Quanto sono efficienti i LED?

In genere vedo l'efficienza correlata ai lumen per watt, ma qual è l'effettiva efficienza tipica dei LED in termini di energia elettrica in uscita da energia ottica? Che tipo di conversioni si applicano?

Per chiarire le cose, definiamo di cosa stiamo parlando.

Ci sono due termini che si confondono abbastanza spesso:

• Efficienza luminosa:

L'efficienza luminosa è una quantità senza dimensioni che deriva dall'efficacia luminosa. È semplicemente il quoziente di efficacia luminosa della sorgente e la massima efficacia luminosa possibile della radiazione.

• Efficacia luminosa:

Questo è il valore che vedi più spesso. Di solito ha l'unità di lumen per watt. E fornisce il flusso luminoso per potenza, che è una quantità utile per vedere quanta luce otterremo con una data potenza.

Con questo dobbiamo anche essere un po 'attenti. Perché la potenza può essere il flusso radiante della sorgente o la potenza elettrica. Quindi il primo può essere chiamato efficacia luminosa della radiazione e il secondo efficacia luminosa di una sorgente o efficacia luminosa complessiva.

Ora sorge il problema, che non possiamo vedere tutti i colori ugualmente bene. E i lumen sono in realtà ponderati in base alla risposta dei nostri occhi:

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Quindi, con questo, è possibile creare alcuni valori dei limiti superiori (in base alla ridefinizione dell'unità candela ). Questa sarebbe l' efficacia luminosa delle radiazioni .

Quali sono:

• Luce verde a 555 nm: 683 lm / W
• Massimo per CRI = 95 a 5800K: 310 lm / W (basato su radiatori troncati a corpo nero)
• Massimo per CRI = 95 a 2800 K: 370 lm / W

Per di più vedi qui .

Se si abbassa l'indice di resa cromatica (CRI), è possibile ottenere valori più alti. Ma non superiore a 683 lm / W.

Quanto sono efficienti i LED?

Qui abbiamo valori di efficacia luminosa di una fonte .

Bene, c'è una corsa all'efficienza. Cree pubblicato un comunicato stampa con un LED di laboratorio di 303 lm / W a 5150K. Il CRI non è stato menzionato, immagino che sia inferiore a 95, ma sulla base dei dati sopra riportati sembra che avrebbe un'efficienza luminosa compresa tra l'80% e il 90%.

Ovviamente il tuo LED disponibile media ha meno. 100 lm / W sarebbero circa dal 25% al ​​30% e i nuovi chip da 200 lm / W annunciati di recente (ad agosto 2017) raggiungeranno dal 50% al 60%.

Nota che quanto sopra è per la visione fotopica (visione diurna), le cose cambiano con la visione scotopica, ma di solito non è così interessante.

Se vuoi davvero entrare nelle viscere di esso, dovresti prendere lo spettro del LED e scoprire qual è il massimo teorico più alto per quello spettro (basato sulla curva di ponderazione) e quindi puoi calcolare il valore.

Poiché ogni LED ha uno spettro diverso, è difficile ottenere facilmente questi dati.

_{^{Spero di non aver commesso un errore qui, perché trovo sempre un po 'confuso l'argomento, non importa quante volte lo rivedo.}}

Come notato nei commenti, dipende.

I LED più vecchi hanno spesso un'efficienza inferiore rispetto ai tipi più recenti.

Alcune lampadine hanno un'elettronica più efficiente per convertire la tensione di rete nella tensione CC necessaria per i LED.

Ma per una data lampadina a LED potresti fare una stima poiché spesso la quantità di energia necessaria a una luce a incandescenza (con una quantità simile di emissione luminosa) è stampata sulla scatola. Secondo Wikipedia l'efficienza media di una lampadina a incandescenza è del 2,2%.

Prendiamo ad esempio la lampadina Ikea "LEDARE" E-27 da 600 lumen:

Potenza equivalente per lampadina a incandescenza: 48 W Potenza effettiva utilizzata: 8,6 W

Ciò significa che questa lampadina afferma di essere 48 / 8.6 = 5.6

volte più efficiente di una lampadina a incandescenza in modo da provocare:

5,6 * 2,2% = 12,3% di efficienza.

Per questa lampada Ikea Ledare.

Si noti che questa è l' efficienza totale, quindi l'efficienza dell'elettronica moltiplica l'efficienza dei LED stessi.

La corretta elettronica dei driver LED dovrebbe avere un'efficienza dell'85 - 99% (questa è la mia ipotesi personale!) Quindi l'efficienza effettiva dei LED sarà leggermente superiore al 12,3% che ho appena calcolato.

Ciò presuppone che tutti i numeri forniti da Ikea siano veri ovviamente.

Per generare 1 lumen di luce sono necessari 1 / 683W di potenza. Ciò significa che l'efficienza è intorno al 12%. Le cose stanno così:

Innanzitutto, supponiamo che abbiamo una luce che si irradia equamente in tutte le direzioni. Per definizione, 1 candela è 1 / 683W (luce monocromatica 550nm). 1 candela si irradia a 1 angolo steradiano, che è 1 / 4π (8%) dell'intera superficie della sfera. Quindi, hai bisogno di 4π / 683W per produrre 1 candela in tutte le direzioni e il flusso luminoso totale è 4π = 12,6 lm.

Quale potenza è pari a 1 lm? Si ottiene dividendo 4π / 683W per 4π e il risultato finale è (4π / 683W) / 4π = 1 / 683W. In sostanza, hai bisogno di 1 / 683W di potenza per creare un flusso luminoso di 1 lumen (1 / 4π = 0,08 candele su tutti gli 1 angoli steradiani).

Usando la figura sopra è necessario 900 volte 1 / 683W = 1,32W per produrre un flusso luminoso di 900 lumen.

La mia vera lampadina, acquistata da un negozio locale, dichiara 900 lm e 11W di energia elettrica. Suppongo che irradia luce equamente in tutte le direzioni. Utilizzando i dati precedenti, l'efficienza elettrica della lampadina è 1,32 W / 11 W = 0,12, che equivale al 12% di efficienza.