работа (стр. 1 из 3)

В современном мире большое внимание уделяется искусственному освещению улиц, дорог, зданий, офисов, общественных помещений и квартир. Более половины вырабатываемой электроэнергии используется для обеспечения освещения, необходимого для комфортной жизни человека.

С увеличением численности населения Земли и развитием современной техники все больше и больше требуется энергии, но поскольку основные энергетические запасы (газ, нефть) истощаются, а альтернативные источники энергии активно не разрабатываются было бы целесообразно экономить на основных энергоемких областях нашей жизнедеятельности.

Одним из решений данной проблемы является переход на светильники, сконструированные на светодиодах. Преимуществом таких источников света является их малое энергопотребление и большой срок службы относительно традиционных ламп накаливания и современных люминесцентных ламп. Данная курсовая работа является одним из наиболее эффективных решений вышеописанной проблемы в современной энергетике.

Целями в данной работе являются:

1. Рассмотрение существующих светодиодных потолочных светильников.

2. Выбор дополнительных материалов для использования в качестве отражателя.

3. Проектировка собственного светильника, удовлетворяющего современным строительным нормам и правилам (СНиП), а также являющимся эффективным по КПД, экономичным и безопасными источником света.
2. Обзор литературы

2.1. Светодиоды.

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) - полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника. Полупроводниковые светоизлучающие диоды - класс твердотельных приборов, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в световую. В основе их действия лежит инжекционная электролюминесценция. СИД решают задачу преобразования электрических сигналов оптические, а так же служат эффективными по КПД источниками света. Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

2.1.1. Особенности Светодиодов.

По сравнению с другими электрическими источниками света, светодиоды имеют следующие отличия:

1. Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом.

2. Высокая механическая прочность, вибростойкость

3. Длительный срок службы. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

4. Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

5. Малая инерционность.

6. Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.

7. Безопасность — не требуются высокие напряжения.

8. Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

9. Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

2.1.2. Светодиоды белого света.

Широкое распространение получают так называемые «белые светодиоды». Белый светодиод – на самом деле, своеобразный гибрид светодиода и люминесцентной лампы. Это монохроматический синий диод, покрытый слоем люминофора, который под действием синего излучения светодиода излучает цвет в широкой области спектра – от зеленого до красного. При смешении с собственным излучением светодиода получается свет, который человеческим глазом воспринимается как весьма близкий к обычному дневному свету, иногда с небольшим смещением в сторону холодных тонов.

Существует еще один способ получения белого светодиода. Цветные светодиоды содержат в одном корпусе «вперемешку» красные, зеленые и синие кристаллы, что позволяет получить при смешении их излучения белый цвет и всю цветовую гамму.

2.1.3. Электрические и оптические характеристики светодиодов.

Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2В до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1 А. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Эффективность излучателя света характеризуется отношением светового потока (в люменах) к потребляемой электрической мощности (в ваттах). Эта величина, называется светоотдачей и используется для сравнения светодиодов между собой и с другими источниками света. Цветопередача находится в районе Ra>80.

2.1.4. Светодиоды и постоянный ток.

Всем светодиодам требуется постоянный ток, максимальное значение которого определяется для каждой модели светодиода индивидуально. От этого зависит и световой поток.

Рисунок 1Типичная ВАХ светодиода.

Как видно из рисунка 3, в рабочих режимах ток, текущий через светодиод экспоненциально зависит от напряжения, и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

2.1.5. Использование светодиодов.

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники. Благодаря широкому спектру цветов, компактности и разнообразию модулей светодиоды дают возможность реализации множества оригинальных инновационных светотехнических решений в области дизайна. Компактные размеры светодиодных модулей обеспечивают монтаж в стесненных условиях. При этом монохроматическое излучение светодиодов способствует высокой насыщенности цвета.