Jak działają żarówki LED

Żarówka, która oświetlała nasze domy od XIX wieku, oficjalnie wychodzi. Niewydajna żarówka, która traci większość energii w postaci ciepła, wypadła z łask finansowo i ekologicznie; od 2012 roku mieszkańcy USA nie będą mogli go kupić, nawet jeśli będą chcieli [źródło: Linden ]. Rząd wycofuje z rynku małych frajerów energii.

Podstawowym zamiennikiem żarówek jest świetlówka kompaktowa o wyższej wydajności lub CFL. CFL ma jednak swoje własne problemy, przede wszystkim włączenie toksycznej rtęci do konstrukcji i dziwnego, czasem nieprzyjemnego koloru, który niektórym ludziom przyprawia o ból głowy.

Wprowadź diodę LED lub diodę elektroluminescencyjną. Diody LED są stosowane od wielu lat — oświetlają zegary cyfrowe, lampki choinkowe, latarki i sygnalizatory drogowe, a także informują o nadejściu nowej wiadomości głosowej na telefonie komórkowym. Ale jeśli chodzi o oświetlenie domowe, diody LED nigdy tak naprawdę nie wystartowały. Pewne wady sprawiły, że firmy nie produkowały ich w standardowej, zastępczej formie żarówki.

Jednak w ciągu ostatnich kilku lat te zamienne żarówki LED, takie jak te, które po prostu wkręca się w lampę, tak jak zwykłą żarówkę, stały się znacznie bardziej powszechne – co oznacza, że ​​wiele firm i garstka gospodarstw domowych używając ich.

Pod pewnymi względami żarówki LED to doskonała technologia. Ale nadal mają wiele do zrobienia, zanim staną się żarówkami o wyższej wydajności z wyboru. W tym artykule dowiemy się dlaczego. Przyjrzymy się, jak działają, dlaczego stanowią pożądany wybór oświetlenia i co trzeba będzie zmienić, zanim reszta z nas zacznie używać ich w naszych lampkach nocnych.

Zacznijmy od podstaw: jak dioda LED wytwarza światło?

1. Podstawy żarówki LED
2. Zalety żarówek LED
3. Obawy dotyczące żarówek LED

Dioda LED to tak zwana technologia „oświetlenia półprzewodnikowego” lub SSL. Zasadniczo, zamiast emitować światło z próżni (jak w żarówce) lub gazu (jak w CFL), SSL emituje światło z kawałka materii stałej. W przypadku tradycyjnej diody LED tym kawałkiem materii jest półprzewodnik.

Mówiąc najprościej, dioda LED wytwarza światło, gdy elektrony poruszają się w jej strukturze półprzewodnikowej.

Półprzewodnik składa się z elementu naładowanego dodatnio i ujemnie. Warstwa dodatnia ma „dziury” – otwory na elektrony; warstwa ujemna zawiera swobodne elektrony unoszące się w niej. Kiedy ładunek elektryczny uderza w półprzewodnik, aktywuje przepływ elektronów z warstwy ujemnej do warstwy dodatniej. Te wzbudzone elektrony emitują światło, gdy wpływają do dodatnio naładowanych dziur. (Aby uzyskać pełne wyjaśnienie, zobacz Jak działają diody elektroluminescencyjne ).

Problem z diodami LED jako podstawowym oświetleniem domu polega na tym, że chociaż emitują one dużo światła, struktura diody LED powoduje, że część tego światła zostaje uwięziona w środku. Tak więc żarówka LED jest tradycyjnie ciemniejsza niż zwykła żarówka, a większość ludzi chce, aby ich lampy i oprawy sufitowe były dość jasne.

Ostatnio jednak żarówki LED rozjaśniły się. Obecnie można znaleźć zamienne żarówki LED, które emitują światło odpowiadające 60-watowej żarówce, co czyni je realną technologią do podstawowych potrzeb oświetleniowych w domu.

Pod pewnymi względami są one o wiele bardziej niż opłacalne: zamienna żarówka LED o nazwie GeoBulb emituje 60-watowy odpowiednik światła przy 7,5 wata mocy [źródło: Sundance ].

I pod innymi względami mniej niż opłacalne: żarówka LED o mocy 60 W kosztuje około 100 USD.

Co prowadzi nas do zalet i wad żarówek LED.

Chociaż w dzisiejszych czasach nie znajdziesz diod LED w zbyt wielu domowych oprawach oświetleniowych, istnieje kilka dobrych powodów, aby chcieć ich tam w większej liczbie.

Po pierwsze, zmniejszone jest zużycie energii. Metoda wytwarzania światła LED powoduje utratę znacznie mniej energii na ogrzewanie niż w przypadku innych technologii oświetleniowych. Jest znacznie bardziej wydajny niż metoda próżniowa / żarnikowa stosowana w żarówkach żarowych - czasami o około 85 procent bardziej wydajna; i jest nawet o około 5 procent bardziej wydajny niż metoda CFL z lampą plazmową [źródło: Taub ].

Pojedyncza oprawa oświetleniowa wyposażona w 60-watową żarówkę zużywa około 525 kWh energii elektrycznej w ciągu roku; umieść żarówkę GeoBulb LED w tej oprawie, a roczne zużycie energii wyniesie około 65 kWh [źródło: Sundance ]. Roczna redukcja CO ₂ wynosi setki funtów na jedną lampę.

Ale efektywność energetyczna to tylko część historii. Druga część to oszczędność czasu: możesz przeżyć 20 lat bez konieczności wymiany żarówki LED. Światła półprzewodnikowe, takie jak diody LED, są bardziej stabilnymi źródłami światła niż żarówki żarowe lub fluorescencyjne, a różnica jest zaskakująca: typowa żarówka trwa około 750 godzin; Geobulba wystarcza na 30 000 godzin [źródło: Sundance ].

Niektóre żarówki LED działają do 50 000 godzin [źródło: Linden ].

Ze względu na tę korzyść czasową sprawy stają się nieco bardziej zagmatwane, gdy wchodzisz w kwestię kosztów. 60-watowa żarówka zastępcza LED kosztuje około 100 USD, a nawet wersje o niższej mocy, używane do takich rzeczy, jak oświetlenie punktowe, kosztują od 40 do 80 USD. W porównaniu z żarówką za 1 USD i żarówką fluorescencyjną za 2 USD.

Rzeczywistość jest taka, że ​​nawet za 100 USD za jedną żarówkę, diody LED w dłuższej perspektywie oszczędzą pieniądze, ponieważ potrzebujesz tylko jednej na dekadę lub dwie i wydajesz mniej pieniędzy na oświetlenie domu, co może stanowić około 7 procent twojego rachunek za prąd [źródło: Greener Choices ]. Ale koszt początkowy jest nadal dość zaporowy. Wiele osób po prostu nie może wydać tysiąca dolarów na 10 żarówek.

Inny główny problem dotyczący diod LED — degradacja koloru światła do niebieskawego — został rozwiązany w nowszych modelach. Diody LED mogą wytwarzać takie samo miękkie, białe światło jak zwykła żarówka. (Chociaż Energy Star zaleca szukanie etykiety Energy Star przy zakupie żarówek LED, ponieważ organizacja testuje stabilność kolorów w ramach swoich kryteriów certyfikacji.)

Tak więc cena jest obecnie jedynym problemem z żarówkami LED. Ale to może się wkrótce zmienić.

Diody ledowe mogą przejąć oświetlenie domowe. A przynajmniej tak wierzy wielu naukowcom i niektórym dużym firmom oświetleniowym. Na przykład firma Philips przestała inwestować w badania i rozwój technologii fluorescencyjnych, a teraz całą energię wykorzystuje w diodach LED [źródło: Taub ]. General Electric przeznacza połowę swojego budżetu na badania i rozwój na oświetlenie półprzewodnikowe [źródło: GE ].

Jeśli spojrzysz na to, co naukowcy mówią o diodach LED, obraz wygląda całkiem różowo. Przełomy pojawiają się w zawrotnym tempie. Dwa ostatnie wydarzenia przewidują znaczną obniżkę cen wysokowydajnych, trwałych żarówek.

Chodzi o problem utraty światła w projektowaniu żarówek. Jednym ze sposobów na uwolnienie większej ilości światła LED jest zrobienie mikroskopijnych otworów w obudowie. Problem polega na tym, że wykonanie wszystkich tych otworów jest czasochłonne i kosztowne. Zespół naukowców z Uniwersytetu Glasgow w Szkocji znalazł jednak na to nowy sposób. Odkryli, że zastosowanie techniki litografii nanoodciskowej może skrócić czas i zmniejszyć koszty wykonywania miliardów otworów w maleńkich diodach LED.

Inny zespół naukowców, ten z Uniwersytetu Cambridge w Anglii, podszedł do sprawy od strony podaży. Znaleźli nowy, tańszy sposób na stworzenie materiału półprzewodnikowego z azotku galu , który jest powszechną podstawą oświetlenia LED. Obecnie półprzewodniki z azotku galu są hodowane na drogich waflach szafirowych. Nowy sposób wykorzystuje płytki krzemowe i wpływa na radykalne obniżenie kosztów produkcji diod LED.

Co więcej, te nowe żarówki na bazie azotku galu mają żywotność 100 000 godzin, są trzy razy wydajniejsze niż świetlówki kompaktowe i powinny kosztować mniej niż 3 dolary za sztukę [źródło: Evans ]. Żarówki LED z azotkiem galu mogą pojawić się na rynku do 2012 roku.

Ogólnie branża oświetleniowa oczekuje, że koszty oświetlenia LED szybko spadną. Lighting Science Group, firma opracowująca i produkująca oświetlenie LED, szacuje 50-procentową obniżkę ceny w ciągu dwóch lat [źródło: Linden ]. Firmy, które ponoszą znacznie bardziej ekstremalne wydatki na oświetlenie, a więc mogą bardzo szybko odzyskać wydatki na żarówki, prawdopodobnie skupią się na diodach LED z takim spadkiem cen. Jednak właściciele domów mogą poczekać, aż żarówki osiągną poziom 3 USD, do którego dążą naukowcy z Cambridge.

Aby uzyskać więcej informacji na temat żarówek LED i powiązanych tematów, przejrzyj łącza na następnej stronie.

Pierwotnie opublikowany: 23 lipca 2009 r.

Jak działają żarówki LED?

Jakie są zalety żarówek LED?

Czy światła LED mogą być włączone przez cały czas?

Czy światła LED się przepalają?

Czy włączanie i wyłączanie świateł LED skraca ich żywotność?

Powiązane artykuły