Светодиодное наступление
Практически два триллиона долларов — столько сэкономят Почва новые светодиоды за следующие 10 лет, при условии широкого их внедрения. В энергетических же единицах экономия выразится в 18,3 тераватт-часа. Сокращение выбросов углекислого газа в воздух за это «светодиодное» десятилетие составит 11 гигатонн, а потребления нефти -почти миллиард баррелей. И 280 среднестатистических электростанций возможно будет закрыть.
В данной статье мы постараемся на фактах и реальных примерах разглядеть целесообразность применения светодиодных ламп в разрезе существующих норм освещенности.
Световая революция
Чего возможно ожидать от полупроводниковых разработок в области энергосбережения и энергетики? самая очевидная (но не единственная) возможность — это другой вид освещения, что обязан в свое время занять место привычных нам ламп накаливания.
Поясним принцип действия разных осветительных устройств и разглядим эффективность преобразования энергии для каждого из них.
Простая лампочка накаливания лишь 10% приобретаемой энергии излучает в виде нужного света, да и то не белого, а желтого. Остальные 90% тратятся на нагрев. Отчего же так низка эффективность и возможно ли как-то это исправить?
Дело в том, что в таковой лампочке, как мы знаем, светится раскаленная спираль, а спектр свечения нагретого тела зависит по большей части от его температуры. Отечественный глаз приспособился улавливать свет, излучаемый поверхностью Солнца, которая раскалена до 6000 градусов. Иначе говоря солнечный свет по собственному спектральному составу именно оптимален для глаза.
Нить накала в лампочке, само собой разумеется, имеет значительно более низкую температуру, исходя из этого она светится совсем в другом спектральном диапазоне (инфракрасном), и лишь малая часть излучаемого лампочкой света приходится на видимую часть спектра.
Как же быть? В случае если источником света помогает раскаленная нить, то единственный метод расширить эффективность — это повышать температуру нити. Для этого колбу заполняют газом под большим давлением, дабы нить не испарялась при более большой температуре, — получается галогенная лампа.
Такие лампы употребляются в разных проекторах, в автомобильных фарах и т. п. Галогенная лампа излучает в видимом диапазоне до 15% затраченной мощности. В случае если же и такая эффективность нас не устраивает (а хочется 100%), то нужно воспользоваться вторыми правилами излучения света. Тут мы разглядим два принципиально иных источника света: сперва (кратко) люминесцентные лампы, а позже — светодиоды.
Люминесцентные трубки светятся, в то время, когда в них загорается электрический разряд: в заполняющем трубку газе некое количество электронов отрывается от своих атомов и движется с ускорением в электрическом поле. В то время, когда таковой ускоренный электрон сталкивается с атомом, он отдает энергию в виде ультрафиолетового излучения. Трубка покрыта изнутри люминофором, что поглощает данный ультрафиолетовый свет и переизлучает его уже как видимый свет.
С позиций КПД это уже значительно лучше, по причине того, что в принципе нет ничего, что мешает собрать целый ультрафиолет и перевести его в видимый свет. А лампочки накаливания, напротив, светят по большей части инфракрасным светом, с которым уже ничего не сделаешь — он теряется, нагревая окружающее и саму лампочку пространство. Люминесцентные лампы приблизительно в 4 раза действеннее ламп накаливания.
Но имеется и более перспективный вариант — светодиоды. Это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток конкретно в световое излучение. По-английски светодиод именуется light emitting diode, либо LED.
Он складывается из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической совокупности.
Светодиод излучает конкретно видимый свет. Срок действия светодиода — пара лет постоянной работы. У него нет бьющейся стеклянной колбы, он надёжен и не содержит ртути и других вредных веществ, не перегорает при включении/выключении, не требует высоковольтного питания, он компактен и возможно встроен куда угодно, действующий при любой окружающей температуре.
цвет и Свет
Первоначально светодиоды использовались только для индикации. Дабы сделать их пригодными для освещения, нужно было в первую очередь обучиться изготавливать белые светодиоды, и расширить их яркость, а правильнее светоотдачу, другими словами отношение светового потока к потребляемой энергии. В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на базе арсенида и фосфида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра.
Их использовали в световых индикаторах, табло, приборных панелях самолётов и автомобилей, рекламных экранах, разных совокупностях визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали простые лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они также их превзошли. Одно было не хорошо — не существовало светодиодов светло синий, светло синий-зеленого и белого цвета.
Эта неприятность была решена в 90-е годы, и с того времени уже возможно сказать действительно о замене классических источников света сверхъяркими светодиодами. Цветные светодиоды стали активно использоваться для подсветки архитектурных сооружений, создания световых композиций, в ландшафтном дизайне. Тут, кроме другого, сыграли роль безопасность и простота монтирования этих источников света — их без неприятностей возможно установить хоть под воду, хоть встроить в лед; и вдобавок их возможно сколь угодно довольно часто включать и выключать, создавая динамические эффекты.
Перейдем сейчас от цветного к белому свету, что, фактически, больше всего и нужен. Самый прямой метод взять белый свет — это смешать красный, зеленый и светло синий, как на экране телевизора. Но несложнее и действеннее выяснилось функционировать по-второму: берется светло синий светодиод, на него наносится слой люминофора, что преобразует часть светло синий света в желтый — в следствии получается белый цвет.
Такие светодиоды возможно заметить в карманных фонариках, показавшихся сравнительно не так давно в продаже.
Отечественный ответ «зеленым»
Сейчас широкие веса в ответ на «заклинания зеленых» нужно будет скупать компактные флуоресцентные лампы (по принципу действия подобные «долгим» трубкам дневного света, трудящимся везде в публичных местах). Светодиоды же до тех пор пока пребывают в тени, в основном по обстоятельству чрезмерно большой стоимости. Но это — дело временное.
А вот потенциальная свойство светодиодов значительно обойти лучшие люминесцентные лампочки в КПД — заслуживает рассмотрения.
Сходу скажем, светодиоды, трудящиеся как индикаторы, составные части дисплеев либо всяческого рода оптоэлектронных устройств, — на баланс энергии в мире фактически никакого влияния не оказывают. Светодиодное же освещение способно практически поменять его.
Два доктора наук Чон Кхю Ким (Jong Kyu Kim) и Фред Шуберт (E. Fred Schubert) из политехнического университета Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute)пронозируют,в ближайщее время мы станем свидетелями настоящей революции в данной области. В собственной работе, размещённой в издании Optics Express, Фред и Чон пишут о «парадигме замены» (другими словами тотальной замене ламп накаливания на светодиоды), что возможно кроме этого трактовать как замену парадигмы.
Дело в том, что по достижении какой-то критической массы разработки в области светодиодов «взорвутся» не просто количественным, но качественным трансформацией судьбы. Как вам, скажем, сокращение расхода электричества на освещение домов, улиц и квартир в 13-17 раз?
Невольно представишь, как города и веси обзаводятся солнечными панелями и ветряками и говорят централизованным электрическим сетям «Прощай!». Без сильного роста КПД совокупностей освещения о таковой независимости и думать нечего — через чур окажется накладно.
Об этом нюансе стоит сообщить детальнее. Эффективность осветительных устройств ученые из Ренсселера приводят такую: хорошие лампы накаливания — 16 люмен на ватт, компактные флуоресцентные — 64 (другими словами отличие, как видим, четырёхкратная), долгие трубки дневного света — 80. Мы же добавим, что КПД современных массовых светодиодов, предназначенных как раз для освещения, находится где-то в районе между компактными и «долгими» лампами дневного света (но тут параметры во многом зависят от конкретной модели — вот хороший пример).
В это же время теоретический предел для светодиодов ученые выяснили как 320 люмен на ватт, а реально достижимый параметр на ближайшие годы — 213! (В любых ситуациях рассматриваются так именуемые настоящие белые светодиоды, нужные для домашнего освещения, поскольку цветные — еще действеннее.). Невольно вспоминается
чудак-изобретатель Кеймена, сделавшего сравнительно не так давно собственный персональный остров энергонезависимым и сократившего его расход энергии наполовину, израсходовав на то, но, громадные средства. А вдруг без шуток, световая революция прейдет скоро, учитывая, что Государственная дума российской федерации приняла в третьем чтении закон об энергосбережении и энергоэффективности, что, предполагает прекращение с 2011 продажи и года производства в Российской Федерации ламп накаливания мощностью 100 ватт и более.
С 2013 года под запрет попадут лампы от 75 ватт, с 2014 — от 25 ватт. В законе предусмотрены национальные меры по стимулированию бизнеса к переходу на энергосберегающие разработки. Речь заходит о таких формах господдержки, как налоговые льготы в виде возможности применения повышенных коэффициентов к норме амортизации (максимально энергоэффективного оборудования), инвестиционный налоговый кредит, и возмещение процентов по кредитам на реализацию проектов в области энергосбережения.
Остается лишь сделать так, дабы светодиодные устройства были еще и не через чур дорогими. И тогда нынешняя реклама компактных люминесцентных лампочек («Граждане, сократите собственные затраты на освещение квартиры на 80%!») покажется несерьезной. Вот раз в 17 (это в случае если сравнивать с самыми несложными лампами накаливания) — это да, это вправду тот случай, в то время, когда «количество переходит в уровень качества».
