لامپهای LED Ø¨Ù‡ØªØ±ÙŠÙ† منبع روشنايی Ùˆ کاهش مصرف برق

آلودگی‌های محیط زیست و انتشار گازهای گلخانه‌ای در فضا و هوای کره زمین سبب شده که صنعت برق در کشورهای مختلف جهان علاوه بر اینکه به سمت انرژیهای تجدیدپذیر حرکت کند در زمینه بهره‌گیری از لامپهای روشنایی جدیدی که کمترین میزان آلودگی را دربر دارد اقدام کند. در مقاله زیر که با طرف نوربخش صادقی رییس اداره نمایندگی سابا در مرکز ارسال شده است با توجه به اهمیت مبحث مدیریت مصرف انرژی در سیستم‌های روشنایی و ابداع روشها و فناوریهای نوین در این زمینه و همین طور کارایی و دامنه کاربرد بسیار بالای آن در به کارگیری سیستم‌های جدید LED در روشنایی خانگی، تجاری، معابر و ... تهیه شده است.

با بالارفتن حرارت کره زمین، همه کشورها باید به حذف عوامل سازنده گازهای گلخانه‌ای کمک کنند، یکی از این عوامل که باعث تولید گازهای گلخانه‌ای می‌شود، لامپ‌های معمولی یا همان لامپ‌های رشته‌ای (فیلمان‌دار) و تابان است که به دلیل استفاده وافر در اکثر کشورهای جهان از عوامل مهم تولید گازهای گلخانه‌ای به شمار می‌آید و با درنظر گرفتن این نکته که سهم روشنایی که عمدتاً نیز به وسیله لامپ‌های رشته‌ای تامین می‌شود از کل مصرف الکتریسیته خصوصاً در زمان اوج مصرف چشمگیر است به عنوان مثال در ایران حدود 30 درصد از کل انرژی مصرفی و حدود 45 تا 50 درصد از مصرف پیک صرف تامین روشنایی می‌شود این موضوع را جدی‌تر نشان می‌دهد.

با توجه به این امر، بسیاری از کشورها، برنامه چند ساله‌ای را برای جایگزین کردن مدلهای دیگری از لامپ به جای لامپهای رشته‌ای کرده‌اند تا در درازمدت بتواند این نوع لامپ را حذف کرده و لامپ دیگری را جایگزین کنند که علاوه بر حذف گازهای گلخانه‌ای از انرژی کمتری برای تولید نور بیشتر استفاده کند. البته این مساله نیاز به تغییر فرهنگ مردم در نوع استفاده از تجهیزات دارد تا رویکرد آنها به این نوع لامپ همگانی بیشتر شود. هزینه خرید اولیه بالای سایر لامپ‌ها و ارزان بودن انرژی از دلایل عمده روی آوردن بسیاری از مردم به خرید لامپهای معمولی و تابان است.

سوال این است اکنون چه نوع لامپی می‌تواند جایگزین آن شود؟ آیا آگاهی از این موضوع به تنهایی برای تغییر رویکرد استفاده‌کنندگان کافی است؟ یا اینکه این طرح جهانی نیازمند بسیج همگانی برای رشد تکنولوژی و کاهش هزینه سایر لامپها است؟

هم‌اکنون شاید تنها لامپ جایگزین که می‌تواند گزینه مناسبی باشد، مدلهای مختلف از لامپ فلورسنت (معروف به مهتابی) است. لامپ لوله‌ای فلورسنت، لامپ کم‌مصرف و فلورسنت فشرده (CFL, FPL) از جمله آنها محسوب می‌شوند، اما آیا آینده از آن این نوع لامپ است؟

ممنوعیت استفاده از لامپ نور تابان در برخی از کشورهابسیاری از کشورها، منتظر تغییر علاقه مصرف‌کنندگان نشده و قوانینی را برای حذف لامپ‌های مضر وضع کرده‌اند. در ایالت کالیفرنیا و آمریکا و کشور کانادا قانونی وضع شده که تا سال 2012 میلادی، استفاده از هر نوع لامپ دارای نور تابان در این مناطق ممنوع خواهد شد و کاربران فرصت دارند به صورت تدریجی نوع محصولات مصرفی خود را تغییر دهند. کشور استرالیا هم مشابه این قانون را تا سال 2010 میلادی وضع کرده است. اتحادیه اروپا نیز به دنبال راهکاری برای وضع قانون جدید و کارا در این زمینه در کشورهای عضو این اتحادیه است. در نیوجرسی، مکانی که توماس ادیسون در سال 1879 موفق به تولید الکتریسیته و روشن کردن لامپ شد قانونی وضع شده که استفاده از لامپهای تابان (رشته‌ای) در ادارات دولتی ممنوع و تنها لامپهای فلورسنت و LED قابل استفاده خواهند بود.

لامپ‌های تابان (رشته‌ای) علاوه بر کارآیی و بازده پایین، از انرژی بالایی برای تولید روشنایی استفاده می‌کنند. به عنوان مثال یک لامپ 100 وات، روشنایی معادل یک لامپ 20 وات فلورسنت را خواهد داشت، یعنی برای تولید نور مشابه، لامپهای تابان، 5 برابر بیشتر انرژی مصرف می‌کنند.

هم‌اکنون در کشور ما نیز استفاده از لامپهای کم مصرف، فلورسنت و FPL به لامپهای تابان ترجیح داده می‌شود و طبق بخشنامه‌های جدید ارگانهای دولتی در مواقعی که از نظر فنی محدودیتی ندارند ملزم به استفاده از لامپهای کم مصرف شده‌اند و دیگر مصرف‌کنندگان نیز می‌توانند از لامپهای کم مصرف یارانه‌ای استفاده کنند. اما استفاده از LED چندان رواج نیافته و بیشتر جنبه تزئینی دارد. حال به راستی سوال این است که LEDها چه برتری به لامپهای فلورسنت معمولی و فشرده دارند؟ منبع اصلی نور در آینده مطمئناًَ یک لامپ یا یک چراغ حبابدار نخواهد بود بلکه می‌تواند یک میز یا یک دیوار و یا هر چیز دیگری باشد.

LED‌ها جایگزین ارزان‌تر لامپهای حباب‌دار

کشف تصادفی  Ø§Ø®ÛŒØ±ØŒâ€Œ تولید نور از LED‌ها یا دیود نورانی را به مرکز جدیدی رساند. به زودی  LED خواهد  ØªÙˆØ§Ù†Ø³Øª  Ø¬Ø§ÛŒÚ¯Ø²ÛŒÙ†  Ø§Ø±Ø²Ø§Ù†ØªØ±  Ùˆ با  Ø¯ÙˆØ§Ù…‌تری برای لامپهای حبابدار کنونی شود.

حال سوال این است که LED چیست؟

LED مخفف واژه LIGHT EMMTTED DIODE به معنای دیود ساطع کننده نور است. دیودهای ساطع کننده نور در واقع جزء خانواده‌ها دیودها هستند که دیودها نیز زیرگروه نیمه هادی‌ها به شمار می‌آیند. خاصیتی که LED‌ها را از سایر نیمه هادیها متمایز می‌سازد این است که با گذر جریان از آنها مقداری انرژی به صورت نور از آنها ساتع می‌شود.

نسل جدید LED‌ها

سالها قبل ذرات بسیار کوچک کوانتومی ساخته شد که این ذرات کوانتومی کریستالهایی هستند که ابعادشان چند نانومتر بیشتر نیست و می‌توانند از 100 تا 1000 الکترون را در خود جای دهند.

این ذرات به آسانی از خود بسته‌های انرژی منتشر می‌کنند Ùˆ هر قدر کوچکتر باشد بیشتر تحریک می‌شوند. هر ذره در مجموعه ویژه بوئرز به طور استثنایی Ú©ÙˆÚ†Ú© Ùˆ تنها شامل 33 یا 34 جفت اتم بود. هنگامیکه نور روی ذرات کوانتومی تابانده  Ø´Ø¯Ù‡  ÛŒØ§ جریان  Ø¨Ø±Ù‚  Ø¨Ù‡ آنها وصل می‌شوند آنها با تولید نور از خود واکنش نشان می‌دهند Ùˆ رنگهای متغیر Ùˆ متنوعی ایجاد می‌کنند. اما هنگامیکه یک پرتوی لیزری روی مجموعه‌ای از این ذرات کوانتومی تابانده شد اتفاق غیر منتظره‌ای  Ø±Ø® داد. ناگهان نور سفیدی  ØªÙ…امی میز را پوشاند Ùˆ انتظار می‌رفت Ú©Ù‡ ذرات کوانتومی نور آبی منتشر کند اما این نور، نور بسیار زیبای سفیدی بود.

سپس این ذرات را با پلی اورتان شد و سطح بیرونی یک حبابت لامپ LED آبی را با آن پوشاند. هر چند ظاهر این حباب زیبا نبود اما نور سفیدی مانند لامپهای معمولی منتشر می‌کرد که شدت آن 2 برابر و دوام آن 50 برابر یک لامپ معمولی 60 وات بود.

Led‌ها تا اواخر دهه گذشته فقط می‌توانستند سه نور آبی، سبز و قرمز تولید کنند که به همین علت کاربردشان محدود بود.

سپس led‌هایی با رنگ آبی به بازار آمدند که می‌توانستند نور سفید با هاله‌ای از رنگ آبی روشن کنند.

بسیاری اعتقاد دارند لامپ‌هایی که از دیودهای ساطع کننده نور استفاده می‌کنند، یا همان LED، آینده را از دست سایر رقبا خارج خواهند کرد.
LED‌ها Ú©Ù‡ از دهه‌های گذشته در الکترونیک  Ù…ورد استفاده  Ù‚رار می‌گرفتند، عموماً برای نمایش خاموش یا روشن بودن نمایشگرها در لوازم مولتی مدیا مورد استفاده قرار گرفتند. در حال حاضر LED‌ها  Ø¨Ù‡ نحوی  Ø³Ø§Ø®ØªÙ‡ می‌شوند Ú©Ù‡ نور را در جهت  Ø®Ø§ØµÛŒ متمرکز می‌کند Ùˆ به صورت چیپ‌های Ú©ÙˆÚ†Ú©ÛŒ هستند Ú©Ù‡ معمولاً در داخل یک شیشه‌ گنبدی Ø´Ú©Ù„ قرار می‌گیرند Ùˆ دارای سایز چوب کبریت یا Ú©Ù…ÛŒ بزرگ‌تر هستند Ùˆ به سختی می‌شکنند.

همانطور که گفته شد آنها در ابتدا فقط به رنگ قرمز و سبز بودند اما یک تغییر بسیار عظیم در این صنعت در دهه 90 میلادی باعث شد که LED سفید رنگ (یا همان روشن و بدون رنگ) تولید شود. هم اکنون به آسانی با تغییر در ساختار فیزیکی و مواد تشکیل‌دهنده‌ها LED نور را در رنگها و شدت‌های مختلف و با طول موج مشخص می‌توان با رنگ کاملاً خالص تولید کرد. به عبارت دیگر می‌توان گفت منابع روشنائی دیگر دارای پرتوهای مادون قرمز و فرابنفش بوده، که چشم غیر مسلح قادر به دیدن آن نیست و تاثیری در تامین روشنایی محیط ندارند و حتی بر روی انسان اثر منفی نیز می‌گذارند ولیکن LED‌ها فاقد این پرتوهای مضر بوده و در سلامت چشم تاثیر بسزایی دارند.

LED‌های سفید قابلیت تولید همه نوع رنگ را داشته و علاوه بر آن از انرژی بسیار کمی (در مقایسه با سایر لامپها و LED‌های قدیمی) برای تولید روشنایی استفاده می‌کنند. به همین دلیل روز به روز ابعاد استفاده از آنها گسترده‌تر شد و در مواردی که احتیاج به علامت دادن و یا رقص نور (زدن فلاش و SOS) بود، استفاده شد.

اکنون بسیاری از شرکتهای بزرگ سازنده لوازم روشنایی مخصوصاً شرکتهای فعال در زمینه روشنهایی منازل بسیاری از فعالیت‌های خود را برروی‌LEDها متمرکز کرده‌اند و قصد دارند روشنایی لازمه برای منازل را از LED‌ها تهیه کنند که به نظر می‌رسد این روند تا کمتر از 5 سال آینده، باعث تغییر بسیار عمده در نوع محصولات روشنایی شود. به طوری که در حال حاضر نیز اکثر لوازم روشنایی خانگی، معادل LED نیز دارند و مصرف‌کنندگان می‌توانند در صورت تمایل مشابه هر نوع کالایی را از مدل LED استفاده کنند. هر چند به نظر می‌رسد این تکنولوژی در سالهای آینده و با رشد قابل پیش‌بینی صنعت، لوازمی با روشنایی بسیار بهتر و مصرف انرژی کمتر و قیمت مناسب را به مشتریان ارائه دهد.

کاربردهای دیگر LED

همانطور که گفته شد، دیود منتشر کننده نور که به طور رایج LED نامیده می‌شود واقعاً قهرمان ناشناخته جهان الکترونیک است. آنها دو جین کار متفاوت انجام می‌دهند و در همه وسایل الکترونیکی یافت می‌شود اساساً LED‌ها لامپهای کم نوری هستند که به آسانی در مدارهای الکترونیکی قرار می‌گیرند اما برخلاف لامپهای معمولی آنها فیلامانی که بسوزد ندارند و به ویژه اینکه گرم نمی‌شوند آنها فقط با حرکت الکترونها در یک ماده نیمه هادی نور می‌دهند. آنها شماره‌ها را در ساعتهای دیجیتال نشان می‌دهند، اطلاعات را از کنترل تلویزیون می‌فرستند (LED‌های مادون قرمز) و نور آنها نشان می‌دهد که چه وقت وسایل روشن است همچنین تصاویر را روی تلویزیون‌های پلاسما نشان می‌دهند و با توجه به مصرف بسیار پایین و شدت نور بسیار عالی در انواع رنگ‌های مختلف در روشنایی و چراغ‌های خودروها کاربرد وسیعی دارند.