Ampoules LED à économie d’énergie

Points d’article

• Histoire des lampes LED
• Comment la lampe LED fonctionne et fonctionne
• Avantages et inconvénients des ampoules LED à économie d’énergie
• Comment choisir une lampe LED pour votre maison

Dans cet article: Histoire des LED Lampe LED – appareil; caractéristiques de la lampe LED; fabricants et prix; choisir une lampe à économie d’énergie pour la maison.

Quel type d’éclairage devrions-nous avoir dans nos maisons? Sur ce point, il y a deux opinions: les ménages – la lumière doit être agréable et non dure; dirigeants du pays – l’éclairage des maisons doit consommer le moins d’électricité possible. La hausse inexorable des prix des vecteurs énergétiques est peu comprise par l’homme moyen de la rue, il s’intéresse plus à la question «pourquoi ces mêmes lampes à économie d’énergie sont si chères». Cet article examinera en détail les lampes LED à économie d’énergie, qui dans un avenir très proche, indépendamment du désir ou de la réticence du consommateur moyen, éclaireront nos maisons. Voyons s’ils sont aussi bons qu’ils sont décrits?

Histoire des lampes LED

Tout a commencé en 1907, lorsque l’ingénieur anglais Henry Round, éteignant l’éclairage du laboratoire, a accidentellement remarqué une lueur autour d’un contact de diode sous tension. Il a décidé que la lueur était causée par une erreur dans les calculs et n’a pas accordé une attention particulière à cela, bien qu’il ait noté ce fait dans le rapport..

Oleg Vladimirovich Losev

16 ans après cet événement, le physicien soviétique Oleg Vladimirovich Losev a commencé à étudier l’étrange lueur qui se produit au point de soudure des contacts d’une diode en carbure de silicium (carborundum). Losev n’a jamais découvert la nature de la lueur, notant qu’il n’y avait pas de chauffage à des températures élevées – la raison de la lueur était cachée dans une sorte de processus électronique, inconnu de la science à l’époque. Les résultats des recherches de Losev sur la lueur des diodes ont été traduits en plusieurs langues et publiés dans un certain nombre de revues scientifiques, mais n’ont pas suscité beaucoup d’intérêt. Au début du 20e siècle, les lampes familières à filament à incandescence étaient considérées comme tout à fait suffisantes et indispensables – il n’était pas nécessaire d’inventer quelque chose de nouveau.

Un intérêt soutenu pour la lueur des diodes est apparu dans la seconde moitié du siècle dernier, lorsque l’ingénieur américain Rubin Brownstein a annoncé sa découverte – les diodes en arséniure de gallium (GaAs) émettent des rayons infrarouges lorsqu’elles sont alimentées. Selon l’ingénieur, exactement le même rayonnement a été observé par lui dans des diodes faites de phosphure d’indium (InP), d’antimoniure de gallium (GaSb) et constituées d’un alliage silicium-germanium..

La première diode infrarouge a été brevetée en 1961 par les chercheurs américains Gary Pitman et Robert Byard. Mais il était impossible d’utiliser de telles diodes pour éclairer les locaux, car les rayons infrarouges sont en dehors du spectre visible à l’œil humain.

Le scientifique et inventeur américain Nick Holonyak

Le créateur de la LED à part entière était Nick Holonyak, Jr., qui en 1962 a créé une LED à part entière émettant une lumière rouge visible. C’est Holonyak qui est considéré comme le « père » des lampes LED. 10 ans plus tard, son élève George Craford a créé la première LED à émettre de la lumière jaune, et également décupler la luminosité des LED rouges et orange-rouge..

Cependant, les nouvelles sources lumineuses ne répondaient pas à une demande commerciale particulière – bien sûr, car le coût d’une LED était à l’époque de 200 $. La première production commercialement réussie de LED en 1968 a été établie par la société américaine « Monsanto », spécialisée dans les produits chimiques, il s’agissait de LED à partir d’alliages d’arséniure de gallium et de phosphure d’indium. C’est Monsanto qui a rendu les LED populaires et répandues dans les calculatrices électroniques et les montres numériques – de 1968 à 1970, le monopole des LED a vendu deux fois plus de produits que chaque mois précédent. L’introduction des LED dans l’électronique est due à Hewlett-Packard, qui a été le premier à apprécier la valeur des LED pour les appareils électriques et les a activement achetés à Monsanto..

En 1970, le monopole de Monsanto sur le marché des LED a pris fin – en utilisant des puces semi-conductrices du Dr Jean Ernie, la société américaine Fairchild Semiconductor a commencé à produire des LED bon marché d’une valeur de cinq cents chacune..

Pendant des décennies, les LED ont été activement utilisées dans l’électronique grand public et industrielle, mais pas pour l’éclairage intérieur. L’idée de créer des lampes LED à part entière qui peuvent éclairer nos maisons mieux que toutes les « lampes Ilyich » est venue de Shuji Nakamura, qui travaillait pour la société japonaise « Nichia Corporation » – c’est sous sa direction que les ingénieurs de la société ont créé la première LED bleue à haute luminosité en 1993.

La première LED émettant une lumière blanche brillante a été créée il n’y a pas si longtemps – en 1997, l’ingénieur américain Fred Schubert en est devenu le créateur..

Aujourd’hui, des lampes LED à économie d’énergie existent déjà, mais elles sont encore en cours d’amélioration, car les premières LED, dont l’intensité lumineuse est devenue égale et, par la suite, ont dépassé la luminosité des lampes à incandescence, ne sont apparues qu’au début du 21ème siècle..

Comment la lampe LED fonctionne et fonctionne

Le dispositif de toute lampe LED moderne est le suivant:

• base. Un élément standard de toute lampe, conçu pour être vissé dans le support de lampe;
• démarreur ballast (pilote) enfermé dans un boîtier en plastique avec des trous de ventilation. Il convertit le courant alternatif en courant continu, contient des condensateurs plus puissants que dans le circuit de ballast de la lampe fluorescente. La raison en est la suivante – la chaleur générée par les diodes des lampes à LED n’est pas dirigée vers l’extérieur, mais à l’intérieur de son corps, par conséquent, des trous de ventilation dans le corps du ballast sont nécessaires. La durée de vie de toute lampe à LED est liée au nombre de trous de ventilation dans le boîtier et à la fiabilité des condensateurs, ainsi qu’aux diodes Zener qui égalisent la tension en cas de chute;
• radiateur en aluminium. Ses nervures saillantes sont situées le long et en spirale, ce qui améliore la dissipation thermique;
• la carte sur laquelle les voyants sont installés. En aluminium, sur le côté faisant face au radiateur, une pâte thermique est appliquée, ce qui élimine la chaleur – 90% du rayonnement thermique des LED tombe sur la plaque d’aluminium dans laquelle elles sont installées;
• LED, au nombre de 5, fournissant la puissance totale de la lampe. Le flux lumineux généré par eux dépend de la qualité des LED;
• diffuseur de lumière monté sur une bague intérieure en aluminium. Fabriqué en plastique mat, il est utilisé pour une dispersion uniforme du faisceau lumineux des LED. Pratiquement pas chauffé.

Les principaux éléments d’une lampe à LED sont les LED – des dispositifs à semi-conducteurs qui convertissent le courant électrique en rayonnement lumineux. Toute LED est constituée d’un substrat non conducteur, sur lequel un cristal semi-conducteur est posé – ces deux éléments sont enfermés dans un boîtier avec des fils de contact d’un côté et une lentille en plastique de l’autre côté. L’espace libre entre la lentille et le cristal est rempli de silicone incolore, la structure LED est fixée sur une base en aluminium, ce qui élimine la chaleur et rend la LED plus rigide.

Pourquoi la LED s’allume-t-elle? Le secret de la lueur réside dans la recombinaison d’électrons entre deux contacts semi-conducteurs de conductivité différente. Le cristal semi-conducteur aux points de sortie de contact est dopé avec une impureté accepteur contenant un nombre d’électrons insuffisant, d’une part, et une impureté donneuse, où les électrons sont abondants, d’autre part. Lorsque la puissance est appliquée, les électrons se recombinent et l’énergie excédentaire qui en résulte est convertie en lumière visible. À première vue, il semble que plus le courant est élevé, plus la LED sera intense. C’est vrai, l’intensité de l’énergie lumineuse sera plus élevée, mais en même temps, en raison de la résistance dans le semi-conducteur, le chauffage de la diode augmentera fortement, ce qui fera fondre les contacts ou le semi-conducteur brûlera.

Avantages et inconvénients des ampoules LED à économie d’énergie

Les lampes LED qui existent aujourd’hui présentent à la fois des avantages et des inconvénients – leur développement en une source de lumière à part entière dans nos maisons n’est pas encore achevé..

Caractéristiques positives:

• le plus petit, par rapport à tous les autres types de lampes domestiques, la consommation d’électricité – 8 à 10 fois inférieure à celle des lampes à filament à incandescence;
• efficacité lumineuse élevée, environ 120 lumens par watt d’énergie dépensée. A titre de comparaison, l’efficacité lumineuse des « lampes d’Ilyich » est de 10 à 24 lumens par watt, pour les lampes fluorescentes – de 60 à 100 lumens par watt;
• la plus élevée, par rapport à toutes les autres lampes d’éclairage, une durée de vie d’environ 50 000 heures, à condition que la lampe LED elle-même soit de construction de haute qualité et que des matériaux de haute qualité soient utilisés dans sa fabrication;
• obtenir diverses caractéristiques du spectre sans utiliser de filtres de lumière, c’est-à-dire par analogie avec les lampes à incandescence;
• durabilité et sécurité pour les utilisateurs. La lampe LED ne se cassera pas ou ne sera pas endommagée en cas de chute accidentelle, c.-à-d. les éclats de verre, typiques d’une situation similaire avec toute autre lampe d’éclairage, ne le seront pas. Ses éléments ne contiennent aucun composant dangereux d’origine chimique, présent par exemple dans les lampes fluorescentes;
• ne dépend pas du nombre d’allumer et d’éteindre, dans le cas d’autres lampes, le nombre d’allumer / éteindre affecte gravement la durée de vie;
• fonctionnement sûr – aucune haute tension n’est requise, la température la plus élevée de la LED et des raccords ne dépassera pas 60 ° С.

Caractéristiques négatives:

• prix élevé. Aujourd’hui, le coût des lampes LED dépasse de 8 à 10 fois celui des lampes fluorescentes de puissance similaire. Réduire les prix de détail sans perdre en qualité est le principal défi des fabricants de lampes LED;
• la nécessité d’un dissipateur thermique. Les dimensions des LED sont trop petites et insuffisantes pour dissiper indépendamment la chaleur qu’elles génèrent pendant le fonctionnement – plus la lampe LED est puissante, plus la taille et la surface du radiateur dont elle a besoin sont grandes. En conséquence, la taille impressionnante du radiateur en aluminium affecte le coût de la lampe.En outre, il sera difficile, voire impossible, d’installer une lampe LED puissante dans des lampes ordinaires – elle ne rentrera pas dans celles-ci;
• en l’absence d’un condensateur qui égalise le flux lumineux des LED, il y a une ondulation notable de la lumière;
• lors de la construction d’une lampe à base de LED bon marché, son rendement lumineux diminue jusqu’à un maximum de 100 lm / W et devient égal aux lampes fluorescentes, c’est-à-dire un avantage important de la lampe LED est perdu;
• le spectre lumineux généré par les LED est monochrome et diffère considérablement de la lumière naturelle du soleil. Pour adoucir le rayonnement lumineux monochrome, des luminophores spéciaux sont nécessaires;
• le flux lumineux généré est étroitement dirigé et nécessite l’installation de plusieurs lampes multidirectionnelles ou d’un diffuseur de lumière, cependant, l’utilisation de ce dernier réduit considérablement l’intensité d’éclairage.

Comment choisir une lampe LED pour votre maison

Dans les quincailleries en Russie, les lampes LED à économie d’énergie ne sont pas aussi répandues que les lampes fluorescentes – elles sont plus chères et sont donc moins demandées. Les plus grands fabricants de lampes LED: américain General Electric, allemand Osram, Bioledex et BLV licht, néerlandais Philips, indien Sylvania, russe Optogan – le coût de leurs produits varie de 600 à 3000 roubles … pour une lampe.

En plus des marques bien connues, des lampes LED bon marché de fabricants chinois et de petits fabricants nationaux se trouvent souvent dans les magasins – à mon avis, vous ne devriez pas acheter leurs produits, car le faible coût est probablement dû aux économies sur les composants, ce qui signifie que ces lampes ne dureront pas longtemps.

Et maintenant sur les critères de choix des lampes LED:

• puissance de la lampe. Une lampe à incandescence de 100 W correspond à une LED de 12-15 W, et le flux lumineux d’une lampe à LED de 15 W sera légèrement plus intense que celui d’une «lampe Ilyich» de 100 W;
• température de la lumière. La température de la lumière en Kelvin sera appliquée sur l’emballage ou le corps de la lampe, la lumière du soleil à laquelle nous sommes habitués a une température de 2700 – 3000 K.La température de la lumière des lampes en Kelvin doit son origine à la couleur de la barre métallique chauffée dans le four – jusqu’à 3000 K elle est jaune-blanc , devient de plus en plus blanc avec l’augmentation de la température. Les lampes émettant de la lumière à une température supérieure à 3000 K sont plus lumineuses, mais leur lumière est difficile à tolérer et ne convient que dans les bureaux;
• angle d’éclairage. Si toutes les LED de la lampe sont situées dans le même plan, la nature de l’éclairage sera focale, étroitement dirigée – chaque LED émet un flux lumineux dirigé. Pour une diffusion de la lumière et un éclairage efficace de la pièce, il sera pratique que les LED soient placées sur plusieurs plans et que la lampe elle-même soit équipée de lentilles de diffusion de la lumière, revêtues de l’intérieur d’un luminophore;
• rapport de rendu des couleurs. Sa valeur doit être indiquée sur l’emballage de la lampe, pour les LED, le coefficient est généralement de 70 à 95 – plus la valeur indiquée sur l’emballage est élevée, plus la lampe LED brillera et vice versa. Si l’indice de rendu des couleurs de 95 est indiqué sur l’emballage et que le coût de la lampe elle-même est faible – il s’agit d’une tentative de tromper l’acheteur, les lampes bon marché ne peuvent pas avoir un rendu des couleurs aussi élevé;
• évacuation de la chaleur. La présence d’un radiateur en aluminium est obligatoire et si du plastique est utilisé à la place de l’aluminium, refusez d’acheter cette lampe, elle ne durera pas longtemps;
• heures d’ouverture. En règle générale, les fabricants proposent 30 000 heures de travail, ce qui est en fait une moyenne. La lampe elle-même après cette période continuera à fonctionner, mais sa luminosité diminuera d’environ 30% – le chauffage des LED au fil du temps réduit l’intensité du flux lumineux.

Je ne doute pas que dans les 5 à 10 prochaines années, les lampes à LED seront améliorées – le nombre de lumens par watt consommé augmentera et le coût diminuera considérablement. Elles ne deviendront pas moins populaires que les lampes à incandescence l’étaient autrefois, mais plus rentables à la fois pour le consommateur moyen et pour l’État. Mais cela prendra du temps …

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