Светодиодные лампы для дома

Впервые тусклый свет диода увидел англичанин Генри Раунд. В один из вечеров 1907 года он собрался домой, надел плащ и выключил свет в лаборатории. Окинув быстрым взглядом темную комнату, инженер заметил странный, почти призрачный свет, исходящий от какого-то объекта на рабочем столе. Включив освещение, Раунд увидел в зоне свечения лишь диодный контакт, который он забыл обесточить. Посчитав случившееся досадным просчетом при проведении эксперимента, экспериментатор внес запись в лабораторный журнал и выкинул эту историю из головы.

Повторно с призрачным свечением диода в 1923 году столкнулся физик Олег Владимирович Лосев, занимавшийся разработкой диодов нового типа. Советский исследователь определил источник свечения – участок пластинки карборунда с припаянными контактами. Предположив, что причина этого явления кроется в повышении температуры, Лосев провел замеры – нет, температура элементов конструкции диода была в норме. Потратив несколько дней в попытках установить причину свечения, Олег Владимирович пришел к выводу, что оно вызвано электромагнитными процессами, пока еще неизвестными науке. Результаты работ по изучению диодов, проведенных Лосевым, опубликовали несколько научных изданий в мире – свечение вызвало кратковременный интерес ученых, а после было забыто.

В 50-х годах прошлого века исследования Лосева стали популярными среди инженеров-экспериментаторов, пытавшихся создать новые типы источников света. Американец Рубин Браунштейн получил инфракрасное свечение у диодов на базе арсенида галлия, антимонида галлия и фосфида индия. Два других изобретателя из США – Гарри Питман и Роберт Бьярд – в 1961 году запатентовали инфракрасный диод, созданный ими. Только освещать инфракрасными лучами дома бессмысленно – для человеческого глаза они невидимы.

Спустя год американский инженер Ник Холоньяк продемонстрировал разработанный им светодиод, который при подключенном электропитании излучал хорошо различимые красные лучи света. А в 1972 году Джорджу Крафорду, ученику Холоньяка, удалось изготовить желтый led-светодиод и сделать уже существовавшие на тот момент красные и оранжево-красные светодиоды в несколько раз более яркими.

В конце 60-х годов XX века светодиоды стоили баснословно – 200 американских долларов за штуку. Причин этому было две – само по себе недешевое производство и монополия химического концерна Monsanto, осуществлявшего выпуск и реализацию led-светодиодов. Первые электронные устройства – калькуляторы и часы с цифровым экраном – появились именно благодаря американским светодиодам. А выпуск электроприборов со светодиодными элементами контроля и управления впервые начала Hewlett-Packard, крупнейший покупатель led-продукции у Monsanto.

Прибыльный led-бизнес Monsanto рухнул в одночасье – американский ученый Жан Эрни разработал «дешевую» технологию выпуска полупроводников, что позволило компании Fairchild Semiconductor, одни из владельцев которой был сам Эрни, производить светодиоды по демпинговым ценам – 5 центов за штуку.

C появлением на рынке дешевых светодиодов все мировые производители электротехники стали оснащать ими выпускаемую продукцию. До начала 90-х иного назначения led-светодиодов, чем индикация рабочих режимов на электроприборах, ученые и инженеры не видели. Потенциал светодиодов в качестве осветительных приборов первым распознал японский физик Сюдзи Накамура, сотрудник исследовательской лаборатории в компании Nichia Corporation. Результатом исследований Накамура стал светодиод, излучающий яркий синий свет. А привычные сегодня белые led-светодиоды создал американец Фред Шуберт, продемонстрировав публике их в 1997 году.

Описание светодиодной лампы

Ее конструкция включает в себя следующие элементы: цоколь; балластный пускатель; алюминиевый радиатор; плата для размещения светодиодов; led-светодиоды; светоотражатель.

Цоколь. Ничем не отличается от цоколя лампы любого типа, служит для установки осветительного прибора в патроне и подключения к нему электропитания.

Балластный пускатель (драйвер). Расположен над цоколем и помещен в корпус из пластика, по бокам которого выполнены прорези для вентиляции. Задача балластника – изменение переменного тока на постоянный благодаря конденсаторам (их мощность выше, чем у входящих в комплект балластного пускателя у люминесцентных ламп). Эффективная вентиляция крайне необходима led-лампам, поскольку светодиоды в ее составе вырабатывают не только свет, но и тепло, направленное противоположно по отношению к световому излучению, т.е. к цоколю. Качественная вентиляция корпуса, надежные конденсаторы и стабилитроны (отвечают за стабилизацию сетевого напряжения) – именно эти нюансы определяют срок службы светодиодной лампы.

Алюминиевый радиатор. Для улучшения теплоотвода ребра радиаторы выполнены по спирали и вдоль оси светодиодной лампы.

Плата с led-светодиодами. Изготовленная из алюминия, плата принимает на себя 90% тепла, генерируемого светодиодами. Чтобы повысить теплопередачу ее обратную сторону, соприкасающуюся с радиатором, промазывают термопастой.

Светодиоды. Их минимальное количество – пять штук (точное число определяется мощностью лампы). Интенсивность светового потока лампы зависит от качественных характеристик светодиодов.

Светоотражатель (рассеиватель). Выполнен из пластика с матовой белой поверхностью, крепится с помощью алюминиевого кольца к корпусу лампы. Светоотражатель предназначен для рассеивания потока света от светодиодов, в «чистом» виде слишком прямолинейного.

Наиболее ответственным элементом led-лампы являются светодиоды – миниатюрные полупроводниковые элементы, способные вырабатывать видимый свет при подаче электропитания. Устроены светодиоды так – подложка из диэлектрика, на ней находится кристалл из полупроводника, все это закрыто корпусом, с одной стороны которого выходят контакты, а на противоположной стороне размещена пластиковая линза. Пустота между кристаллом и линзой заполняет бесцветный силикон, для большой жесткости и для эффективного теплоотвода корпус светодиода выставлен на алюминиевую основу.
Что вызывает свечение led-светодиода? Ответ, так и не найденный в 20-х годах прошлого века Олегом Лосевым, сегодня хорошо известен – свечение вызывает движение электронов, происходящее между сторонами полупроводника, имеющими различную электропроводимость. Сторона полупроводникового кристалла, из которой выведены контакты электропитания, подвергается легированию материалами, содержащими недостаточное количество электронов – она называется акцепторной. Противоположная сторона кристалла – донорская – легируется примесями с высоким содержанием электронов. Если подключить электропитание, то между сторонами кристалла начинается интенсивный обмен электронами (рекомбинация), при этом образуется избыточная энергия, проявляемая в виде света. При расчете рабочих параметров светодиодной лампы важно точно определить силу тока, достаточную для выработки светового потока необходимой мощности. Если сила тока будет слишком высока, то, помимо яркого света, это приведет к чрезмерному нагреву полупроводникового диода – в результате он либо сгорит, либо расплавятся контактные пластины.

Характеристики светодиодных ламп led

Их плюсы:

• минимальное энергопотребление. Для работы (освещения) светодиодным лампам требуется меньше энергии, чем какому-то другому типу осветительных приборов. К примеру, для ламп с нитью накаливания требуется в 10 раз больше электроэнергии, чем для светодиодных ламп равной светосилы;
• наивысшая светоотдача на каждый затраченный ват энергии – 120 люменов. Для сравнения, светоотдача люминесцентных ламп на один ватт питания – в среднем 85 лм, у ламп с нитью накаливания – 18 лм;
• получение светового излучения с необходимыми спектральными параметрами (желтый, белый свет и т.д.), без использования дополнительных светофильтров;
• длительный срок службы, превышающий период эксплуатации ламп другого типа конструкции – около 50000 часов. Условие достижения столь длительного срока службы – качественное исполнение led-лампы;
• интенсивность включений и отключений светодиодной лампы никак не сказывается ее на сроке службы, в отличие от ламп другой конструкции;
• прочный корпус, отсутствие осколков при падении. Поскольку в светодиодной лампе нет каких-либо стеклянных элементов, то и разбиться вдребезги она не может;
• генерация света происходит в отсутствии ртутных материалов, вредных для домочадцев, по сравнению с люминесцентными лампами;
• пожаробезопасна. Температура ее корпуса во время работы не превышает 60^оС, токи с высоким напряжением не используются.

Минусы светодиодных ламп:

• значительная стоимость. Качественные led-лампы стоят примерно в восемь раз дороже люминесцентных осветительных приборов;
• массивный алюминиевый радиатор. Из-за крайне малых размеров корпуса светодиодов он не способен решать проблему теплоотвода, а чем больше мощность такой лампы – тем более интенсивно происходит выделение тепла. Потребность в оснащении светодиодных ламп радиаторами влияет на их стоимость в сторону увеличения. По причине объемного корпуса над цоколем, led-лампы часто не удается разместить в обычных люстрах;
• пульсация света. Дешевые лампы со светодиодами либо комплектуются низкокачественными конденсаторами, отвечающими за стабилизацию светопотока, либо не имеют их вовсе. У продукции крупных производителей эффекта пульсации не наблюдается;
• монохромность светового потока. Спектр светового излучения, генерируемого светодиодами, существенно отличается от спектральных характеристик естественного (солнечного) освещения. С целью доведения световых параметров до «солнечных», светодиодным лампам необходим специальный люминофор;
• узконаправленный световой поток. Светодиоды не способны производить рассеянное световое излучение, приходится либо выставлять их в лампе полуовалом, либо использовать рассеивающий светоотражатель, но его установка несколько снижает световой поток.

Выбор модели led-лампы для домашнего освещения

Мощность и световой поток. Светодиодная лампа мощностью 12-15 ватт будет светить так же, как лампа накаливания в 100 Вт. Причем 15 Вт led-лампа светит чуть ярче 100 ваттного собрата с нитью накаливания.

Световая температура. На картонной упаковке лампы приводится так называемая «температура света», выраженная в кельвинах. Если поместить в разогретую печь стальной брусок, то, по мере роста температуры, цвет его будет меняться от бело-желтого при температуре менее 3000 К до все более и более белого по мере ее нарастания. Для домашнего освещения лучшим образом подходят светодиодные лампы со световой температурой от 2700 до 3000 К, а белый свет годится для офисных и технических помещений.

Угол расположения светодиодов в лампе. При плоском размещении светодиодов генерируемый ими свет узконаправлен, подобно световому потоку из ручного фонаря. Для эффективного рассеивания led-диоды должны располагаться на разных уровнях, а лампа – иметь рассеивающие линзы, обработанные люминофором.

Цветопередача. Обозначается числовым коэффициентом, указанный на упаковке. Для светодиодных ламп его минимальное значение равно 70, максимальное – 95. Соответственно, чем выше эта цифра, тем лучше. Учтите, что при коэффициенте 95 лампа не может быть дешевой – если вам пытаются продать такую лампу, то это низкокачественный продукт.

Тип радиатора. Чтобы удешевить производство, некоторые производители пытаются заменить дорогой алюминий пластиком – оборудуют led-лампы пластиковым радиатором, теплоотводящая эффективность которого, говоря мягко, очень сомнительна. Не приобретайте такие лампы!

Срок эксплуатации. Светодиодные лампы, в отличие от ламп накаливания, имеют гарантийный срок работы.

Производители указывают его в часах – как правило, это 25000-30000 часов. Лампа, отработавшая срок гарантии, будет светить и дальше, но яркость ее станет ниже процентов на тридцать из-за постоянного воздействия тепла от светодиодов.
В розничной сети России в качестве энергосберегающих световых приборов реализуются преимущественно более дешевые люминесцентные лампы. Из продукции крупнейших производителей led-ламп присутствуют модели европейских компаний Osram, Philips, BLV licht, Bioledex, американской General Electric и индийской Sylvania – в зависимости от мощности, их цена варьируется от 400 до 3000 руб. Дешевые – порядка 60-800 руб. за штуку – светодиодные лампы предлагают малоизвестные производители из КНР, их приобретать не следует, лучше уж купить люминесцентную лампу известной марки.