LED được dùng để thắp sáng trên diện rộng

47

 

Những Diode phát quang tiết kiệm năng lượng đang nhanh chóng trở thành giải pháp thắp sáng trên toàn cầu.

 Torraca là một ngôi làng nhỏ của Ý với khoảng 1200 người dân và cũng là nơi đầu tiên trên thế giới được thắp sáng hoàn toàn bằng những Diode phát quang (light emitting diodes- LED). Điều này làm nhiều người nhớ lại sự thay đổi lớn lao vào năm 1878, khi mà cầu Holborn của London lần đầu tiên được phát sáng nhờ đèn điện. Giờ đây, khoảng 700 ngọn đèn đường (mỗi ngọn đèn chứa 54 LEDs) được đặt khắp các trục lộ chính của Torraca. Và ở nhiều nơi trên thế giới, chẳng hạn như sân vận động olympic Bird’s Nest của Bắc Kinh hay Trung tâm hội thảo Raleigh ở Bắc Carolina, LED đã bắt đầu được sử dụng để thắp sáng suốt đêm. “Đã có hơn 30 nơi lắp đặt hệ thống chiếu sáng như Torraca trên khắp thế giới, nó đang phát triển rất nhanh chóng”- Mark McClear, giám đốc phát triển kinh doanh tại  công ty sản xuất LEDs Durham, dịch vụ đã lắp đặt các ngọn đèn ở Torraca nói.

Trong tương lai, có lẽ đèn điện sẽ được thay thế bằng những mảnh nhỏ bán dẫn. Không giống những bóng đèn đốt nóng dây tóc làm bằng tungsten lên hơn 1700 độ C, hay kích thích khí huỳnh quang, cơ chế phát sáng của LED tiêu tốn rất ít điện năng. Diode là những linh kiện được kết hợp bởi hai loại vật liệu, ví dụ như silicon hoặc germanium, sự phát sáng của thay đổi tùy thuộc vào vật liệu như  gallium arsenide, những chất này sẽ phát ra photon khi có dòng điện chạy qua chúng.

Công nghệ LED đã được nghiên cứu hàng chục năm qua, nhưng vẫn không thể thay thế các sản phẩm phát sáng mạnh khác, vì giá thành của LED rất cao. Một đèn LED với công suất ngang với đèn sợi đốt thông thường (100 watt) sẽ tiêu tốn khoảng 80 usd, trong khi đó đèn truyền thống chỉ tốn khoảng 3 usd.

Tuy chi phí là một trở ngại lớn đối với LED, nhưng thời lượng chiếu sáng của nó lại đạt tới 50000 giờ (10 năm, nếu dùng 12 giờ mỗi ngày,  mờ dần theo thời gian) , còn bóng đèn thông thường chỉ đạt tới 800 giờ sử dụng. McClear nói:” thường thì bạn dùng đèn khoảng 2 giờ mỗi ngày, với cường độ như vậy thì một đèn LED có thể có tuổi thọ 136 năm”, ông nói thêm:”nếu bạn lắp một đèn LED cố định và sử dụng 2 giờ mỗi ngày, nó sẽ sử dụng lâu hơn cả ngôi nhà bạn, thậm chí hơn cả tuổi thọ của bạn”.

Dù chi phí lắp đặt cao, nhưng LED vẫn có thể được các thành phố và công trình lựa chọn, đó là vì LED có khả năng tiết kiệm năng lượng. Theo bộ năng lượng Hoa Kỳ, khoảng 22% tổng điện năng sử dụng ở nước này được dùng vào việc chiếu sáng, do đó nếu chuyển sang dùng LED thì đến năm 2028, có thể tiết kiệm được 280 tỷ usd. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu ở Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, N.Y., cũng đã ước lượng việc thay đổi các đèn chiếu sáng thông thường bằng LED có thể tiết kiệm được 1830 tỷ usd tiền điện năng trên toàn thế giới trong thập niên tới. “Việc cho một dòng điện chạy qua một dây dẫn để đốt nóng lên đến nhiệt độ phát sáng là một việc làm thiếu hiệu quả, thậm chí làm mất khoảng 95% hiệu suất,” McClear nói, “Những LEDs tốt nhất hiện nay sẽ tăng hiệu suất đó lên 35%”.

Trong những nơi đang sử dụng LED để thắp sáng, đại học Bắc Carolina ở Raleigh, nơi từng lắp đặt 730 đèn LED vào khu nhà tập thể đã tiết kiệm được 44% năng lượng mỗi ngày, so với mức điện năng tiêu thụ do việc chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang trước đó. Và  thành phố Los Angeles cũng đã lên kế hoạch thay thế 140,000 đèn đường bằng đèn LED cố định, kế hoạch kéo dài đến 2014 với chi phí khoảng 57 triệu usd, số tiền này được cung cấp bởi Viện Môi Trường Clinton và Sở Điện Nước Los Angeles. Tivi sử dụng OLED

Đèn LED loại mới có thể chiếu sáng ngang với đèn sợi đốt 100 watt mà chỉ cần tiêu thụ 13 watt. Chúng cũng có thể phát sáng như một đèn huỳnh quang, nhưng tiết kiệm được 50% năng lượng, và tránh được sự độc hại do thủy ngân. Cục bảo vệ môi trường của Hoa Kỳ (EPA) ước lượng khoảng 670 triệu đèn huỳnh quang bỏ đi mỗi năm dưới dạng rác thải, dẫn đến việc thải ra 2 đến 4 tấn thủy ngân vào môi trường.

Sự phát triển của công nghệ đã cho phép các hãng sản xuất nâng khả năng phát sáng của một diode 1 mm vuông lên đến 161 lumen/watt. Do đó, cục Dư Trữ Liên Bang đang sử dụng LED để chiếu sáng trần phòng họp, Lầu Năm Góc cũng lắp đặt 4200 LED cố định để giảm điện năng tiêu thụ và tăng cường chất lượng chiếu sáng, theo thông tin của Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ.

Bất lợi của LED là các đèn LED phải được giữ lạnh, trong các đèn cố định sử dụng nhiều LED thì sẽ có các quạt nhỏ để giữ mát cho hệ thống, vấn đề là các chi tiết làm mát này có tuổi thọ rất ngắn so với LED. Nhiều nhà sản xuất, bao gồm Brite Components, Cree, General Electric, Liting Science Group, Osram và Philips cho biết hiện nay họ đang cố giải quyết vấn đề này.

Dù vậy, LED cũng không thay thế hoàn toàn được các đèn truyền thống, bởi vì chúng chiếu sáng chỉ trên một hướng, như laser, chứ không phải trên một diện tích. Để cung cấp đủ ánh sáng cần thiết, các công ty đang chế tạo OLED (organic LED), chúng có thể phát ra ánh sáng ở mọi góc độ và đã được ứng dụng vào việc chế tạo các Tivi, màn hình công nghệ cao. Những OLED như thế được làm từ vật liệu hữu cơ như polyacetylene chứ không phải kim loại bán dẫn, chúng hứa hẹn những giải pháp cho tương lai còn hấp dẫn hơn cả LED và mặt hiệu suất và chất lượng phát sáng. BASF và Osram đã chế tạo được một OLED trắng có khả năng chiếu sáng 60 lumen/watt. Các hãng khác cũng đạt được mức 100 lumen/watt trong phòng thí nghiệm, theo Barry Young, giám đốc điều hành của Hội Liên Hiệp OLED (OLED Association).

Đáng tiếc là những bản OLED như thế có chi phí khoảng 75 usd cho mỗi food vuông (800 usd trên mỗi met vuông) nên vẫn chưa thể thương mại hóa, Young nói. Nhưng ông ấy tin rằng giá cả có thể được giảm đáng kể bằng việc sử dụng nhựa polyme và những chất khác thay thế cho thủy tinh. Chiếu sáng bằng OLED đang dần trở nên khả thi và có thể được mở rộng sử dụng vào năm 2011, theo lời của Tex, chuyên viên đồ họa firm của DisplaySearch ở Austin. “Nó có vẻ như có tuổi thọ lâu hơn cả LED bởi vì nó không có gì để hư hại và cũng không làm việc ở nhiệt độ cao”, Young nói, “Nếu xét về hệ thống điều hòa nhiệt độ thì OLED sẽ không sản sinh ra ra các vấn đề về nhiệt như LED”.

Mặc dù Young cho rằng LED và OLED có thể phối hợp với nhau, nhưng vẫn còn đó sự khác biệt cơ bản về nguyên tắc:” LED có thể sử dụng để chiếu sáng thay cho các bóng đèn truyền thống, còn màu sắc sặc sỡ của OLED dùng trong các thiết bị trong văn phòng”. McClear nói “Nó đang diễn ra rất nhanh, không ai ngờ nó có thể diễn ra nhanh như vậy.”

phqnha – vatlyvietnam.org (Theo Scientific American 18/3/2009)