LED-uri Superbright - revoluția tehnologică în iluminatul electric

Mulți oameni știu asta LED-uri moderne mai eficiente decât lămpile cu incandescență, iar unele modele pot argumenta cu lămpi fluorescente. Dar rar se gândește cineva la ce schimbări ne promit aceste tehnologii.

Paradisul promis

Aproape două trilioane de dolari - atât de multe LED-uri noi vor economisi pământuri în următorii 10 ani, cu condiția să fie implementate pe scară largă. În unitățile energetice, economiile vor fi exprimate în 18,3 terawatt ore. Reducerea emisiilor de CO2 în acest deceniu „LED” va fi de 11 gigatoni, iar consumul de petrol va scădea cu aproape un miliard de barili. Și 280 de centrale medii pot fi închise.

Da, profesorii Jung Kyu Kim și Fred Schubert de la Institutul Politehnic Rensselaer au abordat prognoza viitorului sistemelor de iluminare în stare solidă. Ei au încercat să depășească domeniul de economisire a energiei electrice „pentru o singură casă” și să-și imagineze cum va fi lumea noastră, în care LED-urile vor fi mult mai răspândite decât există acum. Și cel mai important, au considerat ei ce înălțimi tehnice ar trebui să ne așteptăm de la aceleași LED-uri în următorii ani.

Recent, masele largi, ca răspuns la „vrăji verzi”, s-au grăbit să cumpere lămpi fluorescente compacte. LED-urile sunt încă la umbră, în principal din cauza costurilor excesiv de mari. Dar aceasta este o problemă temporară. Dar abilitatea potențială a LED-urilor de a ocoli semnificativ cele mai bune lămpi fluorescente în ceea ce privește eficiența merită luată în considerare. Desigur, LED-urile care funcționează ca indicatori, componente ale afișajelor sau orice fel de dispozitive optoelectronice, practic nu au efect asupra echilibrului energetic din lume. Dar iluminatul bazat pe acest principiu îl poate schimba literalmente.

Revoluția vine

Conform prognozei lui Kim și Schubert, în următorii ani vom asista la o adevărată revoluție în acest domeniu. În lucrarea lor publicată în jurnalul Optics Express, Jung și Fred scriu despre „paradigma de înlocuire” (adică înlocuirea totală a becurilor incandescente cu LED-uri), care poate fi de asemenea interpretată ca o înlocuire a paradigmei. Cert este că După ce vor atinge o anumită masă critică de dezvoltare în domeniul LED-urilor, acestea vor „exploda” nu doar într-o schimbare cantitativă, ci și într-un mod calitativ, în viață.

Cum puteți, spuneți, să reduceți consumul de energie electrică pentru iluminarea caselor, apartamentelor și străzilor de 13-17 ori? Cu siguranță vă puteți imagina cum orașele și orașele achiziționează mori de vânt și panouri solare și spuneți rețelelor electrice centralizate „Adio!”. Fără o creștere puternică a eficienței sistemelor de iluminat, nu există nimic de gândit la o astfel de independență - va fi prea scump.

Oamenii de știință Rensselaer citează eficiența iluminatului: lămpi incandescente bune - 16 lumeni pe watt, fluorescente compacte - 64 (adică diferența este de patru ori mai lungă), tuburi fluorescente lungi - 80. Vom adăuga că eficiența LED-urilor moderne realizate în masă, concepute special pentru iluminat, sunt undeva apoi în zona dintre lămpile fluorescente compacte și „lungi”. Între timp, oamenii de știință au stabilit limita teoretică pentru LED-uri ca 320 lumeni pe watt și un parametru realist realizabil pentru următorii ani - 213! (În toate cazurile, sunt luate în considerare așa-numitele LED-uri albe reale necesare pentru iluminarea caselor, deoarece cele de culoare sunt și mai eficiente).

Pulberea pentru copii economisește

Luna trecută, compania americană Cree, unul dintre liderii din industrie, a anunțat crearea unui prototip LED alb cu o eficiență de 161 lumeni pe watt, care este de zece ori mai mare decât lampa incandescentă medie! Între timp, LED-urile din seria „iluminat” din diferite companii au trecut deja pragul de 100 de lumeni pe watt.

Frumusețe, dar când vor reduce prețurile? Aici trebuie spus că în „știința LED” din ultimii ani s-au întâmplat multe lucruri interesante. Oamenii de știință experimentează materiale noi.Ar trebui clarificat faptul că lămpile cu LED-uri albe sunt realizate folosind două tehnologii: fie pun trei LED-uri minuscule cu raze roșii, verzi și albastre una lângă alta, primind lumină „pseudo-albă”; sau preiau un LED care emite un flux ultraviolet (uneori albastru) și îl acoperă cu un strat de fosfor, care transformă această radiație în lumină albă, mai mult sau mai puțin apropiată de cea naturală.

Prima abordare este slab distribuită și scumpă. Și totuși - nu este același lucru cu albul real. Al doilea LED este mai puțin eficient. Și totuși - fosforul său conține un compozit complex care conține, printre altele, itriu și ceriu. Acesta este unul dintre motivele pentru costurile ridicate ale iluminării LED-urilor albe.

Însă, recent, fizicienii de la Duke au descoperit că pulberea de oxid de zinc ultrafină (o componentă a pulberilor pentru bebeluși), cu adăugarea de sulf în proporția potrivită, cu condiția ca nanostructura să fie formată corect, poate transforma eficient ultravioleta într-o lumină albă foarte strălucitoare și clară. În acest caz, componenta albă s-a dovedit a fi de 1000 de ori mai strălucitoare decât ultravioleta în radiația de ieșire.

astăzi

Kim și Schubert scriu că distribuția LED-urilor ar trebui să meargă mult mai departe de simple lămpi de casă. Emitenții cu stare solidă sunt capabili să schimbe mediul tehnogen din jurul nostru. Într-adevăr, în diferite LED-uri, este posibil să se controleze spectrul cu o precizie ridicată, parametrii divergenței fasciculului de lumină, polarizarea acestuia și oscilațiile radiațiilor în timp. În general, aproape totul.

Cu ajutorul LED-urilor, este posibil să se trateze o serie de boli și să se efectueze experimente științifice interesante, să stimuleze creșterea plantelor în condiții care nu sunt tipice pentru ele și să creeze drumuri sigure interactive.

Și acest lucru înseamnă că, cu ajutorul LED-urilor, este posibil să se trateze o serie de boli și să se efectueze experimente științifice interesante, să stimuleze creșterea plantelor în condiții care nu sunt tipice pentru ele și să creeze drumuri sigure interactive, etc. Cu o astfel de flexibilitate a setărilor - toate căile sunt deschise. Împreună, oamenii de știință au numit-o „iluminare inteligentă” și pentru ca cuvintele frumoase să nu contravină afacerilor, Institutul Rensselaer, împreună cu universitățile din Boston și New Mexico, au creat un centru de cercetare - Smart Lighting Research Center.

Fundația Națională a Științei a alocat deja 18,5 milioane de dolari partenerilor pentru următorii cinci ani pentru a implementa programarea LED daydreaming. Prin urmare, „oda la LED-urile” profesorilor Rensselaer poate fi considerată un anunț al viitoarelor victorii ale centrului. Și întrucât acest subiect nu este tratat doar la universitățile și institutele menționate mai sus, viitoarea „schimbare a paradigmei” poate fi considerată o problemă soluționată. Dacă va dura 10 ani sau alte câteva este o altă întrebare.