لامپ های برق بعد از دوران ادیسون...

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: دیوارهای نور، LED ها و درختان روشن

در تصویر محبوب ترین نمای شهر لندن؛ چرخ و فلک بزرگ، به نام چشم لندن که در سال ۲۰۰۶ با LED ها و نور های مختلف آزین شده بود را می بینید. لامپ های برق بعد از دوران ادیسون فناوری پیچیده ای به حساب نمی آمدند، اما از ۵۰ سال قبل ابتکار و خلاقیت های چشم گیری عموما مطابق با خواست دولت ها در صنعت روشنایی مشاهده می شود.
در پنج سال اخیر در قبال منع فروش لامپ های رشته ای قوانین بین المللی تصویب شده تا برای افزایش راندمان روشنایی و مصرف انرژی بهینه در لامپ های نوری، لامپ های رشته ای، با تکنولوژی های دیگر جایگزین شوند. ونزوئلا، برزیل، استرالیا و اتحادیه اروپا از جمله کشور هایی هستند که شروع به تعویض سراسری این لامپ ها کرده اند.
جدیدترین گزارش های بین المللی در رابطه با اکوسیستم زمین مشخص می کنند که درصد دی اکسید کربن موجود در جو به بیشترین مقدار خود رسیده است. حال بیاییم تاثیر چراغ های روشنایی برق را بر تولید و مصرف انرژی و انتشار گاز های مخرب درک کنیم. در کشور آمریکا ۱۱ درصد از مصرف خانگی و ۲۵ درصد از مصرف تجاری انرژی در روشنایی صرف می شود. (البته روشنایی حاصل از هر نوع انرژی و نه فقط انرژی برق)
در این مقاله به جایگزین های امپراطوری چندین ساله لامپ رشته ای یعنی انواع فلورسنت و LED ها و فناوری های آینده در روشنایی می پردازیم.
از ماشین حساب های جیبی تا لامپ های اتاق نشیمن
ده سال اخیر تکنولوژی دیود نوری؛ LED در روشنایی پیشرفت فوق العاده ای داشته است. دیود های نوری محصولی از فناوری های پیشرفته نیمه هادی در الکترونیک اند که با سیستم های پیشین روشنایی یعنی فیلمان های الکتریکی و تخلیه بار الکتریکی در پلاسما یا محیط یونیزه مجزاست. دیود های نوری LEDs با ارسال جریان الکتریکی به الکترون و تغییر سطح انرژی الکترون محصور از خود نور ساطع می کنند.
از LED در نمایشگر های قطعات الکترونیک در سال ۱۹۷۰ میلادی برای ماشین حساب های جیبی استفاده شد. نمایشگر های ۷ قسمتی و ماشین حساب HP-35 از اولین کاربرد ها در همان سال به حساب می آیند. امروزه دیود های نوری منابع قوی و در عین حال کوچک نور به حساب می آیند و تا ۱۰۰ واحد روشنایی بر واحد توان lumens per watt در تبلیغ کارخانجات تولیدی آن معرفی شده اند. (لومن lumen واحد استاندارد روشنایی است و بهره آن بر حسب روشنایی خروجی از لامپ نسبت به انرژی داده شده به آن معین می شود.)
از سال ۲۰۰۰ توسط دکتر رولند هیتز و قوانین الکترونیکی که توسط وی تالیف شدند بازده دیود های نوری بهبود یافت و هر سه سال، واحد روشنایی بدست آمده از انرژی یکسان ورودی دیود به دو برابر افزایش یافت و بر حسب پیش بینی رولند در سال ۲۰۱۰ می بایست دیود نوری از توانایی ۱۰۰ lm/watt (لومن بر وات) فراتر رود که این اتفاق افتاد. بعد از آن در دنیای الکترونیک قانون رولند به مانند قانون مور در دنیای کامپیوتر شناخته شد (البته با محتویات متفاوت). در سال ۲۰۱۱ میلادی به خصوص، ما در هر گوشه و کنار زندگی خود از LED مثلا: در فرشگاه ها، روشنایی دوچرخه، چراغ های راهنمایی و رانندگی و از لامپ های ضروری تا مصارف خانگی استفاده می کنیم.
علاوه بر راندمان مصرف انرژی و روشنایی لامپ های دیود نوری در طول عمر هم نسبت به سایر لامپ ها بسیار با دوام ترند. در کارخانجات پیشرفته طول عمر ۵۰ هزار ساعت هم تضمین می شود، بله با LED های امروزی می توان به طور معمول به دوام ۶ سال و رنگ های متفاوت؛ یشمی (آبی متمایل به سبز)، سرخ، کهربایی (زرد مایل به قهوه ای)، روشن خنک، روشن گرم و … دست یافت.
مزیت های منحصر به فرد دیود های نوری از سوی دیگر با هزینه های هنگفتی همراه است که این مورد عامل مهمی است که LED را هنوز همه گیر نکرده است و در بسیاری از خانه ها هنوز لامپ های رشته ای را می بینیم. اما این قیمت به طور ثابت در حال کاهش است. پیتر سورس از مدیران ارشد شرکت روشنایی فیلیپس در این باره می گوید: “با کاهش قیمت، LED ها حتی جایگزین قوی ترین لامپ های افشان می شوند. شیشه و فیلمان های شکستنی داخلی و خطر جیوه در پایان طول عمر در این لامپ وجود ندارد. به همین خاطر LED برای مدت طولانی برنده فناوری های روشنایی خواهد بود.”
دیود های نوری به زودی در دکوراسیون روشنایی خارجی هم مورد استفاده قرار خواهند گرفت و جایگزین لامپ های با تکنولوژی تخلیه گاز خواهند شد. این لامپ های گازی به قدری قدرت دارند که حتی می توانند به تنهایی با صرف چندین کیلووات انرژی نمای بیرونی ساختمانی را به کلی روشن کنند. دیود نوری مسلما انرژی کمتری نسبت به لامپ گازی مصرف می کند.
از سوی دیگر فقط راندمان در دکوراسیون روشنایی ساختمان مهم نیست بلکه طول عمر و سایز آن ها به گونه ایست که در هر طبقه از ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند.
علاوه بر مواردی که در بالا اشاره شده است دیود های نوری توسط معماران طراحی ساختمان برای تغییر نور و رنگ روشنایی در هر لحظه دلخواه بکار می روند. از رنگ های قرمز، سبز و آبی در دکور روشنایی؛ هر رنگ از طیف نور را می توان برنامه ریزی کرد. استفاده از LED در معماری روشنایی فواید توصیف ناپذیر بسیاری دارد. قلعه بوکینگهام (Buckingham Palace)، هتل های کریستو رنتر (Cristo Redentor) و یاس (Yas) در ابوظبی جزء سه محلی هستند که از دکور های نور LED در حد ایده آل با هزینه های فوق العاده استفاده می کنند.

در این تصویر پل صلح ما بین بوفالو و فورت اری در امریکا نشان داده شده که توسط شرکت فیلیپس از LED های ۷۰۰ RGB با تنوع رنگ تزیین شده است. ارزش بازار دیود نوری در جهان ۱۴.۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۱ برآورد شده که ۱۰ درصد از سهم بازار روشنایی محسوب می شود. این در حالی است که سال قبل میلادی ۵ درصد از سهم بازار روشنایی نزد LED ها بود و با برنامه های از رده خارج کردن لامپ های افشان توسط دولت ها برای سال ۲۰۱۳ سهم ۱۶ درصدی پیش بینی می شود. لی درایدن سخنگوی شرکت اسرم (Osram) در رابطه با بازار روشنایی شرکت خودشان می گوید: “در سال مالی گذشته ما حدود ۲۰ درصد از فروش خود را مدیون محصولات LED بوده ایم.”
در رابطه با سهم روشنایی می بایست حتما به ساختمان اداره های دولتی، دانشگاه ها و بیمارستان ها توجه کرد که عمده لامپ های روشنایی از نوع فلورسنت می باشد. بنابراین برای تغییر اساسی در مصرف لامپ های جدید باید به کارکرد این بخش ها توجه ویژه ای داشت.
مزایای ارزان بودن
بخار گاز تحریک شده که از خود پرتو فرابنفش ساطع می کند زمانیکه سر راه فسفر سفید قرار می گیرد وسیله مناسبی برای روشنایی است. (لامپ هایی که با نام؛ کم مصرف الکترونیکی در ایران به فروش می رود از این نوع اند) این نوع از لامپ های نسبت به لامپ های تنگستن که گرمای زیادی تولید می کنند (به عنوان لامپ افشان) و فلورسنت که برای روشن شدن بسیار ارزان قیمت اند (در مصارف روشنایی کارخانه ای و مواردی که در بالاتر اشاره شد بسیار کاربرد دارند) راندمان بهتری دارند و در عین حال گران نیز محسوب نمی شوند.
نوع دیگر از لامپ ها روشنایی فلورسنت می باشد و جدیدترین مدل لامپ های فلورسنت که پا به پای LED در قابلیت ها پیشرفت کرده است T5 نام دارد که از راندمان ۱۰۰ lm/w فراتر رفته است. اگرچه طول عمر T5 نصف LED است، اما قیمت آن ها برای روشنایی مشخص نسبت یک (برای فلورسنت) به سه (برای دیود نوری) می باشد. به همین علت است که حداقل هنوز در بخش های اداری فلورسنت با LED جایگزین نشده است.
در بخش های خانگی هم LED رقیب قدرتمند فلورسنت را روبروی خود دارد که بر اساس گزارش امسال بنیاد کلینتون فروش ۲۰ میلیونی فلورسنت در سال های ۲۰۰۳ و ۲۰۰۴ به ۲۵۵ میلیون ما بین سال های ۲۰۰۹ و ۲۰۱۰ رسیده است. این نه بخاطر راندمان مصرف انرژی بلکه بیشتر بخاطر هزینه های کمتر است.
به هر حال با پیشرفت خانواده لامپ های LED و تولید OLED با توسعه الکترونیک و قطعات نیمه هادی و کاهش قیمت آن و از سوی دیگر تقریبا راکد ماندن توسعه لامپ فلورسنت، بازار روشنایی برای سال ۲۰۱۵ سهم غالب و ۹۰ درصدی را برای دیود های نوری پیش بینی می کند.
روشنایی طبیعی
دیود نوری طبیعی (OLED, organic light emitting diode) مشابه با دیود نوری عادی با یک تفاوت عمده در قطعات نیمه هادی است که به صورت طبیعی و بدون مواد مصنوعی در آن استفاده می شود و تفاوت دیگر ظاهری این دو با هم در این است که OLED یک صفحه (area source) ولی LED یک نقطه (point sourcs) را روشن می کند.
این ویژگی در نمایشگر ۵ اینچی پلی استیشن ویتا بکار رفته است. دو شرکت بزرگ اسرم و فیلیپس از سال ۲۰۰۹ شروع به ساخت نمایشگر های تخت OLED برای قطعات الکتریکی با هزینه بالا و فقط تا بازده ۲۵ lm/w کرده اند. به این خاطر این وسایل تنها به درد اسباب بازی میلیونر ها می خورد تا استفاده برای عموم یا حتی نمایش برای سرویس های تبلیغاتی. اما پیشرفت های فناوری OLED به حدی وسیع و غیر قابل باورست که حتی ذکر کردن چند مورد آن ها در این وبلاگ نیاز به پست های چندگانه اختصاصی دارد. رسیدن به راندمان بالا در نسبت روشنایی و مصرف انرژِی، کاهش قیمت، کاهش ضخامت نمایشگر، افزایش قطر آن و … از این گونه پیشرفت هاست. صفحه ای بودن OLED باعث یکنواختی نور آن می شود که از این منظر با لامپ های فلورسنت مقایسه می شود ولی در فناوری های فعلی فلورسنت های پیشرفته نوردهی بالاتر و قیمت کمتری را برای کاربرد های مختلف صرف می کنند.
در تئوری های مطرح شده برای OLED طرح های شگفت انگیزی وجود دارد. طرح هایی برای استفاده از فناوری نمایشگر به جای فناوری روشنایی؛ استفاده از دیوار های نمایشگر OLED در روشنایی منازل یا خیابان ها، تبلیغات بر روی دیوارها و ساختمان ها، روشنایی و گرمایش در شب ها، جایگزینی خورشید برای اتاق های تاریک در طول روز و …

در این تصویر طرح شرکت اسرم نشان داده شده که پنل های OLED با شفافیت به عنوان پنجره های آینده مطرح می شوند. در سال قبل اکثر شرکت های بزرگ در تکنولوزی های روشنایی نیمی از بودجه خود را صرف LED و دیگر خانواده های آن کردند. که امسال هم کمی بیشتر از سال قبل این بودجه ها صرف می شود تا کاربرد لامپ های دیود نوری در مدل های مختلف آن هر چه بیشتر افزایش یابد.
اما آیا فقط قطعات نیمه هادی و الکترونیکی است که در آینده قرار است روشنایی را برای انسان ها دلچسب تر کنند؟ خیر در آزمایشگاه های علمی چندین تکنولوژی پیشرفته دیگر در تحلیل و بررسی به سر می برند.

تصویری از کار آزمایشگاهی شرکت اسرم بر روی OLED و افزایش روشنایی آن. درخت های روشن و آینده روشنایی
در ادامه با کار های آزمایشگاهی در زمینه آینده روشنایی آشنا می شویم.
مهم ترین بخش تحقیقاتی که در آینده خبر های آن را خواهیم شنید؛ روشنایی در ساختار های نانو ، استفاده از موادی که در زمین به وفور پیدا می شوند برای جایگزین کردن مواد کم یابی که امروزه در تکنولوژی نیمه هادی بکار می روند و کار بر روی تکنولوژی های با طول عمر و قابلیت تحمل بالا می باشد.
البته از ظواهر اکثر طرح ها برای روشنایی در آینده این طور می توان درک کرد که قرار است شرایطی برای توسعه هر چه بیشتر LED یا OLED ها فراهم شود تا به دنبال خلق روش جدیدتر برای روشنایی بود.

فارق التحصیلان دانشگاه کمبریج در مسابقه بین المللی ماشین های مهندسی شده (iGEM: international Genetically Engineered Machines) سال گذشته تحقیقی ارائه دادند که بر ساخت زنجیره های دی ان ای زیست آجر تمرکز داشت. (از ساختار های ژنتیکی مواد است) از این پروژه می توان در آزمایش های تولید نوری از مجود زنده استفاده کرد. (مثل کرم شب تاب) با این وجود این پروژه تنها راه کوچکی را باز کرده است و باید دید آیا امکان آن وجود دارد در آینده توسط فضای سبز شهر ها خیابان ها را روشن کرد و جایگزینی بر چراغ های خیابان فعلی با مصرف انرژی بی رویه بود.
یک گروه مخترع چین تایپه ای هم درختان آبزی را پرورش داده اند که توانایی انتشار نور از خود را دارند. این گیاهان که با حسگر های نانو تطبیق داده شده اند پرتو های فرابنفش را جذب و از خود نور ملایم آبی رنگ ساطع می کنند و به نوعی هم مثل صفحه خورشیدی مصنوعی پرتو های خورشیدی را جذب می کند و هم مثل گیاه طبیعی عمل فوتوسنتز را انجام می دهد. این نوع منبع نور به نام bio-LED شناخته می شود و تا تجاری شدن و استفاده از آن به نام درخت نورانی برای روشنایی خیابان ها زمان زیادی نیاز است.
چراغانی درختی را که کنار بگذاریم، به زودی برتری نهایی در روشنایی را در جبهه الکترونیک و نیمه هادی خواهیم دید. این مورد حداقل در کشور هایی که لامپ های افشان را دولت ها کنار می گذارند در حال وقوع است. البته با گذر زمان، چرا؟ چون در کشوری مثل هندوستان حدود ۴۰۰ میلیون لامپ رشته ای هنوز مورد استفاده است که سازمان بین اللمل با کمک چند شرکت در زمینه روشنایی در حال برنامه ریزی برای جایگزینی این نوع لامپ ها با انواع فلورسنت می باشد. بنابراین آن چه را که با اطمینان می شود گفت این است که بخاطر مسائل زیست محیطی لامپ های رشته ای و افشان در بازار ها برای فروش موجود نخواهد بود.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 2126]