Многомиллионной экономии и снижения уровня уличной преступности добились городские власти Лос-Анджелеса, лишь заменив все 140 тысяч уличных светильников на энергосберегающие светодиодные
Курсом на бережливость
Призывая население использовать энергосберегающие люминесцентные или светодиодные лампы, российские энергетики забывают упомянуть, что в среднем на освещение у обычной семьи идет лишь 10-12% потребляемого электричества.
Все остальное приходится на холодильник, телевизор, электрочайник и прочую бытовую технику, а потому снизить расходы здесь возможно только покупкой новых, класса А, энергоэффективных домашних приборов.
Таким образом, в отличие, скажем, от коммерческого сектора (офисы, магазины, ЖКХ и т.д.), где доля освещения в структуре энергопотребления достигает 30-40%, для рядовых граждан экономический эффект от замены всех ламп накаливания на энергосберегающие может оказаться не столь значительным.
Повышение энергоэффективности экономики на всех уровнях (мировом, национальном, домашних хозяйств и пр.) является одним из наиболее действенных способов снизить негативное воздействие, что оказывает на окружающую среду ресурсная расточительность человечества.
В свете этого отказ от «энергопрожорливых» ламп накаливания в пользу светодиодных, гораздо более экономичных и долговечных в интересах всех.
О том, что представляют из себя светодиоды и светодиодные технологии, наш дальнейший рассказ.
Просто физика
В основе работы светодиодов лежит явление электролюминесценции (свечение материала под действием электрического тока), открытое еще в 1907 году британским исследователем Генри Раундом (1881-1966).
Много позже ученые выяснили, что причиной люминесценции в данном случае является воссоединение (рекомбинация) в полупроводнике двух типов носителей заряда – дырок и электронов, из-за чего избыточная энергия высвобождается в виде фотонов (частиц света). Как следствие, излучаемый свет является монохроматическим (одноцветным) с длиной волны (красный, зеленый, ультрафиолетовый и т.д.), определяемой химическим составом полупроводникового материала.
Преимущества подобного способа извлечения света ученые осознали довольно быстро, но потребовалось более 50 лет, прежде чем в 1962 году инженеры американской компании «Дженерал электрик» создали первые, на то время безумно дорогие, светоизлучающие диоды, пригодные для практического применения.
Сегодня благодаря успехам микроэлектронной промышленности цены на светодиоды упали настолько, что их можно встретить буквально везде – от автомобильных фар и елочных гирлянд до уличных светильников, DVD-проигрывателей и медицинских диагностических устройств.
Да будет свет!
Будучи источником монохроматического («узкополосного») излучения, светодиоды не могут напрямую излучать белый свет, который фактически является радугой наоборот («смесью» целого ряда цветов).
По этой причине большинство светодиодных ламп дневного света сегодня создаются на основе синих светодиодов высокой яркости, чей свет преобразуется в белый при помощи специально подобранной смеси люминофоров.
Изначально коэффициент цветопередачи (показатель того, насколько искуственный белый свет отличается от эталонного дневного) в таких лампах был невысок, что выливалось в «мертвенность» и неестественность производимого ими освещения.
Улучшения как в композиции люминофоров, так и в конструкции самих ламп привели к тому, что сегодня целый ряд производителей («Филипс», «Сораа», «Осрам» и др.) предлагают различные светодиодные решения, коэффициент цветопередачи которых близок к максимальному (95-100). Другими словами, качество белого света в таких лампах фактически соответствует солнечному.
Еще не конец
Низкое энергопотребление, высокая световая отдача и длительный срок службы, составляющий впечатляющие 20-50 тысяч часов (10-25 лет при работе 6 часов в день), – вот основные качества, что делают светодиоды столь притягательными в качестве источников света. Сегодня, пожалуй, лишь относительно высокая цена (10-50 долларов за лампу против 3-5 для люминесцентных) сдерживает многие семьи от полного перехода на светодиодные технологии освещения.
Помочь здесь могло бы использование более дешевых полупроводниковых структур, например пленок вместо кристаллов. Работы в этом направлении ведутся довольно давно. И наконец-то в декабре прошлого года японская корпорация «Тошиба» объявила, что приступает к массовому производству галлий-нитридных светодиодных покрытий, которые будут наноситься на кремниевую подложку, как это делается при производстве микросхем.
По заверению компании, подобная технология позволит существенно снизить стоимость производства светодиодов, и уже через два года «Тошиба» сможет предложить потребителям соответствующие лампы по цене всего 5 долларов за штуку вместо нынешних 40.
Не кремнием единым
Между тем не меньшие надежды и энтузиазм у ученых и инженеров вызывают так называемые органические светодиоды. Еще в начале 1950-х годов французский химик Андре Бернаноз обнаружил, что светиться под действием электрического тока способны не только неорганические полупроводники, но и некоторые органические молекулы.
Объединив вместе соединения, испускающие красный, синий и зеленый свет, можно создавать из пикселей (точек) цветное изображение, как это происходит в современных жидкокристаллических телевизорах.
Однако, в отличие от последних, дисплеи на основе органических полупроводников не требуют подсветки, а значит, их можно сделать более компактными (ультратонкими), суперэкономичными и гибкими.
Неудивительно, что использующие данную технологию электронные устройства, от телевизоров высокой четкости до смартфонов и настольных светильников, уже сейчас довольно широко представлены на рынке.
Основной проблемой здесь пока что является высокая стоимость производства подобных дисплеев и недостаточная устойчивость существующих органических светодиодов синего света.
Потратиться – и сэкономить
Практическую значимость светодиодных технологий освещения можно легко проследить на примере второго по величине (после Нью-Йорка) города США – Лос-Анджелеса.
Устав выкладывать на содержание 140-тысячной «армии» уличных светильников 52 миллиона долларов ежегодно (из них 15 млн. – на оплату электричества), власти этого мегаполиса в феврале 2009 года объявили о начале масштабной пятилетней программы по замене всех натриевых ламп на энергосберегающие светодиодные.
Дабы осуществить задуманное, город взял заем в 57 млн., предварительно рассчитав, что сэкономленных в течение семи лет на электричестве и техобслуживании денег будет достаточно для возвращения кредита.
Уже сегодня, на стадии 80%-ной завершенности, Лос-Анджелес платит по счетам за электроэнергию на 5 млн. долларов меньше, чем до начала проекта в 2008 году.
А всего городские власти надеются сократить свои расходы по содержанию сети уличного освещения на $10 млн./год, из которых 7,5 млн. – результат низкого энергопотребления светодиодных светильников, а 2,5 млн. – следствие их высокой надежности (0,2% отказов против 10% у обычных натриевых ламп высокого давления).
Другим приятным бонусом этой программы стали данные полицейского управления Лос-Анджелеса, сообщившего о 15%-ном снижении уровня уличной преступности как результате лучшей освещенности ночного города.
Любят свет растения
Двойную выгоду от внедрения светодиодных светильников получил и теплично-парниковый бизнес. Дело в том, что из всего спектрального многообразия солнечного излучения наибольшую активность хлорофилл растений (зеленый пигмент, ответственный за процесс фотосинтеза) проявляет в отношении света синего и красного цветов.
Более того, на разных этапах развития (цветение, плодоношение и т.д.) потребность растений в синем и красном свете меняется.
Таким образом, используя в теплицах осветительные панели, составленные из красных и синих светодиодов, многие хозяйства не только экономят деньги на электричестве, но и увеличивают свою производительность, создавая растениям максимально благоприятные световые условия на всех этапах их роста и развития.
Александр ЛЕОНТЬЕВ
Версия для печати
Добавить комментарий