لامپ ال‌ئی‌دی

طرز کار LED
شمای انرژی LED در هنگام تابش نور
لامپ ال‌ای‌دی نوعی از لامپ‌های حالت جامد یا یک محصول دیود است که از تکنولوژی دیود نورافشان برای استفاده در وسایل روشنایی مونتاژ شده‌است، استفاده می‌شود. این لامپ‌ها که در ابتدا بیشتر به عنوان یک چراغ قرمز رنگ در درون دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد داشتند، با توجه به مصرف برق کم نسبت به سایر لامپ‌ها، عمر بسیار بالا و فناوری جدید ساخت به رنگ‌های دیگر توانسته‌اند جای خود را در صنعت روشنایی در دنیا باز کنند.
لامپ‌های LED کارایی طول عمر و الکتریکی دارند که چند برابر لامپ‌های رشته‌ای هستند و از دیگر لامپ‌های فلورسنت قابل ملاحظه کارآمدتر هستند. با برخی از تراشه‌ها قادر به انتشار بیش از ۳۰۰ لومن در هر وات ادعا شده توسط کری و برخی از تولیدکنندگان LED دیگر پیش بینی می‌شود که بازار لامپ‌های LED در دهه آینده بیش از دوازده برابر رشد داشته‌است.
از ۲ میلیارد دلار در آغاز سال ۲۰۱۴ تا ۲۵ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۳، میزان رشد سالیانه ۲۵٪ بوده‌است و از سال ۲۰۱۶، LEDها تنها از حدود ۱۰ درصد از انرژی مورد نیاز لامپ رشته‌ای استفاده می‌کنند.
LED مخفف کلمات Light emitting diode است معنی دایود ساطع کننده نور را می‌دهد. دیودهای ساطع کننده نور در واقع جزء خانواده دیودها هستند که دیودها نیز زیرگروه نیمه هادی‌ها به‌شمار می‌آیند. خاصیتی که LEDها را از سایر نیمه‌هادیها متمایز می‌کند این است که با گذر جریان از آنها مقداری انرژی به صورت نور ازآنها ساطع می‌شود.
کارشناسان معتقدند که لامپ‌های معمولی یا همان لامپ‌های رشته‌ای یکی از مهمترین دلایل افزایش مصرف انرژی و در نتیجه افزایش حجم تولید گازهای گلخانه‌ای در جهان می‌باشند؛ بنابراین بسیاری از کشورها، برنامه چند ساله‌ای را برای جایگزینی مدل‌های دیگر لامپ به جای لامپهای رشته‌ای تدوین کرده‌اند تا شاید بتوانند در دراز مدت استفاده از لامپهای رشته و به تبع آن حرارت زمین را کاهش داده و کره زمین و ساکنانش را نجات دهند. به همین دلیل استفاده از لامپهای کم مصرف، فلورسنت و… مرسوم شد و برخی کشورها مردم را ملزم به استفاده از این لامپ‌ها کرده‌اند. البته ذکر این نکته لازم است که استفاده از لامپ‌های LED در تولید تلویزیون محدودیت‌هایی دارد که یکی ازآنها محدودیت استفاده از این تکنولوژی در سایزهای پایین است.
کاربردهای LED
نورپردازی ساختمان‌ها با LED
LEDها که از دهه‌های گذشته در الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گرفتند، عموما برای نمایش خاموش یا روشن بودن نمایشگرها در لوازم مولتی مدیا و نشان‌دهنده لوازم الکتریکی و ماشین آلات مورد استفاده قرار گرفتند. اما در حال حاضر LEDها به نحوی ساخته می‌شوند که نور را در جهت خاصی متمرکز می‌کنند و به صورت چیپ‌های کوچکی هستند که معمولا داخل یک شیشه گنبدی شکل قرار می‌گیرند و دارای سایز چوب کبریت هستند و به‌سختی می‌شکنند. بزرگ‌ترین مشکل لامپ‌های LED رنگ آن‌ها بود. اما اکنون به آسانی با تغییر در ساختار فیزیکی و مواد تشکیل‌دهنده LED، نور در رنگ‌ها و شدت‌های مختلف و با طول موج مشخص با رنگ کاملا خالص تولید می‌شود. به عبارتی LEDها فاقد پرتوهای مادون قرمز و فرابنفشی هستند که سایر صنایع روشنایی ایجاد می‌کنند و LEDها به سلامت چشم و محیط آسیب نمی‌رسانند. LEDهای سفید قابلیت تولید همه رنگ را داشته و علاوه بر آن از انرژی بسیار کمی در مقایسه با سایر لامپ‌ها و LEDهای قدیمی، برای تولید روشنایی استفاده می‌کنند. به همین دلیل روز به روز استفاده از آنها بیشتر شده‌است. با توجه به مزایای استفاده از لامپ‌های LED پپش‌بینی می‌شود تا کمتر از ۵ سال آینده شاهد تحولات عمده‌ای در عرصه محصولات روشنایی و حتی تصویری باشیم. لامپ‌های LED همچنین شماره ا را روی ساعت‌های دیجیتالی نشان می‌دهند، اطلاعات را از کنترل تلویزیون می‌فرستند و نور آنها نشان می‌دهد که چه زمانی تلویزیون روشن است.
بی‌قاب
لامپ‌های ال‌ای‌دی ابتدا به عنوان لامپهای نشان‌گر و با نور کم، در وسایل الکتریکی به کار می‌رفتند، بعدها استفاده از آن‌ها به بخش روشنایی گسترش یافت و با نور سفید آن با روشنایی مطلوب و مصرف کم تولید شدند.نیازمند منبع قدم بعدی تولید تلویزیون‌ها و مانیتورهای نور ال‌ای‌دی در پشت بود که همان تکنولوژی ال‌سی‌دی می‌باشد که تنها نور پشت آن به جای فلورسنت با ال‌ای‌دی تولید می‌شود. احتمالا در آینده دستگاه‌های ال‌ای‌دی جایگزینی برای تلویزیون‌های ال‌سی‌دی خواهند بود. لازم است ذکر شود روشنایی مناسب برای LED در انواع نشانگر کمتر از ۱۰۰cd/m۲ و در تلویزیون‌ها در حدود ۳۰۰cd/m۲ شناخته شده‌است.
مزایا و معایب لامپ‌های ال ای دی(LED)
۱) طول عمر: اولین و مهم‌ترین پارامتر، طول عمر لامپ‌های LED می‌باشد لامپ‌های LED طول عمری بین ۵۰ هزار تا ۶۰ هزار ساعت دارند. این طول عمر قابل مقایسه با طول عمر لامپهای دیگر نمی‌باشد در زیر نمودار مقایسه طول عمر انواع لامپها نشان داده شده‌است.
۲) بازده نوری(lum/watt): از دیگر مزیتهای لامپهای LED می‌توان به بازده نوری بالای این لامپها اشاره نمود. در حال حاضر لامپ‌های led بازده‌ای بین ۷۴ تا ۱۲۰ لومن بر وات را دارا می‌باشند و این در حالی است که این مقدار برای لامپ‌های رشته‌ای ۱۰ تا ۱۵ لومن بر وات، برای لامپ‌های کم‌مصرف ۴۵ تا ۶۵، برای لامپ‌های بخار جیوه ۳۵ تا ۶۰، برای لامپ‌های بخار سدیم ۶۰تا ۱۱۰ و برای لامپ‌های متال هالید ۷۵ تا ۸۵ لومن بر وات می‌باشند. در زیر نمودار مقایسه بازده نوری انواع لامپها آورده شده‌است.
3) Response Time: لامپ‌های LED به محض رسیدن ولتاژ به آنها روشن می‌شوند (کمتر از20us) ولی به عنوان مثال لامپ‌های متال هالید زمانی بالغ بر ۵ دقیقه لازم دارند تا به حداکثر نور خود برسند، یعنی لامپ‌های LED (پانزده میلیون بار) سریع‌تر روشن می‌شوند. مشکل دیگر لامپ‌های متال هالید این است که اگر این لامپ‌ها بیش از ۵ دقیقه روشن باشند گرم می‌شوند و بعد از خاموشی دیگر فورا روشن نمی‌شوند. چراکه لامپ گرم‌کننده و سنسور داخل لامپ اجازه روشن کردن مجدد لامپ را تا زمانی که لامپ سرد نشده نمی‌دهد که حدودا ۳ دقیقه طول می‌کشد تا سنسور اجازه ورود ولتاژ را بدهد و بعد از آن ۴ تا ۵ دقیقه زمان لازم است تا به حداکثر نور خود برسد.
On/off: طول عمر لامپ‌های led به هیچ وجه تابعی از تعداد روشن و خاموش شدن نیست، می‌توان لامپ‌های led را میلیون‌ها بار روشن و خاموش کرد. در واقع طول عمر ledها تنها به مدت زمان روشن مانده بستگی دارد.
تنظیم شدت نور: امکان تنظیم نور در لامپهای led با استفاده از تکنولوژی PWM = Pulse Width Modulation که کنترل سطح ولتاژ به کمک تغییر پهنای پالس است و دراکثر میکرو کنترلرها موجود است به راحتی امکانپذیر است.
تنظیم زاویه تابش: در لامپهای LEDنور در تمام جهات منتشر نمی‌شود و به دلیل موجود بودن لنزهایی با زوایای دلخواه نوری، کاملا قابل کنترل است.
۷) جریان راه‌اندازی: همان‌طور که در بالا ذکر شد لامپ‌های متال هالید ۵ دقیقه زمان نیاز دارند تا به حداکثر نوردهی خود برسند. در این مدت زمان برای یونیزه کردن گاز داخل لامپ نیاز به آمپر بیشتری است. در آزمایش انجام شده مشاهده گردید که در ابتدای روشن شدن لامپ ۴۰۰ وات متال هالید، جریان مصرفی ۷/۲ آمپر بود که این جریان رفته کاهش یافته و پس از ۵ دقیقه به ۵ آمپر رسید. به عبارت دیگر یک لامپ ۴۰۰ واتی متال هالید در مدت زمان راه‌اندازی ۱۱۰۰ وات مصرف خواهد داشت یعنی تقریبا ۳ برابر واتی که باید مصرف کنند. (یعنی در مجموع به میزان 841 Kwh در سال صرفه‌جویی در مصرف برق خواهید داشت) این عملکرد، تجهیزاتی ۳ برابر قوی‌تر را نیاز دارد که پیرو آن هزینه‌های تابلو برق و تجهیزات را افزایش خواهد داد.
کاهش نور: کلیه لامپ‌های بجز led با گذشت زمان دچار افت شدید شدت نور می‌گردند.
LEDها قابلیت تغذیه هم با جریان AC و هم جریان DC با مصرف کم را دارد، لذا می‌توانند از منابع انرژی خورشیدی یا باتری نیز جهت تامین نیروی خود استفاده کنند.
تفاوت LED با لامپ‌های کم مصرف
لامپ‌های ال‌ئی‌دی معمولا نسبت به لامپ‌های کم مصرف میزان مصرف برق کمتری دارند. البته این حالت همیشگی نیست و بسیار بستگی به المان‌های به کار رفته در هر دو نوع لامپ دارد. فقط در زمانی می‌توان گفت که یک لامپ ۱۰ وات LED نور بیشتری از یک لامپ ۱۰ وات کم مصرف دارد که المان‌های تشکیل دهنده هر دو لامپ از یک سطح کیفیت برخوردار باشند. همچنین این وضعیت در مورد مقایسه عمر این لامپ‌ها نیز صادق است؛ به صورت نامی عنوان می‌گردد که لامپ LED در حدود ۵۰۰۰۰ ساعت طول عمر مفید دارد در صورتی که لامپ کم مصرف دارای ۸۰۰۰ ساعت طول عمر مفید است اما در عمل مشاهده می‌شود که خیلی از اوقات در مورد هیچ‌یک از این دو لامپ این رقم‌ها چندان صحیح نیستند.
نکته دیگر ساختار داخل تیوب لامپ‌های کم مصرف است. زیر سطح ساطع کننده نور در لامپ کم مصرف مقداری جیوه وجود دارد که بسیار سمی زاست. در صورت شکستن تیوب لامپ کم مصرف این ماده در محیط پخش می‌گردد و می‌تواند باعث مسمومیت گردد. اما این فقط زمانی اتفاق میفتد که این تیوب شکسته گردد، در غیر این صورت خطری در استفاده از این لامپ نمی‌باشد. (در تمیزکاری پس از شکستن تیوب نباید از جارو برقی استفاده شود)
نکته حائز اهمیت دیگر امحاء لامپ کم مصرف است. بیشتر مصرف‌کنندگان این لامپ پس از سوختن یا از کار افتادن آن، آنرا به همراه سایر زباله‌ها به درون سطل‌های معمولی زباله می‌اندازند و این همان قسمتی است که لامپ کم مصرف به محیط زیست آسیب می‌رساند زیرا در هنگام انتقال یا تجمیع زباله‌ها به احتمال زیاد تیوب این لامپ می‌شکند و جیوه داخل آن به محیط بیرون نشت می‌کند و باعث آلودگی محیطی می‌گردد.