Conţinut
- Deci, ce este un LED?
- Salt de electroni
- Lumina de la nivelurile de energie în schimbare
- Electronii curg mai ușor într-un LED
- Economii masive!
- Vedeți cum se compară becurile în cost
- Viitorul
- Surse
- Cum se construiește o lumină LED
John este mereu în căutarea unor modalități de a-și moderniza casa și de a economisi bani. Eficiența energetică este întotdeauna o parte a strategiei sale de economisire.
Invenția este cel mai important produs al creierului creator al omului. Scopul final este stăpânirea completă a minții asupra lumii materiale, valorificarea naturii umane pentru nevoile umane.
- Nikola Tesla
Deci, ce este un LED?
Având în vedere necesitatea de a conserva energia în lumea noastră înfometată de energie, tehnologiile mai noi tind să pătrundă pe piață pe măsură ce costurile cu energia cresc. Astăzi, LED-ul (diodă emițătoare de lumină) și-a făcut cunoscută prezența, mai ales odată cu apariția clusterelor pentru a alimenta lumini mai mari. Odată cu creșterea prețului petrolului și cu accentul pe tehnologii cu emisii mai reduse de carbon, ne putem aștepta la noi tehnologii pentru a oferi iluminare și la modificări și revizuiri ale tehnologiilor mai vechi.
Acest articol va aborda următoarele întrebări:
1. Cum funcționează LED-urile?
2. Cum este construit un LED?
3. De ce utilizează LED-urile atât de puțină energie?
4. Care sunt economiile medii de energie?
Salt de electroni
LED-ul este o sursă relativ mică, poate mai mică de 1 milimetru pătrat. Poate emite lumină de diferite culori, dar pentru uz casnic lumina albă moale este în centrul atenției astăzi. Nu profesez ca fiind fizician, dar voi descrie acțiunea electronilor într-un LED într-un mod care poate ajuta la ilustrarea diferenței de funcție față de cea a becului incandescent.
Într-un atom (element), electronii pot fi puși într-o stare „excitată” (deplasându-se diferit de pozițiile lor obișnuite). Când se întâmplă acest lucru, de exemplu, prin aplicarea căldurii, electronul (electronii) sare și lasă în urmă o „gaură”. Salt la un nivel diferit în atom, acești electroni pot rezona până când o acțiune aduce atomii înapoi în găurile lor (gaura este doar un nume pentru poziția în care se afla electronul). Pe măsură ce electronii se întorc la găurile lor de energie inferioară pre-excitate, energia se degajă sub formă de lumină! Acest proces de schimbare a nivelurilor de energie a electronilor este valorificat de LED-uri. Culoarea (sau lungimea de undă) a luminii depinde de structura atomică a materialului utilizat în LED și de temperatura acestuia.
Lumina de la nivelurile de energie în schimbare
Imaginați-vă că un LED are o bandă de material în bec. O jumătate a benzii este realizată dintr-un semiconductor, în timp ce cealaltă parte este dintr-un alt tip de semiconductor. Electronii curg de la o parte la alta (numai într-o direcție) și această mișcare determină electronii să-și schimbe nivelul de energie. Pe măsură ce electronii scad de la un nivel de energie la un nivel de energie mai scăzut, diferența de energie se termină fiind dată ca lumină.
Următoarea imagine este pentru a ajuta la înțelegerea conceptului.
Electronii curg mai ușor într-un LED
Deci, ce valoare are acest ultim paragraf? Mai simplu spus, lumina este emisă de un semiconductor într-un LED doar prin mișcarea sau fluxul de electroni. Materialul prin care circulă electronii sau semiconductorul este o substanță, de obicei un element chimic solid sau un compus, care poate conduce electricitatea în anumite condiții, dar nu în altele, făcându-l un mediu bun pentru controlul curentului electric. Conductanța sa variază în funcție de curentul și tensiunea aplicată unui electrod de comandă. Acesta este ceea ce diferențiază LED-ul de becurile noastre incandescente de modă veche.
Într-un bec cu incandescență, există un filament care este proiectat intenționat din tungsten pentru a crește rezistența la fluxul de electroni. Această rezistență face ca filamentul să strălucească fierbinte, emanând 95% căldură și 5% lumină. Un LED generează cea mai mare parte a luminii sale „permițând” ca electronii să curgă printr-un semiconductor care nu creează multă căldură. Rezultatul permiterii curgerii electronilor, emisie de lumină, produce doar 3% din căldura unui bec incandescent.
Economii masive!
Datorită proprietăților fizice ale LED-ului, economisește energie și, prin urmare, scade costul energiei electrice. De exemplu, în timpul sărbătorilor, becul tradițional pentru pomul de Crăciun C7 folosește 6 wați de electricitate. Un LED utilizează 0,08 wați. Rularea unui fir de 50 de uși la costul mediu național pentru electricitate timp de 5 ore pe zi timp de o lună ar costa 4,50 USD. De obicei folosesc 3 sau mai multe fire în afara - 13,50 USD pentru un sezon de vacanță. Un calcul comparabil pentru șuvițele cu LED-uri ar fi mai mic de 60 de cenți pe șuviță pe lună. Cele 3 fire ale mele ar rula 1,80 USD.Aici vorbim despre 13% din costul executării șuvițelor C7! Puteți vedea de ce utilizarea pe scară largă a LED-urilor ar putea salva într-o bună zi această țară enorm!
LED-urile folosesc de obicei mai puțin de 10% dintr-un bec incandescent echivalent (10% din puterea utilizată într-un bec incandescent pentru a produce aceeași lumină). Cu alte cuvinte, un LED care produce echivalentul a 40 de wați de lumină incandescentă folosește mai puțin de 4 wați! Aceasta este o formulă destul de ușor de reținut dacă încercați să faceți față economiilor. Un bec incandescent de 75 wați (cel mai frecvent utilizat) ar necesita doar mai puțin de 7,5 wați într-un LED.
Cantitatea medie de energie electrică utilizată de o casă de 1200 de metri pătrați (am ales-o ca o casă medie din SUA) este de 30,6 kWh pe zi. Din acest total, 6-10% este puterea medie utilizată pentru iluminat (utilizarea poate fi de până la 25%). Deci, pe partea înaltă, vorbim de 3,06 kWh pe zi pentru lumină. Dacă urmați să accesați pagina de pornire a utilității electrice (sau în jur) veți găsi prețul pe care îl plătiți pe kWh pentru electricitate. Înmulțiți 3,06 kWh x cost pe kWh și acesta va fi aproximativ rata incandescenței pentru a vă lumina casa pe zi.
ÎNMULȚIȚI ACEASTA cu 13% (0,13) și veți găsi costul energiei electrice pentru alimentarea LED-urilor, oferind aceeași cantitate de lumină pe zi. Scadeți cele două produse și veți avea economii dacă ați putea înlocui toate incandescențele cu LED-uri. Apropo, ca o parte, casa medie are aproximativ 45 de becuri în aproximativ 30 de corpuri de iluminat.
Dar lucrurile nu sunt atât de simple. Lămpile cu LED sunt destul de scumpe. Chiar dacă LED-urile vor avea o durată de viață de 5 ori mai mare decât CFL-urile și de 41 de ori mai mare decât un bec incandescent, atunci când le cumpărați, există un șoc pe autocolant!
Un bec LED care produce un echivalent de 60 de wați de lumină este de 39,95 USD. CFL rulează 3,95 USD. Becul incandescent rulează 1,25 dolari
Vedeți cum se compară becurile în cost
Dar asteapta! Acest lucru se traduce prin 95,95 USD pentru 50.000 de ore pe un LED, 159,75 USD pentru CFL-uri pentru 50.000 de ore și 652,50 USD pentru becurile cu incandescență în aceeași perioadă de timp (nu uitați, ar trebui să înlocuiți becurile mai devreme).
În general, un LED este de 10 ori prețul unui CFL și de 32 de ori prețul unui incandescent.
Această discuție arată de ce LED-urile sunt valul viitorului. Economiile de energie electrică sunt fenomenale. Orașele preiau conducerea în utilizarea pe scară largă a LED-urilor; unele orașe trec la luminile stradale cu LED, deoarece pot economisi până la 80% din consumul de energie. Prin altă remarcă finală, durata de viață a bateriei poate fi extinsă de 10-15 ori dacă alimentarea LED-urilor.
Se lucrează la scăderea prețului unitar al LED-urilor și se face progrese la Universitatea Purdue, unde materialele noi și îmbunătățite pot reduce costul inițial al luminilor LED. Viitorul pare luminos pentru lumina LED.
Viitorul
Iluminatul cu leduri evoluează. O versiune de Wi-Fi numită Li-Fi (încă conceptuală) este cea mai recentă actualizare a conectivității la Internet. Utilizarea luminii în locul undelor radio pentru a transfera date poate crește viteza de 100 de ori. Li-Fi este considerat de unii din domeniu ca fiind următorul mare pas în tehnologia LED. În locurile în care conectivitatea la internet este dificilă, aceasta ar putea fi un înlocuitor pentru unda radio.
Surse
Bluejay, Michael (No Date). Economisirea energiei electrice, preluat la 1 decembrie 2020 de pe https://michaelbluejay.com/electricity/
Note electronice (fără dată). Cum se face un LED: structură a diodei cu lumină, recuperată la 2 decembrie 2020 de la https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-how-led-is-made-structure -fabrication.php #: ~: text =% 20structure% 20of% 20the% 20panel% 20indicator% 20LED% 20package, to% 20disperse% 20the% 20light% 20in% 20the% 20required% 20manner
Fan, Xiazozhe (3 ianuarie 2018). Un senzor de imagine bazat pe LED cu recoltare de energie și capacități de proiecție Colegiul Tehnologic, preluat din 2 decembrie 2020 https://docs.lib.purdue.edu/open_access_theses/943/ Purdue ePubs
Kompulsa.com (Fără dată). Consum de energie LED: Câtă energie consumă LED-urile? https://www.kompulsa.com/led-power-consumption-how-much-energy-do-leds, recuperat 3 decembrie 2020 din consum / #: ~: text = The% 20power% 20consumption% 20of% 20LEDs% 20utilizat% 20in% 20LED, Consum% 20% 28In% 20the% 20context% 20of% 20120-Volt% 20light% 20bulbs% 29
Personalul Howmuchisit.com (14 august 2018). Cât costă becurile LED? Adus pe 3 decembrie 2020 de pe https://www.howmuchisit.org/led-bulbs-cost/
Personalul Energy Focus (1 ianuarie 2020). Viitorul iluminării cu LED, preluat pe 11 decembrie 2020 de pe https://www.energyfocus.com/blog/the-future-of-led-lighting/
