LED’lerin verimliliği: Beyaz LED’lerde en yüksek ışıksal verim

LEDEfficiency1Son yıllarda mimari aydınlatma sektöründe; beyaz LED’lerin kullanımıyla birlikte, lambaların verimliliği hatırı sayılır bir şekilde arttı. Perakendeciler, ışıksal verimde devasa bir ilerleme bekleyebileceğimizi iddia ediyor. Bu tip iddialar çok ciddiye alınmamalı. Peki ışıksal verim neye bağlı ve beyaz LED’ler gerçekte ne kadar etkili olabilir?

Üreticiler, LED ürünlerin ışıksal verimi ile ilgili, son zamanlarda birbirleriyle yarış içindeler. Buna rağmen, “ışıksal verim” ve “çalışma koşullarına” dair tek bir tanımlama üzerinde hemfikir olma konusuna hiç dikkat edilmedi. Sıklıkla da planlayıcılar ya da tasarımcılar için anlaşılır olmayan açıklamalara şahit olduk.
DIAL ise teorik açıdan çeşitli spektrumlarda maksimum ışıksal verimi matematiksel olarak belirledi.

Teorik açıdan beyaz LED’lerde maksimum ışıksal verim

İnsan gözünde, retinada, yedi milyondan fazla alıcı bulunuyor ve bunlar kırmızı, yeşil, mavi alıcılar. Bunlar rengi algılıyor ve “cone” olarak adlandırılıyorlar. Yine de cone’ların çoğu (yaklaşık %60’ı) yeşil alıcılar. Bu yüzden insanlar açık renk yeşili, fiziksel radyantı (parlaklığı) aynı olmasına rağmen, kırmızı ve maviden daha parlak olarak algılıyorlar.

İnsan gözünün parlaklık adaptasyonundaki maksimum spektral duyarlılığı 555 nm dalga boyundadır. İnsan gözü tarafından deneyimlenen parlaklığın en yüksek algısı 555 nm dalga boyundaki yeşil ışık ile ortaya çıkıyor. En büyük ışıksal verim -ki aslında teorik olarak bu 555 nm’ye ulaşılabilen noktadır- tamamı 683 lm/W’dır. Bu kapsamda bir uzman “Km’ye eşit fotometrik parlaklık” durumuna referans verir. Yine de, pratikte; bu değere ulaşılamaz. Çünkü eğer ulaşılırsa bu demektir ki fiziksel parlaklık gücünün 1W’ı görülebilir ışık içinde kayıpsız olarak dönüştürülebilir.

Elbette, monokromatik yeşil ışık, en etkili olmasına rağmen, birçok aydınlatma uygulaması için uygun değildir. Planlayıcı beyaz ışığı farklı renk sıcaklıklarında ve optimal renksel geriverim kalitesinde kullanmayı sever. Ancak spektral dağıtımı; görsel alandaki (380-780 nm) bundan başka dalga boylarıyla “doldurmak”, teorik maksimum ışıksal verimde sadece bir damla yol açacaktır.

Sonuç olarak, beyaz LED’lerdeki maksimum ışıksal verim için tek bir sayısal değer yoktur. Maksimum ışıksal verim spektral dağılıma bağlıdır.

Spektrumdaki ışıksal verimin bağımlılığı

Aşağıdaki tablo, teorik açıdan farklı spektrumda matematiksel olarak DIAL tarafından belirlenmiş maksimum ışıksal verimi gösteriyor:

LEDEfficiency2

Farklı renk sıcaklıklarında LED’ler olduğu gibi sıcaklık ışıması ve gaz deşarjının da birkaç örneği var. Sistem yeterliliği ve lambanın ya da ürünlerin modülünün ışık akısı bu tabloda DIAL’in akreditasyona sahip kendi laboratuvarında ölçüldü. Yani sistemin ışıksal verim sonuçları buradan alındı.

Fotopik görüş V(λ) için göreceli aydınlık duyarlılık eğrisinin temeli üzerinde; teorik maksiumum ışıksal verim, her bir spektrum için ayrı olarak hesaplandı.

Tablodan görebileceğiniz üzere sıcak beyaz LED’in tipik spektrumu teorik modül ışıksal veriminin yaklaşık olarak 320 lm/W’na ulaşıyor. Buna rağmen, spektrumun dalga boylarının içindeki fiziksel ışıma gücünün kayıpsız dönüşümüne dair varsayımlar olduğuna göre; o halde gerçekleştirilebilir ışıksal verim çok daha küçüktür. Gelecekte ışıksal verim sisteminin 200–250 lm/ W oranına ulaşması mümkün olabilir.

Tüm bunlara ek olarak, bu tablo bize incelenen lambaların enerji dönüşüm etkinliğini de gösteriyor. Enerji dönüşüm etkinliği; gücün ne kadarının görünen ışığa dönüştürüldüğünü anlatır. Bu noktadan hareketle; LED’lerin geleneksel lambalardan çok daha ileride olduğu söylenebilir. Örneğin akkor filamanlı lambalarda enerji dönüşüm etkinliği %20-30 arasında değişirken LED’lerde bu oranlar %40-50 arasındadır.( Yine de bu oranın %40-50 olması demek ısı olarak kaybedilen gücün de %50-60 olması anlamına gelir.)

Bu figürler, şu gerçeği elbette ört bas etmemelidir; şu anda pazarda birçok LED var ki çok daha fazla düşük sistem ışıksal verimine sahipler. Enerji dönüşüm etkinlikleri de bu nedenle kötü olarak tanımlanabilir.

“Işıksal verimde devasa ilerlemeler” fikrine güle güle..

Gelecek bir kaç yıl içinde bu alanda önemli bir ilerleme beklenmemeli. Yeni geliştirilmiş ürünlerdeki maksimum ışıksal verim eğrisi yavaş yavaş düzeliyor.

LED armatürlerin ortalama ışıksal verimi elbette gelişmeye devam edecek. Şu anda pazardaki 50 – 70 lm/W’lık değerlere sahip armatürler hala daha da iyi hale getirilebilirler. Bu gerçek DIAL’ın son birkaç yıldır laboratuvarlarında ortaya çıkarttığı ölçüm sonuçlarında açıkça gösteriliyor.

LED’lerin etkili bir aydınlatma kaynağı olduğuna şüphe yok. Yine de konu ışıksal verime geldiğinde, LED’ler bile, fiziksel limitler ile karşı karşıyalar. Teorik açıdan maksimum ışıksal verim her zaman istenilen, arzu edilen spektruma bağlıdır. Günümüzde daha büyük gelişmeler beklenemez.

Beyaz LED’lerin birkaç yıl içinde 500 lm/W gibi bir ışıksal verimine ulaşacağına dair var olan iddialar sadece “yanlış” sözlerden ibaret. Çünkü fiziksel olarak bu imkansız bir durum.

Planlayıcılar için küçük bir not: Dikkatli bakın ve daima sağduyunuza kulak verin…

Haber: Klaus Bieckmann
Haber kaynağı: https://www.dial.de/en/blog/article/efficiency-of-ledsthe-highest-luminous-efficacy-of-a-white-led/