一,Princípio técnico: A distinção fundamental entre luminescência de semicondutores e gerenciamento de perda térmica.
A forma como as fontes de luz típicas emitem luz limita a sua capacidade de converter energia de forma eficiente:
Lâmpada fluorescente: O pó fluorescente emite luz ao ionizar o vapor de mercúrio. Ele tem uma eficiência luminosa de apenas 50–70 lúmens/watt (lm/W) e precisa de reator para iniciar, o que consome ainda mais energia. Seu espectro possui muita radiação não-fotossinteticamente ativa, como o infravermelho, o que significa que cerca de 70% da energia elétrica é transformada em energia térmica.
Uma lâmpada de iodetos metálicos usa um arco-de alta temperatura para excitar iodetos metálicos e fazê-los emitir luz. A eficiência luminosa pode chegar a 90-140 lm/W, mas a temperatura de trabalho pode ser superior a 1000 graus e mais de 60% da radiação térmica é perdida. Para continuar funcionando, precisa de um sistema de refrigeração.
Cor do aquário-Alteração da iluminação à prova d'águaemitem luz diretamente através da recombinação de buracos de elétrons em junções PN semicondutoras, com uma eficiência luminosa de até 50-200 lm/W, e o espectro pode ser ajustado com precisão à faixa de radiação fotossinteticamente ativa (PAR, 400-700nm). Por exemplo, a luz azul (450nm) e a luz vermelha (660nm) de uma determinada marca de luz LED para aquário representam mais de 80% da produção total de luz, e o uso de energia é mais de três vezes maior do que o de fontes de luz regulares. Além disso, o LED utiliza drive DC, o que significa que não há perda de lastro, e só funciona em temperaturas entre 40 e 60 graus Celsius, o que reduz muito os custos de gerenciamento térmico.
2,Comparação do uso de energia: um exame quantitativo de dados de laboratório e situações-do mundo real
1. Diferenças na quantidade de luz que uma unidade emite e na quantidade de energia que utiliza
Por exemplo, se você deseja obter um valor PAR de 1000 μ mol/m²/s:
Lâmpada fluorescente: precisa de cerca de 250 W de potência e consome 2.190 kWh de energia por ano (com base em 12 horas de uso por dia).
Uma lâmpada de iodetos metálicos precisa de aproximadamente 150 W de potência, mas também precisa de uma ventoinha de resfriamento que consome cerca de 20 W. O consumo total de energia é de 1.460 kWh/ano.
As luzes LED usam apenas 80 W de potência e 700 kWh por ano. Elas usam 68% menos energia que as lâmpadas fluorescentes e 52% menos energia que as lâmpadas de iodetos metálicos.
2. Confirmação de casos de agricultura industrial
A parceria entre a Dalian Ocean University e empresas de criação de camarão em Zhangzhou, província de Fujian, mostra que após a instalação de um sistema de iluminação LED personalizado, o consumo de energia por unidade de produção caiu de 0,8 kWh/kg para 0,3 kWh/kg. Isso economiza mais de 120.000 yuans por ano nas contas de eletricidade. O sistema aproveita ao máximo a energia luminosa alterando o espectro dinamicamente (com a luz azul como principal fonte para estimular a alimentação durante o dia e a luz vermelha como principal fonte para reduzir o estresse à noite).
3. Cena do aquário familiar
Por exemplo, um aquário de 60cm × 30cm × 40cm:
A opção tradicional são duas lâmpadas fluorescentes de 40W que consomem 350 kWh de eletricidade por ano.
Solução LED: uma lâmpada LED de espectro total-de 24 W que consome 105 kWh de energia por ano e não precisa ser trocada com frequência (a lâmpada fluorescente dura aproximadamente 8.000 horas, enquanto o LED dura até 50.000 horas).
3, Ciclo de vida: Um avanço completo desde novos materiais até o design do sistema
1. Diferenças na duração dos materiais do núcleo
Lâmpada com luz fluorescente: A evaporação do filamento faz com que a luz desapareça e o ambiente úmido acelera a oxidação dos eletrodos, o que significa que a vida útil real é reduzida em mais de 30%.
Lâmpada de iodetos metálicos: O tubo de arco fica preto, o que torna a luz menos eficiente. A lâmpada dura cerca de 12.000 horas, mas ligá-la e desligá-la com frequência pode reduzir sua vida útil pela metade (a corrente de surto inicial é três vezes a corrente de estado-estacionário).
LED: É feito de materiais semicondutores de banda larga, como nitreto de gálio (GaN) e deve durar mais de 100.000 horas. O produto real dura mais devido ao seguinte design:
O encapsulamento de resina epóxi evita que a umidade e o sal corroam as luzes LED. Na água do mar, as luzes LED à prova d'água IP67 podem durar até 50.000 horas.
Circuito de condução de corrente constante: Um certo tipo de luz LED para aquário mantém 90% de sua intensidade de luz original após 30.000 horas para evitar perda de luz devido a mudanças na corrente.
Otimizando a dissipação de calor: A temperatura da junção é mantida abaixo de 60 graus com um substrato de alumínio e um dissipador de calor tipo aleta. Isto é 40 graus mais baixo do que com fontes de luz normais.
2. Comparação completa do custo do ciclo de vida com base em um ciclo de uso de 10 anos:
Lâmpada fluorescente: Custa 600 yuans para manter a lâmpada, o que significa substituir o tubo 12 vezes (50 yuans cada vez). O custo total é de 22.500 yuans, que inclui eletricidade.
Luzes LED: você não precisa trocá-las e custam apenas 7.000 yuans em energia, o que representa apenas 31% do custo da opção de luz fluorescente.
4,Benefícios para o meio ambiente: Valor do controle da poluição nos negócios e no desenvolvimento sustentável
1. Eliminar o risco de poluição por mercúrio
Cada lâmpada fluorescente contém cerca de 5 a 10 miligramas de mercúrio. Quando 1 bilhão de lâmpadas fluorescentes são descartadas a cada ano, elas liberam de 50 a 100 toneladas de mercúrio, que polui a água e a terra por muito tempo. Mercúrio e chumbo não são encontrados em LEDs. Depois de jogados fora, metais valiosos como prata e gálio podem ser facilmente desmontados e reutilizados.
2. Ajude a reduzir o carbono
Por exemplo, na indústria da aquicultura da China, substituir as actuais lâmpadas fluorescentes por LED e calcular o consumo anual de electricidade em 10 mil milhões de kWh reduziria as emissões de dióxido de carbono em 8 milhões de toneladas (0,8 kg/kWh). Isto equivale a plantar 440 milhões de árvores para o meio ambiente.
3. Design que seja bom para o meio ambiente
Algumas luzes LED para aquários vêm com fotobiossensores que podem verificar a qualidade da água em tempo real e manter o equilíbrio do ecossistema alterando o espectro. Por exemplo, quando a quantidade de algas é superior ao normal, o aumento automático da luz vermelha (660nm) impede a reprodução das algas e reduz a necessidade de removedores químicos de algas.
