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 12 августа 2022, 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

Сломался Вампирчик :-(
Автор: nik34
08.08.2022 в 00:07

ВЦ8 - пока поговорить.
Автор: nik34
22.07.2022 в 09:57

Разносол: конструкции от LeonidS
Автор: LeonidS
24.06.2022 в 13:56

Просто "коробочка".
Автор: nik34
10.02.2022 в 17:24

Накопитель "Конструктор"
Автор: nik34
28.12.2021 в 09:15

Alpha Power BC-700 от La Crosse Technology
Автор: Гость
22.12.2021 в 20:48

Ругаться сюда, однако ;))))
Автор: Гость
13.12.2021 в 20:54

Защищённые аккумуляторы в Вампирчике
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:55

Увеличение ёмкости Вампирчика на счёт внешнего блока с 18650
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:53

Аккумулятор для ноутбука
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:47

Перейти на форум

Сейчас на сайте
0 человек

в т.ч. гостей:
пользователей:

Всего: 1233

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
Правильно ли мы понимаем характеристики мощных светодиодов?
 Светодиодные ленты. Характеристики, особенности выбора
 Питание люминисцентной лампы от 12В даже с перегоревшими нитями
Правильно ли мы понимаем характеристики мощных светодиодов?  Немного о светодиодных лентах  Люминисцентное освещение от аккумуляторов


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
Светодиодное освещение
Светодиодный свет для чайников
Самодельное туристическое бивачное освещение. Туристический светильник.
Размышления о хорошем свете (продолжение).
Сделай сам - светодиодный светильник на мощном светодиоде своими руками
Светодиодный светильник на мощном светодиоде своими руками. Видео
Светодиодный свет для чайников. Продолжение.
Светодиодный свет для чайников. Продолжение.
Самодельный газовый фонарь
Самодельный газовый фонарь

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