ДО ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЫНКА ОСВЕЩЕНИЯ. ПРИМЕНЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ КАК ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

Конец 20-го века ознаменовался революционные изменениями в технологиях освещения. Твердотельные источники света, или светодиоды, уже прочно заняли свое место в секторе монохромного освещения, найдя свое применение в автомобильных тормозных фонарях, светофорах, дорожных знаках, вывесках и указателях.

Изучение нововведений в этой области становится год от года все актуальнее и более необходимо. Последние достижения базовой полупроводниковой технологии позволяют светодиодам в скором времени составить серьезную конкуренцию существующим источникам белого света. Вдобавок к долговечности и низкому энергопотреблению, они обладают целым рядом преимуществ перед существующими на сегодняшний день и широко используемыми источниками света. Небольшие размеры делают спектр их применения необычайно широким. Несколько светодиодов, объединенных в одну форму, способны заменить обычную лампу накаливания: расположенные по прямой, они могут освещать большие площади по периметру и т.д.

Как источники света для наружного и декоративного освещения, они обладают рядом уникальных достоинств, среди которых точная направленность света и возможность управления цветом и интенсивностью излучения. Все это позволяет предположить, что наступившее третье тысячелетие станут по праву называть эрой светодиодной техники.

ЭВОЛЮЦИЯ СВЕТОДИОДОВ – ОТ ИНДИКАТОРОВ

ДО ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

Ни один из источников освещения не может "похвастаться" такой колоритной историей, широким спектром применения и стремительным развитием технологии как светодиоды.

Первые светодиоды появились в 1962 году, а в 1968 – первая светодиодная лампочка для индикатора Monsanto и первый дисплей от Hewlett-Packard. Световой поток их был слабым, всего 0,001 лм и цвет - только красный.

К 1976 году были получены оранжевые, желтые и желто-зеленые светодиоды, яркие настолько, что их можно было разглядеть и при солнечном свете. До 1985 года они использовались исключительно в качестве индикаторов, со световым потоком всего лишь 0,1 лм на одну точку.

С 1985 года их световой поток увеличился до 1-100 лм, и они уже стали применяться в качестве отдельных световых элементов, таких, например, как лампы в автомобилях.

В 1990 году светоотдача полупроводников достигла уже 10 лм/Вт, что позволило им стать адекватной заменой лампам накаливания.

Получение светодиодов со все большей световой эффективностью становится возможным за счет поиска и использования новых материалов с большей светоотдачей и цветовым спектром. Первым появились светодиоды (GaAlInP) с цветами от красного до желто-зеленого и светоотдачей 20 лм/Вт.

В 1993 году японская корпорация Nichia объявила об открытии высокоэффективного материала голубого цвета – нитрида галлия (GaN). Это означало, что теперь светодиоды освоили практически весь видимый цветовой спектр. Это существенно расширяло области их применения и делало возможным создание белого света путем комбинирования красных, зеленых и голубых светодиодов.

Для того, чтобы осуществить прорыв на рынок общего освещения, требующего от источников световой поток порядка 1000 лм и выше, необходимо добиться дополнительного увеличения световой эффективности зеленых, и, особенно, синих светодиодов. Строить прогноз для эффективности белых светодиодов довольно сложно. Когда она достигнет уровня 50 лм/Вт, светодиоды уже могут считаться реальной заменой ламп накаливания и галогенных, но еще рано говорить о люминесцентных лампах и разрядных лампах высокого давления. Если же продолжать работы в этом направлении и дальше, то светоотдача полупроводников вырастет еще в несколько раз и через пару десятилетий превысит светоотдачу люминесцентных ламп более чем в 2 раза. Такой оптимистический прогноз базируется на примере красных светодиодов, чья эффективность еще в конце 80-х была лишь 5 лм/Вт, а сегодня – почти 75 лм/Вт:

Таблица 2.43-Эволюция и прогноз использования светодиодов в различных сферах за период 1970–2020 гг.

На долю освещения приходится около 16% всей производимой в стране электроэнергии. Можно выделить 3 основных сектора потребителей электроэнергии – промышленный сектор, коммерческий (общественный) сектор и жилой сектор. Так выглядят потребности каждого из секторов в освещении:

Таблица 2.44-Потребление электроэнергии на освещение

Увеличение световой эффективности существующих ресурсов освещения позволит производить необходимое количество света, уменьшая при этом потребность в электроэнергии.

Каковы же эволюционные тенденции рынка освещения сегодня? Из приведенного ниже графика на рисунке 2.14, видно, что светодиоды не только "набрали" солидные обороты за последние десятилетия, но и имеют стойкую тенденцию к дальнейшему развитию.

Рис.2.14-Сравнение существующей и прогнозируемой эффективности различных видов освещения.

Характерно то, что низкоэффективные лампы накаливания затрачивают электричество для нагревания вольфрамовой нити, которая кроме света производит еще и тепло. Люминесцентные лампы, хотя и эффективнее ламп накаливания почти в 6 раз, используются в освещении жилых помещений не так широко, как лампы накаливания по причине неадекватной восприимчивости света человеческим глазом и дороговизны. Галогенные лампы могут составить конкуренцию лампам накаливания, но, тем не менее, массовое их использование ограничено рядом причин, в том числе и высокой ценой. Что касается светодиодов, максимальная эффективность которых еще не достигнута, потенциально они могут претендовать на значительную долю рынка освещения в течение следующих 15-20 лет.

Однако, использование различных по эффективности источников света неоднородно в зависимости от групп потребителей. Коммерческий и промышленный секторы используют большее количество высокоэффективных источников освещения, нежели жилой. Например, в количестве света, потребляемом коммерческим сектором, доля ламп накаливания составляет 5,2 %, люминесцентных – 79,8% и разрядных ламп высокого давления – 15,1%. Суммарно, доля высокоэффективных источников составляет 94,8% потребляемого коммерческим сектором освещения. Для сравнения, жилой сектор гораздо больше света получает от низкоэффективных ламп накаливания, а доля люминесцентного и других высокоэффективных источников света составляет всего 13%:

Таблица 2.45 - Доля использования высокоэффективных источников излучения для различных секторов