Inhalt
- Was ist eine LED?
- Elektronenspringen
- Licht aus sich ändernden Energieniveaus
- Elektronen fließen leichter in einer LED
- Massive Einsparungen!
- Sehen Sie, wie sich die Kosten von Glühbirnen vergleichen lassen
- Die Zukunft
- Quellen
- So bauen Sie ein LED-Licht
John ist immer auf der Suche nach Möglichkeiten, sein Haus aufzuwerten und Geld zu sparen. Energieeffizienz ist immer ein Teil seiner Sparstrategie.
Erfindung ist das wichtigste Produkt des kreativen Gehirns des Menschen. Das ultimative Ziel ist die vollständige Beherrschung des Geistes über die materielle Welt, die Nutzung der menschlichen Natur für die menschlichen Bedürfnisse.
- Nikola Tesla
Was ist eine LED?
Angesichts der Notwendigkeit, in unserer energiehungrigen Welt Energie zu sparen, dringen neuere Technologien mit steigenden Energiekosten in den Markt ein. Heute hat die LED (Leuchtdiode) ihre Präsenz bekannt gemacht, insbesondere mit dem Aufkommen von Clustern zur Stromversorgung größerer Leuchten. Angesichts des steigenden Ölpreises und der Betonung weniger kohlenstoffemittierender Technologien können wir neue Technologien für die Beleuchtung sowie Optimierungen und Überarbeitungen älterer Technologien erwarten.
Dieser Artikel behandelt die folgenden Fragen:
1. Wie funktionieren LEDs?
2. Wie ist eine LED aufgebaut?
3. Warum verbrauchen LEDs so viel weniger Energie?
4. Was sind durchschnittliche Energieeinsparungen?
Elektronenspringen
Die LED ist eine relativ kleine Quelle, vielleicht weniger als 1 Quadratmillimeter. Es kann Licht in verschiedenen Farben emittieren, aber für den Heimgebrauch steht heute weiches weißes Licht im Mittelpunkt. Ich behaupte nicht, Physiker zu sein, sondern werde die Wirkung von Elektronen in einer LED so beschreiben, dass der Unterschied in der Funktion gegenüber der Glühbirne veranschaulicht werden kann.
In einem Atom (Element) können Elektronen in einen "angeregten" Zustand versetzt werden (der sich anders als ihre üblichen Positionen bewegt). Wenn dies beispielsweise durch Anwendung von Wärme geschieht, springen die Elektronen und hinterlassen ein "Loch". Wenn diese Elektronen auf eine andere Ebene im Atom springen, können sie mitschwingen, bis eine Aktion die Atome zu ihren Löchern zurückbringt (das Loch ist nur ein Name für die Position, in der sich das Elektron befand). Wenn Elektronen zu ihren vorerregten Löchern mit niedrigerem Energiezustand zurückkehren, wird Energie in Form von Licht abgegeben! Dieser Prozess der Änderung der Elektronenenergieniveaus wird von der LED genutzt. Die Farbe (oder Wellenlänge) des Lichts hängt von der Atomstruktur des in der LED verwendeten Materials und seiner Temperatur ab.
Licht aus sich ändernden Energieniveaus
Stellen Sie sich eine LED mit einem Materialstreifen in der Glühbirne vor. Eine Hälfte des Streifens besteht aus einem Halbleiter, während die andere Seite aus einer anderen Art von Halbleiter besteht. Elektronen fließen von einer Seite zur anderen (nur in eine Richtung) und diese Bewegung bewirkt, dass Elektronen ihre Energieniveaus ändern. Wenn Elektronen von einem Energieniveau auf ein niedrigeres Energieniveau fallen, wird der Unterschied in der Energie als Licht abgegeben.
Das folgende Bild dient zum besseren Verständnis des Konzepts.
Elektronen fließen leichter in einer LED
Welchen Wert hat dieser letzte Absatz? Einfach ausgedrückt wird Licht von einem Halbleiter in einer LED nur durch die Bewegung oder den Fluss von Elektronen emittiert. Das Material, durch das die Elektronen fließen, oder der Halbleiter, ist eine Substanz, normalerweise ein festes chemisches Element oder eine feste chemische Verbindung, die unter bestimmten Bedingungen Elektrizität leiten kann, unter anderen jedoch nicht. Dies macht sie zu einem guten Medium für die Steuerung des elektrischen Stroms. Seine Leitfähigkeit variiert in Abhängigkeit von dem an eine Steuerelektrode angelegten Strom und der Spannung. Dies unterscheidet die LED von unseren altmodischen Glühlampen.
In einer Glühbirne befindet sich ein Filament, das absichtlich aus Wolfram besteht, um den Widerstand gegen den Elektronenfluss zu erhöhen. Dieser Widerstand bewirkt, dass das Filament heiß glüht und 95% Wärme und 5% Licht abgibt. Eine LED erzeugt den größten Teil ihres Lichts, indem sie Elektronen durch einen Halbleiter "fließen lässt", der nicht viel Wärme erzeugt. Das Ergebnis, dass die Elektronen fließen können, die Lichtemission, erzeugt nur 3% der Wärme einer Glühbirne.
Massive Einsparungen!
Aufgrund der physikalischen Eigenschaften der LED spart sie Energie und senkt somit die Stromkosten. In der Ferienzeit verbraucht die traditionelle C7-Weihnachtsbaumbirne beispielsweise 6 Watt Strom. Eine LED verbraucht 0,08 Watt. Ein 50-Licht-Strang zu den nationalen Durchschnittskosten für Strom für 5 Stunden pro Tag für einen Monat zu betreiben, würde 4,50 USD kosten. Normalerweise benutze ich 3 oder mehr Stränge im Freien - 13,50 USD für eine Ferienzeit. Eine vergleichbare Berechnung für LED-Stränge wäre weniger als 60 Cent pro Strang und Monat. Meine 3 Stränge würden 1,80 $ kosten.Hier geht es um 13% der Kosten für den Betrieb von C7-Strängen! Sie können sehen, warum die weit verbreitete Verwendung von LEDs eines Tages dieses Land enorm retten könnte!
LEDs verbrauchen normalerweise weniger als 10% einer äquivalenten Glühlampe (10% der Leistung, die in einer Glühlampe verwendet wird, um dasselbe Licht zu erzeugen). Anders ausgedrückt, eine LED, die 40 Watt Glühlicht erzeugt, verbraucht weniger als 4 Watt! Das ist eine ziemlich einfache Formel, an die Sie sich erinnern sollten, wenn Sie versuchen, Einsparungen in den Griff zu bekommen. Eine 75-Watt-Glühlampe (am häufigsten verwendet) würde nur weniger als 7,5 Watt in einer LED benötigen.
Die durchschnittliche Menge an Strom, die von einem 1200 Quadratmeter großen Haus verbraucht wird (ich habe dies als durchschnittliches US-Haus gewählt), beträgt 30,6 kWh pro Tag. Davon sind 6-10% die durchschnittliche Leistung, die für die Beleuchtung verwendet wird (der Verbrauch kann bis zu 25% betragen). Auf der hohen Seite sprechen wir also von 3,06 kWh pro Tag für Licht. Wenn Sie auf Ihre Homepage für Elektrizitätsversorger (oder so ungefähr) gehen, finden Sie den Preis, den Sie pro kWh für Strom zahlen. Multiplizieren Sie 3,06 kWh x Kosten pro kWh. Dies entspricht in etwa der Glühbirnenkostenrate, um Ihr Haus pro Tag zu beleuchten.
Vervielfachen Sie dies um 13% (0,13), und Sie werden feststellen, dass die Stromkosten für die Stromversorgung von LEDs die gleiche Lichtmenge pro Tag abgeben. Subtrahieren Sie die beiden Produkte und Sie haben die Einsparungen, wenn Sie alle Glühlampen durch LEDs ersetzen könnten. Übrigens hat das durchschnittliche Haus ungefähr 45 Glühbirnen in ungefähr 30 Leuchten.
Aber so einfach ist das nicht. LED-Lampen sind ziemlich teuer. Obwohl LEDs eine 5-mal längere Lebensdauer als CFLs und eine 41-mal längere Lebensdauer als eine Glühlampe haben, gibt es beim Kauf einen Aufkleberschock!
Eine LED-Lampe, die ein 60-Watt-Äquivalent Licht erzeugt, kostet 39,95 USD. Die CFL kostet 3,95 US-Dollar. Die Glühbirne kostet 1,25 US-Dollar
Sehen Sie, wie sich die Kosten von Glühbirnen vergleichen lassen
Aber warte! Dies entspricht 95,95 USD für 50.000 Stunden auf einer LED, 159,75 USD für CFLs für 50.000 Stunden und 652,50 USD für Glühlampen im selben Zeitraum (denken Sie daran, dass Sie die Lampen früher ersetzen müssten).
Im Allgemeinen ist eine LED 10-mal so teuer wie eine CFL und 32-mal so teuer wie eine Glühlampe.
Diese Diskussion zeigt, warum LEDs die Welle der Zukunft sind. Die Stromeinsparungen sind phänomenal. Städte übernehmen die Führung bei der Verwendung von LEDs in großem Umfang. Einige Städte stellen auf LED-Straßenlaternen um, da dadurch bis zu 80% des Energieverbrauchs eingespart werden können. Als weitere abschließende Bemerkung kann die Batterielebensdauer um das 10-15-fache verlängert werden, wenn LEDs mit Strom versorgt werden.
Derzeit wird daran gearbeitet, den Stückpreis für LEDs zu senken, und an der Purdue University werden Fortschritte erzielt, bei denen neue und verbesserte Materialien die anfänglichen Kosten für LED-Leuchten senken können. Die Zukunft sieht für das LED-Licht rosig aus.
Die Zukunft
LED-Beleuchtung entwickelt sich weiter. Eine Wi-Fi-Version namens Li-Fi (noch konzeptionell) ist das neueste Upgrade der Internetverbindung. Die Verwendung von Licht anstelle von Funkwellen zur Datenübertragung kann die Geschwindigkeit um das 100-fache erhöhen. Li-Fi wird von einigen Fachleuten als der nächste große Schritt in der LED-Technologie angesehen. An Orten, an denen die Internetverbindung problematisch ist, kann dies ein Ersatz für Funkwellen sein.
Quellen
Bluejay, Michael (ohne Datum). Strom sparen, abgerufen am 1. Dezember 2020 von https://michaelbluejay.com/electricity/
Hinweise zur Elektronik (ohne Datum). Wie eine LED hergestellt wird: Leuchtdiodenstruktur, abgerufen am 2. Dezember 2020 von https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-how-led-is-made-structure -fabrication.php #: ~: text = Die% 20-Struktur% 20 von% 20 des% 20-Panels% 20-Indikators% 20LED% 20-Paket, um% 20 zu zerstreuen% 20 das% 20-Licht% 20in% 20 das% 20 erforderliche% 20-Manier
Fan, Xiazozhe (3. Januar 2018). Ein LED-basierter Bildsensor mit Energiegewinnungs- und Projektionsfunktionen College of Technology, abgerufen am 2. Dezember 2020 https://docs.lib.purdue.edu/open_access_theses/943/ Purdue ePubs
Kompulsa.com (ohne Datum). LED-Stromverbrauch: Wie viel Energie verbrauchen LEDs? https://www.kompulsa.com/led-power-consumption-how-much-energy-do-leds, abgerufen am 3. Dezember 2020 von verbrauchen / #: ~: text = Die% 20power% 20consumption% 20of% 20LEDs% 20used% 20in% 20LED, Consumption% 20% 28In% 20the% 20context% 20of% 20120-Volt% 20light% 20bulbs% 29
Mitarbeiter von Howmuchisit.com (14. August 2018). Wie viel kosten LED-Lampen? Abgerufen am 3. Dezember 2020 von https://www.howmuchisit.org/led-bulbs-cost/
Mitarbeiter von Energy Focus (1. Januar 2020). Die Zukunft der LED-Beleuchtung, abgerufen am 11. Dezember 2020 von https://www.energyfocus.com/blog/the-future-of-led-lighting/
