Qual a eficiência dos LEDs?

Geralmente, vejo a eficiência relacionada aos lúmens por watt, mas qual é a eficiência típica real dos LEDs em termos de energia elétrica para a saída de energia óptica? Que tipo de conversão se aplica?

Para deixar as coisas claras, vamos definir do que estamos falando.

Existem dois termos que são misturados com bastante frequência:

• Eficiência luminosa:

A eficiência luminosa é uma quantidade adimensional que é derivada da eficácia luminosa. É simplesmente o quociente da eficácia luminosa da fonte e a máxima eficácia luminosa possível da radiação.

• Eficácia luminosa:

Esse é o valor que você vê com mais frequência. Geralmente possui a unidade de lúmen por watt. E fornece o fluxo luminoso por potência, que é uma quantidade útil para ver quanta luz obteremos com uma determinada potência.

Com isso, temos que ter um pouco de cuidado também. Porque a energia pode ser o fluxo radiante da fonte ou a energia elétrica. Assim, o primeiro pode ser chamado de eficácia luminosa da radiação, e o segundo eficácia luminosa de uma fonte ou eficácia luminosa geral.

Agora surge o problema: não podemos ver todas as cores igualmente bem. E os lúmens são realmente ponderados com base na resposta do nosso olho:

_{^{Domínio Público, Link}}

Portanto, com isso, você pode criar alguns valores dos limites superiores (com base na redefinição da unidade candela ). Este seria o eficácia luminosa da radiação .

Que são:

• Luz verde a 555 nm: 683 lm / W
• Máximo para CRI = 95 a 5800K: 310 lm / W (com base em radiadores de corpo preto truncados)
• Máximo para CRI = 95 a 2800 K: 370 lm / W

Para mais veja aqui .

Se você diminuir o CRI (índice de reprodução de cores), poderá obter valores mais altos. Mas não superior a 683 lm / W.

Então, quão eficientes são os LEDs?

Aqui temos valores de eficácia luminosa de uma fonte .

Bem, há uma corrida de eficiência. Cree publicou um comunicado de imprensa com um LED de laboratório de 303 lm / W a 5150K. O CRI não foi mencionado, acho que é menor que 95, mas com base nos dados acima, parece que ele teria uma eficiência luminosa de algo entre 80% e 90%.

É claro que seu LED médio disponível tem menos. 100 lm / W seria de cerca de 25% a 30% e os novos chips de 200 lm / W anunciados recentemente (em agosto de 2017) atingem 50% a 60%.

Observe que o acima é para visão fotópica (visão diurna), as coisas mudam com a visão escotópica, mas isso geralmente não é tão interessante.

Se você realmente quer entender o que é isso, precisará pegar o espectro do LED e descobrir qual é o maior valor teórico máximo para esse espectro (com base na curva de ponderação) e calcular o valor.

Como cada LED tem um espectro diferente, é difícil obter esses dados facilmente.

_{^{Espero não ter cometido um erro aqui, porque sempre acho o tópico um pouco confuso, não importa quantas vezes eu o revise.}}

Conforme observado nos comentários, isso depende.

Os LEDs mais antigos geralmente têm uma eficiência mais baixa que os tipos mais novos.

Algumas lâmpadas possuem componentes eletrônicos mais eficientes para converter a tensão da rede elétrica na tensão CC necessária para os LEDs.

Porém, para uma determinada lâmpada LED, você pode fazer uma estimativa com a frequência com que a quantidade de energia necessária para uma luz incandescente (com uma quantidade semelhante de saída de luz) estiver impressa na caixa. Segundo a Wikipedia, a eficiência média de uma lâmpada incandescente é de 2,2%.

Vamos considerar a lâmpada Ikea "LEDARE" E-27 600 lúmen como exemplo:

Potência equivalente para lâmpada incandescente: 48 W Potência real usada: 8,6 W

Isso significa que esta lâmpada afirma ser 48 / 8,6 = 5,6

vezes mais eficiente que uma lâmpada incandescente, resultando em:

5,6 * 2,2% = 12,3% de eficiência.

Para esta lâmpada Ikea Ledare.

Observe que essa é a eficiência total; portanto, a eficiência dos eletrônicos vezes a eficiência dos próprios LEDs.

A eletrônica adequada do driver de LED deve ter uma eficiência de 85 - 99% (esse é meu palpite pessoal!). Portanto, a eficiência real dos LEDs será um pouco maior que os 12,3% que acabei de calcular.

Isso pressupõe que todos os números fornecidos pela Ikea sejam verdadeiros, é claro.

Você precisa de 1 / 683W de energia para gerar 1 lúmen de luz. Isso significa que a eficiência está em torno de 12%. É assim que vai:

Primeiro, vamos assumir que temos uma luz que irradia igualmente para todas as direções. Por definição, 1 candela é 1 / 683W (luz monocromática de 550nm). 1 candela irradia para 1 ângulo estériano, que é 1 / 4π (8%) da área total da superfície da esfera. Portanto, você precisa de 4π / 683W para produzir 1 candela para todas as direções e o fluxo luminoso total é de 4π = 12,6 lm.

Qual potência é igual a 1 lm? Você obtém dividindo 4π / 683W por 4π e o resultado final é (4π / 683W) / 4π = 1 / 683W. Essencialmente, você precisa de 1 / 683W de potência para criar um fluxo luminoso de 1 lúmen (1 / 4π = 0,08 candela para todos os 1 ângulos estéreis).

Usando a figura acima, você precisa 900 vezes 1 / 683W = 1,32W para produzir um fluxo luminoso de 900 lúmens.

Minha lâmpada de verdade, adquirida em uma loja local, consome 900 lm e 11W de energia elétrica. Suponho que ele irradie luz igualmente para todas as direções. Usando números anteriores, a eficiência elétrica da lâmpada é de 1,32 W / 11 W = 0,12, o que equivale a 12% de eficiência.