orifícios de ventilação no corpo do reator. A vida útil de qualquer lâmpada LED está relacionada ao número de furos de ventilação da caixa e à confiabilidade dos capacitores, bem como dos diodos zener que equalizam a tensão em caso de quedas de tensão;
• radiador de alumínio. Suas costelas salientes estão localizadas ao longo e em espiral, o que melhora a dissipação de calor;
• a placa na qual os LEDs estão instalados. Fabricado em alumínio, no lado voltado para o radiador, é aplicada pasta térmica, que retira o calor – 90% da radiação térmica dos LEDs incide sobre a placa de alumínio em que estão instalados;
• LEDs, em número a partir de 5, fornecendo energia total da lâmpada. O fluxo luminoso gerado por eles depende da qualidade dos LEDs;
• difusor de luz montado em um anel interno de alumínio. Feito de plástico fosco, é usado para dispersão uniforme do feixe de luz dos LEDs. Praticamente não aquecido.

Os principais elementos de uma lâmpada LED são os LEDs – dispositivos semicondutores que convertem a corrente elétrica em radiação luminosa. Qualquer LED consiste em um substrato não condutor, sobre o qual um cristal semicondutor é colocado – ambos os elementos são incluídos em um pacote com terminais de contato de um lado e uma lente de plástico do outro. O espaço livre entre a lente e o cristal é preenchido com silicone incolor, a estrutura do LED é fixada em uma base de alumínio, o que remove o calor e torna o LED mais rígido.

Por que o LED acende? O segredo do brilho está na recombinação de elétrons entre dois contatos semicondutores com condutividade diferente. O cristal semicondutor nos pontos de saída de contato é dopado com uma impureza aceitadora contendo um número insuficiente de elétrons, por um lado, e uma impureza doadora, onde os elétrons são abundantes, por outro. Quando a energia é aplicada, os elétrons se recombinam e o excesso de energia resultante é convertido em luz visível. À primeira vista, parece que quanto maior a corrente, mais intenso o LED brilhará. Isso mesmo, a intensidade da energia da luz será maior, mas ao mesmo tempo, devido à resistência do semicondutor, o aquecimento do diodo aumentará fortemente, o que fará com que os contatos derretam ou o semicondutor queime.

Prós e contras de lâmpadas LED com economia de energia

As lâmpadas LED que existem hoje têm vantagens e desvantagens – seu desenvolvimento em uma fonte de luz completa em nossas casas ainda não foi concluído..

Características positivas:

• o menor, em comparação com quaisquer outros tipos de lâmpadas domésticas, o consumo de eletricidade – 8-10 vezes menor que o das lâmpadas com filamento incandescente;
• alta eficiência luminosa, cerca de 120 lumens para cada watt de energia gasto. Para efeito de comparação, a eficiência luminosa das “lâmpadas Ilyich” é de 10 a 24 lumens por watt, para lâmpadas fluorescentes – de 60 a 100 lumens por watt;
• a maior, em comparação com quaisquer outras lâmpadas de iluminação, vida útil de cerca de 50.000 horas, desde que a própria lâmpada LED seja de construção de alta qualidade e materiais de alta qualidade sejam usados ​​em sua fabricação;
• obtenção de várias características do espectro sem o uso de filtros de luz, ou seja, por analogia com lâmpadas incandescentes;
• força e segurança para os usuários. A lâmpada LED não irá quebrar ou ser danificada se cair acidentalmente, ou seja, os cacos de vidro, típicos de uma situação semelhante com qualquer outra lâmpada de iluminação, não serão. Seus elementos não contêm componentes perigosos de origem química, que estão presentes, por exemplo, nas lâmpadas fluorescentes;
• não depende do número de acendimentos e apagamentos, no caso de outras lâmpadas, o número de acendimentos / apagamentos afeta seriamente a vida útil;
• segura na operação – nenhuma alta tensão é necessária, a temperatura mais alta do LED e da armadura envolvente não excederá 60 ° С.

Características negativas:

• Preço Alto. O custo das lâmpadas LED hoje excede o custo das lâmpadas fluorescentes de potência semelhante em 8 a 10 vezes. Reduzir os preços de varejo sem perder qualidade é o principal desafio para os fabricantes de lâmpadas LED;
• a necessidade de um dissipador de calor. As dimensões dos LEDs são muito pequenas e não suficientes para dissipar de forma independente o calor gerado por eles durante a operação – quanto mais potente for a lâmpada LED, maior e maior será o radiador de que necessita. Conseqüentemente, o tamanho impressionante do radiador de alumínio afeta o custo da lâmpada, além disso, será difícil ou impossível instalar uma lâmpada LED potente em lâmpadas comuns – não caberá nelas;
• na ausência de um capacitor que equaliza o fluxo luminoso dos LEDs, uma ondulação perceptível de luz é observada;
• ao construir uma lâmpada com base em LEDs baratos, sua saída de luz é reduzida a um máximo de 100 lm / W e torna-se igual às lâmpadas fluorescentes, ou seja, uma vantagem importante da lâmpada LED é perdida;
• o espectro de luz gerado pelos LEDs é monocromático e difere significativamente da luz solar natural. Para suavizar a radiação de luz monocromática, uma composição especial de fósforos é necessária;
• o fluxo luminoso gerado é estreitamente direcionado e requer a instalação de várias lâmpadas multidirecionais ou um difusor de luz, no entanto, o uso deste reduz significativamente a intensidade de iluminação.

Como escolher uma lâmpada LED para sua casa

Nas lojas de ferragens da Rússia, as lâmpadas LED de baixo consumo não são tão comuns quanto as fluorescentes – elas são mais caras, portanto, têm menos demanda. Os maiores fabricantes de lâmpadas LED: American General Electric, German Osram, Bioledex e BLV licht, Dutch Philips, Indian Sylvania, Russian Optogan – o custo de seus produtos varia de 600 a 3.000 rublos … para uma lâmpada.

Além de marcas conhecidas, lâmpadas LED de baixo custo de fabricantes chineses e de pequenos fabricantes nacionais são frequentemente encontradas nas lojas – na minha opinião, você não deve comprar seus produtos, porque o baixo custo é provavelmente devido à economia de componentes, o que significa que tais lâmpadas não durarão muito.

E agora sobre os critérios de escolha das lâmpadas LED:

• potência da lâmpada. Uma lâmpada incandescente de 100 W corresponde a uma lâmpada LED de 12-15 W, e o fluxo luminoso de uma lâmpada LED de 15 W será ligeiramente mais intenso do que o de uma “lâmpada Ilyich” de 100 W;
• temperatura da luz. A temperatura da luz em Kelvin estará impressa na embalagem ou no corpo da lâmpada, a luz solar a que estamos acostumados tem uma temperatura de 2.700 – 3.000 K. A temperatura da luz das lâmpadas em Kelvin deve sua origem à cor da barra de metal aquecida no forno – até 3.000 K é branco-amarelado , torna-se cada vez mais branco com o aumento da temperatura. As lâmpadas que emitem luz a uma temperatura superior a 3000 K são mais brilhantes, mas a sua luz é difícil de tolerar e é apropriada apenas em instalações de escritórios;
• ângulo de iluminação. Se todos os LEDs da lâmpada estiverem localizados no mesmo plano, a natureza da iluminação será focal, estreitamente direcionada – cada LED emite um fluxo de luz direcionado. Para a difusão da luz e uma iluminação eficaz da sala, será conveniente que os LEDs sejam colocados em vários planos e a própria lâmpada esteja equipada com lentes de difusão de luz, revestidas por dentro com um fósforo;
• proporção de renderização de cor. Seu valor deve estar indicado na embalagem da lâmpada, para os LEDs o coeficiente costuma ser de 70 a 95 – quanto maior o valor informado na embalagem, melhor o brilho da lâmpada LED e vice-versa. Se o índice de restituição de cor de 95 estiver indicado na embalagem e o custo da lâmpada em si for baixo, isso é uma tentativa de enganar o comprador, lâmpadas baratas não podem ter uma restituição de cor tão alta;
• remoção de calor. É necessária a presença de um radiador de alumínio e se for usado plástico em vez de alumínio, recuse-se a comprar esta lâmpada, ela não durará muito;
• jornada de trabalho. Normalmente, os fabricantes estimam 30.000 horas de trabalho, o que é realmente uma média. A própria lâmpada após este período continuará a funcionar, mas seu brilho diminuirá em cerca de 30% – o aquecimento dos LEDs ao longo do tempo reduz a intensidade do fluxo luminoso.

Não tenho dúvidas de que nos próximos 5-10 anos, as lâmpadas LED serão aprimoradas – o número de lúmens por watt consumido aumentará e o custo diminuirá significativamente. Elas não se tornarão menos populares como as lâmpadas incandescentes antes, mas serão mais lucrativas tanto para o consumidor médio quanto para o estado. Mas vai levar tempo …

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