По оценкам экспертов около 20% электроэнергии, вырабатываемой в мире, тратится на освещение. Около половины этой энергии можно будет сэкономить, если получат достаточное распространение новые источники света, например, полупроводниковые светодиоды. В США уже существует законопроект о постепенном переходе на светодиодные источники света. По некоторым оценкам, экономия, полученная благодаря этому переходу, может составить $100 млрд. Серийно выпускаемые светодиоды уже сейчас в разы экономичнее газоразрядных ламп и в десятки раз по сравнению с лампами накаливания. При этом, светильники на основе светодиодов могут предоставлять уникальные преимущества и удобства, например легко переключаться в специальные режимы освещения.
Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников. Светодиод позволяет, преобразовывать электрическую энергию в световую с высоким коэффициентом полезного действия. Новые источники света, светодиоды, позволят сэкономить электроэнергию, оцениваемую миллиардами долларов, и решить часть экологических проблем, связанных с глобальным потеплением.
Исследования в области светодиодов проводились еще в начале 20 века: в 1907 году Дж. Раунд в Америке наблюдал электролюминесценцию в карбиде кремния, а позже, независимо от него, в 20-е годы Олег Владимирович Лосев открыл "эффект Лосева". В 1939 году О.В.Лосев написал, что это явление возникает на границе р и n областей. Эта статья опережала работы 1949 г. о р-n переходах и основанных на них транзисторах, за которые В.Шокли, Дж.Бардин и У.Браттейн получили нобелевскую премию. Следующим важнейшим шагом в истории светодиодов стало открытие Жоресом Ивановичем Алферовым и его школой свойств гетеропереходов (Нобелевская премия 2000 г.). Гетеропереход - контакт двух различных по химическому составу полупроводников. Полупроводниковые структуры, имеющие несколько гетеропереходов, называются гетероструктурами.
В 90-е годы японские ученые, И.Акасаки, Х.Амано, Ш.Накамура добились значимых результатов в области изучения светодиодов на основе нитрида галлия. Физика, связанная с гетеропереходами, была использована в структурах с контактами нитрид галлия - нитриды индия/галлия и галлия/алюминия.
Крупные капиталовложения в фундаментальные научные исследования светодиодных наноструктур были сделаны в США, в Японии, в Европе. В конце 90-х годов эти вложения начали окупаться - была создана светодиодная промышленность, выпускающая миллионы светодиодов. С началом промышленного производства последовательно встали вопросы совершенствования светодиодных разработок. Исследования коснулись и внутреннего квантового выхода излучения в активном слое, и методов вывода излучения из кристалла. Решались и продолжают решаться задачи увеличения тока через один диод и уменьшения нагрева диодов, чтобы получить от одной светодиодной лампочки возможно больший световой поток. Развитие светодиодного направления вполне оправданно экономически: вложения начинают окупаться через 2-4 года.
Области применения светодиодов за последние годы существенно расширились. Если до недавнего времени светодиоды ассоциировались в основном с индикацией в электронных приборах, то сейчас они уже успешно применяются, например, в транспорте (светофоры, дорожные знаки, индикация в салонах), а также в автомобильной промышленности, где весьма успешно прошло внедрение светодиодов в габаритные фонари и сигналы торможения. Развитие светодиодных технологий, результатом которого стало появление новых эффективных мощных светодиодов, в совокупности с растущей потребностью в энергосбережении, открывает новый рынок для светодиодных изделий в освещении. Примером применения светодиодных изделий может быть освещение подъездов в домах, освещение технических зон и рабочих мест на предприятиях, освещение складов и хранилищ, а также
освещение улиц и автомагистралей.
К преимуществам светодиодов можно отнести:
- Значительная экономия электроэнергии.
- Длительный срок службы – 50 000 час (до 100 000 часов)
- Малая инерционность.
- Высокая механическая прочность, вибростойкость.
- Безопасность — не требуются высокие напряжения.
- Нечувствительность к низким и очень низким температурам.
- Отсутствие вредных компонентов (ртуть и др.), в отличие от люминесцентных ламп.
- Отсутствие вредного эффекта низкочастотных пульсаций;
- Отсутствует перегрузка электросетей в момент включения
- Экономия в технической эксплуатации.
- Отсутствие вредного УФ и ИК излучения.
К недостаткам светодиодов можно отнести их более высокую стоимость по сравнению с другими источниками освещения. Однако надо понимать, что вышеуказанные достоинства с лихвой оправдывают вложенные затраты.
По прогнозам экспертов внедрение в нашу жизнь ультраярких светодиодов (и, конечно, мощных осветительных) со временем будет идти все более быстрыми темпами. Развитые стараны уже активно реализовывают проекты по замене традиционных источников света на светодиодные. Например, в Лос-Анджелесе реализуется проект по замене все уличных фонарей на светодиодные на базе светодиодов фирмы Cree, 140 000 светильников планируют заменить в течении 5 лет. Проекты по наружному освещению уже реализуются в Голландии, Шотландии, Испании, Германии и многих других развитых странах.
В заключение стоит отметить, что светодиодное освещение является самым перспективным направлением искусственного освещения. Прогресс в технологии производства мощных светодиодов, а также растущий энергетический кризис свидетельствуют о том, что светодиоды будут играть ключевую роль в создании осветительных приборов уже в ближайшем будущем во всем мире.
Идея проекта Turbine Lights заключается в следующем: автомобили, проносясь по хайвеям, генерируют потоки воздуха, этот воздух будет вращать турбины, встроенные в фонари уличного освещения. Турбины будут вращаться и генерировать электричество, которое будет давать энергию для освещения тех же улиц по ночам.
Сообщения
