Superbright LED - технологичната революция в електрическото осветление

Много хора знаят това модерни светодиоди по-ефективни от лампи с нажежаема жичка и някои модели могат да спорят с флуоресцентни лампи. Но рядко някой се замисля какви промени ни обещават тези технологии.

Обещан рай

Почти два трилиона долара - толкова много нови светодиоди ще спестят земляните през следващите 10 години, при условие че са широко приложени. В енергийните единици спестяванията ще бъдат изразени в 18,3 терават часа. Намаляването на емисиите на CO2 през това „светодиодно“ десетилетие ще бъде 11 гигатона, а потреблението на нефт ще спадне с почти милиард барела. А 280 средни централи могат да бъдат затворени.

Да, професорите Юнг Кю Ким и Фред Шуберт от Политехническия институт Rensselaer се приближиха до прогнозата за бъдещето на твърдо-осветителните системи. Те се опитаха да излязат извън обхвата на спестяването на електроенергия „за една къща“ и да си представят какъв ще бъде нашият свят, в който светодиодите ще получат много по-широко разпространение, отколкото сега. И най-важното - смятали те какви технически височини трябва да очакваме от същите светодиоди през следващите години.

Напоследък широките маси, в отговор на „зелените магии“, се втурнаха да купуват компактни флуоресцентни лампи. Светодиодите все още са на сянка, главно заради прекалено високата цена. Но това е временен въпрос. Но потенциалната способност на светодиодите да заобикалят значително най-добрите флуоресцентни лампи си струва да се обмисли. Разбира се, светодиодите, които работят като индикатори, компоненти на дисплеи или всякакъв вид оптоелектронни устройства, практически нямат ефект върху енергийния баланс в света. Но осветлението въз основа на този принцип може буквално да го промени.

Идва революцията

Според прогнозата на Ким и Шуберт, през следващите години ще станем свидетели на истинска революция в тази област. В своя документ, публикуван в списанието Optics Express, Юнг и Фред пишат за „парадигмата на заместване“ (тоест пълната подмяна на крушките с нажежаема жичка с LED), която също може да се тълкува като заместване на парадигмата. Факт е, че при достигане на критична маса на развитие в областта на светодиодите, те ще "избухнат" не само в количествен, но и качествен начин в живота.

Как, да речем, намалите потреблението на електроенергия за осветление на къщи, апартаменти и улици с 13-17 пъти? Със сигурност можете да си представите как градовете придобиват вятърни мелници и слънчеви панели и да кажете на централизираните електрически мрежи „Сбогом!“. Без силно повишаване на ефективността на осветителните системи няма какво да мислим за подобна независимост - ще бъде твърде скъпо.

Учените от Rensselaer цитират ефективността на осветлението: добри лампи с нажежаема жичка - 16 лумена на ват, компактни флуоресцентни такива - 64 (тоест разликата е четири пъти по-дълга), дълги флуоресцентни тръби - 80. Ще добавим, че ефективността на съвременните светодиодни светодиоди, проектирани специално за осветление, е някъде след това в областта между компактните и "дългите" флуоресцентни лампи. Междувременно учените определиха теоретичния лимит за светодиодите като 320 лумена на ват и реалистичен постижим параметър за следващите години - 213! (Във всички случаи се вземат предвид така наречените истински бели светодиоди, необходими за домашното осветление, тъй като цветните са още по-ефективни).

Бебешки прах спестява

Миналия месец американската компания Cree, един от лидерите в бранша, обяви създаването на прототип бял светодиод с ефективност 161 лумена на ват, което е десет пъти по-високо от средната лампа с нажежаема жичка! Междувременно серийните светодиоди от клас „осветление“ от различни компании вече са преминали прага от 100 лумена на ват.

Красотата, но кога ще намалят цените? Тук трябва да кажа, че в „Науката за LED“ през последните години се случват много интересни неща. Учените експериментират с нови материали.Трябва да се изясни, че белите светодиодни лампи се правят по две технологии: или поставят три миниатюрни светодиоди с червени, зелени и сини лъчи един до друг, получавайки „псевдо-бяла“ светлина; или вземат светодиод, излъчващ ултравиолетов (понякога син) поток, и го покриват със слой от фосфор, който превръща това лъчение в бяла светлина, повече или по-малко близка до естествената.

Първият подход е слабо разпределен и скъп. И все пак - това не е същото като истинското бяло. Вторият светодиод е по-малко ефективен. И все пак - неговият фосфор съдържа сложен композит, съдържащ освен всичко друго итрий и церий. Това е една от причините за високата цена на осветлението на бели светодиоди.

Но наскоро физиците от Дюк откриха, че ултра финият прах от цинков оксид (компонент на бебешки прахове) с добавяне на сяра в правилната пропорция, при условие че наноструктурата е оформена правилно, може ефективно да превърне ултравиолетовата в много ярка и ясна бяла светлина. В този случай белият компонент се оказа 1000 пъти по-ярък от ултравиолетовия в изходната радиация.

днес

Ким и Шуберт пишат, че разпространението на светодиодите трябва да стигне много по-далеч от обикновените домашни лампи. Твърдоядните излъчватели са в състояние да променят техногенната среда около нас. Наистина при различни светодиоди е възможно да се контролира спектърът с висока точност, параметрите на дивергенцията на светлинния лъч, неговата поляризация и колебанията на радиация във времето. Като цяло, почти всичко.

С помощта на светодиоди е възможно да се лекуват редица заболявания и да се провеждат интересни научни експерименти, да се стимулира растежа на растенията в условия, нетипични за тях, и да се създадат интерактивни безопасни пътища.

А това означава, че с помощта на светодиоди е възможно да се лекуват редица заболявания и да се провеждат интересни научни експерименти, да се стимулира растежът на растенията в нетипични за тях условия и да се създадат интерактивни безопасни пътища и т.н. При такава гъвкавост на настройките - всички пътеки са отворени. Заедно учените го нарекоха „интелигентно осветление“ и така, че красивите думи да не противоречат на бизнеса, институтът Rensselaer, заедно с университетите в Бостън и Ню Мексико, създадоха изследователски център - изследователски център „Smart Lighting“.

Националната научна фондация вече е отпуснала 18,5 милиона долара на партньорите за следващите пет години, за да прилагат LED мечтания ден. Следователно „одата към светодиодите“ на професорите от Rensselaer може да се счита за обявяване на бъдещи победи на центъра. И тъй като тази тема не се разглежда само в споменатите по-горе университети и институти, предстоящата „смяна на парадигмата“ може да се счита за уреден въпрос. Дали ще отнеме 10 години, или още няколко е друг въпрос.