Светодиодна революция

Човекът е странно същество. В съвременния си технологичен свят е заобиколени от толкова много, необикновени, удивителни изобретения, които е свикнал до такава степен да приема за даденост, че почти не им обръща внимание. Да вземем например обикновената електрическа крушка. От момента, в който идеята за нея се ражда в главата на Томас Едисон, са изминали почти 130 години. Повече от век този вид осветителни тела са част от живота ни. Те са навсякъде около нас и ако запитате произволно избран човек от улицата: Какво мислите за електрическите крушки във вашия дом? той най-вероятно ще ви изгледа странно и ще ви отвърне с контра-въпроса: Че какво да мисля крушки като крушки...

Разбира се, нещата стоят точно така това изобретение кротко и незабележимо изпълнява предназначението си от толкова много време, че никой не се пита дали не би могло да стане по-добро, да се усъвършенства. Естествено, като казваме никой, имаме предвид обикновените хора. Виж, учените са друго нещо те непрестанно търсят начини да подобрят живота ни, да го направят по-лек и удобен, а понякога и по-евтин. В този ред на мисли гответе се, защото скоро от обикновените електрически или луминесцентни осветителни тела в домовете ни няма да остане и помен. Те ще бъдат заменени от един нов, много по-ефективен източник на светлина, познат и днес под името светодиоди.

LED потенциал
Близо два трилиона долара икономии през следващите 10 години. Над 18.3 терават часа по-малко използвана електроенергия. Съкращаване на вредните емисии на въглероден диоксид с повече от 11 гигатона. Всичко това са прогнозни, но много, много реални цифри за светлото бъдеще, което вещае замяната на традиционните електрически и луминесцентни крушки с LED излъчватели. В случай че се чудите за какво става дума, това е същата технология, която стои зад придобилите такава масовост напоследък течнокристални дисплеи. С тази разлика, че говорим за модификация, позволяваща по-конвенционално приложение под формата на различни осветителни тела. В публикуван наскоро анализ, дело на двама професори от Политехническия институт Ренселър Йонг Ким и Фред Шуберт, се посочва, че в рамките на следващото десетилетие доста солените в момента цени на подобни LED лампи ще намалеят драстично, а ефективността и възможностите им ще се увеличат многократно.
На чисто експериментално ниво варианти за приложение на тези нови източници на светлина вече са налични при това в мащаби, които загатват за огромния потенциал на LED технологията в сравнение с по-традиционните способни за осветление. Един от най-показателните примери за това е проектът Дрогенбос една от най-големите белгийски електростанции, която през 2005 г. беше украсена с над 8000 светодиодни лампи с пикселни възможности за компютърно управление на настройките на цвета. Макар и доста екстравагантен, този проект загатва за едно от възможните приложения на LED осветителните тела в архитектурата на бъдещето.

Време за промяна
В своя материал Ким и Шуберт лансират интересна идея, която наричат Парадигма на замяната. Според нея масовият преход към светодиодно осветление ще промени енергийния баланс в световен мащаб. Това твърдение може да ви звучи доста дръзко, но е подкрепено с достатъчно солидни цифри и научни аргументи. Според учените макар през последните няколко години да тече подобен преход от екрани с катодно-лъчеви тръби към LCD дисплеи, той почти не се отразява върху глобалното потребление на електроенергия. В този извод има доста здрава логика все пак в повечето домове има един, максимум два телевизора (и не всеки от тях е с течнокристален дисплей), а осветителните тела са десетки. Комбинирайте това с факта, че замяната на традиционните електрически крушки с LED лампи ще позволи съкращаване разходите на енергия от 13 до 17 пъти, и сами ще стигнете до извода, че преходът към нов вид осветление не е поредната хай-тек мода, а значимо явление, което ще се отрази върху всеки от нас и върху цялата планета.
Дуото учени привежда следните сравнителни данни за сега съществуващите изкуствени източници на светлина: техният коефициент на полезно действие е 16 лумена на ват за класическите ел. крушки, 64 лумена на ват за компактните флуоресцентни осветителни тела и 80 лумена на ват за по-традиционните луминесцентни пури. За сравнение теоретичният максимум на една LED лампа без проблем може да достигне до впечатляващите 320 лумена на ват! При това на практика още в следващите няколко години биха могли масово да се предложат осветителни тела, базирани на тази технология, с КПД от 213 лумена на ват.

Светодиоди за всеки
Всичко това звучи прекрасно, но уви за момента все още е по-скоро красиво пожелание, отколкото реален продукт. Истината е, че на LED технологията все още й предстои да преодолее няколко сериозни препятствия, които стоят по пътя й вън от експерименталните лаборатории към масовия пазар. Тъй като за него интерес представляват основно източниците на бяла (максимално близка по характеристики до естествената слънчева) светлина, именно в този тип LED лампи са съсредоточени усилията на учените напоследък. Способите за производство на подобен род осветителни тела към момента са основно два: по-скъпият (и по тази причина по-слабо разпространен) включва комбинация от три светодиодни източника с червен, зелен и син цвят, които се комбинират до получаването на т.нар. псевдо бяла светлина. Другият способ е по-широко застъпен при него се подбира диод, излъчващ ултравиолетова светлина, който се покрива със слой луминофор. Този метод също си има недостатъци, като най-големият му проблем е ниската енергийна ефективност, а също така и високата цена на луминофорното покритие (съдържащо ценни, редки елементи като итрий и церий).

Тъй като нито един от тези два производствени метода не е подходящ за масово производство на LED източници на светлина, учените са в търсене на компромисна технология, която да позволи създаване на едновременно евтини и високоефективни светодиоди. Един от най-сериозните пробиви в тази насока е постигнат от изследователски екип, работещ към университета Дюк. От там предлагат способ за усъвършенстване на по-евтиния от сега съществуващите методи за производство чрез замяна на скъпия луминофор с цинков оксид. Оказва се, че този материал, с нужния примес на сяра и при добре формирана наноструктура, може с висок коефициент на полезно действие (до 80%) да преобразува ултравиолетовите лъчи в ярка бяла светлина не по-зле от скъпия луминофор, използван от класическата технология.
В случай че този метод на производство бъде усвоен през следващото десетилетие, LED осветлението ще започне масово да заменя традиционните лампи. Нещо повече LED осветителните тела позволяват много по-фин контрол върху характеристиките на излъчваните от тях лъчи, в това число спектър, поляризация, разходимост. Това предполага десетки нови възможности както за практическо, така и за научноизследователско приложение на LED лампите лечение на заболявания, наблюдение на влиянието на светлината им върху флората и фауната в изкуствени условия (симулация на различни географски и сезонни промени), изграждане на интерактивни безопасни пътища и пътна маркировка... А защо не и създаване на живи светлинни пана, подобни на използваното в проекта Дрогенбос?

От Драгомир Дончев