Какво кара LED осветлението да има по-висока ефективност?
Преглед на LED осветлението
Високата ефективност на светодиодитепроизлиза от техните уникални полупроводникови материали и структура. За разлика от крушките с нажежаема жичка, които произвеждат светлина чрез нагряване на нишка, светодиодите трансформират електричеството директно в светлина чрез електролуминесценция. Този процес елиминира загубата на енергия, причинена от генерирането на топлина, което позволява по-ефективно производство на светлина.
Светодиодите се произвеждат чрез комбиниране на два типа полупроводникови кристали: единият е легиран с 3-валентен материал (като индий или бор), за да се образува полупроводник тип P-, а другият е легиран с 5-валентен материал (като фосфор или арсен), за да се създаде полупроводник от N-тип. Този процес на допиране образува pn преход, който позволява на тока да тече само в една посока.
Когато се приложи подходящо напрежение през PN прехода, електроните от областта тип N- се преместват, за да запълнят „дупки“ в областта тип P- (състояние, известно като преднапрегнатост). Тази рекомбинация освобождава енергия под формата на фотони, генериращи светлина. Цветът на излъчваната светлина се определя от забранената енергийна зона на полупроводника и използваните легиращи материали; например, добавянето на алуминий към диод от галиев арсенид произвежда червена LED светлина.¹
Предимства на LED осветлението
LED осветлениепредлага множество предимства, които подхранват бързото му приемане в различни приложения. В скорошно проучване изследователи от Мичиганския университет показаха, че светодиодите могат да бъдат до 44% по-ефективни от 4-футовите флуоресцентни тръби и 18% до 44% по-ефективни от флуоресцентните лампи T8.²
Светодиодите също имат удължен живот до 25 000 часа-25 пъти по-дълъг от традиционните крушки с нажежаема жичка-, което значително намалява разходите за подмяна и поддръжка. Техният присъщ дизайн в твърдо състояние осигурява издръжливост, което ги прави устойчиви на счупване и способни да издържат на екстремни условия на околната среда.
Освен това светодиодите осигуряват незабавна яркост и широка гама от цветови опции и са съвместими със системи с ниско-напрежение (включително слънчева енергия). Тези характеристики ги правят идеален избор за приложения за промишлено и външно осветление.³
Историческо развитие на светодиодите
Осветителната промишленост навлезе в своята трета голяма революция с широкото приемане на светодиодите, след ерата на лампите с нажежаема жичка и флуоресцентните тръби. Тази промяна стана възможна благодарение на напредъка в електролуминесценцията, явление, наблюдавано за първи път от Хенри Джоузеф Раунд през 1907 г.
Последвалите пробиви включват създаването на първия светодиод от Олег Лосев през 1927 г., но разработването на първия практичен светодиод с видим -спектър в General Electric през 1962 г. от Ник Холоняк младши бележи началото на комерсиализацията на светодиодите.
Първоначално светодиодите бяха ограничени от нисък светлинен поток и монохроматична светлинна мощност, което ограничаваше използването им при общо осветление. Изобретяването на синия светодиод от Шуджи Накамура обаче се справи с тези ограничения, като позволи производството на бяла светлина и различни цветови температури.
До 2000-те години комерсиализацията на белите светодиоди доведе до бързото им навлизане в различни приложения за осветление. Тази тенденция продължи през 2010 г., подкрепена от подобрения в ефективността, яркостта и намаляването на разходите. Днес технологията продължава да се развива с непрекъснати подобрения на ефективността, качеството на цветовете и гъвкавостта на приложенията.¹
Последни изследвания и разработки в светодиодите
Преодоляване на спада на LED ефективността
Проучване, публикувано вНаучен напредъксе справя с дългогодишното-предизвикателство на спада на ефективността в LED технологията-явление, при което яркостта намалява над определен праг, дори когато електрическият вход се увеличава.
Изследователският екип разработи наномащабен LED дизайн, включващ перки от цинков оксид, които значително подобряват управлението на електрическия ток и намаляват ефекта от намаляване на ефективността. Този усъвършенстван светодиод постигна 100 до 1000 пъти по-голяма яркост и генерира до 20 микровата мощност, в сравнение с 22 нановата, обикновено произвеждани от традиционните светодиоди с субмикронен-размер.
Преглед на LED осветлението
Високата ефективност на светодиодитепроизлиза от техните уникални полупроводникови материали и структура. За разлика от крушките с нажежаема жичка, които произвеждат светлина чрез нагряване на нишка, светодиодите трансформират електричеството директно в светлина чрез електролуминесценция. Този процес елиминира загубата на енергия, причинена от генерирането на топлина, което позволява по-ефективно производство на светлина.
Светодиодите се произвеждат чрез комбиниране на два типа полупроводникови кристали: единият е легиран с 3-валентен материал (като индий или бор), за да се образува полупроводник тип P-, а другият е легиран с 5-валентен материал (като фосфор или арсен), за да се създаде полупроводник от N-тип. Този процес на допиране образува pn преход, който позволява на тока да тече само в една посока.
Когато се приложи подходящо напрежение през PN прехода, електроните от областта тип N- се преместват, за да запълнят „дупки“ в областта тип P- (състояние, известно като преднапрегнатост). Тази рекомбинация освобождава енергия под формата на фотони, генериращи светлина. Цветът на излъчваната светлина се определя от забранената енергийна зона на полупроводника и използваните легиращи материали; например, добавянето на алуминий към диод от галиев арсенид произвежда червена LED светлина.¹
Предимства на LED осветлението
Оферти за LED осветлениемножество предимства, които подхранват бързото му приемане в различни приложения. В скорошно проучване изследователи от Мичиганския университет показаха, че светодиодите могат да бъдат до 44% по-ефективни от 4-футовите флуоресцентни тръби и 18% до 44% по-ефективни от флуоресцентните лампи T8.²
Светодиодите също имат удължен живот до 25 000 часа-25 пъти по-дълъг от традиционните крушки с нажежаема жичка-, което значително намалява разходите за подмяна и поддръжка. Техният присъщ дизайн в твърдо състояние осигурява издръжливост, което ги прави устойчиви на счупване и способни да издържат на екстремни условия на околната среда.
Освен това светодиодите осигуряват незабавна яркост и широка гама от цветови опции и са съвместими със системи с ниско-напрежение (включително слънчева енергия). Тези характеристики ги правят идеален избор за приложения за промишлено и външно осветление.³
Историческо развитие на светодиодите
Осветителната промишленост навлезе в своята трета голяма революция с широкото приемане на светодиодите, след ерата на лампите с нажежаема жичка и флуоресцентните тръби. Тази промяна стана възможна благодарение на напредъка в електролуминесценцията, явление, наблюдавано за първи път от Хенри Джоузеф Раунд през 1907 г.
Последвалите пробиви включват създаването на първия светодиод от Олег Лосев през 1927 г., но разработването на първия практичен светодиод с видим -спектър в General Electric през 1962 г. от Ник Холоняк младши бележи началото на комерсиализацията на светодиодите.
Първоначално светодиодите бяха ограничени от нисък светлинен поток и монохроматична светлинна мощност, което ограничаваше използването им при общо осветление. Изобретяването на синия светодиод от Шуджи Накамура обаче се справи с тези ограничения, като позволи производството на бяла светлина и различни цветови температури.
До 2000-те години комерсиализацията на белите светодиоди доведе до бързото им навлизане в различни приложения за осветление. Тази тенденция продължи през 2010 г., подкрепена от подобрения в ефективността, яркостта и намаляването на разходите. Днес технологията продължава да се развива с непрекъснати подобрения на ефективността, качеството на цветовете и гъвкавостта на приложенията.¹
Последни изследвания и разработки в светодиодите
Преодоляване на спада на LED ефективността
Проучване, публикувано вНаучен напредъксе справя с дългогодишното-предизвикателство на спада на ефективността в LED технологията-явление, при което яркостта намалява над определен праг, дори когато електрическият вход се увеличава.
Изследователският екип разработи наномащабен LED дизайн, включващ перки от цинков оксид, които значително подобряват управлението на електрическия ток и намаляват ефекта от намаляване на ефективността. Този усъвършенстван светодиод постигна 100 до 1000 пъти по-голяма яркост и генерира до 20 микровата мощност, в сравнение с 22 нановата, обикновено произвеждани от традиционните светодиоди с субмикронен-размер.
Този пробив представлява голям напредъкв LED ефективност, което потенциално позволява създаването на по-ярки и по-ефективни източници на светлина за различни приложения, включително комуникационни технологии и системи за дезинфекция.⁴
Система за интелигентно LED осветление Quantum Dot
Изследователи от университета в Кеймбридж разработиха базирана на квантови точки-интелигентна система за осветление, която предлага превъзходна точност на цветовете и персонализиране на по-широк спектър в сравнение с традиционните светодиоди. Констатациите са публикувани вNature Communications.
Системата QD-LED използва множество основни цветове извън стандартните зелено, червено и синьо, което позволява по-точно възпроизвеждане на естествената дневна светлина. Той постигна диапазон на корелирана цветова температура (CCT) от 2243K (червеникава топла светлина) до 9207K (ярка обедна слънчева светлина) и индекс на цветопредаване (CRI) от 97, надминавайки диапазона от 80 до 91 CRI на настоящите търговски интелигентни крушки.
Този напредък може значително да подобри визуалния комфорт и енергийната ефективност чрез осигуряване на по-динамична и чувствителна осветителна среда, която се адаптира към нуждите на потребителите и условията на естествена светлина.⁵
Гъвкав органичен светодиод, имитиращ светлината на свещта
В скорошно проучване, публикувано вACS Приложни електронни материали, изследователите създадоха гъвкав органичен светодиод, който излъчва топла светлина,-подобна на свещ, като същевременно минимизира синята светлина- компонент, за който е известно, че нарушава съня, като потиска производството на мелатонин.
Този иновативен светодиодизползва подложка от слюда, която му осигурява гъвкавост и издръжливост; може да издържи до 50 000 огъвания без да се счупи. Тестването показа, че излагането на тази LED светлина за 1,5 часа потиска производството на мелатонин само с 1,6%, в рязък контраст с 29% потискане, причинено от студени-бели компактни флуоресцентни лампи (CFL).
Тази разработка предлага практично решение за нощно осветление в домове, хотели и здравни заведения, където удобното, благоприятно-за сън осветление е от съществено значение.⁶
Предизвикателства и ограничения на LED осветлението
Въпреки многобройните предимства на LED осветлението, остават няколко предизвикателства и ограничения, на които трябва да се обърне внимание, за да се максимизират предимствата му.
Един ключов въпрос възниква по време на прехода къмLED технология. Например през 2013 г. град Дейвис, Калифорния, стартира амбициозен проект за подмяна на 2600 улични лампи със светодиоди-само за да се сблъска със значителна обществена реакция. Новите светодиоди причиняваха прекомерни отблясъци, навлизаха в домовете (нарушавайки уединението през нощта) и променяха уютната нощна атмосфера на града. За да разреши тези проблеми, градът трябваше да коригира проекта, за да използва светодиоди с по-ниска цветова температура, което доведе до допълнителни разходи от $350 000. Този случай подчертава необходимостта от внимателно планиране, което балансира енергийната ефективност с човешкия комфорт и естетически съображения при приемането на LED осветление в мащаб.
Друго критично ограничение е съдържанието на синя светлина в много светодиоди. Известно е, че синята светлина нарушава човешкия циркаден ритъм и потиска производството на мелатонин, което се отразява негативно на качеството на съня. Този проблем се наблюдава в цяла Европа, където преминаването от топли натриеви улични светлини към студени-бели светодиоди е увеличило излагането на синя светлина, което не само засяга човешкото здраве, но и намалява видимостта на звездите (явление, известно като светлинно замърсяване).
Отвъд човешкото здраве,LED осветлениеповишената яркост може да наруши естествената светлина-циклите на тъмнината, като навреди на дивата природа. Изкуствената светлина от светодиоди обърква мигриращите птици (отклонявайки ги от курса) и дезориентира излюпените морски костенурки (които разчитат на лунна светлина, за да се придвижват до океана), което води до вредни последици за тези видове и техните екосистеми.⁷,⁸,⁹
Бъдещето на LED технологията
От ранните си дни,LED технология за осветлениенапредна забележително, предоставяйки значителни ползи в енергийната ефективност, дълголетието и гъвкавостта-и развитието му не показва признаци на забавяне.
Настоящите изследователски усилия са насочени към повишаване на ефективността на светодиодите до достигане на теоретичните граници. Постигането на това ще отключи допълнителни икономии на енергия и ще намали отпечатъка на технологията върху околната среда, което ще я направи още по-устойчив избор за глобални нужди от осветление. Освен това, интегрирането на светодиоди с усъвършенствани системи за контрол и технологията Интернет на нещата (IoT) се очаква да революционизира управлението на осветлението: тези интелигентни настройки ще оптимизират използването на енергия чрез адаптиране към заетостта, естествената светлина и предпочитанията на потребителите, като същевременно позволяват изключително персонализирани светлинни изживявания за различни пространства и дейности.
Тъй като опасенията за околната среда нарастват, индустрията ще постави по-силен акцент върху устойчивите производствени практики и материали. Това включва текущи изследвания на органични и биоразградими компоненти за светодиоди с цел разработване на осветителни решения, които са не само енергийно-ефективни при използване, но и минимизират въздействието върху околната среда през целия им жизнен цикъл-от производството до изхвърлянето.
Въпреки че светодиодите са готови да играят централна роля в развитието на ефективно, устойчиво осветление в световен мащаб, бъдещият им успех ще зависи от справянето с оставащите предизвикателства. Това включва извършване на задълбочени оценки на тяхното дългосрочно-въздействие върху околната среда и прилагане на мерки, за да се гарантира, че са безопасни за дивата природа и екосистемите-като се гарантира, че ползите отLED технологияобхваща както човешките общества, така и природния свят.¹⁰
Заедно го правим по-добър.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Mobile/Whatsapp :(+86)18673599565
Имейл:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Уеб:www.benweilight.com
Добавяне: Сграда F, индустриална зона Yuanfen, Longhua, област Bao'an, Шенжен, Китай
