In diesem Artikel: Geschichte der LEDs LED Lampe – Gerät; Eigenschaften der LED-Lampe; Hersteller und Preise; Auswahl einer Energiesparlampe für zu Hause.
Welche Art von Beleuchtung sollten wir in unseren Häusern haben? In dieser Hinsicht gibt es zwei Meinungen: Haushalte – das Licht sollte angenehm und nicht hart sein; Führer des Landes – die Beleuchtung von Häusern sollte so wenig Strom wie möglich verbrauchen. Der unaufhaltsame Preisanstieg für Energieträger wird vom Durchschnittsbürger auf der Straße kaum verstanden. Er interessiert sich mehr für die Frage, „warum dieselben Energiesparlampen so teuer sind“. In diesem Artikel werden energiesparende LED-Lampen im Detail betrachtet, die in naher Zukunft, unabhängig vom Wunsch oder der Unwilligkeit des Durchschnittsverbrauchers, unsere Häuser beleuchten werden. Lassen Sie uns herausfinden, ob sie so gut sind, wie sie beschrieben werden.?
Geschichte der LED-Lampen
Alles begann im Jahr 1907, als der englische Ingenieur Henry Round, der die Beleuchtung im Labor ausschaltete, versehentlich ein Leuchten um einen Diodenkontakt unter Spannung bemerkte. Er entschied, dass das Leuchten durch einen Fehler in den Berechnungen verursacht wurde und achtete nicht besonders darauf, obwohl er diese Tatsache im Bericht feststellte..
Oleg Vladimirovich Losev16 Jahre nach diesem Ereignis begann der sowjetische Physiker Oleg Vladimirovich Losev, das seltsame Leuchten zu untersuchen, das am Lötpunkt der Kontakte einer Siliziumkarbiddiode (Carborundum) auftritt. Losev hat die Natur des Glühens nie herausgefunden und festgestellt, dass es keine Erwärmung auf hohe Temperaturen gab – der Grund für das Glühen war in einem elektronischen Prozess verborgen, der der Wissenschaft in jenen Jahren unbekannt war. Die Ergebnisse von Losevs Forschungen zum Leuchten von Dioden wurden in mehrere Sprachen übersetzt und in einer Reihe von wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht, erregten jedoch kein großes Interesse. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts galten bekannte Lampen mit Glühlampen als ausreichend und unverzichtbar – es bestand keine Notwendigkeit, etwas Neues zu erfinden.
Das anhaltende Interesse am Leuchten von Dioden entstand in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts, als der amerikanische Ingenieur Rubin Brownstein seine Entdeckung ankündigte – Dioden aus Galliumarsenid (GaAs) senden bei Strom Infrarotstrahlen aus. Nach Angaben des Ingenieurs wurde von ihm genau dieselbe Strahlung in Dioden aus Indiumphosphid (InP), Galliumantimonid (GaSb) und einer Silizium-Germanium-Legierung beobachtet..
Die erste Infrarotdiode wurde 1961 von den amerikanischen Forschern Gary Pitman und Robert Byard patentiert. Es war jedoch unmöglich, solche Dioden zur Beleuchtung von Räumlichkeiten zu verwenden, weil Infrarotstrahlen sind außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums.
Der amerikanische Wissenschaftler und Erfinder Nick HolonyakDer Schöpfer der vollwertigen LED war Nick Holonyak Jr., der 1962 ein vollwertiges LED-Licht schuf, das sichtbares rotes Licht emittierte. Es ist Holonyak, der als „Vater“ der LED-Lampen gilt. 10 Jahre später schuf sein Schüler George Craford die erste LED, die gelbes Licht emittierte und die Helligkeit von roten und orangeroten LEDs verzehnfachte..
Die neuen Lichtquellen waren jedoch nicht besonders kommerziell gefragt – natürlich, weil die Kosten für eine LED zu diesem Zeitpunkt 200 US-Dollar betrugen. Die erste kommerziell erfolgreiche Herstellung von LEDs im Jahr 1968 wurde von der amerikanischen Firma „Monsanto“ gegründet, die sich auf chemische Produkte spezialisiert hat. Hierbei handelt es sich um LEDs aus Legierungen von Galliumarsenid und Indiumphosphid. Es war Monsanto, der LEDs in elektronischen Taschenrechnern und Digitaluhren populär und verbreitet machte – von 1968 bis 1970 verkaufte das LED-Monopol doppelt so viele Produkte wie in jedem Vormonat. Die Einführung von LEDs in der Elektronik geht auf Hewlett-Packard zurück, der als erster den Wert von LEDs für Elektrogeräte erkannte und diese aktiv von Monsanto kaufte..
1970 wurde Monsantos Monopol auf dem LED-Markt beendet – mit Halbleiterchips von Dr. Jean Ernie startete das amerikanische Unternehmen Fairchild Semiconductor die Produktion billiger LEDs im Wert von jeweils fünf Cent.
Seit Jahrzehnten werden LEDs in der Unterhaltungs- und Industrieelektronik aktiv eingesetzt, nicht jedoch für die Innenbeleuchtung. Die Idee, vollwertige LED-Lampen zu entwickeln, die unsere Häuser besser beleuchten können als alle „Ilyich-Lampen“, kam von Shuji Nakamura, der für das japanische Unternehmen „Nichia Corporation“ arbeitete. Unter seiner Führung schufen die Ingenieure des Unternehmens 1993 die erste blaue LED mit hoher Helligkeit.
Die erste LED, die hellweißes Licht emittiert, wurde vor nicht allzu langer Zeit geschaffen – 1997 wurde der amerikanische Ingenieur Fred Schubert ihr Schöpfer..
Energiesparende LED-Lampen gibt es bereits heute, sie werden jedoch noch verbessert, da die ersten LEDs, deren Lichtintensität gleich wurde und anschließend die Helligkeit von Glühlampen überstieg, erst zu Beginn des 21. Jahrhunderts erschienen..
Wie die LED-Lampe funktioniert und funktioniert
Das Gerät jeder modernen LED-Lampe ist wie folgt:
- Base. Ein Standardelement jeder Lampe, das zum Einschrauben in den Lampenhalter vorgesehen ist.
- Ballaststarter (Treiber) in einem Kunststoffgehäuse mit Belüftungsöffnungen. Wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um, enthält leistungsstärkere Kondensatoren als im Vorschaltgerät der Leuchtstofflampe. Der Grund ist folgender: Die von den Dioden in LED-Lampen erzeugte Wärme wird nicht nach außen gerichtet, sondern innerhalb ihres Körpers sind Belüftungslöcher im Ballastkörper erforderlich. Die Lebensdauer einer LED-Lampe hängt von der Anzahl der Lüftungsöffnungen im Gehäuse und der Zuverlässigkeit der Kondensatoren sowie von Zenerdioden ab, die die Spannung bei Spannungsabfällen ausgleichen.
- Aluminiumkühler. Die hervorstehenden Rippen befinden sich entlang und in einer Spirale, wodurch die Wärmeableitung verbessert wird.
- die Karte, auf der die LEDs installiert sind. Auf der dem Kühler zugewandten Seite aus Aluminium wird Wärmeleitpaste aufgetragen, die Wärme abführt. 90% der Wärmestrahlung der LEDs fällt auf die Aluminiumplatte, in der sie installiert sind.
- LEDs mit einer Anzahl von 5 liefern die Gesamtleistung der Lampe. Der von ihnen erzeugte Lichtstrom hängt von der Qualität der LEDs ab.
- Lichtdiffusor auf einem Aluminium-Innenring montiert. Es besteht aus mattem Kunststoff und dient zur gleichmäßigen Streuung des Lichtstrahls von LEDs. Praktisch nicht beheizt.
Die Hauptelemente einer LED-Lampe sind LEDs – Halbleiterbauelemente, die elektrischen Strom in Lichtstrahlung umwandeln. Jede LED besteht aus einem nicht leitenden Substrat, auf das ein Halbleiterkristall gelegt wird. Beide Elemente sind in einem Gehäuse mit Kontaktleitungen auf der einen Seite und einer Kunststofflinse auf der anderen Seite eingeschlossen. Der freie Raum zwischen Linse und Kristall ist mit farblosem Silikon gefüllt, die LED-Struktur ist auf einer Aluminiumbasis befestigt, die Wärme abführt und die LED steifer macht.
Warum leuchtet die LED? Das Geheimnis des Glühens liegt in der Rekombination von Elektronen zwischen zwei Halbleiterkontakten mit unterschiedlicher Leitfähigkeit. Der Halbleiterkristall an den Kontaktpunkten ist mit einer Akzeptorverunreinigung dotiert, die einerseits eine unzureichende Anzahl von Elektronen enthält, und andererseits mit einer Donorverunreinigung, bei der Elektronen reichlich vorhanden sind. Wenn Strom angelegt wird, rekombinieren die Elektronen und die resultierende überschüssige Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt. Auf den ersten Blick scheint die LED umso intensiver zu leuchten, je höher der Strom ist. Das ist richtig, die Intensität der Lichtenergie wird höher sein, aber gleichzeitig wird aufgrund des Widerstands im Halbleiter die Erwärmung der Diode stark zunehmen, was dazu führt, dass die Kontakte schmelzen oder der Halbleiter ausbrennt.
Vor- und Nachteile energiesparender LED-Lampen
Die heute existierenden LED-Lampen haben sowohl Vor- als auch Nachteile – ihre Entwicklung zu einer vollwertigen Lichtquelle in unseren Häusern ist noch nicht abgeschlossen..
Positiven Eigenschaften:
- der kleinste Stromverbrauch im Vergleich zu anderen Arten von Haushaltslampen – 8-10-mal geringer als der von Lampen mit Glühlampen;
- hohe Lichtausbeute, ca. 120 Lumen pro Watt verbrauchter Energie. Zum Vergleich beträgt die Lichtleistung von „Ilyichs Lampen“ 10 bis 24 Lumen pro Watt, für Leuchtstofflampen 60 bis 100 Lumen pro Watt;
- die höchste im Vergleich zu anderen Beleuchtungslampen, Lebensdauer von etwa 50.000 Stunden, vorausgesetzt, die LED-Lampe selbst ist von hochwertiger Konstruktion und es werden hochwertige Materialien für ihre Herstellung verwendet;
- Erhalten verschiedener Eigenschaften des Spektrums ohne Verwendung von Lichtfiltern, d.h. in Analogie zu Glühlampen;
- Haltbarkeit und Sicherheit für Benutzer. Die LED-Lampe wird nicht brechen oder beschädigt, wenn sie versehentlich fallen gelassen wird, d. H. Glassplitter, typisch für eine ähnliche Situation mit jeder anderen Beleuchtungslampe, werden es nicht sein. Seine Elemente enthalten keine gefährlichen Bestandteile chemischen Ursprungs, die beispielsweise in Leuchtstofflampen vorhanden sind;
- hängt nicht von der Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge ab. Bei anderen Lampen wirkt sich die Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge erheblich auf die Lebensdauer aus.
- sicher im Betrieb – es ist keine Hochspannung erforderlich, die höchste Temperatur der LED und der umgebenden Leuchten wird 60 ° C nicht überschreiten.
Negative Eigenschaften:
- hoher Preis. Die Kosten für LED-Lampen übersteigen heute die Kosten für Leuchtstofflampen mit ähnlicher Leistung um das 8- bis 10-fache. Die Senkung der Einzelhandelspreise ohne Qualitätsverlust ist die größte Herausforderung für die Hersteller von LED-Lampen.
- Notwendigkeit für einen Kühlkörper. Die Abmessungen der LEDs sind zu klein und nicht ausreichend, um die von ihnen während des Betriebs erzeugte Wärme unabhängig abzuleiten. Je leistungsfähiger die LED-Lampe ist, desto größer ist die Größe und Fläche des benötigten Kühlers. Dementsprechend wirkt sich die beeindruckende Größe des Aluminiumstrahlers auf die Kosten der Lampe aus. Außerdem wird es schwierig oder unmöglich sein, eine leistungsstarke LED-Lampe in gewöhnlichen Lampen zu installieren – sie passt nicht in diese;
- Wenn kein Kondensator vorhanden ist, der den Lichtstrom der LEDs ausgleicht, tritt eine merkliche Lichtwelligkeit auf.
- Wenn eine Lampe auf billigen LEDs aufgebaut ist, wird ihre Lichtleistung auf ein Maximum von 100 lm / W reduziert und entspricht Leuchtstofflampen, d.h. ein wichtiger Vorteil der LED-Lampe geht verloren;
- Das von LEDs erzeugte Lichtspektrum ist monochrom und unterscheidet sich erheblich vom natürlichen Sonnenlicht. Um monochrome Lichtstrahlung zu mildern, sind spezielle Leuchtstoffe erforderlich.
- Der erzeugte Lichtstrom ist eng gerichtet und erfordert die Installation mehrerer multidirektionaler Lampen oder eines Lichtdiffusors. Die Verwendung des letzteren verringert jedoch die Beleuchtungsstärke erheblich.
So wählen Sie eine LED-Lampe für Ihr Zuhause
In Baumärkten in Russland sind energiesparende LED-Lampen nicht so verbreitet wie Leuchtstofflampen – sie sind teurer und daher weniger gefragt. Die größten Hersteller von LED-Lampen: American General Electric, German Osram, Bioledex und BLV licht, Dutch Philips, Indian Sylvania, Russian Optogan – die Kosten für ihre Produkte variieren zwischen 600 und 3.000 Rubel … für eine Lampe.
Neben bekannten Marken finden sich häufig preiswerte LED-Lampen chinesischer und kleiner einheimischer Hersteller in Geschäften – meiner Meinung nach sollten Sie deren Produkte nicht kaufen, weil Die geringen Kosten sind höchstwahrscheinlich auf Einsparungen bei den Komponenten zurückzuführen, was bedeutet, dass solche Lampen nicht lange halten.
Und nun zu den Kriterien für die Auswahl von LED-Lampen:
- Lampenleistung. Eine 100-W-Glühlampe entspricht einer 12-15-W-LED, und der Lichtstrom einer 15-W-LED-Lampe ist etwas intensiver als der einer 100-W-Ilyich-Lampe.
- Lichttemperatur. Die Temperatur des Lichts in Kelvin wird auf die Verpackung oder den Lampenkörper angewendet, das Sonnenlicht, das wir gewohnt sind, hat eine Temperatur von 2 700 – 3 000 K. Die Temperatur des Lichts der Lampen in Kelvin verdankt seinen Ursprung der Farbe des im Ofen erhitzten Metallstabs – bis zu 3 000 K ist es gelb-weiß wird mit zunehmender Temperatur immer weißer. Lampen, die Licht mit einer Temperatur von mehr als 3000 K emittieren, sind heller, aber ihr Licht ist schwer zu tolerieren und nur in Büroräumen geeignet.
- Beleuchtungswinkel. Wenn sich alle LEDs in der Lampe in derselben Ebene befinden, ist die Art der Beleuchtung fokal und eng gerichtet – jede LED sendet einen gerichteten Lichtfluss aus. Für eine Lichtstreuung und eine effektive Beleuchtung des Raums ist es praktisch, wenn die LEDs in mehreren Ebenen angeordnet sind und die Lampe selbst mit Lichtstreuungslinsen ausgestattet ist, die von innen mit einem Leuchtstoff beschichtet sind.
- Farbwiedergabeverhältnis. Der Wert sollte auf der Lampenverpackung angegeben werden. Bei LEDs liegt der Koeffizient normalerweise zwischen 70 und 95 – je höher der auf der Verpackung angegebene Wert, desto besser leuchtet die LED-Lampe und umgekehrt. Wenn der Farbwiedergabeindex von 95 auf der Verpackung angegeben ist und die Kosten für die Lampe selbst niedrig sind – dies ist ein Versuch, den Käufer zu täuschen, können billige Lampen keine so hohe Farbwiedergabe haben;
- Wärmeabfuhr. Das Vorhandensein eines Aluminiumkühlers ist erforderlich. Wenn anstelle von Aluminium Kunststoff verwendet wird, lehnen Sie den Kauf dieser Lampe ab, da diese nicht lange hält.
- Arbeitszeit. In der Regel geben die Hersteller 30.000 Arbeitsstunden an, was eigentlich ein Durchschnitt ist. Die Lampe selbst arbeitet nach dieser Zeit weiter, ihre Helligkeit nimmt jedoch um etwa 30% ab – die Erwärmung der LEDs im Laufe der Zeit verringert die Intensität des Lichtstroms.
Ich habe keinen Zweifel daran, dass in den nächsten 5 bis 10 Jahren die LED-Lampen verbessert werden – die Anzahl der Lumen pro verbrauchtem Watt wird zunehmen und die Kosten werden erheblich sinken. Sie werden nicht weniger beliebt sein als einst Glühlampen, nur für den Durchschnittsverbraucher und den Staat rentabler. Aber es wird einige Zeit dauern …
Welche Vorteile bieten energiesparende LED-Lampen im Vergleich zu herkömmlichen Glühbirnen oder Energiesparlampen?