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LEDの発熱原理と省エネの関係について
- LEDは発熱するため、放熱対策が重要である。放熱対策をしないとLED素子はダメージを受け、寿命が短くなる。
- LEDは従来のシステムに比べて電気を光に変換する効率が高いため、消費電力が少ない。しかし、発熱量が多いという点においては従来型のライトと同様であり、電気が熱に変換されるロスは大きい。
- LEDの省エネ性は、高い光効率による消費電力の削減に加え、放熱対策をしっかり行うことで長寿命を実現することによるものである。
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ＬＥＤ照明製品で、参考ＵＲＬのものが今日現在最高効率と思います。 効率で白熱電球の６倍（93ﾙｰﾒﾝ/ﾜｯﾄ÷15ﾙｰﾒﾝ/ﾜｯﾄ＝6.2倍）を超えています。 仕様をみると、明るさ(ﾙｰﾒﾝ)が810ﾙｰﾒﾝと書いてあります。これを放射ｴﾈﾙｷﾞｰ に換算すると２．７Ｗ程度になります。 消費電力が８．７Ｗとありますから、８．７Ｗ－２．７Ｗ＝６Ｗ程度が 熱となっていると推定できます。（紫外線や赤外線が少ないのがＬＥＤの 特徴ですから、消費電力から可視放射を引き算すれば、発熱が計算できます） 最も効率のよいLED照明で、光になるのは消費電力の３０％程度、残りの ７０％程度は熱になっているということです。 最も効率の高い蛍光ランプは、高周波点灯専用型（Ｈｆタイプ）ですが、 参考ＵＲＬのデータをから計算すると110ﾙｰﾒﾝ/ﾜｯﾄ程度のようです。 （実際には安定器の効率などを考慮する必要があるのでもう少し低い値と 見ておいた方が現実的） LEDの効率向上は今後も続き、2020頃には200ﾙｰﾒﾝ/ﾜｯﾄに達すると予想されて いますから、現状は蛍光ランプと互角でも、もうすぐ最高効率の光源になる でしょう。（３番目のURLのロードマップの中に記載されています） そのとおりのご理解で宜しいかと思います。 ただし、蛍光ランプが四方八方に光を発散するのに対して、ＬＥＤは一方向 に指向性がありますので、特定方向の明るさだけを捉えた場合は、ＬＥＤの 方が少ない電力で同じ明るさを得ることもできます。 このような性質を宣伝文句にして、蛍光ランプとほぼ同等な効率なのにも 関わらず、消費電力を１／２以下にできるような表現をしている場合もある のでお気を付け下さい。
補足
ご丁寧に回答頂戴し誠に有難うございます。 発光効率だけを考えると現行のLEDは蛍光ランプと同等（消費電力も似たようなレベル）。但し、寿命はLEDのほうが長い。 一方、白熱電球と比べるとLEDは発光効率、寿命ともに、はるかに高い（長い）。 このようなまとめとなりますでしょうか？
LEDの防湿(絶縁)、放熱材料を販売している者です。 業界の状況をお伝えします。面積当たりのLED素子数を増やすと、発熱量は増加する状況にあります。まばらに素子をつけるとほとんど問題ない事もあります。これらＬＥＤの課題を防ぐために、防湿を抑えるため素子の上部よりコーティングするシリコーン樹脂、放熱を行う為シリコーンシートで空気の層を遮断し、放熱体への伝熱を上げています。 ＬＥＤ関係のＨＰから発光原理は、ｐｎ結合（半導体材料）に電子の流れ（電流）を作り、電子が消滅する時に光のエネルギーに変わるというエネルギーの動きが光になっている。ある意味、量子力学の高エネルギーが低エネルギーに変わる時、光変換が行われる事のようです。現存する汎用商品としてＬＥＤは高効率とのことです。 さらに、高効率の発光は「ほたる」のシステム（酵素による発光）といわれています。
補足
ご丁寧に回答頂戴し有難うございます。放熱対策に加えて、防湿対策が必要となる訳なんですね。防湿は、やはり未対策だと寿命に関わってくるのでしょうか？
毎度ＪＯです。 ＬＥＤは白熱電球と比較して高効率で長寿命です、これは間違い有りません 発光効率は蛍光灯と同等ですが、蛍光電球より断然長寿命です、 発熱の問題は、簡単な計算で理解出来ます 仮にＬＥＤが白熱電球の５倍の発光効率が有ったとすると、 同じ明るさを得る為にＬＥＤは白熱電球の1/5の電力消費で済みます 100Wの白熱電球と同等の発光を得る為には、20WのＬＥＤで済む訳です しかし半導体であるＬＥＤは高温に出来ない為、この発熱を大気中に放出しなければなりません 白熱電球の場合は、中心温度は数百度でも問題有りませんが、 ＬＥＤの場合は６０℃とかの温度に抑える必要が有ります ＬＥＤを高温に晒すと寿命が短くなり発光効率も低下します 従ってＬＥＤ発光と言うと、放熱との戦いとも言えます 放熱設計の分野で熱抵抗等を考慮し、20Wの発熱を大気中に放熱させて、 中心温度を60度にキープする為には巨大なヒートシンクが必要になります
お礼
ご丁寧に御回答頂き有難うございました。アドバイス頂いた点をもとに、もうすこし深く勉強してみたいと思います。
>LEDも従来型のライトと同様に発熱量が多いという事 まず、ここで誤解しています、同様ではありません。 発生する熱量もＬＥＤは自己熱で壊れるといっても 白熱球と同じ熱量が出るわけではありません。 それぞれの素子において 入力電力に対する光への変換効率が違う事も理解してください。 電球とＬＥＤでは５倍ほど変換効率が違います。
お礼
ご丁寧にご回答頂き有難うございました。アドバイス頂いた点をもとに、もうすこし深く勉強してみたいと思います。
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ご丁寧に回答頂戴し、誠に有難うございました。アドバイスをもとに、深く勉強してみたいと思います。