Superbright LEDs - rewolucja technologiczna w oświetleniu elektrycznym

Wiele osób to wie nowoczesne diody LED bardziej skuteczne niż żarówki, a niektóre modele mogą dyskutować z lampami fluorescencyjnymi. Rzadko jednak ktoś zastanawia się, jakie zmiany obiecują nam te technologie.

Obiecany raj

Prawie dwa tryliony dolarów - tyle nowych diod LED uratuje Ziemian w ciągu najbliższych 10 lat, pod warunkiem ich powszechnego wdrożenia. W jednostkach energii oszczędności zostaną wyrażone w 18,3 terawatogodzin. Zmniejszenie emisji CO2 w ciągu tej dekady „LED” wyniesie 11 gigaton, a zużycie ropy spadnie o prawie miliard baryłek. 280 średnich elektrowni można zamknąć.

Tak, profesorowie Jung Kyu Kim i Fred Schubert z Rensselaer Polytechnic Institute podeszli do prognozy przyszłości półprzewodnikowych systemów oświetleniowych. Próbowali wyjść poza zakres oszczędzania energii elektrycznej „dla jednego domu” i wyobrazić sobie, jak będzie wyglądał nasz świat, w którym diody LED staną się znacznie bardziej rozpowszechnione niż obecnie. I co najważniejsze, wzięli pod uwagę Jakich wysokości technicznych należy się spodziewać po tych samych diodach LED w nadchodzących latach.

Ostatnio szerokie masy, w odpowiedzi na „zielone zaklęcia”, rzuciły się na zakup kompaktowych lamp fluorescencyjnych. Diody LED wciąż pozostają w cieniu, głównie z powodu nadmiernie wysokich kosztów. Ale to jest sprawa tymczasowa. Warto jednak wziąć pod uwagę potencjalną zdolność diod LED do znacznego obejścia najlepszych świetlówek. Oczywiście diody LED, które działają jak wskaźniki, elementy wyświetlaczy lub wszelkiego rodzaju urządzenia optoelektroniczne, nie mają praktycznie żadnego wpływu na bilans energetyczny na świecie. Ale oświetlenie oparte na tej zasadzie może dosłownie to zmienić.

Nadchodzi rewolucja

Według prognoz Kima i Schuberta w nadchodzących latach będziemy świadkami prawdziwej rewolucji w tej dziedzinie. W swoim artykule opublikowanym w czasopiśmie Optics Express Jung i Fred piszą o „paradygmacie wymiany” (czyli całkowitej wymianie żarówek na diody LED), co można również interpretować jako zamianę paradygmatu. Faktem jest, że po osiągnięciu pewnej masy krytycznej rozwoju w dziedzinie diod LED „eksplodują” nie tylko ilościowo, ale jakościowo, zmianą w życiu.

Jak na przykład zmniejszyć zużycie energii elektrycznej w oświetleniu domów, mieszkań i ulic o 13-17 razy? Z pewnością możesz sobie wyobrazić, jak miasta i miasteczka nabywają wiatraki i panele słoneczne i powiedzieć scentralizowanym sieciom elektrycznym „Pożegnanie!”. Bez silnego wzrostu wydajności systemów oświetleniowych nie ma co myśleć o takiej niezależności - będzie to zbyt kosztowne.

Naukowcy z Rensselaer przytaczają skuteczność oświetlenia: dobre lampy żarowe - 16 lumenów na wat, kompaktowe świetlówki kompaktowe - 64 (czyli różnica jest czterokrotnie większa), długie świetlówki - 80. Dodamy, że wydajność nowoczesnych masowo produkowanych diod LED zaprojektowanych specjalnie do oświetlenia jest gdzieś następnie w obszarze pomiędzy świetlówkami kompaktowymi i „długimi”. Tymczasem naukowcy ustalili teoretyczny limit dla diod LED na 320 lumenów na wat i realistyczny parametr osiągalny na nadchodzące lata - 213! (We wszystkich przypadkach brane są pod uwagę tak zwane prawdziwe białe diody LED niezbędne do oświetlenia domu, ponieważ kolorowe są jeszcze bardziej skuteczne).

Proszek dla niemowląt oszczędza

W ubiegłym miesiącu Cree, jeden z liderów w branży, ogłosił stworzenie prototypowej białej diody LED o wydajności 161 lumenów na wat, która jest dziesięć razy wyższa niż średnia lampa żarowa! Tymczasem szeregowe diody LED klasy „oświetleniowej” różnych firm już przekroczyły próg 100 lumenów na wat.

Piękno, ale kiedy obniżą ceny? Muszę powiedzieć, że w „nauce o diodach LED” w ostatnich latach działo się wiele interesujących rzeczy. Naukowcy eksperymentują z nowymi materiałami.Należy wyjaśnić, że białe światła LED są wytwarzane zgodnie z dwiema technologiami: albo umieszczają obok siebie trzy małe diody LED z czerwonymi, zielonymi i niebieskimi promieniami, odbierając światło „pseudo-białe”; lub biorą diodę LED emitującą strumień ultrafioletowy (czasem niebieski) i pokrywają ją warstwą luminoforu, która przekształca to promieniowanie w białe światło, mniej więcej naturalne.

Pierwsze podejście jest słabo rozpowszechnione i drogie. A jednak - to nie to samo, co prawdziwa biel. Druga dioda LED jest mniej wydajna. A jednak - jego fosfor zawiera złożony kompozyt zawierający między innymi itr i cer. Jest to jeden z powodów wysokiego kosztu oświetlenia białych diod LED.

Ale ostatnio fizycy z Duke odkryli, że najdrobniejszy proszek tlenku cynku (składnik proszków dla dzieci) z dodatkiem siarki we właściwej proporcji, pod warunkiem, że nanostruktura jest prawidłowo uformowana, może skutecznie przekształcić ultrafiolet w bardzo jasne i jasne białe światło. W tym przypadku biały składnik okazał się 1000 razy jaśniejszy niż promieniowanie ultrafioletowe w promieniowaniu wyjściowym.

Dzisiaj

Kim i Schubert piszą, że dystrybucja diod LED powinna iść znacznie dalej niż zwykłe lampy domowe. Emitery półprzewodnikowe są w stanie zmienić otaczające nas środowisko technogeniczne. Rzeczywiście, w różnych diodach LED można kontrolować widmo z wysoką dokładnością, parametrami dywergencji wiązki światła, jej polaryzacją i oscylacjami promieniowania w czasie. Ogólnie prawie wszystko.

Za pomocą diod LED można leczyć wiele chorób i przeprowadzać ciekawe eksperymenty naukowe, stymulować wzrost roślin w nietypowych dla nich warunkach i tworzyć interaktywne bezpieczne drogi.

A to oznacza, że ​​za pomocą diod LED można leczyć wiele chorób i przeprowadzać ciekawe eksperymenty naukowe, pobudzać wzrost roślin w nietypowych dla nich warunkach oraz tworzyć interaktywne bezpieczne drogi i tak dalej. Przy takiej elastyczności ustawień - wszystkie ścieżki są otwarte. Razem naukowcy nazwali to „inteligentnym oświetleniem”, dlatego tak piękne słowa nie zaprzeczają tej sprawie, Instytut Rensselaer wraz z uniwersytetami w Bostonie i Nowym Meksyku utworzył centrum badawcze - Smart Lighting Research Center.

National Science Foundation przeznaczyła już 18,5 miliona dolarów partnerom na następne pięć lat na wdrożenie marzeń LED. Dlatego „oda do diod LED” profesorów Rensselaer można uznać za ogłoszenie przyszłych zwycięstw centrum. A ponieważ temat ten jest omawiany nie tylko na wyżej wspomnianych uniwersytetach i instytutach, nadchodzącą „zmianę paradygmatu” można uznać za nierozwiązany problem. Czy zajmie to 10 lat, czy jeszcze kilka, to kolejne pytanie.