Изучая спецификации популярной серии светодиодов Cree XT-E, обратил внимание, что для "белых" световой поток на номинальном токе дается в люменах, а для чисто синего варианта той же серии без люминофора — в привычных ваттах.
И для синего легко можно посчитать КПД светодиода как преобразователя электрической энергии в световую. Полезная мощность — вот она указана в спецификации — около 500мВт, а мощность потребления — произведение номинального тока 350 мА на падение напряжение при этом токе — грубо 1 Ватт. То есть КПД целых 50%. И это немало. А какой же процент мощности у белых люминофорных светодиодов улетает со светом, и какой остаётся на нагревание светильника? Ведь для них световой поток указывается в люменах.
Световой поток — это "количество переносимой световой энергии в единицу времени". Практически такая же формулировка как у Ватта — "количество энергии в единицу времени". Тогда может быть есть какой-то простой коэффициент для пересчёта одного в другой? Есть! 683лм/Вт.
То есть можно было бы считать, что каждые 683лм светового потока соответствуют одному одному ватту потока излучения. Но дело в том люмен — это единица привязанная к физическим особенностям человека, в частности к чувствительности глаза к разным цветам — свету с разной длиной волны. И значение 683лм/Вт взято для длины 555нм, где чувствительность максимальна.
А для других видимых цветов есть такой график:
То есть, в сравнении c 555нм, чтобы создать такое же ощущения освещенности от монохромного источника лазурного цвета (длина волны около 470нм ) соответствующую световому потоку 683лм нужно, чтобы из светильника "вылетала" в световом диапазоне мощность 10Вт.
А если взять с другой стороны спектра оттенок ещё не самого глубокого красного 700нм, то по табличным данным ему соответствует коэффициент 0,0041. И можно сосчитать какой световой поток будет давать монохромный источник излучающий таким светом 100Вт мощности:
100Вт * 683лм/Вт * 0,0041 = 280лм.
Ну, и возвращаясь к исходному вопросу, поставим пример так. Дано: монохромный источник света с длиной волны 530нм дающий световой поток 1000лм. Найти излучаемую в световом диапазоне мощность.
Находим по не приведённой здесь таблице коэффициент для 530нм — 0,862.
Соотношение ватт к люменам для этой длины волны: 683лм/Вт * 0,862 = 589лм/Вт.
1000лм / 589лм/Вт = 1,7Вт
Ответ: монохромный источник света с длиной волны 530нм и световым потоком 1000лм излучает 1,7 Вт мощности в виде света.
Но обычные светильники имеют сложный спектр, включающий свет с разными длинами волн, чтобы в смеси создать ощущение белого.
Чтобы найти коэффициент пересчёта светового потока в люменах в лучистый поток в ваттах, нужно использовать их спектр. И для наиболее распространенных типов световых преобразователей найденные здесь данные такие:
Здесь, во-первых, видно, что лампы накаливания имеют хороший непрерывный спектр. Прочие типы могут иметь рваный спектр, и при этом это всё белый свет. Для оценки непрерывности и широты оттенков для таких источников принято указывать индекс цветопередачи. Он закодирован в первой цифре в числе после названия. Остальные две — цветовая температура. Например, "750" — это CRI70 5000K, а "830" — это CRI80 3000K. Интересно, что приведено три спектра с этими одинаковыми сводными характеристиками: люминесцентная лампа, металлогалогенная и наш светодиод.
В своих светильниках я использую светодиоды со спектром CRI80 3000K, и в этой таблице есть для такого источника искомое число — 327,6 лм/Вт. Здесь оно названо "теоретический максимум светоотдачи". То есть, если бы КПД преобразования был 100%, то на каждый подведённый ватт электрической энергии мы получили бы 327,6 люмен света с таким спектром.
А если реальный светильник имеет световой поток 13000лм, то в пересчёте это значит, что почти 40Вт он излучает в виде света. И если это получается при 96 Вт подведенной электрической мощности, то КПД устройства 41%, а на нагрев корпуса остаётся всего 56 Вт, что уже легче рассеять.
Ну, и как вывод, можно сказать, что применяя высокоэффективные светодиодные решения мы не только экономим электричество в машине, но и можем использовать компактные корпуса без выступающих радиаторов. Пример: LED-балка в корпусе 25х25мм
Luminous flux in lumens (lm) to electric power in watts (W) calculator.
Enter the luminous flux in lumens, luminous efficacy in lumens per watt and press the Calculate button to get the power in watts:
* the predefined luminous efficacy values are typical / average values.
Lumens to watts calculation formula
Energy saving lamps have high luminous efficacy (more lumens per watt).
The power P in watts (W) is equal to the luminous flux Φ V in lumens (lm), divided by the luminous efficacy η in lumens per watt (lm/W):
Как мы знаем, любой источник света, потребляет энергию которую мы условно называем Ватт а он в свою очередь является произведением потребляемого вольта и тока но это как я понимаю не все!
Например лампа накаливания, потребляет 65 ватт и выдает 600 люмен света а светодиод потребляющий 10 ватт, светит аж в 1300 люмен. Из примеров можно заметить что соотношение ваттлюмен не пропорциональны так как часть энергии уходит в тепло! Лампа накаливания очень сильно греется, отсюда такая низкая сила светового потока по отношению к светодиоду который греется в несколько раз меньше.
Вопрос: Как посчитать Вольт, Ток, Тепло и на выходе получить Люмен?
Ну и наоборот, Ватт, зная остальные параметры.
Допустим, имеется КПД, как я могу использовать его значение чтоб посчитать тепло на выходе, зная:
потребление источником — ток=2800ма, вольт=3.5
свет на выходе 1300люмен.
А дальше? Как узнать сколько источник выдает тепла? Меня интересует только это. Есть готовая формула?
Про затраты энергии в другие процессы типа магнитное поле, разложение и т. д. можно не писать, они ничтожно малы.