неоновая подсветка или светодиоды?
Для того, чтобы сравнить неоновую подсветку и светодиодную подсветку, необходимо привести их к общему знаменателю - одинаковому световому потоку.
Световой поток это количество света, проходящее через поверхность, окружающую источник излучения. Единица измерения светового потока - люмен (от латинского lumen - свет).
Следующее важное для нас понятие - эффективность источника излучения, т.е. количество света, получаемое при подведении энергии в 1 Вт. Единица измерения эффективности источника - 1 лм/Вт. Световая эффективность сейчас известна для большинства источников светодиодной и неоновой подсветки.
Таким образом, мы можем точно сравнить КПД светодиодной и неоновой подсветки. Однако мы должны помнить, что человеческий глаз не одинаково воспринимает световой поток во всех областях спектра. То есть, к сравнению могут быть допущены только излучения с одинаковым спектральным распределением.
Светодиодная и неоновая подсветка: продолжительность жизни источников
Эффективность излучения светодиодных источников зависит от температуры. При температуре выше 80оС длина волны излучения увеличивается - "уходит в красную область", частота уменьшается. Срок службы светодиодной подсветки сокращается до нескольких недель. Тепловая зависимость - единственная слабость светодиодных источников по сравнению с газоразрядными. Если соблюдать тепловой режим работы, то можно говорить о 100 000 часах непрерывной работы светодиодов против 20 000 часов у неона.
Светодиодная подсветка работает при температуре от - 50оСдо +60оС и в 5 раз дольше, чем неоновая.
Расчет эффективности
Сначала попытаемся сравнить эффективность всех световых источников. По данным каталога Osram:.
Таблица 1.
Стандартные лампы накаливания | 13.8 лм/Вт |
Галогеновые лампы накаливания низкого напряжения | 23.0 лм/Вт |
Компактные флуоресцентные | 60.0 лм/Вт |
Линейные T8 флуоресцентные | 93.0 лм/Вт |
Наилучшую эффективность в желтой области имеют: | |
Калиевые высокого давления | 150.0 лм/Вт |
Калиевые низкого давления | 183.0 лм/Вт |
Здесь мы намеренно не анализируем стоимость источников, продолжительность жизни и экологическую безопасность каждого из них. Наша задача - рассчитать световую эффективность как светодиодной, так и неоновой подсветки.
Световая эффективность светодиодной и неоновой подсветки по данным на конец 2002 г.
Таблица 2.
Цвет | В среднем присутствуют на рынке [лм/Вт] | Максимальная эффективность [лм/Вт] | Неон [лм/Вт] |
Красный | 41 | 44 | 11.50 |
Янтарный | 44 | 57 | 43.50 |
Желтый | 38 | 39 | 52.90 |
Зеленый | 28 | 48 | 65.00 |
Голубой/зеленый | 24 | 30 | 48.60 |
Голубой | 12 | 15 | 23.11 |
Белый | 25 | 25 | 50.25 |
Вычисления для красной области спектра
Проведем вычисления для конструкции неоновой подсветки. Это прозрачные трубки, диаметром 1,5 см, заполненные "красным неоном", для поджигания которого используется ток в 30мА.
Общая длина труб около 8 м. Рассчитанное операционное напряжение составляет 5250 В, потребляемый операционный ток 25мА. Следовательно, потребляемая мощность составляет 5250В*0.025А =131,3Вт.
Теперь выясним, как много света такая конструкция производит.
По данным независимого института G Ferrara, Milan, Italy световой поток от неоновой трубы красного света диаметром 1,5 см равняется ? 190 лм/метр. Т.о., общий световой поток от всей 8-метровой конструкции неоновой подсветки будет 1520 лм.
Эффективность или световой выход в нашем случае будет 1520лм/131,25Вт= 11,6 лм/Вт. Устройства поджига разряда с трансформатором работают с КПД=80%. Итого получаем 11,6*0,8 =9,28 лм/Вт.
Теперь, что касается светодиодной подсветки. Чип, содержащий кристалл, генерирует 2,5 лм красного света. Рабочее напряжение 2,2В при 20мА. Итого для кристалла СИД получаем световой выход 56,8 лм/Вт.
Учтем падение мощности на сопротивлении для пластины из 4-x кристаллов. Рабочее питание 12В, ток 20мА. Световой выход будет 4*2,5/12*0.02=41,7 лм/Вт. КПД 12В источников питания около 97%. Отсюда ответ - 40,4 лм/Вт. Сравните с 9,28 лм/Вт у неона.
Для того, чтобы произвести 1520 лм света нам необходимо 152 4-х кристальных чипа. Общее энергопотребление будет 36,5 Вт. Сравните с 131,3 Вт для неона.
Если мы посмотрим на это с позиции плательщика, то 24 часа непрерывной работы неоновой установки будут стоить около 10 руб., а светодиодной - 2,7. Стоимость неоновых трубок около $20/м. В нашем случае стоимость конструкции из прямых элементов $160. В случае светодиодной подсветки 152*$1,5= $228.
Вычисления для зеленого цвета
Проделаем такие же вычисления для зеленого цвета. Для нашей 8 метровой, 1,5 см в диаметре, заполненной аргоном или ртутью трубке необходимо рабочее напряжение 3425В при токе 25мА. Потребляемая мощность 85,6 Вт. Увеличивая полученную величину на КПД трансформатора 90%, получим 95,1Вт. Световой выход для "зеленой" трубы около 790 лм/м, так что общий световой поток конструкции составит 6320 лм. Световая эффективность в этом случае 66,5 лм/Вт.
Расчеты для светодиодных кристаллов будут выглядеть следующим образом. Световой поток для одного кристалла - 2 люмена. Рабочее напряжение 3,5В при 20мА. Итого световая эффективность 28,6 лм/Вт. Чип из 4-х кристаллов при рабочем напряжении 12В и 20мА тоже будет иметь эффективность 26,7 лм/Вт. Сравните с 66,5 для неона.
Для того, чтобы достичь того же значения светового потока от рекламной конструкции мы должны зажечь 6320/8=790 зеленых чипа с 4-мя кристаллами СИД. Стоимость подобной конструкции $1540. Потребляемая мощность 189,6 Вт против 95,1 для неона.
Расчеты показывают эффективность использования светодиодных технологий для желто-красной подсветки и превосходство неона в зелено-голубой области спектра.
Однако при ежегодных темпах роста яркости кристаллов около 50% можно констатировать, что через два года начнется широкое распространение голубых светодиодов на рынке.