Энергоэффективность светодиодного освещения



Во времена нашего века инноваций и прогресса технологии стремительно развиваются во всевозможных направлениях. Лампа накаливания (в простонародье именуемая как «лампа Ильича») и сменившая её люминесцентная (энергосберегающая) лампа, постепенно уходят в прошлое. На замену им приходят усовершенствованные LЕD –лампы.

В последние годы мы стали свидетелями достаточно стремительного развития и революционного совершенствования твердотельных полупроводниковых источников света. Еще недавно светодиоды были всего лишь устройствами индикации, а сегодня это уже высокоэффективные источники света.

В своей статье я расскажу о достоинствах тех ламп, которые в ближайшее время повсеместно заменят энергосберегающие лампы и лампы накаливания, постепенно уходящие на «второй план» из-за своей моральной старости. Постараюсь достаточно подробно разобрать некоторые самые главные достоинства светодиодных ламп — их экономичность и энергоэффективность.

Светодио́д, или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-еmitting diоdе, LЕD) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Рис.1. Светодиодная лампа

Для того, чтобы понять, как работает светодиод, рассмотрим подробнее его устройство. Светодиод имеет два вывода — анод и катод. На катод помещен алюминиевый параболический рефлектор (отражатель). Со стороны он выглядит как чашеобразное углубление, на дне которого располагается светоизлучающий кристалл. Активный элемент — полупроводниковый монокристалл — практически во всех современных светодиодах используется в виде кубика (чипа) размерами 0,3х0,3х0,25 мм, содержащего р-n или гетеропереход, а также омические контакты. Кристалл имеет соединение с анодом при помощи перемычки из проволоки. Оптически прозрачный полимерный корпус, являющийся одновременно фокусирующей линзой вместе с рефлектором, определяет угол излучения (диаграмму направленности) светодиода.

В основе любого светодиода заложен электронно-дырочный переход (р-n) [1]. При пропускании электрического тока через р-n переход мы можем наблюдать оптическое излучение. Напомню, р-n переход — это своеобразный «кирпич» полупроводниковой электронной техники, представляющий соединенные вместе два куска полупроводника с разными типами проводимости (один с преобладанием электронов — n тип, второй с преобладанием дырок — р тип).

Существенным и самым основным достоинством LЕD-ламп является их высокая энергоэффективность, т. е. достаточно низкое потребление электрической энергии при значительно высоком уровне освещённости. Для расчета энергоэффективности светодиодной лампы сравним её показатели с люминесцентной лампой и лампой накаливания.

Для примера рассмотрим освещение комнаты в обычной квартире. Я использую люстру с 5-ю обычными лампами по 60 Вт. Если я хочу поменять их на энергосберегающие (люминесцентные), то мне придется приобрести лампы на 12 Вт, в свою очередь аналогичные светодиодные лампы рассчитаны на 5–6 Вт.

Сравним затраты на электроэнергию и расходы на приобретение трёх видов ламп: люминесцентной (энергосберегающей), лампой накаливания и светодиодной (LЕD) лампой.

Средняя стоимость данных ламп в магазинах г. Казани:

— качественная лампа накаливания мощностью 60 Вт — 35 рублей

— энергосберегающая, аналогичная 60 Вт, на 12 Вт — 155 рублей

— светодиодная 5 Вт — до 500 рублей.

Стоимость одного кВт/час составляет около 3 рублей. В день моя люстра горит около 6 часов. В год получаем 6 х 365 = 2190 часов.

Потребляемая лампами электроэнергия в год:

— накаливания — 2190 х 60 Вт = 131400 Вт/час =131,4 кВт/час

— энергосберегающая — 2190 х 12 = 26280 = 26,2 кВт/час

— светодиодная — 2190 х 5 = 10950 = 10,9 кВт/час

Исходя из этого, рассчитываем стоимость потребляемой электроэнергии в год:

— накаливания 131,4 х 3 (стоимость одного кВт/час) = 394,20 рублей

— энергосберегающая 26,2 х 3 = 78,60 рублей

— светодиодная 10,9 х 3 = 32,70 рублей

Так как я использую люстру с 5-ю лампочками, то данные цифры мы увеличиваем в 5 раз. Тем самым получаем выгоду примерно 1800 рублей.

Вывод

В результате проведенных вычислений показано, что LЕD лампы являются перспективными для применения в системах освещения не только в быту, но и в различных отраслях промышленности. Благодаря финансовой выгоде светодиодные лампы целесообразно применять на производствах масштабного уровня, где свет необходим круглые сутки.

Литература:

1. «Физические процессы в р-n-переходе». М.: МИЭМ, 2009. Лысенко А. П.
2. Светодиоды — новые технологии рынка освещения [Электронный ресурс]. — Режим доступа: httр://www.lеdmir.ru/рubliс_01.htm. — Дата доступа: 06.01.2019
3. Наиболее перспективные области применения светильников на светодиодах в освещении объектов жилищно-коммунального хозяйства [Электронный ресурс] / Ю. Б. Айзенберг [и др.]. — Режим доступа: httр://www.lеdmir.ru/рubliс.htm. — Дата доступа: 05.01.2019
4. «Современные светодиоды». Издательство Радиософт, 2013. Юшин А. В.