Contente
- Então, o que é um LED?
- Salto de elétrons
- Luz dos Níveis de Mudança de Energia
- Os elétrons fluem mais facilmente em um LED
- Poupança enorme!
- Veja como as lâmpadas se comparam no custo
- O futuro
- Origens
- Como construir uma luz LED
John está sempre em busca de maneiras de melhorar sua casa e economizar dinheiro. A eficiência energética sempre faz parte de sua estratégia de economia.
A invenção é o produto mais importante do cérebro criativo do homem. O objetivo final é o domínio completo da mente sobre o mundo material, o controle da natureza humana às necessidades humanas.
- Nikola Tesla
Então, o que é um LED?
Dada a necessidade de conservar energia em nosso mundo faminto por energia, novas tecnologias tendem a penetrar no mercado à medida que os custos de energia aumentam. Hoje, o LED (diodo emissor de luz) já se tornou conhecido, principalmente com o advento dos clusters para alimentar lâmpadas maiores. Com o aumento do preço do petróleo e a ênfase em tecnologias menos emissoras de carbono, podemos esperar novas tecnologias para fornecer iluminação e ajustes e revisões de tecnologias mais antigas.
Este artigo abordará as seguintes questões:
1. Como funcionam os LEDs?
2. Como um LED é construído?
3. Por que os LEDs usam muito menos energia?
4. Quais são as economias médias de energia?
Salto de elétrons
O LED é uma fonte relativamente pequena, talvez inferior a 1 milímetro quadrado. Ele pode emitir luz de cores diferentes, mas para uso doméstico a luz branca suave é o foco hoje. Não me declaro físico, mas descreverei a ação dos elétrons em um LED de uma forma que pode ajudar a ilustrar a diferença de função em relação à da lâmpada incandescente.
Em um átomo (elemento), os elétrons podem ser colocados em um estado "excitado" (movendo-se de maneira diferente de suas posições usuais). Quando isso acontece, por exemplo, pela aplicação de calor, o (s) elétron (s) saltam e deixam para trás um "buraco". Pulando para um nível diferente no átomo, esses elétrons podem ressoar até que alguma ação traga os átomos de volta aos seus buracos (o buraco é apenas um nome para a posição em que o elétron costumava estar). À medida que os elétrons retornam aos seus buracos de estado de energia inferior pré-excitados, a energia é emitida na forma de luz! Este processo de alteração dos níveis de energia do elétron é o que é aproveitado pelo LED. A cor (ou comprimento de onda) da luz depende da estrutura atômica do material usado no LED e de sua temperatura.
Luz dos Níveis de Mudança de Energia
Imagine um LED com uma tira de material dentro de sua lâmpada. Metade da tira é feita de um semicondutor, enquanto o outro lado é feito de outro tipo de semicondutor. Os elétrons fluem de um lado para o outro (em apenas uma direção) e esse movimento faz com que os elétrons mudem seus níveis de energia. À medida que os elétrons caem de um nível de energia para um nível inferior de energia, a diferença de energia acaba sendo emitida como luz.
A figura a seguir serve para auxiliar na compreensão do conceito.
Os elétrons fluem mais facilmente em um LED
Então, de que valor tem este último parágrafo? Simplificando, a luz é emitida por um semicondutor em um LED apenas pelo movimento ou fluxo de elétrons. O material através do qual os elétrons fluem, ou semicondutor, é uma substância, geralmente um elemento ou composto químico sólido, que pode conduzir eletricidade em algumas condições, mas não em outras, tornando-se um bom meio para o controle da corrente elétrica. Sua condutância varia dependendo da corrente e da tensão aplicada a um eletrodo de controle. Isso é o que diferencia o LED de nossas antigas lâmpadas incandescentes.
Em uma lâmpada incandescente, há um filamento que é intencionalmente projetado de tungstênio para aumentar a resistência ao fluxo de elétrons. Essa resistência faz com que o filamento brilhe quente, emitindo 95% de calor e 5% de luz. Um LED gera a maior parte de sua luz "permitindo" que os elétrons fluam através de um semicondutor que não cria muito calor. O resultado de permitir o fluxo de elétrons, a emissão de luz, produz apenas 3% do calor de uma lâmpada incandescente.
Poupança enorme!
Devido às propriedades físicas do LED, ele economiza energia e, portanto, reduz o custo da eletricidade. Por exemplo, nas férias, a lâmpada para árvore de Natal C7 tradicional consome 6 watts de eletricidade. Um LED usa 0,08 watts. Operar um fio de luz de 50 no custo médio nacional de eletricidade por 5 horas por dia durante um mês custaria $ 4,50. Eu geralmente uso 3 ou mais fios fora - $ 13,50 para uma temporada de férias. Um cálculo comparável para fios de LED seria menos de 60 centavos por fio por mês. Meus 3 fios custariam US $ 1,80.Aqui, estamos falando de 13% do custo para executar fios C7! Você pode ver por que o uso generalizado de LEDs poderia algum dia salvar este país enormemente!
Os LEDs normalmente usam menos de 10% de uma lâmpada incandescente equivalente (10% da energia usada em uma lâmpada incandescente para produzir a mesma luz). Dito de outra forma, um LED que produz o equivalente a 40 watts de luz incandescente usa menos de 4 watts! Essa é uma fórmula muito fácil de lembrar se você estiver tentando controlar as economias. Uma lâmpada incandescente de 75 watts (mais comumente usada) requereria apenas menos de 7,5 watts em um LED.
A quantidade média de eletricidade usada por uma casa de 1200 pés quadrados (eu escolhi esta como uma casa média nos EUA) é 30,6 kWh por dia. Desse total, 6-10% é a potência média usada para iluminação (o uso pode chegar a 25%). Portanto, no lado alto, estamos falando de 3,06 kWh por dia de luz. Se você fosse para a página inicial da sua concessionária de energia elétrica (ou por aí), encontrará o preço que paga por kWh de eletricidade. Multiplique 3,06 kWh x custo por kWh e isso será aproximadamente a taxa de custo incandescente para iluminar sua casa por dia.
MULTIPLIQUE ISSO por 13% (0,13) e você encontrará o custo da eletricidade para alimentar os LEDs emitindo a mesma quantidade de luz por dia. Subtraia os dois produtos e você terá a economia se puder substituir todas as lâmpadas incandescentes por LEDs. A propósito, à parte, uma casa média tem cerca de 45 lâmpadas em aproximadamente 30 luminárias.
Mas as coisas não são tão simples. As lâmpadas LED são bastante caras. Mesmo que os LEDs tenham uma vida 5 vezes maior que as CFLs e 41 vezes maior que uma lâmpada incandescente, há um choque na etiqueta ao comprá-los!
Uma lâmpada LED que produz 60 watts equivalente à luz custa US $ 39,95. O CFL custa US $ 3,95. A lâmpada incandescente custa US $ 1,25
Veja como as lâmpadas se comparam no custo
Mas espere! Isso se traduz em $ 95,95 para 50.000 horas em um LED, $ 159,75 para lâmpadas fluorescentes compactas por 50.000 horas e $ 652,50 para lâmpadas incandescentes no mesmo período de tempo (lembre-se, você teria que substituir as lâmpadas antes).
Em geral, um LED é 10 vezes o preço de uma CFL e 32 vezes o preço de uma incandescente.
Esta discussão mostra por que os LEDs são a onda do futuro. A economia de eletricidade é fenomenal. As cidades estão assumindo a liderança no grande uso de LEDs; algumas cidades estão mudando para luzes de rua de LED porque podem economizar até 80% no uso de energia. Por meio de outra observação final, a vida útil da bateria pode ser estendida de 10 a 15 vezes se os LEDs forem alimentados.
O trabalho está em andamento para reduzir o preço unitário dos LEDs e avanços estão sendo feitos na Purdue University, onde materiais novos e aprimorados podem reduzir o custo inicial das lâmpadas LED. O futuro parece brilhante para a luz LED.
O futuro
A iluminação LED está evoluindo. Uma versão do Wi-Fi chamada Li-Fi (ainda conceitual) é a atualização mais recente para a conectividade com a Internet. Usar luz em vez de ondas de rádio para transferir dados pode aumentar a velocidade em 100 vezes. O Li-Fi é considerado por alguns na área como o próximo grande passo na tecnologia LED. Em locais onde a conectividade com a Internet é problemática, isso pode ser um substituto para as ondas de rádio.
Origens
Bluejay, Michael (sem data) .Saving Electricity, recuperado em 1 de dezembro de 2020 em https://michaelbluejay.com/electricity/
Notas sobre eletrônicos (sem data). Como um LED é feito: estrutura de diodo emissor de luz, recuperada em 2 de dezembro de 2020 em https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-how-led-is-made-structure -fabrication.php #: ~: text = The% 20structure% 20of% 20the% 20panel% 20indicator% 20LED% 20package, to% 20disperse% 20the% 20light% 20in% 20the% 20required% 20manner
Fan, Xiazozhe (3 de janeiro de 2018). Um sensor de imagem baseado em LED com recursos de coleta e projeção de energia College of Technology, recuperado de 2 de dezembro de 2020 https://docs.lib.purdue.edu/open_access_theses/943/ Purdue ePubs
Kompulsa.com (sem data). Consumo de energia do LED: quanta energia os LEDs consomem? https://www.kompulsa.com/led-power-consumption-how-much-energy-do-leds, recuperado em 3 de dezembro de 2020 de consume / #: ~: text = The% 20power% 20consumption% 20of% 20LEDs% 20utilizado% 20in% 20LED, Consumo% 20% 28In% 20o% 20contexto% 20of% 20120-Volt% 20light% 20bulbs% 29
Equipe Howmuchisit.com (14 de agosto de 2018). Quanto custam as lâmpadas LED? Obtido em 3 de dezembro de 2020 em https://www.howmuchisit.org/led-bulbs-cost/
Equipe do Energy Focus (1º de janeiro de 2020). The Future of LED Lighting, recuperado em 11 de dezembro de 2020 em https://www.energyfocus.com/blog/the-future-of-led-lighting/
