¿Qué tan eficientes son los LED?

En general, veo la eficiencia relacionada con los lúmenes por vatio, pero ¿cuál es la eficiencia típica real de los LED en términos de energía eléctrica en la salida de energía óptica? ¿Qué tipo de conversiones se aplican?

Para aclarar las cosas, definamos de qué estamos hablando.

Hay dos términos que se mezclan con bastante frecuencia:

• Eficacia luminosa:

La eficiencia luminosa es una cantidad adimensional que se deriva de la eficacia luminosa. Es simplemente el cociente de eficacia luminosa de la fuente y la máxima eficacia luminosa posible de la radiación.

• Eficacia luminosa:

Este es el valor que ves con más frecuencia. Por lo general, tiene la unidad de luz por vatio. Y da el flujo luminoso por potencia, que es una cantidad útil para ver cuánta luz obtendremos con una potencia determinada.

Con esto tenemos que tener un poco de cuidado también. Porque el poder puede ser el flujo radiante de la fuente o la energía eléctrica. Entonces, la primera puede llamarse eficacia luminosa de la radiación, y la última eficacia luminosa de una fuente o eficacia luminosa general.

Ahora surge el problema, que no podemos ver todos los colores igualmente bien. Y los lúmenes en realidad se ponderan según la respuesta de nuestro ojo:

_{^{Dominio publico, Enlace}}

Entonces, con esto, puede crear algunos valores de límites superiores (basados ​​en la redefinición de la unidad de candela ). Esta sería la eficacia luminosa de la radiación. .

Que son:

• Luz verde a 555 nm: 683 lm / W
• Máximo para IRC = 95 a 5800K: 310 lm / W (basado en radiadores truncados de cuerpo negro)
• Máximo para IRC = 95 a 2800 K: 370 lm / W

Para más información ver aquí .

Si baja el índice de reproducción cromática (CRI), puede lograr valores más altos. Pero no más de 683 lm / W.

Entonces, ¿qué tan eficientes son los LED?

Aquí tenemos valores de eficacia luminosa de una fuente .

Bueno, hay una carrera de eficiencia. Cree publicó un comunicado de prensa con un LED de laboratorio de 303 lm / W a 5150K. El CRI no se mencionó, supongo que es inferior a 95, pero según los datos anteriores parece que tendría una eficiencia luminosa de entre 80% y 90%.

Por supuesto, su LED promedio disponible tiene menos. 100 lm / W sería alrededor del 25% al ​​30% y los nuevos chips de 200 lm / W anunciados recientemente (a partir de agosto de 2017) alcanzan del 50% al 60%.

Tenga en cuenta que lo anterior es para la visión fotópica (visión diurna), las cosas cambian con la visión escotópica, pero eso generalmente no es tan interesante.

Si realmente desea profundizar en él, tendría que tomar el espectro del LED y averiguar cuál es el máximo teórico más alto para ese espectro (basado en la curva de ponderación) y luego puede calcular el valor.

Como cada LED tiene un espectro diferente, es difícil obtener estos datos fácilmente.

_{^{Espero no haber cometido un error aquí, porque siempre encuentro el tema un poco confuso, no importa cuántas veces lo revise.}}

Como se señaló en los comentarios, depende.

Los LED más antiguos a menudo tienen una eficiencia menor que los tipos más nuevos.

Algunas bombillas tienen componentes electrónicos más eficientes para convertir el voltaje de la red al voltaje de CC necesario para los LED.

Pero para una bombilla LED dada, puede hacer una estimación ya que la cantidad de energía que necesita una luz incandescente (con una cantidad similar de luz) se imprime en la caja. Según Wikipedia, la eficiencia promedio de una bombilla incandescente es de 2.2%.

Tomemos como ejemplo la bombilla Ikea "LEDARE" E-27 de 600 lúmenes:

Potencia equivalente para bombilla incandescente: 48 W Potencia real utilizada: 8.6 W

Eso significa que esta bombilla dice ser 48 / 8.6 = 5.6

veces más eficiente que una bombilla incandescente, lo que daría como resultado:

5.6 * 2.2% = 12.3% de eficiencia.

Para esta lámpara Ikea Ledare.

Tenga en cuenta que esta es la eficiencia total , por lo que la eficiencia de la electrónica multiplica la eficiencia de los LED.

La electrónica adecuada del controlador de LED debe tener una eficiencia del 85 al 99% (¡esa es mi suposición personal!) Por lo tanto, la eficiencia real de los LED será ligeramente superior al 12.3% que acabo de calcular.

Eso supone que todos los números dados por Ikea son ciertos, por supuesto.

Necesita 1 / 683W de potencia para generar 1 lumen de luz. Significa que la eficiencia es de alrededor del 12%. Así es como va:

En primer lugar, supongamos que tenemos una luz que se irradia por igual a todas las direcciones. Por definición, 1 candela es 1/683 W (luz monocromática de 550 nm). 1 candela irradia a 1 ángulo esteradiano, que es 1 / 4π (8%) de la superficie total de la esfera. Por lo tanto, necesita 4π / 683W para producir 1 candela en todas las direcciones y el flujo luminoso total es 4π = 12,6 lm.

¿Qué potencia es igual a 1 lm? Lo obtienes dividiendo 4π / 683W por 4π y el resultado final es (4π / 683W) / 4π = 1 / 683W. Esencialmente, necesita 1 / 683W de potencia para crear un flujo luminoso de 1 lumen (1 / 4π = 0,08 candelas en los 1 ángulos esteradianos).

Usando la figura anterior, necesita 900 veces 1 / 683W = 1,32W para producir un flujo luminoso de 900 lúmenes.

Mi bombilla real, obtenida de una tienda local, cuenta con 900 lm y 11 W de energía eléctrica. Supongo que irradia luz por igual en todas las direcciones. Utilizando cifras anteriores, la eficiencia eléctrica de la bombilla es 1,32 W / 11 W = 0,12, lo que equivale a una eficiencia del 12%.