新一代節能燈源技術將得到大范圍應用
上傳人:admin 上傳時間: 2007-05-31 瀏覽次數: 141 |
當愛迪生1879年發明白熾燈泡時,也許他沒有意識到他的這一發明目前依然在人類生活中被廣泛使用。然而,隨著全球氣候變暖的日益加劇,各國對環保技術的重視程度也隨之不斷提高。人類迫切需要使用節能型燈泡,而緊湊型熒光燈(簡稱CFLs),尤其是LED燈(發光二極管光源)將能夠滿足人們的這種選擇。
白熾燈泡的能源效率很低,它只能將所收到電力的5%轉換成光。由于白熾燈泡的能源浪費十分嚴重,目前西方發達國家政府開始對白熾燈泡展開了一場“圍剿行動”。
美國加州走在全世界的最前列,它第一個采取相關法律行動。2007年1月31日,加州公布了《修改燈泡法》。該法案一旦獲得通過,從2012年起加州將禁用白熾燈泡。2月,澳大利亞宣布計劃采取同樣的做法。3月,英國政府也承諾,將在2011年逐步淘汰白熾燈泡。
就現有技術而言,緊湊型熒光燈和LED燈將是可供人類選擇的替代技術,而隨著技術的不斷完善,LED燈將是最終的最佳選擇。
據統計,全美目前使用的白熾燈泡大約有40億只。荷蘭飛利浦公司4月份在美國華盛頓特區發起一項運動——到2016年將淘汰北美地區的所有非節能燈泡。該公司指出,如果將全美的所有白熾燈泡更換為節能燈泡,每年將節省電費開支180億美元,相當于減少1.58億噸二氧化碳排放量。歐洲使用的白熾燈泡為39億只,更換后可節約的能源將于美國相當。歐盟如果將每一只白熾燈泡更換為節能燈泡,每年節約的電量可供1000萬個家庭使用。據悉,歐盟5月份采取立法行動以逐步淘汰白熾燈泡。
緊湊型熒光燈(簡稱CFLs)具有光效高(是普通白熾燈泡的5倍)、節能效果明顯、壽命長(是普通白熾燈泡的8倍)、體積小、使用方便等優點。LED節能燈則是用高亮度白色發光二極管作為發光源,光效高、耗電少、壽命長、易控制、免維護、安全環保,是新一代固體冷光源,比節能燈省電,亮度高,投光遠,投光性能好,使用電壓范圍寬。光源通過微電腦內置控制器,可實現LED七種色彩變化,光色柔和、艷麗、豐富多彩、低損耗、低能耗,綠色環保。
緊湊型熒光燈內部含有氣體,在電流通過時可以產生紫外線。當紫外線遇到燈管內層的磷涂層時,就可以產生可見光。直到現在,緊湊型熒光燈的價格依然偏高,設計也不是很美觀。這種節能燈配置了內置轉換器以適應大多數普通燈泡插座。美國電燈協會指出,全美大約有85%%的緊湊型熒光燈是可替代的。因此,2006年11月,超市業巨人沃爾瑪發起了一項運動,計劃到2007年底銷售1億只緊湊型熒光燈。
專家認為,隨著緊湊型熒光燈價格不斷降低及可靠程度不斷提高,家用照明方式的最重大變化將會到來。
盡管緊湊型熒光燈的電能利用效率高于白熾燈泡,但它也只能將15%的電能轉換成光,這一比例最高只能達到30%。相比較而言,目前LED燈泡的電能利用效率已經達到30%,從理論上講最高可以達到70%。LED燈研制的權威人士、劍橋大學的科林?哈姆費瑞斯指出:“最初將是利用緊湊型熒光燈替代白熾燈泡,但最終LED燈泡將會成為未來的主角。”
LED是一種半導體設備,當電流通過時能夠發射出光線。可以適用于家庭、商場、賓館及其他各種公共場所長時間照明。與白熾燈管或低壓熒光燈管相比,LED的穩定性和長壽命是明顯優勢:白熾燈的連續工作時間很少可以超過1000小時,采用電子驅動器的熒光燈管的連續工作時間可超過8000小時,但LED能夠無故障工作50000小時以上。由于LED具有節能、環保、壽命長、體積小等優點,專家們稱其為人類照明史上繼白熾燈和熒光燈之后的又一次飛躍。
每一種LED都是一種典型的層式結構,它有5層非常薄的銦—鎵—氮化物混合半導體材料構成,層與層之間由鎵—氮化物分開,其面積僅為1平方毫米。通過調整半導體材料中銦的比例,研究人員能夠改變LED所產生的顏色。例如銦含量為10%時,可發出藍光,20%時可發出綠光。為了生產出白光,需要將藍色LED的內層涂上磷,這樣磷產生的黃色光和藍光可以合成為比較刺目的白光。
2006年,飛利浦公司發布了一種被稱為“鮮活色彩”的球狀燈,它以4個LED為基礎制成,其中兩個紅色、一個藍色,另一個為綠色。研究人員認為,通過改變LED的強度有可能產生出多達1600萬種的不同顏色柔和光線。“鮮活色彩”是由一種簡單的遙控裝置控制。飛利浦公司強調,要真正研制出以LED為基礎的“燈泡”,使人們可以很便利地利用現有插座,依然要走很長的路。但關鍵是已經邁出了第一步。
專家認為,最先能夠實現的目標是光線較強的家用白色LED燈具,例如臺燈等。3月初,德國西門子公司下屬的子公司、全球最大的照明設備制造商之一歐司朗公司展示了一種被稱為“Ostar”的聚光燈,這種燈可以從2米的高度照亮書桌。
研制出能夠替代白熾燈泡的LED燈,目前的最大挑戰在于研制出一種能夠發出較暖白光的設備。科林?哈姆費瑞斯的研究小組和世界其他研究小組正在攻克這一技術難關。他們將單個的LED內層涂上紅磷、藍磷和綠磷。從原則上講,能夠產生類似于太陽光的光線。盡管目前沒有做到這一點,但正在向這一目標逼近。
另外一個必須跨越的障礙,其價格應該越來越便宜,能夠為大眾所接受。目前,一只單一的LED燈價格超過60美元,其原因在于培育銦—鎵—氮化物混合半導體材料所必需的蘭寶石晶體價格昂貴。哈姆費瑞斯認為,可以利用硅晶體培育這種半導體材料。這樣,將能夠大大降低其成本,每5平方厘米藍寶石基層的價格為40美元,而同樣面積的硅基層僅為5美元。哈姆費瑞斯的研究小組已經在實驗室中,利用5平方厘米的硅晶片培育出藍色LED。
專家認為,無論LED何時能夠真正替代白熾燈泡,耗能高的白熾燈泡最終將退出歷史舞臺。
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