Светодиодные лампы: основные характеристики, мощность, световой поток

Светодиодные осветительные приборы, появившиеся относительно недавно, уже успели завоевать большую популярность, но споры относительно их эффективности и не думают утихать. Одни напирают на исключительно высокую светоотдачу, приводя в качестве аргументов всевозможные таблицы световых потоков светодиодных ламп, другие – на высокую стоимость, забыв про долговечность этих приборов. Так что собой представляют светодиодные лампы, какими характеристиками обладают, и имеет ли смысл менять старые добрые лампы накаливания на светодиодные? Давай попробуем вместе разобраться в данном вопросе, чтобы, наконец, закрыть эту бесконечную тему.

Устройство LED-ламп

Прежде всего, давай разберемся, что такое светодиодная лампочка и как она светит. В 1907 году британец Генри Раунд заметил, что полупроводниковый диод под действием электрического тока при некоторых условиях начинает излучать видимый свет. И хотя до применения этого эффекта на практике понадобилось более 60 лет, начало было положено. Сегодня технология производства сверхъярких диодов отлично отлажена, а световой поток полупроводников настолько велик, что диоды вполне в состоянии заменить обычные осветительные лампочки.

Конечно, мощности светового потока одного полупроводника недостаточно для освещения, скажем, комнаты, но эту проблему легко обойти, собрав «лампочку» из нескольких светодиодов. Конструкторы даже пошли дальше – они не стали снабжать каждый полупроводник своим корпусом, а поместили на одну подложку сразу несколько кристаллов. Такие сборки стали называть матрицами:

Как ты наверняка заметил, глядя на фото выше, и отдельные диоды, и матрицы имеют одну особенность – их световой поток направлен в одну сторону. Это очень удобно для сборки направленных осветительных приборов, к примеру, прожекторов, но мало подходит для приборов рассеянного света. Зачем тебе лампочка-прожектор, скажем, в люстре? Как конструкторы обошли эту проблему, я думаю, ты уже догадался: они просто расположили полупроводники под разными углами, направив световые потоки каждого прибора в определенную сторону.

Световой поток этих светодиодных ламп направлен практически во все стороны

Несмотря на то, что светоизлучающие диоды обладают очень высоким КПД, какая-то часть энергии все равно расходуется на тепло. Если мощность осветителя невелика, то в этом нет ничего страшного. Но для освещения того же помещения светового потока лампочки мощностью в ватт явно недостаточно. Поэтому практически все светодиодные осветители имеют в своем составе радиатор – металлическую ребристую пластину, отводящую тепло от кристаллов и отдающую его в воздух. В некоторых конструкциях радиатор находится внутри корпуса, в других его можно увидеть снаружи. То же самое касается и любых других осветительных устройств, работающих на полупроводниках, – они тоже имеют в своем составе радиатор.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Радиатор – жизненно важный для любого диодного осветителя узел. Если ты не будешь периодически стирать с него пыль, устройство начнет перегреваться (так как пыль плохо проводит тепло) и долго не прослужит.

И последний немаловажный штрих – питание. Диоды питаются постоянным и относительно невысоким напряжением, поэтому подключить их напрямую к обычной розетке не получится. Прежде чем подать напряжение  на кристалл, его нужно понизить и выпрямить (сделать постоянным). Эту задачу исполняет специальный блок – контроллер питания или драйвер. Обычно драйвер уже встроен в осветитель или лампочку, поэтому многие о существовании этого достаточно сложного электронного узла даже не подозревают.

Драйверы питания диодной лампочки (слева) и светодиодного прожектора

Кроме вышеуказанных функций, драйвер следит за током через диоды и защищает их от случайных бросков и колебаний напряжения.

Основные характеристики светодиодных источников света

Пора перейти к характеристикам светодиодных устройств. Основные из них такие же, как и у любых других осветительных приборов:

1. Потребляемая мощность.
2. Угол рассеяния.
3. Создаваемый световой поток.
4. Цветовая температура.
5. Коэффициент пульсаций.

Потребляемая мощность

Эта цифра, обязательно обозначенная в сопроводительной документации к любым электроприборам, характеризует не столько уровень светового потока (хотя связь, конечно, есть), сколько энергопотребление – электрическую мощность, которую потребляет этот самый прибор. Измеряется она в  ваттах (Вт или W). К примеру, устройство мощностью 10 Вт сожжет за час 10 ваттчасов, а за сто часов – 10 * 100 = 1 000 Вт/ч или 1 кВт/ч. Все предельно просто: чем устройство меньше потребляет, тем меньше ты будешь платить за электроэнергию.

Угол рассеивания

Этот показатель характеризует величину сектора, покрываемого заявленным световым потоком. У обычного устройства накаливания сектор почти круговой, у единичного светоизлучающего полупроводника он, как ты помнишь, не может быть больше 180 градусов (обычно около 120). Изменяют угол рассеивания светового потока не только за счет конструкции самих лампочек, но и при помощи рефлекторов (отражателей) и фокусирующих линз, встроенных в осветительное оборудование. У современных осветителей угол рассеивания светового потока может быть любым – от единиц градусов для дальнобойных точечных прожекторов до почти полной сферы. Для любителей конструировать весьма интересным может оказаться вариант освещения светодиодной лентой. Она достаточно гибкая и позволяет получить самые различные и порой весьма причудливые углы рассеяния светового потока, зависящие только от фантазии дизайнера.

Изменение угла рассеивания в зависимости от конструкции лампочки

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Запомни! Поскольку свет чаще всего распространяется конусом, то угол рассеивания осветительных приборов принято называть телесным углом, который измеряется в стерадианах.

Создаваемый световой поток

Световой поток – очень важная характеристика. Не вдаваясь в научные термины, можно сказать, что световой поток – количество излучаемой световой энергии в единицу времени. Иными словами, чем выше у лампы световой поток, тем ярче она светит. Измеряется световой поток в люменах. Но здесь есть одна хитрость, которую необходимо учитывать при выборе светильника. Дело в том, что световой поток – это вся световая энергия, излучаемая источником.

У классической лампочки накаливания, к примеру, световой поток направлен во все стороны за исключением цоколя, у светодиода – только в одну. Поэтому, если оценивать показатель светового потока этих двух приборов «на глаз», легко ошибиться. Лампочка накаливания, выдающая столько же люмен, сколько и светодиод, визуально будет казаться намного более тусклой. Причина понятна: в первом случае света, «улетевшего» мимо нашего глаза, окажется намного больше. Но стоит лампочку установить перед зеркалом, как разница в яркости станет не так заметна.

То же самое произойдет, если вместо светоизлучающего диода взять вторую лампочку и поместить ее в прожектор. Фокусирующая система прожектора направит «задний» свет лампочки нам в глаза, и она будет казаться ярче.

Световой поток – весь свет, излучаемый осветительным прибором независимо от направления

Таким образом, визуальная яркость зависит не только от силы светового потока, но и от угла рассеяния этого потока. Меньше угол – выше плотность светового потока.

Цветовая температура

Ты наверняка замечал, что свет обычной лампочки со спиралью сильно отличается от освещения, к примеру, трубчатыми лампами дневного света. В первом случае свет теплый, «домашний», во втором – холодный, «больничный». Такое ощущение создается спектром излучения осветительного прибора. Лампочка со спиралью излучает больше красного, люминесцентная – больше синего, который ассоциируется у нас с холодным.

Чтобы различать осветительные приборы по этим характеристикам, было введено понятие цветовой температуры, которая измеряется в кельвинах (К). Чем она выше, тем больше спектр излучения смещен в сторону синего, и тем он «холоднее» визуально. Осветительные фонари на светодиодах тоже могут иметь различную цветовую температуру, поэтому выбирая осветитель, помимо создаваемого им светового потока, не забывай взглянуть и на этот параметр.

Шкала цветовых температур

Не путай! Цветовая температура не имеет никакого отношения к температуре самого осветительного прибора, измеряемой в градусах Цельсия. Светодиодные лампочки нагреваются до 50 градусов, а лампы накаливания – до 170 и выше, но на их цветовую температуру это не влияет.

Коэффициент пульсаций

Эта характеристика показывает, насколько сильно свет, излучаемый осветительным прибором, пульсирует. В идеале уровень пульсаций, конечно, должен быть равен нулю, но такого не может быть хотя бы потому, что в осветительной сети напряжение переменное. И если пульсация лампочек накаливания не очень заметна из-за инерционности раскаленной спирали, люминесцентные и светодиодные приборы на пульсации питающего напряжения реагируют мгновенными «провалами» светового потока. Даже если пульсации незаметны “на глаз”, здоровья самим глазам они не прибавляют. Согласно существующим нормам коэффициент пульсации светового потока осветительных приборов не должен превышать 10%, а в помещениях с ПК – 5%.

Надо отдать должное производителям – практически все существующие на сегодня типы осветителей, включая диодные, в эти нормы укладываются. Исключение могут составлять лишь очень маломощные лампы накаливания (до 15-20%) и люминесцентные светильники с электромагнитными ПРА (40%). Что касается светодиодных источников света, они могут заметно мерцать только в том случае, если собраны в гараже дядюшки Ляо и куплены за копейки в ближайшем переходе.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Но даже если ты пожалеешь денег и купишь такую лампу, особого вреда глазам она не нанесет: просто не успеет, поскольку сгорит через пару часов работы.

Светоотдача светодиодных ламп

Эту важную техническую характеристику я не внес в общий список и специально оставил напоследок, во-первых, потому, что она относится не к каждой конкретной лампе, а ко всему классу. А, во-вторых, разобравшись со светоотдачей, ты сможешь понять, насколько эффективен тот или иной тип осветительных приборов. Светоотдача представляет собой отношение светового потока к потребляемой мощности светильника и обозначается как лм/Вт. Этот параметр в буквальном смысле показывает, насколько эффективно прибор преобразует электрическую энергию в световую.

Что касается светодиодных источников света, то на сегодня их светоотдача составляет 60-120 лм/Вт, причем по мере совершенствования технологий этот показатель продолжает расти. Предположим, количество люмен у светодиода мощностью 1 ватт – 100. Это много или мало? Взгляни на сравнительную таблицу:

Сравнительная таблица энергоэффективности ламп разных типов

Как видно из таблички, хорошо знакомая тебе компактная люминесцентная лампа («энергосберегайка»), к примеру, при той же мощности будет светить почти в 2 раза слабее, чем ее полупроводниковый собрат. Про лампу накаливания и говорить неловко. 8 из 10 ватт, которые светодиодный прибор преобразовал бы в световой поток, лампа Ильича превращает в тепло. Эффективность же диодного светильника благодаря светоотдаче на сегодняшний день самая высокая.

Но вернемся к нашим светодиодам. Можно ли выбирать такие лампы не по световому потоку, а по потребляемой мощности? Поскольку ты знаешь, какое количество люмен производит светодиод одним ваттом электроэнергии, то понимаешь: конечно, можно. Чтобы получить световой поток, достаточно умножить мощность лампы на 80. Точной цифры ты, конечно, не получишь, поскольку реальная светоотдача зависит от многих факторов, включая  технологию производства, материалы, тип и количество используемых светодиодов. Но полученный результат вполне сгодится для бытового использования.

Не забудь! Коэффициент 80 для вычисления создаваемого светового потока по потребляемой мощности годится только для светодиодных ламп. Для всех остальных типов осветительных приборов он будет другим.

Для тех, кто не любит умножать, я приведу табличку зависимости светового потока от мощности лампы для приборов различного типа:

Преимущества и недостатки светодиодных ламп

Подведем итог и определим достоинства и недостатки полупроводниковых источников света. К их преимуществам можно отнести:

• Рекордно высокая энергоэффективность. Светоотдача светодиодов (отношение создаваемого светового потока к потребляемой мощности), как мы выяснили, почти на порядок выше светоотдачи ламп накаливания, что позволяет существенно сэкономить на электроэнергии.
• Длительный срок службы. Эту тему я не затрагивал, но тебе будет интересно узнать, что светодиодная лампа проработает в 20-30 раз дольше, чем лампочка Ильича без существенного снижения уровня светового потока. А такая надежность – это дополнительная экономия, поскольку лампы на диодах придется менять крайне редко.
• Эксплуатация в жестких условиях. Светодиоды не имеют колб и спиралей, а потому не боятся вибраций и даже ударов. Полупроводниковые осветители могут использоваться в самых жестких условиях и при температурах окружающей среды от -40 до +40 градусов Цельсия.
• Почти не нагреваются. Максимальная температура, до которой нагревается мощная светодиодная лампа, не превышает 60 градусов Цельсия. Ты можешь использовать ее на пожароопасных объектах.
• Оптимальная цветовая температура. Подавляющее большинство светодиодных ламп, кроме специальных, создают световой поток, похожий на дневной. При таком освещении глаза устают меньше всего, а цвета окружающих предметов не искажаются.

У светодиодных ламп есть, к сожалению, весьма существенный недостаток – стоимость их пока еще достаточно высока. Но это частично окупается длительным сроком службы и малым потреблением электроэнергии. Тем более что развитие светодиодных технологий только началось, а значит, в ближайшее время цена на светодиодные источники света обязательно снизится.

Теперь ты знаешь про светодиодные лампы и их световой поток достаточно, чтобы суметь решить: чем и в каких случаях полупроводниковые источники света лучше, чем обычные лампочки.