Superbright LED - η τεχνολογική επανάσταση στον ηλεκτρικό φωτισμό

Πολλοί το γνωρίζουν σύγχρονες λυχνίες LED πιο αποτελεσματικά από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως και ορισμένα μοντέλα μπορεί να διαφωνούν με λαμπτήρες φθορισμού. Αλλά σπάνια κανείς δεν σκέφτεται για ποιες αλλαγές αυτές οι τεχνολογίες μας υπόσχονται.

Ο υποσχεμένος παράδεισος

Σχεδόν δύο δισεκατομμύρια δολάρια - τόσα πολλά νέα LED θα εξοικονομήσουν γήπεδα τα επόμενα 10 χρόνια, υπό την προϋπόθεση ότι εφαρμόζονται ευρέως. Στις μονάδες ενέργειας, η εξοικονόμηση θα εκφράζεται σε 18,3 terawatt ώρες. Η μείωση των εκπομπών CO2 κατά τη διάρκεια αυτής της δεκαετίας "LED" θα είναι 11 gigatons, ενώ η κατανάλωση πετρελαίου θα μειωθεί κατά σχεδόν ένα δισεκατομμύριο βαρέλια. Και οι 280 μέσοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να κλείσουν.

Ναι, οι καθηγητές Jung Kyu Kim και Fred Schubert από το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Rensselaer προσέγγισαν την πρόβλεψη για το μέλλον των στερεών συστημάτων φωτισμού. Προσπάθησαν να υπερβούν το πεδίο της εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας "για ένα σπίτι" και να φανταστούμε ποιος θα είναι ο κόσμος μας, στον οποίο οι οδηγήσεις θα γίνουν πολύ πιο διαδεδομένες από ό, τι υπάρχει τώρα. Και το σημαντικότερο, σκέφτηκαν τι τεχνικά ύψη πρέπει να περιμένουμε από τα ίδια LED τα επόμενα χρόνια.

Πρόσφατα, οι μεγάλες μάζες, απαντώντας σε «πράσινα ξόρκια», έσπευσαν να αγοράσουν συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού. Οι λυχνίες LED παραμένουν στη σκιά, κυρίως λόγω του υπερβολικά υψηλού κόστους. Αλλά αυτό είναι ένα προσωρινό θέμα. Ωστόσο, αξίζει να εξεταστεί η πιθανή δυνατότητα των LED να παρακάμψουν σημαντικά τους καλύτερους λαμπτήρες φθορισμού στην απόδοση. Φυσικά, τα LED που λειτουργούν ως δείκτες, εξαρτήματα οθονών ή οποιουδήποτε είδους οπτικοηλεκτρονικές συσκευές, δεν έχουν πρακτικά καμία επίδραση στην ενεργειακή ισορροπία στον κόσμο. Αλλά ο φωτισμός που βασίζεται σε αυτή την αρχή μπορεί κυριολεκτικά να το αλλάξει.

Η επανάσταση έρχεται

Σύμφωνα με τις προβλέψεις του Kim και του Schubert, τα επόμενα χρόνια θα δούμε μια πραγματική επανάσταση στον τομέα αυτό. Στη δημοσίευσή τους στο περιοδικό Optics Express, ο Jung και ο Fred γράφουν για το "παράδειγμα αντικατάστασης" (δηλαδή την πλήρη αντικατάσταση των λαμπτήρων πυρακτώσεως με LED), κάτι που μπορεί επίσης να ερμηνευτεί ως αντικατάσταση μοντέλου. Το γεγονός είναι ότι όταν φθάσουν σε μια κρίσιμη μάζα ανάπτυξης στον τομέα των LED, θα "εκραγούν" όχι μόνο με ποσοτικό, αλλά με ποιοτικό τρόπο, αλλαγή ζωής.

Πώς μπορείτε, για παράδειγμα, να μειώσετε την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για φωτισμό σπιτιών, διαμερισμάτων και δρόμων κατά 13-17 φορές; Σίγουρα μπορείτε να φανταστείτε πώς οι πόλεις και οι πόλεις αποκτούν ανεμόμυλους και ηλιακούς συλλέκτες και να πείτε στα κεντρικά ηλεκτρικά δίκτυα «Αποχαιρετισμός!». Χωρίς μεγάλη αύξηση στην αποδοτικότητα των συστημάτων φωτισμού, δεν υπάρχει τίποτα να σκεφτούμε για μια τέτοια ανεξαρτησία - θα είναι πολύ ακριβό.

Οι επιστήμονες της Rensselaer αναφέρουν την αποτελεσματικότητα του φωτισμού: οι λαμπτήρες πυρακτώσεως - 16 lumens ανά watt, οι συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού - 64 (δηλαδή η διαφορά είναι τέσσερις φορές περισσότερο), οι μακριές λαμπτήρες φθορισμού - 80. Θα προσθέσουμε ότι η αποδοτικότητα των σύγχρονων μαζικών LED που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για φωτισμό είναι κάπου στη συνέχεια, στην περιοχή μεταξύ συμπαγών και "μεγάλων" λαμπτήρων φθορισμού. Εν τω μεταξύ, οι επιστήμονες καθόρισαν το θεωρητικό όριο για τα LED ως 320 lumens ανά watt και μια ρεαλιστική επιτεύξιμη παράμετρο για τα επόμενα χρόνια - 213! (Σε όλες τις περιπτώσεις, θεωρούνται οι λεγόμενες πραγματικές λευκές λυχνίες LED που είναι απαραίτητες για τον οικιακό φωτισμό, καθώς οι έγχρωμες είναι ακόμη πιο αποτελεσματικές).

Η σκόνη μωρών αποθηκεύει

Τον περασμένο μήνα, η αμερικανική εταιρεία Cree, ένας από τους ηγέτες της βιομηχανίας, ανακοίνωσε τη δημιουργία ενός πρωτοτύπου λευκού LED με απόδοση 161 lumens ανά watt, που είναι δέκα φορές υψηλότερη από τη μέση λάμπα πυρακτώσεως! Εν τω μεταξύ, σειριακά φωτιστικά LED κατηγορίας "φωτισμού" από διαφορετικές εταιρείες έχουν ήδη περάσει το όριο των 100 lumens ανά watt.

Ομορφιά, αλλά πότε θα μειώσουν τις τιμές; Εδώ πρέπει να ειπωθεί ότι στην «επιστήμη LED» τα τελευταία χρόνια πολλά ενδιαφέροντα πράγματα συμβαίνουν. Οι επιστήμονες πειραματίζονται με νέα υλικά.Θα πρέπει να διευκρινιστεί ότι οι λευκοί λαμπτήρες LED κατασκευάζονται με δύο τεχνολογίες: είτε έβαλαν τρία μικροσκοπικά LED με κόκκινες, πράσινες και μπλε ακτίνες δίπλα-δίπλα, λαμβάνοντας φως "ψευδο-λευκό". ή λαμβάνουν ένα LED που εκπέμπει μια υπεριώδη (μερικές φορές μπλε) ροή και το καλύπτει με ένα στρώμα φωσφόρου, το οποίο μετατρέπει αυτή την ακτινοβολία σε λευκό φως, λίγο πολύ κοντά στο φυσικό.

Η πρώτη προσέγγιση είναι κακώς κατανεμημένη και δαπανηρή. Και ακόμα - αυτό δεν είναι το ίδιο με το πραγματικό λευκό. Το δεύτερο LED είναι λιγότερο αποτελεσματικό. Και επίσης - ο φωσφόρος του περιέχει ένα σύνθετο σύνθετο υλικό που περιέχει, μεταξύ άλλων, ύττριο και δημήτριο. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για το υψηλό κόστος φωτισμού των λευκών LED.

Αλλά πρόσφατα, οι φυσικοί από τον Δούκα ανακάλυψαν ότι μια εξαιρετικά λεπτή σκόνη από οξείδιο του ψευδαργύρου με την προσθήκη θείου στη σωστή αναλογία, υπό την προϋπόθεση ότι η νανοδομή σχηματίζεται σωστά, μπορεί να μεταμορφώσει αποτελεσματικά την υπεριώδη ακτινοβολία σε πολύ φωτεινό και καθαρό λευκό φως. Σε αυτή την περίπτωση, η λευκή συνιστώσα αποδείχθηκε 1000 φορές πιο φωτεινή από την υπεριώδη στην ακτινοβολία εξόδου.

Σήμερα

Οι Kim και Schubert γράφουν ότι η κατανομή των LED πρέπει να προχωρήσει πολύ περισσότερο απ 'ό, τι οι απλοί οικιακοί λαμπτήρες. Οι πομποί στερεάς κατάστασης είναι σε θέση να αλλάξουν το τεχνολογικό περιβάλλον που μας περιβάλλει. Πράγματι, σε διάφορα LED, είναι δυνατόν να ελέγχεται το φάσμα με μεγάλη ακρίβεια, οι παραμέτρους της απόκλισης της δέσμης φωτός, της πόλωσης και των ταλαντώσεων της ακτινοβολίας στο χρόνο. Σε γενικές γραμμές, σχεδόν τα πάντα.

Με τη βοήθεια των LED, είναι δυνατό να θεραπευτούν διάφορες ασθένειες και να διεξαχθούν ενδιαφέροντα επιστημονικά πειράματα, να τονωθεί η ανάπτυξη των φυτών σε συνθήκες που δεν είναι τυπικές για αυτούς και να δημιουργηθούν αλληλεπιδραστικοί ασφαλείς δρόμοι.

Και αυτό σημαίνει ότι με τη βοήθεια LED μπορεί να αντιμετωπιστούν διάφορες ασθένειες και να διεξαχθούν ενδιαφέροντα επιστημονικά πειράματα, να διεγερθεί η ανάπτυξη των φυτών σε συνθήκες που δεν είναι τυπικές για αυτούς και να δημιουργηθούν αλληλεπιδραστικοί ασφαλείς δρόμοι και ούτω καθεξής. Με τέτοια ευελιξία ρυθμίσεων - όλες οι διαδρομές είναι ανοιχτές. Μαζί, οι επιστήμονες την ονόμασαν "έξυπνο φωτισμό" και έτσι ώστε τα όμορφα λόγια να μην έρχονται σε αντίθεση με τις επιχειρήσεις, το Ινστιτούτο Rensselaer μαζί με τα πανεπιστήμια της Βοστώνης και του Νέου Μεξικού δημιούργησαν ένα ερευνητικό κέντρο Smart Research Research Center.

Το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών έχει ήδη διαθέσει 18,5 εκατομμύρια δολάρια σε εταίρους για τα επόμενα πέντε χρόνια για την υλοποίηση LED ονειροπόλησης. Ως εκ τούτου, η «oda to LEDs» των καθηγητών Rensselaer μπορεί να θεωρηθεί ως ανακοίνωση για τις μελλοντικές νίκες του κέντρου. Και δεδομένου ότι το θέμα αυτό δεν ασχολείται μόνο με τα πανεπιστήμια και τα ινστιτούτα που αναφέρονται παραπάνω, η επερχόμενη "μετατόπιση παραδείγματος" μπορεί να θεωρηθεί ως σταθερό ζήτημα. Είτε πρόκειται να διαρκέσει 10 χρόνια, είτε μερικά άλλα είναι μια άλλη ερώτηση.