Светодиоды. Технологическая революция

Светодиоды. Технологическая революция

Многим известно, что современные светодиоды гораздо эффективнее ламп накаливания. А некоторые модели даже могут составить достойную конкуренцию лампам дневного света. Однако мало кто задумывается над тем, какие положительные изменения могут повлечь за собой данные технологии.

 

Обещанный рай

 

В течении следующего десятилетия при условии активного внедрения белые светодиоды сэкономят землянам около двух триллионов долларов. Если перейти к энергетическим единицам, то экономию можно выразить в 18,3 тераватт-часах. При этом  выбросы СО2 сократятся на 11 гигатонн, а потребление нефти — почти на 1 млрд. баррелей. А 280 среднестатистических электростанций вообще можно будет закрыть.

Да, профессора политехнического института Ренсселера Фред Шуберт и Чон Кхю Ким подошли к прогнозу будущего светодиодов с размахом. Они попытались не ограничиваться только экономией электроэнергии «для одного дома». Вместо этого они представили, как измениться мир, если белые светодиоды станут использоваться гораздо активнее, чем сейчас. И самое главное — они подсчитали, какие технические высоты будут достигнуты при использовании твердотельных систем освещения в ближайшие 10 лет. Реакцией на «заклинания зеленых», которые в последнее время звучат все чаще, стало массовое приобретение компактных флуоресцентных ламп. Светодиоды же пока еще не вышли из своей тени. Причина этого главным образом кроется в их довольно высокой стоимости. Но это все временно. Потенциальная способность светодиодной продукции обогнать по КПД лучшие люминесцентные лампы заслуживает уважения. Конечно же, светодиоды, используемые как индикаторы или составные части дисплеев, а также других оптоэлектронных устройств практически не оказывают влияния на мировой баланс энергии. Однако освещение, основанное на светодиодной технологии, способно в корне изменить его.

 

Революция грядет

 

 

 

Сравнительная характеристика мощности различных ламп

 

По прогнозам Шуберта и Кима в скором времени человечество станет свидетелем настоящей технической революции в данной области. В журнале Optics Express была опубликована совместная работа Фреда и Чона, в которой они упоминают о «парадигме замены» — полный отказ от ламп накаливания в пользу светодиодов. По достижению определенного критического объема разработки в направлении светодиодов повлекут за собой не только количественные, но и качественные изменения жизни.

Только представьте: расход электроэнергии на освещение улиц, домов и квартир сократится в 13-17 раз! Воображение сразу рисует картинки городов с солнечными панелями и ветряками. Теперь можно будет сказать всем централизованным электрическим сетям «Прощайте!». Но без значительного роста КПД осветительных систем даже не стоит и думать о такой независимости — слишком накладно получается.

Ученые из Ренселлера приводят следующие данные по эффективности осветительных приборов:

  • для хороших ламп накаливания — 16 люмен/Ватт;
  • для компактных флюоресцентных — 64  люмен/Ватт;
  • для длинных трубок дневного света — 80 люмен/Ватт.
При этом стоит отметить, что у современных светодиодов, используемых для освещения, КПД находится где-то между компактными лампами и лампами дневного света. В то время как ученые определили, что теоретический предел для светодиодной продукции равен 320 люмен/Ватт. В ближайшее же время реально можно достичь только 213 люмен/Ватт! Во всех исследованиях рассматриваются только сверхяркие белые светодиоды, предназначенные для бытового использования, так цветные модели обладают еще большей эффективностью. Недавно американская компания Cree, занимающая одну из лидирующих позиций в данной области, заявила о разработке прототипа белого светодиода, обладающего эффективностью 161 люмен/Ватт. Это в 10 раз выше по сравнению со среднестатистической лампой накаливания! К слову, серийные осветительные светодиоды различных производителей уже перешагнули границу в 100  люмен/Ватт.
 
Прекрасно, но когда же можно будет ожидать снижения цен? Тут стоит упомянуть о том, что в последнее время светодиодная наука активно развивалась. Ученые вовсю экспериментировали с новыми материалами. Необходимо объяснить, что белое светодиодное оборудование изготавливается по двум технологиям:
  1. Рядом устанавливаются 3 миниатюрных светодиода с синими, зелеными и красными лучами, получая при этом «псевдобелый» свет;
  2. Берут белые светодиоды, выдающие ультрафиолетовый (реже — голубой) поток, и покрывают их слоем люминофора, который преобразует данное излучение в белый свет, более-менее приближенный к естественному.
Первый метод отличается дороговизной, поэтому мало распространен. Однако второй подход отличается меньшей эффективностью. Кроме того, люминофор содержит сложный композит, который среди прочего включает в себя иттрий и церий. Это одна из основных причин, почему сверхяркие белые светодиоды такие дорогие.
Недавно физиками из Дюка было сделано уникальное открытие — порошок оксида цинка, входящий в состав детской присыпки, при добавление определенного количества серы и формировании правильной наноструктуры эффективно преобразует ультрафиолет в чистый и яркий белый свет. Выходное излучение белых компонентов оказалось в тысячу раз ярче, чем ультрафиолетовое.

 

Белые светодиоды сегодня


Шуберт и Ким пишут о том, что распространение светодиодов имеет достаточный потенциал для того, чтобы пойти гораздо дальше обычных домашних ламп. Подобные источники света способны кардинально изменить существующую техногенную среду. Различные светодиоды с высокой точностью могут контролировать параметры расхождения, поляризацию, спектр светового излучения, а также колебания пучка света во времени. Другими словами — практически все.
 
С помощью светодиодов можно проводить любопытные научные эксперименты, лечить некоторые заболевания, стимулировать рост растений, создавать интерактивные дороги с высокой степенью безопасности и т.п. Благодаря гибкости настроек твердотельным излучателям открыты все дороги. Всему этому ученые дали название «умное освещение». При этом красивые слова не расходятся с делом. Совместно с университетами Нью-Мексико и Бостона институт Ренсселера открыл исследовательский центр, который так и называется — Smart Lighting Research Center.
Для воплощения всех грез о светодиодной технологии Национальный научный фонд выделил партнерам круглую сумму — $18,5 млн. на следующие 5 лет. Поэтому «ода светодиодам» профессоров из института Ренсселера — это своего рода анонс грядущих побед центра. А так как исследованием данной технологии занимаются еще и в других институтах и университетах, грядущая «смена парадигмы» не заставит себя ждать. Другой вопрос: сколько времени уйдет на это — 10 лет или намного больше?

 

Автор: Ledstorm

Ledstorm.com.ua 96 из 100 на основе 80 оценок. 75 пользовательских отзывов

× Мы вам перезвоним

Оставьте свой номер - мы перезвоним!

Перезвоните!