خلاصه مقاله: در این مقاله به موضوع Efficacy و Efficiency در مفاهیم عمومی و مفاهیم صنعت نور و روشنایی خواهیم پرداخت. پس از خواندن این مقاله با مفاهیم زیر در صنعت روشنایی آشنا خواهید شد:
Luminous Efficacy Light Efficiency Energy Efficiency Radiant Efficiency
کارایی و بهره وری در مفاهیم عمومی
کارآیی (Efficacy) : به طور کلی به میزان توانایی یک سیستم، فرآیند یا فعالیت در تحقق هدف مورد نظر می باشد. نسبت خروجی مفید سیستم به ورودی کل تعریف دقیق کارآیی می باشد. کارایی معمولا با استفاده از واحد های اندازه گیری مختلف مانند واحد های مالی، زمانی و فیزیکی بیان می شود. به عنوان مثال، کارایی یک خط تولید می تواند با محاسبه تعداد قطعات تولید شده در یک مدت زمان خاص به واحد زمان یا واحد هزینه تولید یا به واحد پولی بیان شود. بعنوان مثال در یک چراغ خروجی مفید "نور" است و ورودی کل" انرژی الکتریکی" است پس نسبت میزان نور به توان ورودی برابر Efficacy یک چراغ می باشد.
بهره وری ( Efficiency) : این مفهوم اشاره به انجام کار صحیح دارد. در سیستم های مالی به نسبت بین میزان هزینه یا درآمد مالی محصول یا خدمات تولید شده به هزینه های استفاده شده برای تولید آن محصول یا خدمات اشاره دارد. بهره وری معمولا با استفاده از درصد بیان می شود و نشان دهنده بهره گیری بهتر از منابع و کاهش هزینه ها است. نسبت خروجی مفید سیستم به خروجی در دسترس تعریف دقیق بهره وری است. اگر یک شرکت توانایی تولید محصولات با کیفیت بالا که ارزش فروش بالایی دارد داشته باشد و در عین حال هزینه های تولید را کاهش دهد، این شرکت دارای Efficiency بالاست. نسبت میان آنچه که می‌تواند انجام دهد و آنچه در واقع انجام می‌دهد، عبارت از نسبت بهره وری یا شاخص بهره وری است.
مثال برای Efficacy
فرض کنید یک شرکت خدماتی می خواهد کارایی یا Efficacy پرسنل خود را ارزیابی کند. برای این منظور، تعداد سفارشاتی که هر پرسنل در یک بازه زمانی خاص پردازش می کند، محاسبه می شود. به عنوان مثال، یکی از پرسنل این شرکت در مدت یک هفته، 20 سفارش را پردازش کرده است. با توجه به این اطلاعات، کارآیی این پرسنل را می توان به شکل زیر محاسبه کرد:
Efficacy=Order/Time=20/(8*5)=20/40=0.5 [Order/Hour]
در این شرکت معیار انتخاب کارمند بهتر با Efficacy می باشد. ممکن است یک کارمند 0.5 سفارش در ساعت انجام دهد و یک کارمند 3 سفارش در ساعت.
مثال برای Efficiency
اگر یک کارخانه در یک ماه 1000 واحد محصول تولید کرده باشد و ظرفیت تولیدی آن در ماه 1200 واحد باشد، نسبت بهره وری این کارخانه برای آن ماه برابربا:
Efficiency= (1000/1200)*100=83.3 %
Efficacy دارای واحد و یکا Efficiency بدون واحد (%)
کارایی و بهره وری در صنعت روشنایی
- کارایی Efficacy :
در مورد سیستم های روشنایی، مفهوم Efficacy نسبت خروجی مفید سیستم به ورودی کل یعنی میزان نور تولید شده به انرژی برق مصرف شده توسط چراغ اشاره دارد. به عبارت دیگر، Efficacy یک چراغ نشان دهنده میزان نور تولید شده توسط هر وات برق مصرفی است. به عنوان مثال، اگر یک چراغ LED با مصرف برق ۱۰ وات به میزان 1000 لومن نور تولید کند ، این به معنای آن است که این چراغ LED برای هر وات برق مصرفی، ۱۰۰ لومن نور تولید می‌کند یعنی Efficacy=100 [lm/w].
در واقع، Efficacy به عنوان یک شاخص برای اندازه‌گیری کارایی یک چراغ LED در تولید نور استفاده می‌شود. چراغ LED با Efficacy بالا، برای تولید نور بیشتر با مصرف برق کمتر به کار می‌روند و از این رو برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های برق خانگی مفید هستند.همانطور که در مثال دیدید، واحد Efficacy برای اندازه گیری کارایی محصولات نوری، مانند چراغ های LED، لومن بر وات (Lm/W) است. به عبارت دیگر، Efficacy به میزان لومن نور تولید شده توسط یک محصول نوری بر وات برق مصرفی آن اشاره دارد.
نکته مهم اینکه در خرید چراغ این است که بر روی بسته بندی محصول حتما به میزان لومن بر وات (Efficacy) توجه کنید، هرچه این مقدار عدد کمتری باشد، مصرف انرژی کمتری خواهید داشت.
در شکل زیر کارایی یا Efficacy منابع نوری نمونه مختلف از جمله فلورسنت و LED و غیره را مشاهده می کنید. همین شاخص اهمیت استفاده از چراغ های فوق کم مصرف LED را به خوبی نشان می دهد:
مفهوم Efficacy در صنعت روشنایی با عبارت Luminous Efficacy بیان می شود.در شکل زیر که مربوط به دیتاشیت یکی از چیپست های SMD LED شرکت اسرام می باشد، به میزان Efficacy این LED در دو حالت مختلف اشاره شده است. Efficacy هم برای چراغ کامل و هم برای یک عدد چیپست و یا حتی برای لامپ نیز قابل استفاده است.
- بهره وری Efficiency :
بهره وری که با درصد بیان می‌شود، مفهوم نشان دهنده میزان استفاده بهینه از منابع مورد استفاده در یک فرایند، وسیله یا سیستم است. این مفهوم به عنوان یک شاخص مهم در ارزیابی و بهینه‌سازی فرایندها و سیستم‌ها استفاده می‌شود. در صنعت نور و روشنایی نیز هرچه از یک چراغ بتوانیم به نحو احسنت استفاده کنیم بهتر است و در واقع از قابلیت های آن به خوبی استفاده کرده ایم. بعنوان مثال یک ماژول Led می تواند 4000 لومن نور بدهد اما بدنه و شیشه چراغ مناسب نیست و باعث شده ما فقط 3000 لومن بتوانیم دریافت کنیم. در محصولات روشنایی بیشتر با سه مفهوم زیر مواجه هستیم که در ادامه به توضیح آن می پردازیم.
Light Efficiency Energy Efficiency Radiant Efficiency
1-بهره وری نوری یا Light Efficiency
بهره وری نوری که با درصد بیان می‌شود، به معنی نسبت میزان نور مفیدی که یک سیستم نوری تولید می‌کند به میزان نور قابل تولید آن سیستم است. به عبارت دیگر، این مفهوم نشان می‌دهد که چه میزان از نور تولید شده توسط یک سیستم نوری، به مقصد نهایی خود می‌رسد. برای مثال، اگر یک سیستم نوری مصرف ۱۰۰ وات، ۹۰۰۰ لومن نور تولید کند و ۷۵۰۰ لومن از آن به مقصد نهایی برسد، بهره وری نوری این سیستم برابر با 83٪ است.
بهره وری نوری به عنوان یکی از شاخص‌های مهم در ارزیابی کارایی سیستم‌های روشنایی و چراغ ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مثال بالا، به عنوان مثال، می‌توان گفت که این سیستم نوری به خوبی طراحی شده است، زیرا تنها 17٪ از نور تولید شده، به صورت بی‌استفاده از دست می‌رود و 83٪ آن به مقصد نهایی خود می‌رسد. بدنه چراغ، نوع لنز و رفلکتور استفاده شده، دیفیوزر و شیشه چراغ عواملی هستند که بر بهره وری نوری تاثیر دارند.
در شکل مقابل مقدار کارآیی و بهره وری نوری یک چراغ حاوی لامپ رشته ای را ملاحظه می کنید.
متاسفانه اکثر شرکت های تولید چراغ LED شار نور خروجی ماژول را در دیتاشیت یا بسته بندی چراغ ثبت می کنند در حالیکه نکته مهم شار نور خروجی چراغ و نوری که از مجموعه چراغ خارج می شود است. کیفیت پایین دیفیوزر و گذردهی کم آن و نیز طراحی غیر مهندسی بدنه چراغ می تواند عامل کاهش بهره وری نوری چراغ باشد.
2-بهره وری انرژی یا Energy Efficiency
در مورد درایور چراغ LED، بهره وری انرژی به معنای نسبت توان خروجی چراغ ED به توان ورودی درایور آن چراغ است. به عبارت دیگر، این درصد نشان دهنده میزان استفاده بهینه از انرژی برای تولید نور توسط چراغ LED است. این فاکتور بر روی درایور و یا بالاست چراغ ها نوشته می شود. با افزایش بهره وری انرژی در درایور چراغ ، کمترین میزان انرژی برای تولید نور مورد نیاز استفاده می‌شود که می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های انرژی و افزایش عمر مفید چراغ شود.
بعنوان مثال یک درایورLED با بهره وری 95% به معنای این است که اگر از ورودی درایور 1000 وات انرژی مصرف کند، 950 وات آن در خروجی درایور بر روی ماژول LED راه می یابد و بقیه بر روی قطعات درایور تلف می شود. این درایور تلفات کم تری نسبت به درایوری با بهره وری انرژی 60% دارد. درایورهای LED اسرام اکثرا دارای بهره وری انرژی بالای 90% می باشد.
در دیتاشیت درایورها و منابع تغذیه معمولا یک نمودار به شکل مقابل ارائه می دهند. در این درایور نمونه، بیشترین بهره وری انرژی در 1.6 آمپر ایجاد می شود.
3-راندمان تشعشعی یا Radiant Efficiency
Radiant Efficiency به معنای نسبت توان تشعشعی یک منبع نور به توان جذبی آن است. به عبارت دیگر، راندمان تشعشعی نسبت توان تشعشعی خروجی به توان الکتریکی ورودی یک منبع نوری مثل یک چیپست LED است. راندمان تشعشع مهمترین معیار در ارزیابی کیفیت یک منبع نور است زیرا نشان می‌دهد که چه میزان از توان جذب شده توسط یک منبع نور به عنوان نور خروجی تشعشع شده است. به عبارت دیگر، راندمان تشعشع بیانگر کیفیت نور تولیدی توسط یک منبع نور است. راندمان تشعشع معمولاً در دیتاشیت منبع نور ی مانند LED به صورت درصدی بیان می‌شود. راندمان تشعشع بالاتر به معنای تولید نور با کیفیت بهتر و تلفات دمایی کمتر است و بهبود راندمان تشعشع منبع نور می‌تواند باعث کاهش مصرف انرژی شود. به عنوان مثال، اگر راندمان تشعشغی یا راندمان تبدیل انرژی یک چیپست LED برابر با 60 درصد باشد، این به معنای تبدیل 60 درصد از توان الکتریکی ورودی به توان نوری خروجی است.
در شکل مقابل راندمان تشعشعی منابع نوری مختلف را می بینید:
مثال-اگر Radiant Efficiency یک LED برابر 76% باشد و ولتاژ ورودی آن برابر برابر 2.92 ولت و جریان آن 700 میلی آمپر باشد. چه مقدار از این ال ای دی به گرما تلف می شود؟ برای محاسبه میزان تلفات به گرما، ابتدا باید توان الکتریکی ورودی ال ای دی را محاسبه کنیم:
P_electric = V * I = 2.92 [V] * 0.7[A] = 2.044 [W]
حال برای محاسبه توان تشعشعی LED، از رابطه‌ی زیر استفاده می‌کنیم:
P_radiant = P_electric * Radiant Efficiency = 2.044 W * 0.76 = 1.554 [W]
اکنون با توجه به این که توان تلف شده به گرما برابر است با:
P_thermal = P_electric - P_radiant = 2.044 [W] - 1.554 [W]= 0.49 [W]
پس میزان توان تلف شده به گرما برابر در این چیپست LED برابر 0.49 وات است.
راندمان تبدیل انرژی چیست؟
راندمان تشعشعی با عبارت راندمان تبدیل انرژی نیز بیان می شود. راندمان تبدیل انرژی یک چیپست (Chipset) به میزانی است که انرژی الکتریکی که به آن وارد می‌شود، به چه میزان به نور تبدیل می‌شود. در واقع، راندمان تبدیل انرژی یک چیپست، نسبت توان نوری خروجی آن به توان الکتریکی ورودی آن است. به عنوان مثال، اگر یک چیپست با توان الکتریکی 100 وات و راندمان تبدیل انرژی 50 درصد داشته باشد، تنها 50 وات از انرژی الکتریکی به توان نوری تبدیل شده و بقیه 50 وات به شکل گرما (توان حرارتی) از دست رفته است.ز راندمان تبدیل انرژی یک چیپست (Chipset) به میزانی است که انرژی الکتریکی که به آن وارد می‌شود، به چه میزان به نور تبدیل می‌شود. در واقع، راندمان تبدیل انرژی یک چیپست، نسبت توان نوری خروجی آن به توان الکتریکی ورودی آن است. به عنوان مثال، اگر یک چیپست با توان الکتریکی 100 وات و راندمان تبدیل انرژی 50 درصد داشته باشد، تنها 50 وات از انرژی الکتریکی به نور تبدیل شده و بقیه 50 وات به شکل گرما (توان حرارتی) از دست رفته است. راندمان تشعشعی بالا یعنی حرارت کمتر، مصرف انرژی کمتر.
