Сравнение конструктивных особенностей
Первые модели осветительных ламп, в которых для излучения света использовалась вольфрамовая нить, появились в конце 18 века. Конструктивно лампа накаливания имеет в основании два вывода, к которым подключается нить накала, которая последовательно включается в электрическую сеть.
Принцип работы этих источников света не изменился и по сей день:
- из стеклянной колбы откачивают воздух для создания среды, близкой к вакууму;
- когда на нить накаливания подается напряжение светового потока, волокно раскаляется докрасна;
- из-за отсутствия в окружающем пространстве частиц, препятствующих свободному выходу нагретых электронов, возникает достаточно интенсивное излучение света.
За сто лет использования этой технологии изменилась только форма конструкции и эффективность свечения.
Первые светодиоды, как источник хоть какого-то видимого светового потока, появились в 60-х годах прошлого века. И только в текущем веке научились записывать полупроводниковые элементы в массивы для организованного светодиодного освещения.
Конструктивно светодиодная лампа напоминает лампу Ильича, но в отличие от последней содержит:
- различные полупроводниковые элементы;
- конденсатор;
- микросхема (стабилизатор тока).
Все эти детали находятся в стандартном корпусе и необходимы для стабильной работы устройства. Принцип действия основан на высвобождении элементарных частиц при прохождении электрического тока через p-n переход.
Различия в конструкции и принципе работы
Русский ученый А.Н. Лодыгин впервые получил патент на источник света с вольфрамовой нитью накаливания в 90-е годы XIX века. Такие осветительные лампы работают по принципу нити накаливания из специального вольфрамового сплава при очень высоких температурах, что неизбежно приводит к свечению. Конструктивно указанное устройство состоит из стеклянной колбы с химически инертным газом внутри (например, смесью азота и аргона), вольфрамовой нити (накала), молибденовых держателей нити с другими элементами для удержания нити и электрических проводников с основанием в нижней части лампы.
Эти лампы широко используются во всех сферах человеческой деятельности, но постепенно их вытесняют современные и эффективные светодиодные осветительные приборы.
Светодиодные лампы были открыты в начале 20 века, но впервые практическое применение они получили лишь в 1962 году, когда Ник Холоньяк, американский ученый из Иллинойского университета, получил кристаллы с красным свечением. Принцип свечения светодиодов заключается в электро-дырочном переходе, присущем полупроводниковым элементам. Когда электрический ток проходит в прямом направлении через светодиод, испускаются фотоны и появляется свечение.
С развитием и совершенствованием технологических процессов производство светодиодов перестало быть дорогим, и широкое распространение получили светодиодные лампы, быстро вытеснившие с рынка лампы накаливания. Все это происходит потому, что такие приборы имеют высокий КПД, а при малой мощности имеют большой световой поток.
Чтобы понять, что такое мощность, светоотдача, КПД и как все это связано с выбором и популярностью светодиодных ламп, рассмотрим каждое свойство более подробно.
Сравниваемые параметры
Чтобы понять эффективность каждого типа лампочек, необходимо сравнить их характеристики в наиболее релевантных категориях. Рассмотрим их подробнее для традиционных ламп и их светодиодных аналогов.
Мощность и светоотдача
Как и любой электроприбор, как светодиодные, так и лампы накаливания потребляют определенное количество энергии, в результате чего на выходе получается лампочка. Светопродукцию следует понимать как отношение между количеством излучаемого света и количеством потребляемой электроэнергии. Этот параметр, насколько это возможно, характеризует эффективность любого осветительного прибора.
У приборов с нитью накаливания показатели светоотдачи составляют примерно 8 — 10 Лм/Вт. Это означает, что на каждый ватт потребляемой электрической энергии лампа накаливания выдает 8 или 10 люмен. Светодиод, в свою очередь, может давать от 90 до 120 лм/Вт. Как видите, чтобы получить, скажем, те же 500 люмен для освещения комнаты, нужно использовать не менее 50 Вт для лампы накаливания, в то время как для средних светодиодных светильников необходимо затратить всего 5 Вт, благодаря чему последние получили официальный статус ламп низкого потребления.
Однако следует учитывать, что светодиоды со временем перегорают, из-за чего заметно снижается яркость свечения. При этом нить выдает постоянный параметр до исчерпания.
Теплоотдача
Теплоотдача от осветительного прибора является отрицательной и вредной характеристикой для осветительных ламп. Чем выше температура устройства во время его работы, тем больше энергии оно будет тратить на ненужный нагрев. Кроме того, чрезмерная температура лампы может привести к ожогам (при случайном контакте с лампой) или возгоранию и повреждению отделочных материалов (например, может расплавиться пластик или натяжной потолок). По этому параметру лампы накаливания заметно уступают светодиодным, сильно греются и тратят много энергии на нагрев. Это, конечно же, связано с принципом работы этого осветительного прибора.
Конечно, нельзя сказать, что светодиодные лампы не нагреваются. Но по сравнению с классическими лампами накаливания они имеют низкую теплоотдачу и высокий КПД. Их можно использовать на бумажных и пластиковых лампах, не опасаясь возгорания.
КПД ламп
Коэффициент полезного действия (КПД) тесно связан со всеми вышеперечисленными параметрами осветительных ламп. У каждого устройства есть «полезное действие» — это та работа, для которой, собственно, и создано устройство. В лампах основным полезным эффектом является излучение света. Все остальное — лишняя и ненужная работа, снижающая эффективность. Лампы накаливания имеют очень низкий КПД, так как основная часть их работы связана не с полезным действием, а с побочным эффектом — тепловым излучением. Это значение (КПД) для данного типа ламп едва достигает 5%. Это означает, что только 5% потребляемой электроэнергии расходуется на излучение света. И это очень низкий показатель. Он говорит о неэффективности устройства.
Светодиодные лампы имеют высокий КПД, который составляет около 90%. То есть светодиодные светильники не тратят энергию на бесполезную работу и экономят электроэнергию, тем самым экономя бюджет пользователя.
Срок службы
Всем знакома ситуация, когда «перегорела» лампа накаливания. Любой скачок напряжения во время работы светильника или внезапный пуск при изношенной вольфрамовой нити накаливания приведет к выходу из строя лампы накаливания. Из-за высокой чувствительности нити накала обычные лампы имеют короткий срок службы, а некачественные лампы накаливания — всего несколько дней.
Светодиодные энергосберегающие лампы имеют принципиально иную конструкцию и предсказуемый срок службы. Эти приборы служат в десять раз дольше, чем лампы накаливания, и могут прослужить до 50 000 часов (для сравнения, средний срок службы ламп накаливания не более 1000 часов).
Экологичность
К сожалению, только в 21 веке люди стали осознанно задумываться об охране природы и экологичности используемых ими устройств. Сейчас ключевую роль в сохранении природы в будущем играет разумное потребление и энергосбережение. Современные методы получения электрической энергии наносят огромный ущерб природным ресурсам нашей планеты.
Они постепенно загрязняют водные ресурсы, атмосферу и почву, используя невозобновляемые источники энергии. Это приводит к глобальному потеплению и повышению уровня океана и, как следствие, к экологической катастрофе. Энергосбережение является одним из способов снижения негативного воздействия человечества на окружающую среду. Дело не только в том, что в мире стала популярной акция «Час Земли», когда на один час все неравнодушные к природе люди выключают все электроприборы в своих домах.
В этом смысле энергосберегающие светодиодные лампы и переход на них во всем мире сделали большой шаг к снижению потребления электроэнергии. Ведь светодиодные лампы – это энергоэффективные устройства. Светодиодные лампы позволяют разумно расходовать электрическую энергию.
Исходя из вышеизложенного, нет причин не использовать светодиодные лампы. Конечно, они несколько дороже ламп накаливания, но по всем параметрам их опережают. Использование современных светодиодных источников освещения помогает экономить бюджет и беречь окружающую среду в мире, что, безусловно, окупается при длительном использовании как для конкретного человека, так и для всего человечества в целом.
Стоимость
Пожалуй, это единственный параметр, по которому лампа накаливания может отобрать однозначные лидеры. В среднем стоимость лампы накаливания колеблется в пределах 20-50 рублей, тогда как светодиодные модели обойдутся в 300-500 рублей. Как можно констатировать, классические варианты будут в 10 раз дешевле полупроводниковых аналогов. Но увы, несмотря на победу в конкурсе на лучшую цену, лампы накаливания нельзя назвать явным лидером по преимуществам, так как срок их службы в 50 раз меньше.
Из чего можно сделать вывод, что высокая стоимость светодиодных приборов с лихвой компенсируется длительностью их работы и высокими эксплуатационными характеристиками.
Спектр свечения
Определяет цветопередачу объектов, попадающих в поле зрения человека. Так, чем ниже уровень цветовой температуры, тем больше восприятие окружающих нас предметов изменится на красные и оранжевые тона. При повышении температуры цветового спектра видимые объекты будут восприниматься в оттенках синего и пурпурного.
Для ламп накаливания яркостная температура находится в пределах 2700 – 3000К. Но светодиодные устройства способны давать спектр излучения в любом диапазоне, что и воплощается в лампочках с холодным и теплым свечением. В последнее время эту функцию можно настроить на некоторых светодиодах, чтобы осветительное устройство могло выдавать спектр, как у люминесцентных ламп, а после включения, как у лампы накаливания.
Почему такая разница?
Чтобы ответить на этот вопрос, кратко рассмотрим принцип работы каждого типа лампочек и сравним их энергопотребление. В лампе накаливания рабочим элементом является вольфрамовая нить накала, которую необходимо нагреть до 2000-3400°С, чтобы она ярко светилась. При этом примерно 95% мощности, потребляемой лампой, расходуется на поддержание температуры катушки, а значит, ее КПД будет всего около 5%.
Принцип работы компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) заключается в получении ультрафиолетового излучения путем пропускания тока через пары ртути с последующим преобразованием в видимый свет с помощью люминофорного покрытия. Энергоэффективность современных компактных люминесцентных ламп примерно в пять раз выше, чем у их аналогов накаливания.
В светодиодных лампочках свет генерируется при прохождении тока через p-n переход, после чего он проходит через люминофор. Отношение световой энергии к общей мощности светодиодных ламп последнего поколения может достигать 30%. Но точного значения КПД для всех светодиодных ламп нет, так как оно сильно зависит от типа светодиода и используемого драйвера.
Советы по замене лампочек накаливания
1. Также в продаже можно найти длинные светодиоды G13, которыми можно заменить ртутные в люминесцентных лампах, сохранив текущий корпус.
2. Если освещение в помещении еще не спроектировано и не установлено, то с целью удешевления освещения можно установить подпотолочные светодиодные панели Армстронг. Панель имеет размеры 60 x 60 см и толщину 1 см без блока питания. Его можно установить практически на любую крышу приподнятым способом. Взамен получаем высокую яркость 3600 Лм за 1250 руб.
3. Я предпочитаю светодиодные лампы-кукурузы, они имеют хороший дизайн и не требуют отдельного радиатора и лампочки. Единственным недостатком являются открытые электрические контакты диодов с низким напряжением.
Основные выводы
Светодиодные лампы постепенно вытесняют на рынке всех конкурентов. И речь идет не только о стандартных лампах накаливания, но и об их ртутных и галогенных аналогах. Одним из основных преимуществ светодиодных ламп является их мощность, позволяющая генерировать достаточный световой поток при низком энергопотреблении. Это, в первую очередь, определяет экономичность светильников данного типа.
- При замене обычных образцов на светодиоды стоит учитывать соотношение мощностей ламп накаливания и светодиодных ламп.
- Кроме параметров, указанных в таблицах, необходимо обращать внимание на технические характеристики, такие как тип цоколя или матовое покрытие колбы.
- Одинаковую величину светового потока могут давать разные типы ламп с разными параметрами мощности.
- Светодиоды превосходят другие типы по многим характеристикам, уступая только стоимости.
- Понимание соответствия мощности важно как при замене ламп дома, так и на открытом воздухе.
Все больше потребителей и предприятий переходят на светодиодные лампы не только из-за их эффективности и финансовой выгодности, но и из-за их экологичности, чего нельзя сказать об устаревших ртутных лампах.
