Innhold
- Så hva er en LED?
- Elektronhopping
- Lys fra endrede energinivåer
- Elektroner flyter lettere i en LED
- Massive besparelser!
- Se hvordan lyspærer sammenlignes i pris
- Fremtiden
- Kilder
- Hvordan bygge et LED-lys
John er alltid på utkikk etter måter å oppgradere hjemmet sitt og å spare penger. Energieffektivitet er alltid en del av hans strategi for å spare.
Oppfinnelse er det viktigste produktet av menneskets kreative hjerne. Det endelige formålet er fullstendig mestring av sinnet over den materielle verden, utnyttelse av menneskets natur til menneskelige behov.
- Nikola Tesla
Så hva er en LED?
Gitt behovet for å spare energi i vår energisultne verden, har nyere teknologier en tendens til å trenge inn i markedet når energikostnadene stiger. I dag har LED-en (lysemitterende diode) gjort sin tilstedeværelse kjent, spesielt med fremveksten av klynger for å drive større lys. Når oljeprisen stiger, og vektlegging av mindre karbonutslippsteknologier, kan vi forvente nye teknologier for å gi belysning, og justeringer og revisjoner av eldre teknologier.
Denne artikkelen vil ta følgende spørsmål:
1. Hvordan fungerer LED?
2. Hvordan er en LED konstruert?
3. Hvorfor bruker LED-er så mye mindre energi?
4. Hva er gjennomsnittlig strømsparing?
Elektronhopping
LED-en er en relativt liten kilde, kanskje mindre enn 1 kvadrat millimeter. Det kan avgi lys i forskjellige farger, men for hjemmebruk er mykt hvitt lys i fokus. Jeg bekjenner meg ikke å være fysiker, men vil beskrive virkningen av elektroner i en LED på en måte som kan bidra til å illustrere forskjellen i funksjon mot den for glødelampen.
I et atom (element) kan elektroner settes i en "opphisset" tilstand (beveger seg annerledes enn sine vanlige posisjoner). Når dette skjer ved for eksempel påføring av varme, hopper elektronen (e) og etterlater seg et "hull". Ved å hoppe til et annet nivå i atomet kan disse elektronene resonere til en eller annen handling bringer atomene tilbake til hullene (hullet er bare et navn på posisjonen elektronet pleide å være i). Når elektroner går tilbake til sine pre-eksiterte hull med lavere energitilstand, avgis energi i form av lys! Denne prosessen med å endre elektronenerginivåer er det som utnyttes av LED. Lysets farge (eller bølgelengde) avhenger av den atomare strukturen til materialet som brukes i LED-en, og temperaturen.
Lys fra endrede energinivåer
Tenk deg en LED som har en stripe med materiale inne i pæren. Den ene halvdelen av stripen er laget av en halvleder, mens den andre siden er laget av en annen slags halvleder. Elektroner flyter fra den ene siden til den andre (bare i en retning), og denne bevegelsen får elektronene til å endre energinivået. Når elektroner faller fra ett energinivå til et lavere energinivå, blir forskjellen i energi gitt som lys.
Følgende bilde er for å hjelpe deg med å forstå konseptet.
Elektroner flyter lettere i en LED
Så av hvilken verdi er dette siste avsnittet? Enkelt sagt, det sendes ut lys fra en halvleder i en LED bare ved bevegelse eller strøm av elektroner. Materialet elektronene strømmer gjennom, eller halvleder, er et stoff, vanligvis et fast kjemisk element eller en forbindelse, som kan lede elektrisitet under noen forhold, men ikke andre, noe som gjør det til et godt medium for kontroll av elektrisk strøm. Ledningsevnen varierer avhengig av strøm og spenning som påføres en kontrollelektrode. Dette er hva som skiller LED-lampen fra våre gammeldagse glødelamper.
I en glødelampe er det et glødetråd som med vilje er designet av wolfram for å øke motstanden mot elektronstrøm. Denne motstanden får glødetråden til å glødes varm og gir 95% varme og 5% lys. En LED genererer mesteparten av lyset ved å "tillate" elektroner å strømme gjennom en halvleder som ikke skaper mye varme. Resultatet av å la elektronene strømme, lysutslipp, produserer bare 3% av varmen fra en glødelampe.
Massive besparelser!
På grunn av de fysiske egenskapene til LED-en, sparer den energi og reduserer dermed kostnadene for strøm. For eksempel bruker den tradisjonelle C7 juletrepæren 6 watt strøm i ferien. En LED bruker 0,08 watt. Å kjøre en 50 lysstreng til den nasjonale gjennomsnittlige kostnaden for strøm i 5 timer per dag i en måned vil koste $ 4,50. Jeg bruker vanligvis 3 eller flere tråder utenfor - $ 13,50 for en høytid. En sammenlignbar beregning for LED-tråder ville være mindre enn 60 cent per streng per måned. Mine tre tråder vil kjøre $ 1,80.Her snakker vi om 13% av kostnaden for å kjøre C7-tråder! Du kan se hvorfor utbredt bruk av lysdioder en dag kan redde dette landet enormt!
LED-er bruker vanligvis mindre enn 10% av en tilsvarende glødelampe (10% av strømmen som brukes i en glødelampe for å produsere det samme lyset). Sagt på en annen måte, en LED som produserer tilsvarende 40 watt glødelampe bruker mindre enn 4 watt! Det er en ganske enkel formel å huske hvis du prøver å få tak i besparelser. En glødelampe på 75 watt (vanligst brukt) vil bare kreve mindre enn 7,5 watt i en LED.
Den gjennomsnittlige mengden strøm som brukes av et hjem på 1200 kvadratmeter (jeg valgte dette som et gjennomsnittlig amerikansk hjem) er 30,6 kWh per dag. Av denne summen er 6-10% den gjennomsnittlige effekten som brukes til belysning (bruken kan være så høy som 25%). Så på høysiden snakker vi om 3,06 kWh per dag for lys. Hvis du skulle gå til hjemmesiden til det elektriske verktøyet (eller omkring), finner du prisen du betaler per kWh for strøm. Multipliser 3,06 kWh x kostnad per kWh, og det vil være omtrent glødekostnaden for å lyse opp huset ditt per dag.
FLERE DET med 13% (0,13), og du vil finne at kostnaden for strøm til å drive lysdioder gir like mye lys per dag. Trekk fra de to produktene, så sparer du hvis du kan bytte ut alle glødelamper med lysdioder. For øvrig har det gjennomsnittlige hjemmet omtrent 45 lyspærer i omtrent 30 inventar.
Men ting er ikke så enkle. LED-lamper er ganske dyre. Selv om lysdioder vil ha et liv som er fem ganger større enn CFL og 41 ganger større enn en glødelampe, er det et klistremerksjokk når du kjøper dem!
En LED-pære som produserer en 60 watts ekvivalent lys er $ 39,95. CFL løper $ 3,95. Glødelampen løper $ 1,25
Se hvordan lyspærer sammenlignes i pris
Men vent! Dette tilsvarer $ 95,95 for 50 000 timer på en LED, $ 159,75 for CFL i 50 000 timer og $ 652,50 for glødelamper i løpet av samme tidsperiode (husk at du må bytte ut pærer tidligere).
Generelt er en LED 10 ganger prisen for en CFL og 32 ganger prisen for en glødelampe.
Denne diskusjonen viser hvorfor LED er fremtidens bølge. Besparelsene på strøm er fenomenale. Byer tar ledelsen i stor bruk av LED; noen byer skifter til LED-gatelys fordi det kan spare opptil 80% på energibruk. Som en annen avslutningsanmerkning kan batterilevetiden forlenges 10-15 ganger hvis LED-lampene tennes.
Det arbeides med å senke enhetsprisen på LED-er, og det gjøres fremgang ved Purdue University, der nye og forbedrede materialer kan redusere de opprinnelige kostnadene for LED-lys. Fremtiden ser lys ut for LED-lyset.
Fremtiden
Ledbelysning utvikler seg. En versjon av Wi-Fi kalt Li-Fi (fortsatt konseptuell) er den siste oppgraderingen til Internett-tilkobling. Bruk av lys i stedet for radiobølger for å overføre data kan øke hastighetene med 100 ganger. Li-Fi anses av noen innen felt som det neste store trinnet i LED-teknologi. På steder der Internett-tilkobling er plagsom, kan dette være en erstatning for radiobølge.
Kilder
Bluejay, Michael (No Date). Saving Electricity, hentet 1. desember 2020 fra https://michaelbluejay.com/electricity/
Elektroniske merknader (ingen dato). Hvordan en LED lages: lysemitterende diodestruktur, hentet 2. desember 2020 fra https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-how-led-is-made-structure -fabrication.php #: ~: text =% 20strukturen% 20av% 20the% 20panel% 20indikator% 20LED% 20pakken, til% 20disperse% 20the% 20light% 20in% 20the% 20krav% 20manner
Vifte, Xiazozhe (3. januar 2018). En LED-basert bildesensor med energihøsting og projeksjonsevner College of Technology, hentet fra 2. desember 2020 https://docs.lib.purdue.edu/open_access_theses/943/ Purdue ePubs
Kompulsa.com (Ingen dato). LED-strømforbruk: Hvor mye energi bruker LED? https://www.kompulsa.com/led-power-consumption-how-much-energy-do-leds, hentet 3. desember 2020 fra forbruk / #: ~: text =% 20power% 20consumption% 20of% 20LEDs% 20 brukt% 20in% 20LED, Forbruk% 20% 28In% 20% 20kontekst% 20 av% 20120 Volt% 20 lys% 20 pærer% 29
Howmuchisit.com-ansatte (14. august 2018). Hvor mye koster LED-pærer? Hentet 3. desember 2020 fra https://www.howmuchisit.org/led-bulbs-cost/
Energy Focus-ansatte (1. januar 2020). Fremtiden for LED-belysning, hentet 11. desember 2020 fra https://www.energyfocus.com/blog/the-future-of-led-lighting/
