Lampadine a LED a risparmio energetico

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In questo articolo: Storia dei LED Lampada a LED – dispositivo; caratteristiche della lampada a LED; produttori e prezzi; scegliendo una lampada a risparmio energetico per la casa.

Lampadine a LED a risparmio energetico

Che tipo di illuminazione dovremmo avere nelle nostre case? Su questo punto, ci sono due opinioni: famiglie – la luce dovrebbe essere piacevole e non dura; i leader del paese: l’illuminazione delle case dovrebbe consumare meno elettricità possibile. L’inesorabile aumento dei prezzi per i vettori energetici è poco compreso dall’uomo medio di strada, è più interessato alla domanda “perché queste stesse lampade a risparmio energetico sono così costose”. Questo articolo prenderà in considerazione in dettaglio le lampade a LED a risparmio energetico, che nel prossimo futuro, indipendentemente dal desiderio o dalla riluttanza del consumatore medio, illumineranno le nostre case. Scopriamo se sono buoni come sono descritti.?

Storia delle lampade a LED

Tutto ebbe inizio nel 1907, quando l’ingegnere inglese Henry Round, spegnendo le luci in laboratorio, notò accidentalmente un bagliore attorno a un contatto a diodi sotto tensione. Decise che il bagliore era causato da un errore nei calcoli e non prestò particolare attenzione a questo, sebbene abbia notato questo fatto nel rapporto..

Storia delle lampade a LED
Oleg Vladimirovich Losev

16 anni dopo questo evento, il fisico sovietico Oleg Vladimirovich Losev iniziò a studiare lo strano bagliore che si verifica nel punto di saldatura dei contatti di un diodo al carburo di silicio (carborundum). Losev non ha mai scoperto la natura del bagliore, osservando che non c’era riscaldamento alle alte temperature – il motivo del bagliore era nascosto in una sorta di processo elettronico, sconosciuto alla scienza in quegli anni. I risultati della ricerca di Losev sul bagliore dei diodi sono stati tradotti in diverse lingue e pubblicati in numerose riviste scientifiche, ma non hanno suscitato molto interesse. All’inizio del 20 ° secolo, le lampade familiari con filamento incandescente erano considerate abbastanza sufficienti e indispensabili – non era necessario inventare qualcosa di nuovo.

L’interesse sostenuto per il bagliore dei diodi sorse nella seconda metà del secolo scorso, quando l’ingegnere americano Rubin Brownstein annunciò la sua scoperta: i diodi fatti di arsenuro di gallio (GaAs) emettono raggi infrarossi quando alimentati. Secondo l’ingegnere, esattamente la stessa radiazione è stata osservata da lui nei diodi costituiti da fosfuro di indio (InP), antimonide di gallio (GaSb) e costituiti da una lega di silicio-germanio..

Il primo diodo a infrarossi è stato brevettato nel 1961 dai ricercatori americani Gary Pitman e Robert Byard. Ma era impossibile usare tali diodi per l’illuminazione della stanza, perché i raggi infrarossi sono al di fuori dello spettro visibile all’occhio umano.

Storia delle lampade a LED
Scienziato e inventore americano Nick Holonyak

Il creatore del LED a tutti gli effetti fu Nick Holonyak, Jr., che nel 1962 creò una luce a LED a pieno titolo che emetteva luce rossa visibile. È Holonyak che è considerato il “padre” delle lampade a LED. 10 anni dopo, il suo studente George Craford creò il primo LED per emettere luce gialla e decuplicò la luminosità dei LED rosso e arancione-rosso..

Tuttavia, le nuove sorgenti luminose non erano particolarmente richieste dal punto di vista commerciale, ovviamente perché il costo di un LED era allora di $ 200. La prima produzione commerciale di LED nel 1968 fu fondata dalla società americana “Monsanto”, specializzata in prodotti chimici, che erano LED da leghe di arsenuro di gallio e fosfuro di indio. Fu la Monsanto a rendere i LED popolari e diffusi nei calcolatori elettronici e negli orologi digitali – dal 1968 al 1970, il monopolio dei LED ha venduto il doppio dei prodotti rispetto a ogni mese precedente. L’introduzione dei LED nell’elettronica è dovuta a Hewlett-Packard, il primo ad apprezzare il valore dei LED per gli apparecchi elettrici e ad acquistarli attivamente dalla Monsanto..

Nel 1970, il monopolio della Monsanto nel mercato dei LED era terminato – usando chip a semiconduttore del Dr. Jean Ernie, la società americana Fairchild Semiconductor ha lanciato la produzione di LED economici del valore di cinque centesimi ciascuno.

Per decenni, i LED sono stati utilizzati attivamente nell’elettronica di consumo e industriale, ma non per l’illuminazione interna. L’idea di creare lampade a LED a tutti gli effetti in grado di illuminare le nostre case meglio di qualsiasi “lampada Ilyich” è venuta da Shuji Nakamura, che lavorava per l’azienda giapponese “Nichia Corporation” – era sotto la sua guida che gli ingegneri dell’azienda hanno creato il primo LED blu ad alta luminosità nel 1993.

Storia delle lampade a LED

Il primo LED che emette una luce bianca brillante è stato creato non molto tempo fa – nel 1997, l’ingegnere americano Fred Schubert è diventato il suo creatore..

Oggi esistono già lampade a LED a risparmio energetico, ma sono ancora in fase di miglioramento, poiché i primi LED, la cui intensità luminosa è diventata uguale e, successivamente, hanno superato la luminosità delle lampade a incandescenza, sono apparsi solo all’inizio del 21 ° secolo..

Come funziona e funziona la lampada a LED

Il dispositivo di qualsiasi moderna lampada a LED è il seguente:

  • base. Un elemento standard di qualsiasi lampada, progettato per essere avvitato nel portalampada;
  • motorino di avviamento (driver) racchiuso in una custodia di plastica con fori di ventilazione. Converte corrente alternata in corrente continua, contiene condensatori più potenti rispetto al circuito di zavorra della lampada fluorescente. Il motivo è il seguente: il calore generato dai diodi nelle lampade a LED non è diretto verso l’esterno, ma all’interno del suo corpo, pertanto sono necessari fori di ventilazione nel corpo del reattore. La vita utile di qualsiasi lampada a LED è associata al numero di fori di ventilazione nel case e all’affidabilità dei condensatori, nonché ai diodi zener che equalizzano la tensione in caso di cadute di tensione;
  • radiatore in alluminio. Le sue nervature sporgenti sono posizionate lungo e in una spirale, che migliora la dissipazione del calore;
  • la scheda su cui sono installati i LED. Realizzato in alluminio, sul lato rivolto verso il radiatore, viene applicata la pasta termica, che rimuove il calore – il 90% della radiazione termica dai LED cade sulla piastra di alluminio in cui sono installati;
  • I LED, in numero da 5, forniscono la potenza totale della lampada. Il flusso luminoso da essi generato dipende dalla qualità dei LED;
  • diffusore di luce montato su un anello interno in alluminio. Realizzato in plastica opaca, viene utilizzato per la dispersione uniforme del fascio di luce dai LED. Praticamente non riscaldato.

Gli elementi principali di una lampada a LED sono i LED: dispositivi a semiconduttore che convertono la corrente elettrica in radiazione luminosa. Qualsiasi LED è costituito da un substrato non conduttivo su cui è posato un cristallo a semiconduttore – entrambi questi elementi sono racchiusi in un pacchetto con cavi di contatto su un lato e una lente di plastica sull’altro lato. Lo spazio libero tra l’obiettivo e il cristallo è riempito con silicone incolore, la struttura a LED è fissata su una base in alluminio, che rimuove il calore e rende il LED più rigido.

Come funziona e funziona la lampada a LED

Perché il LED si illumina? Il segreto del bagliore risiede nella ricombinazione di elettroni tra due contatti a semiconduttore con conduttività diversa. Il cristallo semiconduttore nei punti di uscita del contatto è drogato con un’impurità dell’accettore contenente un numero insufficiente di elettroni, da un lato, e un’impurità del donatore, dove gli elettroni sono abbondanti, dall’altro. Quando viene applicata energia, gli elettroni si ricombinano e l’energia in eccesso risultante viene convertita in luce visibile. A prima vista, sembra che maggiore è la corrente, più intenso sarà il LED. Esatto, l’intensità dell’energia luminosa sarà maggiore, ma allo stesso tempo, a causa della resistenza nel semiconduttore, il riscaldamento del diodo aumenterà drasticamente, causando la fusione dei contatti o il bruciamento del semiconduttore.

Pro e contro delle lampadine a LED a risparmio energetico

Le lampade a LED che esistono oggi presentano sia vantaggi che svantaggi: il loro sviluppo in una sorgente luminosa a pieno titolo nelle nostre case non è ancora stato completato..

Caratteristiche positive:

  • il più piccolo, rispetto a qualsiasi altro tipo di lampade per uso domestico, il consumo di elettricità – 8-10 volte inferiore a quello delle lampade con un filamento a incandescenza;
  • alta efficienza luminosa, circa 120 lumen per watt di energia consumata. Per fare un confronto, l’emissione luminosa delle “lampade di Ilyich” va da 10 a 24 lumen per watt, per lampade fluorescenti – da 60 a 100 lumen per watt;
  • la più alta, rispetto a qualsiasi altra lampada di illuminazione, durata di circa 50.000 ore, a condizione che la stessa lampada a LED sia di costruzione di alta qualità e materiali di alta qualità siano utilizzati nella sua fabbricazione;
  • ottenere varie caratteristiche dello spettro senza usare filtri di luce, ad es. per analogia con lampade a incandescenza;
  • durata e sicurezza per gli utenti. La lampada a LED non si romperà o si danneggerà se caduta accidentalmente, ad es. frammenti di vetro, tipici di una situazione simile con qualsiasi altra lampada di illuminazione, non lo saranno. I suoi elementi non contengono alcun componente pericoloso di origine chimica, presente ad esempio nelle lampade fluorescenti;
  • non dipende dal numero di accensione e spegnimento, nel caso di altre lampade, il numero di accensione / spegnimento influisce gravemente sulla vita utile;
  • sicuro durante il funzionamento – non è richiesta alta tensione, la massima temperatura del LED e dei raccordi non supererà i 60 ° С.

Caratteristiche negative:

  • alto prezzo. Il costo delle lampade a LED oggi supera di 8-10 volte il costo delle lampade fluorescenti di potenza simile. Ridurre i prezzi al dettaglio senza perdere la qualità è la sfida principale per i produttori di lampade a LED;
  • bisogno di un dissipatore di calore. Le dimensioni dei LED sono troppo piccole e non sufficienti per dissipare autonomamente il calore generato da loro durante il funzionamento: più potente è la lampada a LED, maggiore è la dimensione e l’area del radiatore di cui ha bisogno. Di conseguenza, le dimensioni impressionanti del radiatore in alluminio influiscono sul costo della lampada, inoltre, sarà difficile o impossibile installare una potente lampada a LED nelle normali lampade – non si adatterà in esse;
  • in assenza di un condensatore che equalizza il flusso luminoso dei LED, si riscontra una notevole ondulazione di luce;
  • quando si costruisce una lampada basata su LED economici, la sua emissione luminosa diminuisce fino a un massimo di 100 lm / W e diventa uguale alle lampade fluorescenti, ad es. si perde un importante vantaggio della lampada a LED;
  • lo spettro di luce generato dai LED è monocromatico e differisce significativamente dalla luce solare naturale. Per ammorbidire le radiazioni luminose monocromatiche, sono richiesti speciali fosfori;
  • il flusso luminoso generato è strettamente diretto e richiede l’installazione di più lampade multidirezionali o un diffusore di luce, tuttavia, l’uso di queste ultime riduce significativamente l’intensità dell’illuminazione.

Come scegliere una lampada a LED per la tua casa

Nei negozi di ferramenta in Russia, le lampade a LED a risparmio energetico non sono così diffuse come quelle fluorescenti: sono più costose, quindi sono meno richieste. I più grandi produttori di lampade a LED: American General Electric, German Osram, Bioledex e BLV licht, Dutch Philips, Indian Sylvania, Russian Optogan – il costo dei loro prodotti varia da 600 a 3.000 rubli … per una lampada.

Come scegliere una lampada a LED per la tua casa

Oltre ai marchi noti, nei negozi si trovano spesso lampade a LED economiche di produttori cinesi e di piccoli produttori – a mio avviso, non dovresti acquistare i loro prodotti, perché il basso costo è molto probabilmente dovuto al risparmio sui componenti, il che significa che tali lampade non dureranno a lungo.

E ora sui criteri per la scelta delle lampade a LED:

  • potenza della lampada. Una lampada a incandescenza da 100 W corrisponde a una lampada a LED da 12-15 W e il flusso luminoso di una lampada a LED da 15 W sarà leggermente più intenso di quello di una “lampada Ilyich” da 100 W;
  • temperatura della luce. La temperatura della luce in Kelvin verrà applicata sulla confezione o sul corpo della lampada, la luce solare a cui siamo abituati ha una temperatura di 2 700 – 3 000 K. La temperatura della luce delle lampade in Kelvin deve la sua origine al colore della barra di metallo riscaldata nel forno – fino a 3 000 K è giallo-bianco , diventa sempre più bianco con l’aumentare della temperatura. Le lampade che emettono luce a una temperatura superiore a 3000 K sono più luminose, ma la loro luce è difficile da tollerare ed è appropriata solo nei locali degli uffici;
  • angolo di illuminazione. Se tutti i LED nella lampada si trovano sullo stesso piano, la natura dell’illuminazione sarà focale, strettamente diretta: ogni LED emette un flusso luminoso diretto. Per la diffusione della luce e l’illuminazione efficace della stanza, sarà conveniente se i LED sono posizionati su più piani e la lampada stessa è dotata di lenti a diffusione della luce, rivestite dall’interno con un fosforo;
  • rapporto di resa cromatica. Il suo valore deve essere indicato sulla confezione della lampada, per i LED, il coefficiente è generalmente compreso tra 70 e 95: maggiore è il valore indicato sulla confezione, migliore sarà la luminosità della lampada a LED e viceversa. Se l’indice di resa cromatica di 95 è indicato sulla confezione e il costo della lampada stessa è basso – questo è un tentativo di ingannare l’acquirente, le lampade economiche non possono avere una resa cromatica così elevata;
  • rimozione del calore. È necessaria la presenza di un radiatore in alluminio e se si utilizza la plastica al posto dell’alluminio, rifiutare di acquistare questa lampada, non durerà a lungo;
  • ore lavorative. In genere, i produttori citano 30.000 ore lavorative, che è in realtà una media. La lampada stessa dopo questo periodo continuerà a funzionare, ma la sua luminosità diminuirà di circa il 30% – il riscaldamento dei LED nel tempo riduce l’intensità del flusso luminoso.

Non ho dubbi sul fatto che nei prossimi 5-10 anni le lampade a LED miglioreranno: il numero di lumen per watt consumato aumenterà e il costo diminuirà in modo significativo. Diventeranno non meno popolari come una volta erano le lampade a incandescenza, solo più redditizie sia per il consumatore medio che per lo stato. Ma ci vorrà del tempo …

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