Wie effizient sind LEDs?

Im Allgemeinen sehe ich einen Wirkungsgrad in Bezug auf die Lumen pro Watt, aber wie hoch ist der tatsächliche typische Wirkungsgrad von LEDs in Bezug auf die Einspeisung von elektrischer und die Ausspeisung von optischer Energie? Welche Art von Konvertierungen gelten?

Um die Dinge klar zu machen, definieren wir, worüber wir sprechen.

Es gibt zwei Begriffe, die ziemlich oft verwechselt werden:

• Lichteffizienz:

Die Lichtausbeute ist eine dimensionslose Größe, die sich aus der Lichtausbeute ergibt. Es ist einfach der Quotient aus Lichtausbeute der Quelle und maximal möglicher Lichtausbeute der Strahlung.

• Lichtausbeute:

Dies ist der Wert, den Sie öfter sehen. Es hat normalerweise die Einheit Lumen pro Watt. Und gibt den Lichtstrom pro Leistung an, eine nützliche Größe, um zu sehen, wie viel Licht wir mit einer bestimmten Leistung erhalten.

Damit müssen wir auch ein bisschen vorsichtig sein. Denn die Leistung kann der Strahlungsfluss der Quelle oder die elektrische Leistung sein. Ersteres kann also als Lichtausbeute der Strahlung und letzteres als Lichtausbeute einer Quelle oder als Gesamtlichtausbeute bezeichnet werden.

Jetzt tritt das Problem auf, dass wir nicht alle Farben gleich gut sehen können. Und Lumen werden tatsächlich basierend auf der Reaktion unseres Auges gewichtet:

_{^{Public Domain, Link}}

Hiermit können Sie einige Werte für obere Schranken erstellen (basierend auf der Neudefinition der Einheit Candela ). Dies wäre die Lichtausbeute von Strahlung .

Welche sind:

• Grünes Licht bei 555 nm: 683 lm / W
• Maximum für CRI = 95 bei 5800 K: 310 lm / W (basierend auf abgeschnittenen Schwarzkörperstrahlern)
• Maximum für CRI = 95 bei 2800 K: 370 lm / W

Mehr dazu hier .

Wenn Sie den Farbwiedergabeindex (CRI) senken, können Sie höhere Werte erzielen. Aber nicht höher als 683 lm / W.

Wie effizient sind LEDs?

Hier haben wir Werte der Lichtausbeute einer Quelle .

Nun, es gibt einen Wettlauf um Effizienz. Cree veröffentlichte eine Pressemitteilung mit einer Labor-LED von 303 lm / W bei 5150K. Der CRI wurde nicht erwähnt, ich denke, er liegt unter 95, aber basierend auf den obigen Daten scheint er eine Lichtausbeute von etwa 80% bis 90% zu haben.

Natürlich hat Ihre durchschnittlich verfügbare LED weniger. 100 lm / W wären ungefähr 25% bis 30% und die neuen 200 lm / W-Chips, die kürzlich (Stand August 2017) angekündigt wurden, erreichen 50% bis 60%.

Beachten Sie, dass das oben Genannte für das photopische Sehen (Tagessicht) gilt. Dinge ändern sich mit dem scotopischen Sehen, aber das ist normalerweise nicht so interessant.

Wenn Sie es wirklich wagen wollen, müssen Sie das Spektrum der LED nehmen und herausfinden, welches das höchste theoretische Maximum für dieses Spektrum ist (basierend auf der Gewichtungskurve), und dann können Sie den Wert berechnen.

Da jede LED ein anderes Spektrum hat, ist es schwierig, diese Daten einfach abzurufen.

_{^{Ich hoffe, dass ich hier keinen Fehler gemacht habe, denn ich finde das Thema immer etwas verwirrend, egal wie oft ich es noch einmal besuche.}}

Wie in den Kommentaren vermerkt, kommt es darauf an.

Ältere LEDs haben oft einen geringeren Wirkungsgrad als neuere Typen.

Einige Lampen haben eine effizientere Elektronik, um die Netzspannung in die für die LEDs erforderliche Gleichspannung umzuwandeln.

Für eine bestimmte LED-Glühbirne können Sie jedoch schätzen, wie oft die von einer Glühlampe (mit einer ähnlichen Lichtleistung) benötigte Leistung auf der Schachtel aufgedruckt ist. Laut Wikipedia liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad einer Glühlampe bei 2,2%.

Nehmen wir als Beispiel die Ikea "LEDARE" E-27 600 Lumen Glühbirne:

Äquivalente Leistung für Glühlampe: 48 W Tatsächliche Leistung: 8,6 W

Das bedeutet, dass diese Glühbirne 48 / 8.6 = 5.6 ist

mal effizienter als eine Glühbirne, was zu Folgendem führen würde:

5,6 * 2,2% = 12,3% Wirkungsgrad.

Für diese Ikea Ledare Lampe.

Beachten Sie, dass dies das ist Gesamteffizienz so die Effizienz der Elektronik - fache der Effizienz der LEDs selbst.

Die richtige LED-Treiberelektronik sollte einen Wirkungsgrad von 85 - 99% haben (das ist meine persönliche Vermutung!). Der tatsächliche Wirkungsgrad der LEDs wird also geringfügig höher sein als die 12,3%, die ich gerade berechnet habe.

Vorausgesetzt, alle von Ikea angegebenen Zahlen stimmen natürlich.

Sie benötigen 1 / 683W Leistung, um 1 Lumen Licht zu erzeugen. Dies bedeutet, dass der Wirkungsgrad bei 12% liegt. So läuft es:

Nehmen wir zunächst an, wir haben ein Licht, das gleichmäßig in alle Richtungen strahlt. Per Definition ist 1 Candela 1 / 683W (550nm monochromatisches Licht). 1 Candela strahlt in einen Winkel von 1 Steradiant aus, was 1 / 4π (8%) der gesamten Kugeloberfläche entspricht. Sie benötigen also 4π / 683W, um 1 Candela in alle Richtungen zu erzeugen, und der Gesamtlichtstrom beträgt 4π = 12,6 lm.

Welche Leistung entspricht 1 lm? Sie erhalten es, indem Sie 4π / 683W durch 4π teilen und das Endergebnis ist (4π / 683W) / 4π = 1 / 683W. Im Wesentlichen benötigen Sie 1 / 683W Leistung, um einen Lichtstrom von 1 Lumen zu erzeugen (1 / 4π = 0,08 Candela für alle Winkel von 1 Steradiant).

Unter Verwendung der obigen Abbildung benötigen Sie 900 mal 1 / 683W = 1,32W, um einen Lichtstrom von 900 Lumen zu erzeugen.

Meine echte Glühbirne, die in einem örtlichen Geschäft gekauft wurde, hat 900 lm und 11 W Strom. Ich gehe davon aus, dass es Licht in alle Richtungen gleichermaßen ausstrahlt. Unter Verwendung der vorhergehenden Zahlen beträgt der elektrische Wirkungsgrad der Glühlampe 1,32 W / 11 W = 0,12, was einem Wirkungsgrad von 12% entspricht.