Eficiența și parametrii operaționali ai LED-urilor din corpurile de iluminat

LED-urile tipice sunt proiectate să funcționeze cu o energie electrică mai mare de 3-60 miliwați (mW). În 1999 au apărut LED-urile de putere care pot fi utilizate continuu de un watt. Aceste LED-uri aveau dimensiuni mult mai mari ale materialelor semiconductoare pentru a gestiona intrările de mare putere. De asemenea, matrițele semiconductoare erau montate pe disipatoare de metal pentru a permite îndepărtarea căldurii din matrița de LED-uri.

Unul dintre avantajele cheie ale surselor de iluminat pe bază de LED-uri este eficacitatea luminoasă ridicată. LED-urile albe au luat locul rapid și au depășit eficacitatea sistemelor standard de iluminat cu incandescență. În anul 2002 au apărut LED-urile de cinci wați cu eficacitate luminoasă de 18-22 lumeni per watt (lm/W). Pentru comparație, un bec convențional cu incandescență de 60-100 wați emite în jur de 15 lm/W.

Din 2012 s-au obținut următoarele eficacități pentru fiecare culoare. Valorile eficienței arată puterea fizică a luminii la ieșire pe puterea electrică la intrare. Valoarea eficacității în lumeni per watt include caracteristici ale ochiului uman și se obține utilizând funcția de luminozitate.

În septembrie 2003, un nou tip de LED-uri albastre a fost dezvoltat de Cree, care consumă 24 mW la 20 de miliamperi (mA). S-a produs astfel comercial o lumină albă cu 65 lm/W la 20 mA, devenind cel mai strălucitor LED alb disponibil comercial din acea perioadă, și de peste patru ori mai eficient ca iluminarea standard cu incandescență. În 2006 un prototip cu lumină albă cu LED avea eficacitatea luminoasă de 131 lm/W la 20 mA. Iluminat general practic are nevoie de LED-uri de mare putere, de un watt sau mai mult. Curenții de funcționare tipici pentru astfel de dispozitive sunt de cel puțin 350 mA.

Scăderea eficienței

Scăderea eficienței înseamnă scăderea eficienței luminoase a LED-urilor când curentul electric crește peste zeci de miliamperi.

Acest efect a fost teoretizat inițial ca fiind legat de temperaturi ridicate. Oamenii de știință au demonstrat contrariul: deși viața unui LED ar fi mai scurtă, scăderea eficienței este mai puțin severă la temperaturi ridicate. Mecanismul care cauzează scăderea eficienței a fost identificat în 2007 ca recombinarea Auger, ân reacțiile mixte. În 2013, un studiu a confirmat că recombinarea Auger cauzează scăderea eficienței.

În plus, funcționarea LED-urilor la curenți electrici mai mari creează niveluri mari de căldură care compromit durata de viață a LED-urilor. Din cauza acestei încălziri crescute la curenți mai mari, LED-uri de luminozitate mare au un standard industrial de operare la numai 350 mA, care este un compromis între producția de lumină, eficiență și longevitate.

Soluții posibile

În loc să se crească nivelurile actuale, luminanța este de obicei crescută prin combinarea mai multor LED-uri într-un singur bec. Rezolvarea problemei scăderii eficienței ar însemna că becurile de uz casnic cu LED ar avea nevoie de mai puține LED-uri, ceea ce ar reduce semnificativ costurile.

Cercetătorii de la US Naval Research Laboratory au găsit o modalitate de a reduce scăderea eficienței. Ei au descoperit că scăderea se datorează recombinării Auger non-radiative a purtătorilor injectați. Ei au creat gropi cuantice, cu un potențial de confinare mic pentru a reduce procesele Auger neradiative.

Cercetătorii de la Universitatea din Taiwan – Central National dezvoltă în prezent un mod de a reduce scăderea eficienței prin utilizarea de substraturi ceramice de nitrură de aluminiu (AIN), care sunt mai consuctive termic decât safirul utilizat în scop comercial. Conductivitatea termică mai mare reduce efectele de auto-încălzire.

Traducere din Wikipedia