Светодиоды. Технологическая революция

2010-09-25

Обещанный рай

Почти два триллиона долларов - столько сэкономят землянам новые светодиоды за следующие 10 лет, при условии широкого их внедрения. В энергетических же единицах экономия выразится в 18,3 тераватт-часа. Сокращение выбросов CO2 за это "светодиодное" десятилетие составит 11 гигатонн, а потребление нефти сократится почти на миллиард баррелей. И 280 среднестатистических электростанций можно будет закрыть.

Да, с размахом подошли к прогнозу будущего твердотельных систем освещения профессора Чон Кхю Ким и Фред Шуберт из политехнического института Ренсселера. Они попробовали выйти за рамки экономии электричества "для одного дома" и представить, каким будет наш мир, в котором светодиоды получат куда большее распространение, чем имеется ныне. А главное, они посчитали, каких технических высот нам следует ждать от тех же светодиодов в ближайшие годы. В последнее время широкие массы в ответ на "заклинания зеленых" кинулись скупать компактные флуоресцентные лампы. Светодиоды же пока пребывают в тени, главным образом по причине чрезмерно высокой стоимости. Но это - дело временное. А вот потенциальная способность светодиодов существенно обойти лучшие люминесцентные лампочки в КПД - заслуживает рассмотрения. Конечно светодиоды, работающие как индикаторы, составные части дисплеев или всяческого рода оптоэлектронных устройств, - на баланс энергии в мире практически никакого влияния не оказывают. Но освещение, основанное на этом принципе, способно буквально изменить его.

Революция грядет

Сравнительная характеристика мощности различных ламп

Сравнительная характеристика мощности различных ламп

По прогнозу Кима и Шуберта, в ближайшие годы мы станем свидетелями настоящей революции в этой области. В своей работе, опубликованной в журнале Optics Express, Чон и Фред пишут о "парадигме замены" (то есть тотальной замене ламп накаливания на светодиоды), что можно также интерпретировать как замену парадигмы. Дело в том, что по достижении какой-то критической массы разработки в области светодиодов "взорвутся" не просто количественным, но качественным изменением жизни.

Как вам, скажем, сокращение расхода электричества на освещение домов, квартир и улиц в 13-17 раз? Поневоле представишь, как города и веси обзаводятся ветряками и солнечными панелями и говорят централизованным электросетям "Прощай!". Без сильного роста КПД систем освещения о такой независимости и думать нечего - слишком получится накладно.

Эффективность осветительных приборов ученые из Ренсселера приводят такую: хорошие лампы накаливания - 16 люмен на ватт, компактные флуоресцентные - 64 (то есть разница, как видим, четырехкратная), длинные трубки дневного света - 80. Мы же добавим, что КПД современных массовых светодиодов, предназначенных именно для освещения, находится где-то в районе между компактными и "длинными" лампами дневного света. Между тем теоретический предел для светодиодов ученые определили как 320 люмен на ватт, а реально достижимый параметр на ближайшие годы - 213! (Во всех случаях рассматриваются так называемые настоящие белые светодиоды, необходимые для домашнего освещения, так как цветные - еще эффективнее). В прошлом месяце американская компания Cree, один из лидеров в данной отрасли, сообщила о создании прототипа белого светодиода с эффективностью в 161 люмен на ватт, что в десять раз выше, чем у среднестатистической лампы накаливания! Между тем серийные светодиоды "осветительного" класса от разных компаний уже перешагнули за порог в 100 люмен на ватт.

Красота, но когда же снизят цены? Тут нужно сказать, что в "светодиодной науке" в последние годы происходит много чего интересного. Ученые вовсю экспериментируют с новыми материалами. Нужно пояснить, что белые светодиодные светильники делают по двум технологиям: либо ставят рядом три крошечных светодиода с красными, зелеными и синими лучами, получая "псевдобелый" свет; либо берут светодиод, выдающий ультрафиолетовый (иногда - голубой) поток, и покрывают его слоем люминофора, преобразующего это излучение в белый свет, более-менее близкий к природному.

Первый подход слабо распространен и дорог. И все равно - это не то же самое, что настоящий белый. Второй же светодиод обладает меньшей эффективностью. А еще - в состав его люминофора входит сложный композит, содержащий среди прочего иттрий и церий. Это одна из причин дороговизны осветительных белых светодиодов.

Но недавно физики из Дюка открыли, что ультратонкий порошок оксида цинка (компонент детских присыпок) с добавкой в нужной пропорции серы при условии формирования правильной наноструктуры может эффективно трансформировать ультрафиолет в очень яркий и чистый белый свет. При этом в выходном излучении белый компонент оказался в 1000 раз ярче ультрафиолетового.

Уже сегодня

Ким и Шуберт пишут, что распространение светодиодов должно пойти намного дальше простых домашних ламп. Твердотельные излучатели способны изменить окружающую нас техногенную среду. Ведь в различных светодиодах можно с высокой точностью контролировать спектр, параметры расхождения пучка света, его поляризацию, колебания излучения по времени. В общем - почти все.

При содействии светодиодов можно лечить ряд заболеваний и проводить любопытные научные опыты, подстегивать рост растений в нетипичных для них условиях и создавать интерактивные безопасные дороги.

А это значит, что при содействии светодиодов можно лечить ряд заболеваний и проводить любопытные научные опыты, подстегивать рост растений в нетипичных для них условиях и создавать интерактивные безопасные дороги, и так далее. С такой гибкостью настроек - открыты все пути. Все это вместе ученые назвали "умное освещение", а чтобы красивые слова не расходились с делом, институт Ренсселера совместно с университетами Бостона и Нью-Мексико создал исследовательский центр - Smart Lighting Research Center.

На воплощение светодиодных грез Национальный научный фонд уже выделил партнерам $18,5 миллиона на следующие пять лет. Потому "оду светодиодам" профессоров Ренсселера можно считать анонсом будущих побед центра. А поскольку данной темой занимаются далеко не только в упомянутых университетах и институтах, - грядущую "смену парадигмы" можно считать делом решенным. Уйдет ли на это 10 лет, или несколько больше - другой вопрос.

<< Назад