Ещё о светодиодных лампах

10.02.2018

О светодиодных и энергосберегающих лампах написано уже много. Могу порекомендовать, например Алексея Надеждина, который регулярно проводит тесты ламп различных типов и производителей и выкладывает их на свой сайт lamptest.ru.

В этом тексте я бы хотел остановиться на некоторых теоретических вопросах для тех, кто хочет разобраться, как сказал поэт, во всём дойти до самой сути.

Люмены и Ватты

Сколько света в люменах дает лампа сейчас пишут на упаковках. Не всегда эта цифра оказывается верной, производители любят лукавить, тем более, что проверить в домашних условиях это практически невозможно. Стараниями китайцев стали дешевыми как игрушки приборы измеряющие освещенность – люксметры. Каждый желающий может обзавестись таким прибором, но чтобы измерить им яркость лампы придется провести замеры под всеми возможными углами на постоянном расстоянии от лампы и потом сложить измерения по формуле, что довольно трудоемкая затея.

Дело в том, что люмен – это интегральная величина, то есть суммарный свет, расходящийся во все стороны. Даже если вы будете сравнивать по очереди две лампочки, держа люксметр на одном месте и увидите, что от одной лампы света меньше, чем от другой, всё равно нельзя уверенно говорить, что ее светоотдача меньше. Ведь может быть так, что вторая лампа светит только вниз, тогда как первая и на потолок тоже.

Вот и возникает соревнование производителей, у кого получается больше люменов с каждого Ватта. Цифры эти растут год от года, хотя на реальной яркости лампочек это не сказывается. Встает вопрос, сколько в принципе возможно получить люменов с Ватта, где тот физический предел?

Вообще говоря, физики измеряют мощность энергетического потока (а свет – это энергия) в Ваттах. Всегда. С точки зрения физики, лампа – это прибор, конвертирующий электрическую энергию в световую (основная задача) и тепловую (неизбежные потери). Правильнее с физической точки зрения говорить так, что, например, 50 Ватт электричества, которые потребляет лампа, превращаются в 25 Ватт света и 25 Ватт тепла.

Но так не говорят, потому что свет – свету рознь, о чем я писал уже ранее. Мало того, что разные лучи света нам кажутся по-разному окрашенными, они нам кажутся еще и разной яркости. Наиболее яркими нам кажутся желтые и зеленые лучи. Синие и красные лучи кажутся нам менее яркими в десять раз! Если мы хотим максимальную яркость при минимальных затратах, то надо взять желто-зеленый светодиод с длиной волны 555 нанометров (нм) и – вуаля! Кстати, такие светодиоды есть в продаже в интернете, сделать такой светильник по силам любому! Какую светоотдачу мы получим?

Мои измерения показывают, что современные светодиоды имеют эффективность 50%, т. е. только половину электричества они превращают в свет, за счёт второй половины они греются. Кстати, греться им очень вредно и противопоказано, поэтому производители ламп ищут способы охлаждения.

Далее, из Википедии узнаем, что теоретическая светоотдача на длине волны 555 нм составляет 683 лм/Вт, делим эту величину пополам и получаем теоретическую светоотдачу нашей идеально-экономичной лампы – 340 лм/Вт. Эту величину надо еще уменьшить на потери драйвера – электрической схемы, переводящей электрическое напряжение в вид подходящий светодиодам. Пусть потери будут только 10%, у нас остается еще более 300 лм/Вт. Это в 2,5–3 раза больше, чем у любой лампы имеющейся в продаже!

Если всё так просто, почему производители не спешат так делать?

Потому что свет от такой лампы невыносимо противен! Нашему глазу нужна не только яркость света, но и что-то еще.

Индекс цветопередачи

Это что-то ещё называют индексом цветопередачи и обозначают CRI или Ra. Определение этого индекса не очень понятно и постоянно меняется. Неудивительно, ведь это не физическая величина, которую мы можем измерить приборами с высокой точностью. Это особенность восприятия человека, и определяется она во многом субъективными ощущениями.

В целом удалось установить, что человеку будет комфортно, если в свете будут присутствовать синие, красные компоненты и что-нибудь из середины – от желтого до зеленого. Ровно так и устроен современный телевизор, а также экран вашего телефона и компьютера. Он излучает каждой точкой только три луча: красный, зеленый и синий, меняя их яркость. Он не может светить ни желтым, ни оранжевым. Хотя нам кажется, что такие цвета он может показать, на самом деле это результат смешения красного и зеленого.

Желтый свет существует. Если разложить его на призме, то в нем не будет ни красного, ни зеленого, только одна желтая полоса.

Желтый свет от экрана, будучи разложенным на призме, даст только зеленую и красную полосу, но на месте желтого будет чернота.

А видим мы эти два света как одинаковые!

Этим пользуются производители светодиодных ламп. Если раньше свет от лампы имел широкий спектр, включал в себя множество лучей, и производитель не мог на это повлиять, то переход на светодиодные технологии, наоборот, позволил производителям свободно выбирать состав излучаемого света. Что же выбирают производители? Поскольку свет кажется человеку тем ярче, чем он ближе на радуге к желто-зеленому, стараются взять красный максимально близко к оранжевому и синий максимально близко к «морской волне».

Чем это плохо? Для нас – ничем. Ведь всё делается как лучше для человеческого глаза. Зато для освещения природных объектов такой свет оказывается, наоборот, неподходящим. Например, с этим столкнулись владельцы аквариумов и оранжерей, для их подсветки нужны специальные лампы с другим составом света.

Старые лампы накаливания испускали свет в очень широком диапазоне. Они были менее эффективны для глаз человека, зато рыбам, растениям и другим животным подходили не хуже, чем людям. Светодиодные лампы стали специализированными: либо для человека, либо для других целей.