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LED super luminosi: la rivoluzione tecnologica nell'illuminazione elettrica
Molte persone lo sanno LED moderni più efficace delle lampade a incandescenza e alcuni modelli possono discutere con lampade fluorescenti. Ma raramente qualcuno pensa a quali cambiamenti ci promettono queste tecnologie.
Paradiso promesso
Quasi due trilioni di dollari - così tanti nuovi LED salveranno i terrestri nei prossimi 10 anni, a condizione che siano ampiamente implementati. Nelle unità energetiche, il risparmio sarà espresso in 18,3 terawattora. La riduzione delle emissioni di CO2 in questo decennio "LED" sarà di 11 gigatoni e il consumo di petrolio diminuirà di quasi un miliardo di barili. E 280 centrali elettriche medie possono essere chiuse.
Sì, i professori Jung Kyu Kim e Fred Schubert del Rensselaer Polytechnic Institute hanno affrontato le previsioni sul futuro dei sistemi di illuminazione a stato solido. Hanno cercato di andare oltre lo scopo di risparmiare elettricità "per una casa" e immaginare come sarà il nostro mondo, in cui i LED diventeranno molto più diffusi di quanto non ci sia ora. E, soprattutto, hanno considerato quali altezze tecniche dovremmo aspettarci dagli stessi LED nei prossimi anni.
Di recente, le grandi masse, in risposta agli "incantesimi verdi", si sono affrettate ad acquistare lampade fluorescenti compatte. I LED sono ancora in ombra, principalmente a causa del costo eccessivamente elevato. Ma questa è una questione temporanea. Ma vale la pena considerare la potenziale capacità dei LED di eludere in modo significativo le migliori lampade fluorescenti in termini di efficienza. Naturalmente, i LED che fungono da indicatori, componenti di display o qualsiasi tipo di dispositivo optoelettronico, non hanno praticamente alcun effetto sul bilancio energetico nel mondo. Ma l'illuminazione basata su questo principio può letteralmente cambiarlo.
La rivoluzione sta arrivando
Secondo le previsioni di Kim e Schubert, nei prossimi anni assisteremo a una vera rivoluzione in questo settore. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Optics Express, Jung e Fred scrivono del "paradigma sostitutivo" (ovvero la sostituzione totale delle lampadine a incandescenza con LED), che può anche essere interpretato come un sostituto del paradigma. Il fatto è che una volta raggiunta una massa critica di sviluppo nel campo dei LED, essi “esploderanno” non solo in modo quantitativo, ma in modo qualitativo, cambiando vita.
Come, ad esempio, riduci il consumo di elettricità per l'illuminazione di case, appartamenti e strade di 13-17 volte? Certamente puoi immaginare come le città acquistano mulini a vento e pannelli solari e dire alle reti elettriche centralizzate "Addio!". Senza un forte aumento dell'efficienza dei sistemi di illuminazione, non c'è nulla da pensare a tale indipendenza: sarà troppo costoso.
Gli scienziati di Rensselaer citano l'efficacia dell'illuminazione: buone lampade a incandescenza - 16 lumen per watt, lampade fluorescenti compatte - 64 (vale a dire la differenza è quattro volte più lunga), tubi fluorescenti lunghi - 80. Aggiungiamo che l'efficienza dei moderni LED prodotti in serie progettati specificamente per l'illuminazione è da qualche parte quindi nell'area tra lampade fluorescenti compatte e "lunghe". Nel frattempo, gli scienziati hanno determinato il limite teorico per i LED come 320 lumen per watt e un parametro realistico realizzabile per i prossimi anni - 213! (In tutti i casi, vengono considerati i cosiddetti veri LED bianchi necessari per l'illuminazione domestica, poiché quelli a colori sono ancora più efficaci).
La polvere per bambini salva
Il mese scorso, Cree, uno dei leader del settore, ha annunciato la creazione di un prototipo di LED bianco con un'efficienza di 161 lumen per watt, dieci volte superiore alla media delle lampade a incandescenza! Nel frattempo, i LED seriali di classe "illuminazione" di diverse aziende hanno già superato la soglia di 100 lumen per watt.
Bellezza, ma quando taglieranno i prezzi? Qui devo dire che nella "scienza dei LED" negli ultimi anni sono successe molte cose interessanti. Gli scienziati stanno sperimentando nuovi materiali.Va chiarito che le lampade a LED bianche sono realizzate utilizzando due tecnologie: o mettono tre piccoli LED con raggi rossi, verdi e blu uno accanto all'altro, ricevendo luce "pseudo-bianca"; oppure prendono un LED che emette un flusso ultravioletto (a volte blu) e lo coprono con uno strato di fosforo, che converte questa radiazione in luce bianca, più o meno vicina alla naturale.
Il primo approccio è mal distribuito e costoso. E ancora: questo non è lo stesso del bianco reale. Il secondo LED è meno efficiente. Eppure - il suo fosforo contiene un complesso composto contenente, tra l'altro, ittrio e cerio. Questo è uno dei motivi dell'elevato costo dell'illuminazione dei LED bianchi.
Ma recentemente, i fisici di Duke hanno scoperto che una polvere ultrafine di ossido di zinco (un componente delle polveri per bambini) con l'aggiunta di zolfo nella giusta proporzione, a condizione che la nanostruttura sia formata correttamente, può effettivamente trasformare l'ultravioletto in una luce bianca molto chiara e chiara. In questo caso, il componente bianco si è rivelato 1000 volte più luminoso dell'ultravioletto nella radiazione di uscita.
oggi
Kim e Schubert scrivono che la distribuzione dei LED dovrebbe andare ben oltre le semplici lampade domestiche. Gli emettitori a stato solido sono in grado di cambiare l'ambiente tecnogenico che ci circonda. In effetti, in vari LED, è possibile controllare lo spettro con elevata precisione, i parametri della divergenza del raggio luminoso, la sua polarizzazione e le oscillazioni delle radiazioni nel tempo. In generale, quasi tutto.
Con l'assistenza dei LED, è possibile trattare una serie di malattie ed eseguire interessanti esperimenti scientifici, stimolare la crescita delle piante in condizioni non tipiche per loro e creare strade sicure interattive.
Ciò significa che con l'aiuto dei LED è possibile trattare una serie di malattie e condurre interessanti esperimenti scientifici, stimolare la crescita delle piante in condizioni non tipiche per loro e creare strade sicure interattive e così via. Con tale flessibilità delle impostazioni, tutti i percorsi sono aperti. Insieme, gli scienziati l'hanno definita "illuminazione intelligente" e in modo che belle parole non contraddicano il mondo degli affari, il Rensselaer Institute, insieme alle università di Boston e del New Mexico, ha creato un centro di ricerca - Smart Lighting Research Center.
La National Science Foundation ha già stanziato 18,5 milioni di dollari ai partner per i prossimi cinque anni per realizzare sogni ad occhi aperti a LED. Pertanto, l '"inno ai LED" dei professori di Rensselaer può essere considerato un annuncio delle future vittorie del centro. E poiché questo argomento non è trattato solo nelle università e negli istituti sopra menzionati, l'imminente "cambio di paradigma" può essere considerato un problema risolto. Se ci vorranno 10 anni o qualche altro è un'altra domanda.
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