Всё о мобильной энергии, солнечных батарея, ветряках и другой электроники Обсуждение солнечных батарей, вертяков, генераторов и другой электроники
 
  Регистрация | Войти На главную Добавить статью Форум Поиск  RSS Наш твиттер Контакты 17 сентября 2021, Пятница  
MobiPower.ru
 О сайте
 Новости
 солнце
 термоэлектричество
 механика
 аккумуляторы
 освещение
 электроника
 прочее (экзотика)
 новинки рынка
 Сделай сам
 Обзоры и тесты
 Библиотека
 Форум
 Ссылки
 Контакты

Новости на e-mail
Подписаться на e-mail рассылку новых статей сайта Mobipower.ru



Новое на форуме

Новая тема за последние 3 дня Защищённые аккумуляторы в Вампирчике
Автор: nik34
17.09.2021 в 10:13

Контроллер для ветряка
Автор: nik34
07.05.2021 в 21:26

Батарея на крыше авто
Автор: LeonidS
26.02.2021 в 14:40

Техническое обсуждение ВЦ7 (+альт. прошивка)
Автор: nik34
09.01.2021 в 23:46

Топливные элементы
Автор: plumber27
24.11.2020 в 06:51

АКБ греется
Автор: nik34
15.10.2020 в 23:15

Сборка батареи для электромотоцикла
Автор: nik34
11.10.2020 в 10:54

Преобразователь с 12В на 8,4В
Автор: nik34
08.07.2020 в 11:26

Неужели ОН и правда столько жрет?
Автор: Grao
16.06.2020 в 15:45

Сол-1000 - модульная и масштабируемая электростанция
Автор: nik34
31.05.2020 в 13:39

Перейти на форум

Сейчас на сайте
179 человек

в т.ч. гостей: 179
пользователей: 0

Всего: 1196

Это может быть полезно



На уровне паровоза или про эффективность светодиодов


Разместил 30.04.2011   nik34

Освещение popov прислал:

Определение эффективности светодиодов
Немного теории для правильного понимания характеристик светодиодов.






  
Поделиться этой страницей в:


Из кандел в люмены

Эффективность E светодиодов (далее СИД) определяется отношением светового потока F, производимого СИД к «закачанной» в него мощности P. Это общая эффективность, включающая в себя энергетическую эффективность самого СИД, зависящую от физики работы, материала и конструкции СИД и световую эффективность зрения для спектра излучения данного СИД. Общая эффективность измеряется в Люменах (Лм) на Ватт (вт):

Определение эффективности светодиодов
Но, так как производители указывают, как правило, в качестве основного светотехнического параметра СИД силу света I, измеряемую в канделах, то нужно пересчитать канделы в люмены. Сила света определяет пространственную плотность (интенсивность) светового потока (luminous intensity)

Расчет эффективности светодиодов
где Ω – телесный угол, измеряемый в стерадианах (ср).

Телесный угол

Для того чтобы ознакомиться с понятием телесного угла, придется совершить краткий экскурс в стереометрию. Площадь поверхности шара радиусом R составляет 4πR2. Если выделить на поверхности шара область площадью R2, то мы получим конус с пространственным углом как раз в один стерадиан. Запомним, что полная площадь поверхности шара составляет 4π стерадиан. Полезно знать, что телесный угол Ω связан с плоским углом α соотношением:

Рассчет эффективности светодиодов

Тогда α(1ср)=65°32', α(πср)=120°, α(2πср)=180°, α(4πср)=360°.

Угол α это и есть угол, приводимый изготовителями панели как угол наблюдения или угол излучения (viewing angle или radiation angle), определяемый по спаду силы света на 50%.

Примерный расчет эффективности

Теперь, зная приводимый изготовителями угол наблюдения, можно приблизительно определить световой поток СИД:

F=IΩ.

Для примера возьмем белый светодиод NSPL500S (Nichia) с углом наблюдения α1=15°. Тогда телесный угол, рассчитанный по (3) составит Ω1=0.0538 ср. Сила света этого СИД 6.4 Кд. Значит световой поток, рассчитанный по (2) составит F1=0.344 Лм.

Прямое падение напряжения на СИД составляет 3.6 в при токе 20 мА. Следовательно, «закачиваемая» в СИД мощность составит P=0.072 Вт, а эффективность, в соответствии с (1) составит E1=4.78 Лм/Вт.

Уточненный расчет эффективности

Более точно телесный угол можно определить по диаграмме излучения, обычно приводимой изготовителями в полярных или декартовых координатах. Для СИД NSPL500S диаграмма выглядит так:

Рассчет эффективности светодиодов

Когда мы рассчитываем телесный угол по углу наблюдения, то предполагаем, что излучение сосредоточено в прямоугольнике шириной 15 градусов, высотой единица и площадью S1=15 условных единиц (прямоугольник с зеленой штриховкой). Но если рассчитать площадь под кривой диаграммы направленности (сосчитать интеграл), то
она составит S2=17.5 условных единиц (на графике показан равный по площади прямоугольник с красной штриховкой). Это эффективный угол наблюдения.

Следовательно, для более точного расчета нужно использовать угол α2=17.5°. Тогда

Ω2=0.0731, F2=0.47 Лм, E2=6.5 Лм/Вт.

Расчет эффективности овальных СИД

Т.н. овальные СИД имеют различные по двум осям углы наблюдения. Например, СИД NSPG546BS (rank T) (Nichia) по оси X имеет угол наблюдения α=110°, а по оси Y – β=40°. Расчет по площади диаграммы направленности даст следующие эффективные углы наблюдения: α=102°, β=52.5°.

Для определения телесного угла формулу (3) нужно несколько трансформировать:

Рассчет эффективности светодиодов

Тогда, в первом случае телесный угол составит Ω1=1.67 ср, а во втором – Ω2=1.55 ср. При I=2.44 Кд и прямом падении напряжения на СИД 3.5 В при токе 20 мА, световой поток СИД составит, соответственно, F1=4.08 и F2=3.79 лм, а эффективность E1=58 и E2=54 Лм/Вт соответственно. Второе значение, рассчитанное по площадям диаграмм направленности, является более точным. 

В зависимости от формы диаграммы ошибка между примерным расчетом по паспортным значениям угла наблюдения и уточненным расчетом по диаграмме направленности может достигать 20 - 30%, поэтому по возможности следует пользоваться расчетами эффективности по диаграммам.

Составляющие эффективности

Общая эффективность светоизлучающего прибора Е определяется двумя составляющими: энергетической эффективностью прибора Ee и световой эффективностью Ev. 

Первая составляющая. Энергетическая эффективность Ее - это отношение выходной оптической к входной электрической мощности. В англоязычной литературе для энергетической эффективности принято сокращение WPE (Wall-Plug-Efficiency). На рисунке показаны энергетические потери в светодиоде.

Рассчет эффективности светодиодов

В наши задачи не входит рассмотрение физики светодиодов.

Желающие могут обратиться, например, к статье Юновича [1].

Вторая составляющая - это световая эффективность Ev. Слово «свет» предполагает наблюдателя – человека. Спектр зрения человека ограничен диапазоном длин волн от 380 до 780 нм. Вне пределов этого диапазона слово «свет» неприменимо (хотя и употребляется, например инфракрасный или ультрафиолетовый свет вместо излучение). Мало того, чувствительность зрения к различным длинам волн различна и определяется т.н. кривой видности V(λ).

Светодиод излучает не на одной длине волны, а в некотором   промежутке длин волн. Интенсивность распределения оптической мощности в пределах этого промежутка описывается кривой, называемой энергетическим (или оптическим) спектром излучения Fe(λ). Оптическая мощность определяется площадью под кривой спектра и измеряется в Ваттах. Для расчёта световой мощности нужно перейти от энергетических величин (Ватт) к световым (Люменам), для чего необходимо перемножить энергетический спектр Fe(λ) на кривую видности – V(λ):

Рассчет эффективности светодиодов

Тогда световая эффективность определится как отношение световой мощности к оптической: 

Рассчет эффективности светодиодов

где Fe, Fv - интегралы функций Feλ), Fv(λ). Подробнее о расчетах по спектрам см. [2].

Максимальное значение световой эффективности приходится на длину волны 555 нм и составляет 683 Лм/Вт.

Теперь, зная энергетическую и световую эффективность, можно определить общую эффективность: 

Рассчет эффективности светодиодов

На рисунке показаны структурные составляющие эффективности светодиода.

Рассчет эффективности светодиодов

Вернемся к примеру со светодиодом NSPL500S. Рассчитанная вышеуказанным способом световая эффективность этого светодиода составляет 320 Лм/Вт. Ранее рассчитанная общая эффективность составляет E=6.5 Лм/Вт. Тогда энергетическая эффективность, или КПД светодиода составит Ee=0.02 (Вт/Вт), или 2%.

Энергетическая эффективность светодиодного кристалла составляет от 5 до 20%. Существенная доля потерь связана с потерями фотонов при выводе из корпуса светодиода. Чем шире диаграмма направленности светодиода, тем меньше эти потери. Характерные значения КПД светодиодов - от 1 до 10%. Для сравнения, КПД парового двигателя 5 - 7%.

По материалам:

1. А.Э.Юнович "Свет из гетеропереходов"

2. В.П.Дедов "Три пика или светодиодные спектры"


"На уровне паровоза или эффективность светодиодов  © В.П.Дедов 2004"


Источник:
http://www.infor.sp.ru





Поделиться этой страницей в:

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 5 из 5. Голосов: 12

Проголосуйте, пожалуйста, за эту статью:
Класс! Очень хорошо! Сойдёт 3-й сорт еще не брак Ерунда
(отлично!)(хорошо)(сойдет)(так себе)(плохо)

Статьи в тему: Освещение
Размышления о хорошем свете
 Светодиодный свет для чайников. Продолжение.
 Правильно ли мы понимаем характеристики мощных светодиодов?
Размышления о хорошем свете  Светодиодный свет для чайников. Продолжение.  Правильно ли мы понимаем характеристики мощных светодиодов?


Комментарии к статье

На уровне паровоза или про эффективность светодиодов | 1 Комментарий

Спасибо за проявленный интерес

Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.

Re: На уровне паровоза или про эффективность светодиодов
Разместил: naetech
Дата: 26.02.2012

На данный момент (2012г) Cree заявляет для своих мощных люминофорных диодов КПД на уровне 30%.

 
Статьи в тему
Освещение
Классификация светодиодов Cree
Немного о классификации светодиодов Cree
Самодельный газовый фонарь
Самодельный газовый фонарь
Влияние светодиодного освещения на зрение
Влияние светодиодного освещения на зрение
Светодиодное освещение
Светодиодный свет для чайников
Справочник типовых решений с применением светодиодов
Справочник типовых решений с применением светодиодов

А Вы знаете, что возможно... ?

 Подписаться на rss рассылку Читать нас через RSS

 Читать нас на Твиттер Читать нас на Твиттер

 Наши новости на e-mail Получать наши новости на e-mail

 Напечатать текущую статью Напечатать текущую статью


Реклама
По вопросам размещения рекламы


Интересно



 

Количество подписчиков на RSS
Загрузка страницы: 0.02 секунды