LED Superbright - la révolution technologique de l'éclairage électrique

Beaucoup de gens savent que LED modernes plus efficace que les lampes à incandescence, et certains modèles peuvent argumenter avec les lampes fluorescentes. Mais personne ne pense rarement aux changements que ces technologies nous promettent.

Paradis promis

Près de deux mille milliards de dollars - autant de nouvelles LED sauveront les terriens au cours des 10 prochaines années, à condition qu'elles soient largement mises en œuvre. En unités d'énergie, les économies seront exprimées en 18,3 térawattheures. La réduction des émissions de CO2 au cours de cette décennie des «LED» sera de 11 gigatonnes et la consommation de pétrole diminuera de près d'un milliard de barils. Et 280 centrales électriques moyennes peuvent être fermées.

Oui, les professeurs Jung Kyu Kim et Fred Schubert du Rensselaer Polytechnic Institute ont abordé la prévision de l'avenir des systèmes d'éclairage à semi-conducteurs. Ils ont essayé d'aller au-delà des économies d'énergie "pour une maison" et d'imaginer à quoi ressemblera notre monde, dans lequel les LED deviendront beaucoup plus répandues qu'aujourd'hui. Et surtout, ils ont considéré quelles hauteurs techniques attendons-nous des mêmes LED dans les années à venir.

Récemment, les larges masses, en réponse à des «périodes vertes», se sont précipitées pour acheter des lampes fluorescentes compactes. Les LED sont encore à l'ombre, principalement en raison du coût excessivement élevé. Mais c'est une question temporaire. Mais la capacité potentielle des LED à contourner de manière significative les meilleures lampes fluorescentes en termes d'efficacité vaut la peine d'être considérée. Bien sûr, les LED qui agissent comme des indicateurs, des composants d'écrans ou tout type d'appareils optoélectroniques, n'ont pratiquement aucun effet sur le bilan énergétique du monde. Mais l'éclairage basé sur ce principe peut littéralement le changer.

La révolution arrive

Selon les prévisions de Kim et Schubert, dans les années à venir, nous assisterons à une véritable révolution dans ce domaine. Dans leur article publié dans la revue Optics Express, Jung et Fred écrivent sur le «paradigme de remplacement» (c'est-à-dire le remplacement total des ampoules à incandescence par des LED), qui peut également être interprété comme un remplacement de paradigme. Le fait est que lorsqu'elles atteindront une masse critique de développement dans le domaine des LED, elles «exploseront» non seulement de manière quantitative, mais qualitative, un changement de vie.

Comment, par exemple, réduisez-vous la consommation d'électricité pour l'éclairage des maisons, des appartements et des rues de 13 à 17 fois? Vous pouvez certainement imaginer comment les villes acquièrent des moulins à vent et des panneaux solaires et dire aux réseaux électriques centralisés "Adieu!". Sans une forte augmentation de l'efficacité des systèmes d'éclairage, il n'y a rien à penser à une telle indépendance - elle sera trop chère.

Les scientifiques de Rensselaer citent l'efficacité de l'éclairage: bonnes lampes à incandescence - 16 lumens par watt, lampes fluorescentes compactes - 64 (c'est-à-dire, la différence est quatre fois plus), longs tubes fluorescents - 80. Nous ajouterons que l'efficacité des LED modernes produites en masse conçues spécifiquement pour l'éclairage est quelque part puis dans la zone entre lampes fluorescentes compactes et "longues". Pendant ce temps, les scientifiques ont déterminé la limite théorique pour les LED à 320 lumens par watt, et un paramètre réaliste réalisable pour les années à venir - 213! (Dans tous les cas, les soi-disant LED blanches réelles nécessaires à l'éclairage domestique sont prises en compte, car celles en couleur sont encore plus efficaces).

La poudre pour bébé sauve

Le mois dernier, la société américaine Cree, l'un des leaders de l'industrie, a annoncé la création d'un prototype de LED blanche d'une efficacité de 161 lumens par watt, soit dix fois plus que la lampe à incandescence moyenne! Pendant ce temps, les LED de série "d'éclairage" de différentes sociétés ont déjà franchi le seuil de 100 lumens par watt.

La beauté, mais quand vont-ils baisser les prix? Ici, je dois dire que dans la "science LED" ces dernières années, beaucoup de choses intéressantes se sont produites. Les scientifiques expérimentent de nouveaux matériaux.Il convient de préciser que les lumières LED blanches sont fabriquées selon deux technologies: soit elles mettent trois minuscules LED côte à côte avec des rayons rouges, verts et bleus, recevant une lumière "pseudo-blanche"; ou ils prennent une LED émettant un flux ultraviolet (parfois bleu), et la recouvrent d'une couche de luminophore qui convertit ce rayonnement en lumière blanche, plus ou moins proche du naturel.

La première approche est mal répartie et coûteuse. Et encore - ce n'est pas la même chose que le vrai blanc. La deuxième LED est moins efficace. Et pourtant - son phosphore contient un composite complexe contenant, entre autres, de l'yttrium et du cérium. C'est l'une des raisons du coût élevé de l'éclairage des LED blanches.

Mais récemment, les physiciens de Duke ont découvert qu'une poudre ultrafine d'oxyde de zinc (un composant des poudres pour bébés) avec l'ajout de soufre dans la bonne proportion, à condition que la nanostructure soit formée correctement, peut transformer efficacement les ultraviolets en lumière blanche très brillante et claire. Dans ce cas, la composante blanche s'est avérée 1000 fois plus lumineuse que l'ultraviolet dans le rayonnement de sortie.

Aujourd'hui

Kim et Schubert écrivent que la distribution des LED devrait aller beaucoup plus loin que les simples lampes domestiques. Les émetteurs à l'état solide sont capables de changer l'environnement technogénique qui nous entoure. En effet, dans différentes LED, il est possible de contrôler le spectre avec une grande précision, les paramètres de la divergence du faisceau lumineux, sa polarisation, et les oscillations de rayonnement dans le temps. En général, presque tout.

Avec l'aide des LED, il est possible de traiter un certain nombre de maladies et de mener des expériences scientifiques intéressantes, de stimuler la croissance des plantes dans des conditions qui leur sont atypiques et de créer des routes sûres interactives.

Et cela signifie qu'avec l'aide des LED, il est possible de traiter un certain nombre de maladies et de mener des expériences scientifiques intéressantes, de stimuler la croissance des plantes dans des conditions qui ne leur sont pas typiques, de créer des routes sûres interactives, etc. Avec une telle flexibilité des paramètres - tous les chemins sont ouverts. Ensemble, les scientifiques l'ont appelé «éclairage intelligent» et pour que les beaux mots ne contredisent pas les affaires, l'Institut Rensselaer, en collaboration avec les universités de Boston et du Nouveau-Mexique, a créé un centre de recherche - Smart Lighting Research Center.

La National Science Foundation a déjà alloué 18,5 millions de dollars à des partenaires pour les cinq prochaines années pour mettre en œuvre la rêverie à LED. Par conséquent, «l'ode aux LED» des professeurs de Rensselaer peut être considérée comme une annonce de futures victoires du centre. Et puisque ce sujet n'est pas seulement traité dans les universités et les instituts mentionnés ci-dessus, le prochain «changement de paradigme» peut être considéré comme une question réglée. Que cela prenne 10 ans ou quelques autres est une autre question.