Lý do đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện hơn các đèn thế hệ cũ

Vì sao đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện? Nếu dùng đèn led chiếu sáng nhà xưởng, mỗi tháng bạn sẽ tiết kiệm được bao nhiêu tiền điện so với dùng đèn thế hệ cũ như đèn halogen kim loại, đèn huỳnh quang? 

Tiết kiệm chi phí để tối đa lợi nhuận luôn là điều mà các chủ nhà kho, nhà xưởng quan tâm. Trong các biện pháp để làm giảm chi phí, tiết kiệm điện luôn được ưu tiên xem xét hàng đầu. Một trong những cách tiết kiệm điện hiệu quả nhất là chọn đúng loại đèn chiếu sáng. Với nhà xưởng càng rộng, bạn sẽ càng thấy rõ sự khác biệt này nếu dùng đúng loại đèn tiết kiệm điện.

Hiện nay có nhiều loại đèn chiếu sáng dùng cho nhà kho, nhà xưởng, nhưng đèn led là loại đèn vượt trội về mặt tiết kiệm điện. Bài viết này tôi sẽ phân tích lý do tại sao dùng đèn led nhà xưởng giúp tiết kiệm điện và sẽ đưa ra phép tính lý thuyết kết hợp kiểm chứng qua đo đạc thực tế.

1. Hiệu suất phát sáng – Yếu tố quan trọng nhất giúp đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện

Theo định nghĩa, hiệu suất phát sáng của một bộ đèn (lm/w) là tỷ số giữa lượng ánh sáng do bộ đèn phát ra (lm) và công suất tiêu thụ của bộ đèn (w).

Hình 1: hình ảnh minh họa hiệu suất phát sáng của các đèn

Ta biết rằng lượng ánh sáng do bộ đèn phát ra càng lớn thì đèn càng sáng. Trong khi đó, công suất tiêu thụ của bộ đèn thì ngược lại, càng thấp càng tiết kiệm điện. Do đó, “Hiệu suất phát sáng càng cao, tiết kiệm điện càng nhiều”.

Các đèn chiếu sáng nhà xưởng thế hệ cũ (trong bài viết này đề cập đến đèn halogen kim loại và đèn hùynh quang) thì hiệu suất phát sáng thấp và suy giảm nhanh sau một thời gian sử dụng.

• Đèn halogen kim loại: 68 -105 lm/w.
• Đèn huỳnh quang: 20 – 80 lm/w.

Đèn led nhà xưởng có hiệu suất phát sáng cao hơn nhiều so với đèn thế hệ cũ, đạt mức từ 110 lm/w trở lên và giữ mức ổn định trong phần lớn vòng đời của đèn, đặc tính này giúp đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện hơn các đèn thế hệ cũ.

2. Hiệu quả ở hướng phát sáng – Yếu tố thứ hai giúp đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện

Xét về tính hiệu quả thì ánh sáng từ các bộ đèn cần được phát vào mục tiêu cụ thể hơn là phát ra các hướng không hữu ích xung quanh bộ đèn. Vì vậy, khả năng hướng ánh sáng đến một khu vực nhất định của bộ đèn là rất quan trọng. Ta thử xem xét khả năng này ở đèn nhà xưởng thế hệ cũ và đèn led dùng trong nhà xưởng.

Các đèn nhà xưởng thế hệ cũ hoạt động theo nguyên lý phóng điện. Vì vậy, vỏ bóng đèn có dạng bulb, chữ U, xoắn, hoặc tuýp để chứa các khí halogen hoặc hơi thủy ngân. Và do đó, ánh sáng phát ra trên toàn bộ vỏ bóng, bao phủ góc 360 độ xung quanh bóng đèn.

Hình 2: các đèn nhà xưởng thế hệ cũ

Trong khi đó, LED là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P chứa lỗ trống ghép với một khối bán dẫn loại N chứa điện tử. Dòng điện đi từ A-nốt (bán dẫn loại P) đến K-tốt (bán dẫn loại N), khi điện tử lấp đầy lỗ trống thì sinh ra bức xạ ánh sáng, các bức xạ này được phát về cùng một hướng, bao phủ một góc tối đa là 120 độ như Hình 3.

Hình 3: cấu tạo và hình ảnh chip led

Hình 4: phát sáng trực tiếp giúp đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện

Do ánh sáng phát ra từ các đèn thế hệ cũ bao phủ một góc rất rộng nên cần phải dùng chóa hoặc máng để hướng phần lớn ánh sáng về phía mục tiêu (phát sáng gián tiếp). Tuy nhiên, chóa hoặc máng sẽ hấp thụ và làm suy hao ít nhất 30% năng lượng sáng, và do đó hiệu quả của bộ đèn là rất thấp.

Trong khi đó, đèn led nhà xưởng với góc phát sáng hẹp nên chóa chỉ có tác dụng hướng một phần rất nhỏ các bức xạ ánh sáng về phía mục tiêu thậm chí trong nhiều trường hợp thì không cần dùng chóa, toàn bộ các bức xạ ánh sáng được hướng trực tiếp đến mục tiêu (phát sáng trực tiếp).     

Như vậy, qua phân tích cấu tạo, đặc tính, nguyên lý hoạt động giữa đèn led, và các đèn thế hệ cũ ở trên ta thấy được 2 điểm mấu chốt giúp đèn led nhà xưởng tiết kiệm điện:

• Đèn led có hiệu suất phát sáng ổn định, cao hơn nhiều so với các đèn thế hệ cũ.
• Hầu hết lượng ánh sáng do đèn led phát ra đều hướng đến mục tiêu, trong khi các đèn thế hệ cũ thì cần phải dùng thêm máng hoặc chóa để hướng phần lớn ánh sáng đến mục tiêu.

Điều này có nghĩa là nếu dùng đèn led nhà xưởng và đèn thế hệ cũ có cùng mức công suất tiêu thụ thì lượng ánh sáng thu được tại bề mặt làm việc của đèn led nhà xưởng sẽ cao hơn nhiều so với đèn thế hệ cũ. Hay nếu xét về tiêu chí có cùng độ sáng thì đèn led nhà xưởng tiết kiệm rất nhiều điện so với các đèn thế hệ cũ.

Hình 5: hình ảnh mẫu đèn led nhà xưởng 80W

|| Bạn hãy đọc thêm bài: Hệ số công suất đèn led – thông số quan trọng giúp tiết kiệm điện

Đánh giá mức tiết kiệm điện giữa đèn halogen kim loại 400W và đèn led nhà xưởng 200W

Để kiểm chứng phần nghiên cứu lý thuyết trên, tôi giới thiệu kết quả test độ suy giảm quang thông giữa một đèn halogen kim loại 400W và một đèn led nhà xưởng 200W.

a. Thông số các đèn theo catalogue

Thông số	Đèn halogen kim loại	Đèn led nhà xưởng
Công suất (W)	400	200
Nhiệt độ màu (K)	4000	4000
Lượng ánh sáng phát ra ban đầu (lm)	36000	22000
Góc phát sáng (degree)	120	120
Tuổi thọ (h)	20000	50000

Bảng 1: thông số của đèn led nhà xưởng và đèn halogen kim loại dùng để test độ suy giảm quang thông

b. Một số lưu ý về mặt lý thuyết

• Công suất tiêu thụ của bộ đèn halogen kim loại = công suất cung cấp cho bóng đèn + công suất tăng phô. Do tăng phô đèn halogen kim loại là tăng phô tăng tần số nên tiêu thụ khá nhiều điện, chiếm khoảng 15% công suất cung cấp cho bóng đèn (số liệu có được từ đo kiểm thực tế).
• Công suất tiêu thụ của bộ đèn led = công suất cung cấp cho chip led + công suất driver. Driver đèn led chính là bộ chỉnh lưu điện xoay chiều sang điện một chiều để cấp nguồn một chiều cho chip led, driver tiêu thụ điện không đáng kể à bỏ qua khi tính toán.
• Choá đèn halogen kim loại: có tác dụng hướng phần lớn ánh sáng đến phạm vi mục tiêu. Tuy nhiên choá sẽ làm giảm khoảng 30% tổng lượng ánh sáng do đèn phát ra (số liệu có được từ đo kiểm thực tế với các trường hợp có choá và không choá).
• Choá đèn led: do đèn led phát sáng có hướng, choá chỉ hướng một phần rất nhỏ các bức xạ ánh sáng đến phạm vi mục tiêu nên không ảnh hưởng đáng kể đến lượng ánh sáng do đèn phát ra à bỏ qua khi tính toán.
• Đồ thị suy giảm lượng ánh sáng phát ra (lumens) theo thời gian của đèn led và đèn halogen kim loại (được đo đạc với số lượng nhiều và thời gian dài).

Hình 5: đồ thị suy giảm lumen theo thời gian của đèn led nhà xưởng và đèn halogen kim loại

c. Lý do chọn đèn halogen kim loại 400W và đèn led nhà xưởng 200W để đánh giá

Do ở thời điểm đèn mới, hai đèn này có lượng ánh sáng phát ra gần tương đương nhau (sẽ trình bày rõ ở phần sau).

d. Cách thức tiến hành đo đạc

Ta đo lượng ánh sáng phát ra của đèn halogen kim loại 400W và đèn led nhà xưởng 200W trong khoảng thời gian 10.000h hoạt động, đo trong phòng thí nghiệm ở 03 mốc thời gian: thời điểm ban đầu, sau khi sử dụng 2.500h và cuối cùng là sau khi sử dụng 10.000h.

e. Kết quả đánh giá mức độ tiết kiệm điện của đèn led nhà xưởng

Tại thời điểm ban đầu

Tính toán lý thuyết cho ta:

• Lượng ánh sáng đèn halogen kim loại phát ra: 36000 – 36000 x 30% = 25200 (lm).

(giảm 30 % do choá – đã trình bày ở phần lưu ý về mặt lý thuyết)

• Lượng ánh sáng đèn led nhà xưởng phát ra: 22000 (lm).
• Công suất tiêu thụ của đèn halogen kim loại: 400 + 400 x 15% = 460 (w).

(tăng 15 % do tăng phô – đã trình bày ở phần lưu ý về mặt lý thuyết)

• Công suất tiêu thụ của đèn led nhà xưởng: 200 (w).
• Hiệu suất phát sáng của đèn halogen kim loại: 25200/460 = 55 (lm/w).
• Hiệu suất phát sáng của đèn led nhà xưởng: 22000/200 = 110 (lm/w).

Như vậy, tại thời điểm ban đầu thì lượng ánh sáng phát ra của hai đèn chênh lệch nhau không nhiều (25200 lm và 22000 lm). Điều đó có nghĩa là nếu cần lượng ánh sáng khoảng 22000 lm thì ta cần phải dùng một đèn halogen 400W. Trong khi với đèn led nhà xưởng thì ta chỉ cần dùng đèn 200W. Đó cũng là lí do vì sao hai loại đèn này được lựa chọn để tiến hành test kiểm chứng (cả hai có lượng ánh sáng phát ra gần tương đương nhau).

So sánh giữa lý thuyết và đo kiểm thực tế:

	Đèn led nhà xưởng		Đèn halogen kim loại
Thông số đo	Lý thuyết	Đo kiểm	Lý thuyết	Đo kiểm
Lượng ánh sáng phát ra (lm)	22000	21956	25200	23469
Hiệu suất phát sáng (lm/w)	110	110	55	51

Bảng 2: so sánh lượng ánh sáng phát ra và hiệu suất phát sáng của các đèn tại thời điểm ban đầu

Sau khi sử dụng 2500h

Tính toán lý thuyết cho ta:

• Lượng ánh sáng đèn halogen kim loại phát ra: 25200 x 80% = 20160 (lm).

(theo lý thuyết thì suy giảm, còn 80% so với thời điểm ban đầu)

• Lượng ánh sáng đèn led nhà xưởng phát ra: 22000 x 99% = 21780 (lm).

(theo lý thuyết thì suy giảm, còn 99% so với thời điểm ban đầu)

• Công suất tiêu thụ của đèn halogen kim loại: 400 + 400 x 15% = 460 (w).
• Công suất tiêu thụ của đèn led nhà xưởng: 200 (w).
• Hiệu suất phát sáng của đèn halogen kim loại: 20160/460 = 43.83 (lm/w).
• Hiệu suất phát sáng của đèn led nhà xưởng: 21780/200 = 108.9 (lm/w).

So sánh giữa lý thuyết và đo kiểm thực tế:

	Đèn led nhà xưởng		Đèn halogen kim loại
Thông số đo	Lý thuyết	Đo kiểm	Lý thuyết	Đo kiểm
Lượng ánh sáng phát ra (lm)	21780	21740	20160	17942
Hiệu suất phát sáng (lm/w)	108.9	108.7	43.82	39

Bảng 3: so sánh lượng ánh sáng phát ra và hiệu suất phát sáng của các đèn tại thời điểm 2500h

Sau khi sử dụng 10000h

Tính toán lý thuyết cho ta:

• Lượng ánh sáng đèn halogen kim loại phát ra: 25200 x 60% = 15120 (lm).

(theo lý thuyết thì suy giảm, còn 60% so với thời điểm ban đầu)

• Lượng ánh sáng đèn led nhà xưởng phát ra: 22000 x 97% = 21340 (lm).

(theo lý thuyết thì suy giảm, còn 97% so với thời điểm ban đầu)

• Công suất tiêu thụ của đèn halogen kim loại: 400 + 400 x 15% = 460 (w).
• Công suất tiêu thụ của đèn led nhà xưởng: 200 (w).
• Hiệu suất phát sáng của đèn halogen kim loại: 15120/460 = 32.86 (lm/w).
• Hiệu suất phát sáng của đèn led nhà xưởng: 21340/200 = 106.7 (lm/w).

So sánh giữa lý thuyết và đo kiểm thực tế:

	Đèn led nhà xưởng		Đèn halogen kim loại
Thông số đo	Lý thuyết	Đo kiểm	Lý thuyết	Đo kiểm
Lượng ánh sáng phát ra (lm)	21340	21280	15120	12420
Hiệu suất phát sáng (lm/w)	106.7	106.4	32.86	27

Bảng 4: so sánh lượng ánh sáng phát ra và hiệu suất phát sáng của các đèn tại thời điểm 10000h

Nhận xét

Tại thời điểm ban đầu, lượng ánh sáng phát ra của đèn halogen kim loại 400W cao hơn đèn led nhà xưởng 200W nhưng chênh lệch không nhiều. Tuy nhiên, lượng điện năng tiêu thụ thì khác biệt hoàn toàn: đèn halogen kim loại tiêu thụ 460 W, trong khi đèn led chỉ tiêu thụ 200 W.

Sau một thời gian sử dụng, lượng điện năng tiêu thụ của mỗi đèn vẫn giữ nguyên, lượng ánh sáng đèn led phát ra suy giảm không đáng kể, trong khi lượng ánh sáng phát ra của đèn halogen kim loại suy giảm rất nhiều, cụ thể:

• Tại thời điểm ban đầu, lượng ánh sáng đèn halogen kim loại phát ra cao hơn đèn led nhà xưởng  khoảng 12%.
• Sau khi sử dụng 2.500h (khoảng 6 tháng), lượng ánh sáng do đèn halogen kim loại phát ra tương đương với lượng ánh sáng phát ra của đèn led nhà xưởng 160 W.
• Sau 10.000h sử dụng, lượng ánh sáng do đèn halogen kim loại phát ra chỉ tương đương với lượng ánh sáng phát ra của đèn led nhà xưởng 100 W.

Đến đây có lẽ bạn đã hiểu rõ vì sao dùng đèn led nhà xưởng tiết kiệm được nhiều điện. Đó là vì với cùng một nhu cầu chiếu sáng, bạn chỉ cần một đèn led nhà xưởng có công suất bằng một nửa so với đèn thế hệ cũ; chưa kể đến hiệu suất phát sáng đèn led nhà xưởng giảm không đáng kể. Vì vậy, tôi khuyên bạn nên trang bị đèn led cho hệ thống chiếu sáng trong nhà xưởng của mình. Được vậy, so với khi dùng đèn thế hệ cũ, mỗi tháng bạn sẽ tiết kiệm được ít nhất 50% hóa đơn tiền điện bên cạnh nhiều tiện dụng khác mà đèn led nhà xưởng mang lại.

|| Bạn hãy đọc thêm bài: Lời khuyên chọn đèn led cho nhà xưởng, nhà kho phù hợp