لقد أحدثت الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) ثورة في الإضاءة التقليدية، حيث كانت كفاءتها المضيئة الرائعة هي الميزة الأساسية. كمؤشر رئيسي على قدرة LED على تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء مرئي، تحدد كفاءة الضوء بشكل مباشر مدى سطوع الإضاءة واستهلاك الطاقة والقيمة البيئية، وتعد حجر الأساس لفهم فوائد توفير الطاقة لمصابيح LED.
I. ما هي كفاءة إضاءة LED؟
يتم قياس كفاءة إضاءة LED فياللومين لكل واط (LM/W); القيمة الأعلى تشير إلى استخدام أقوى للطاقة. تصل المصابيح المتوهجة التقليدية إلى 10-20 لم/واط، والمصابيح الفلورية 50-80 لم/واط، بينما حققت مصابيح LED التجارية المنتجة بكميات كبيرة قوة تتراوح بين 100-150 لمتر/واط، مع منتجات عالية الجودة تتجاوز 200 لمتر/واط، مما يوفر إمكانات توفير الطاقة تزيد عن 50٪. يتطلب التقييم الشامل لكفاءة الإضاءة أيضا الرجوع إلى كفاءة الكم الخارجية (EQE) وكفاءة سدادات الحائط (WPE) لعكس أداء الإضاءة بالكامل.
II. العوامل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة إضاءة LED
تتأثر كفاءة إضاءة LED بعدة عوامل، مع ثلاثة جوانب أساسية:
1. الشريحة والمواد
الشريحة هي جوهر انبعاث الضوء. تحدد جودة البلورات في المواد السائدة القائمة على نيتريد الغاليوم (GaN) الحد الأعلى لكفاءة الضوء، حيث تسبب العيوب فقدان الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر حجم الشريحة وبنية البئر الكمومية أيضا على كفاءة الإضاءة.
2. التغليف والتصميم البصري
يهدف التغليف إلى تقليل فقدان الفوتونات. يمكن لغراء التغليف عالي المعامل الانكساري والهياكل المحسنة تحسين معدل استخراج الفوتون. بالنسبة لمصابيح LED البيضاء، فإن أداء الفوسفور أمر بالغ الأهمية—فالفوسفورات منخفضة الجودة تؤدي إلى تحلل سريع للضوء وكفاءة ضوئية منخفضة.
3. تبديد الحرارة وبيئة التشغيل
يتم تحويل 70٪-80٪ من الطاقة الكهربائية لمصابيح LED إلى حرارة. ارتفاع درجة حرارة الوصلات يقلل بشكل كبير من كفاءة الإضاءة ويسرع الشيخوخة، لذا فإن تصميم تبديد الحرارة الفعال هو المفتاح للحفاظ على كفاءة عالية. كما يؤثر تيار التشغيل غير المستقر والجهد على كفاءة الإضاءة.
ثالثا. التقنيات والاتجاهات في تحسين كفاءة الضوء
تقترب كفاءة إضاءة LED من الحد النظري البالغ 250-300 لمتر/واط. تركز تقنيات التحسين على ثلاثة مجالات: تحسين جودة البلورات وبنية البئر الكمومية على مستوى المادة؛ اعتماد تغليف COB المتكامل والطلاء النانوي على مستوى التغليف؛ ودمج المحركات الذكية لتعديل ظروف العمل لتحقيق أقصى كفاءة. سيركز التطوير المستقبلي على تحسين الكفاءة وجودة الإضاءة والموثوقية المنسق، مع التكيف مع تقنيات LED الصغيرة/الصغيرة.
IV. قيمة التطبيق لمصابيح LED عالية الكفاءة في الإضاءة
القيمة الأساسية للكفاءة المضيئة العالية تكمن في توفير الطاقة والتكاليف. بالنسبة لإضاءة الشوارع البلدية، يمكن لمصابيح LED عالية الكفاءة تقليل الطاقة من 250 واط (مصابيح الصوديوم عالية الضغط التقليدية) إلى أقل من 100 واط، مما يوفر أكثر من 1,000 كيلوواط ساعة لكل مصباح سنويا. في الإضاءة المنزلية والتجارية، يقومون بتقليل فواتير الكهرباء وتكاليف الصيانة. علاوة على ذلك، توسع سيناريوهات الإضاءة لتشمل المجالات الصناعية والبستنية والطبية، مما يدفع إلى ترقيات خضراء عبر الصناعات.
استنتاج
إن تحسين كفاءة إضاءة LED هو نتيجة دمج صناعات أشباه الموصلات والإضاءة، مما يشكل دعما حيويا للحفاظ على الطاقة وتقليل الانبعاثات عالميا. وفي المستقبل، مع الحفاظ على كفاءة عالية، ستحقق مصابيح LED ترقيات شاملة في جودة الضوء والذكاء، مما يجلب تجارب إضاءة أكثر كفاءة وصداقة للبيئة.
