LED بهترين منبع روشنايي و كاهش مصرف برق
آلودگي‌هاي محيط زيست و انتشار گازهاي گلخانه‌اي در فضا و هواي كره زمين سبب شده كه صنعت برق در كشورهاي مختلف جهان علاوه بر اينكه به سمت انرژيهاي تجديدپذير حركت كند در زمينه بهره‌گيري از لامپهاي روشنايي جديدي كه كمترين ميزان آلودگي را دربر دارد اقدام كند. در مقاله زير كه با طرف نوربخش صادقي رييس اداره نمايندگي سابا در مركز ارسال شده است با توجه به اهميت مبحث مديريت مصرف انرژي در سيستم‌هاي روشنايي و ابداع روشها و فناوريهاي نوين در اين زمينه و همين طور كارايي و دامنه كاربرد بسيار بالاي آن در به كارگيري سيستم‌هاي جديد LED در روشنايي خانگي، تجاري، معابر و … تهيه شده است.
با بالارفتن حرارت كره زمين، همه كشورها بايد به حذف عوامل سازنده گازهاي گلخانه‌اي كمك كنند، يكي از اين عوامل كه باعث توليد گازهاي گلخانه‌اي مي‌شود، لامپ‌هاي معمولي يا همان لامپ‌هاي رشته‌اي (فيلمان‌دار) و تابان است كه به دليل استفاده وافر در اكثر كشورهاي جهان از عوامل مهم توليد گازهاي گلخانه‌اي به شمار مي‌آيد و با درنظر گرفتن اين نكته كه سهم روشنايي كه عمدتاً نيز به وسيله لامپ‌هاي رشته‌اي تامين مي‌شود از كل مصرف الكتريسيته خصوصاً در زمان اوج مصرف چشمگير است به عنوان مثال در ايران حدود ۳۰ درصد از كل انرژي مصرفي و حدود ۴۵ تا ۵۰ درصد از مصرف پيك صرف تامين روشنايي مي‌شود اين موضوع را جدي‌تر نشان مي‌دهد.
با توجه به اين امر، بسياري از كشورها، برنامه چند ساله‌اي را براي جايگزين كردن مدلهاي ديگري از لامپ به جاي لامپهاي رشته‌اي كرده‌اند تا در درازمدت بتواند اين نوع لامپ را حذف كرده و لامپ ديگري را جايگزين كنند كه علاوه بر حذف گازهاي گلخانه‌اي از انرژي كمتري براي توليد نور بيشتر استفاده كند. البته اين مساله نياز به تغيير فرهنگ مردم در نوع استفاده از تجهيزات دارد تا رويكرد آنها به اين نوع لامپ همگاني بيشتر شود. هزينه خريد اوليه بالاي ساير لامپ‌ها و ارزان بودن انرژي از دلايل عمده روي آوردن بسياري از مردم به خريد لامپهاي معمولي و تابان است.
سوال اين است اكنون چه نوع لامپي مي‌تواند جايگزين آن شود؟ آيا آگاهي از اين موضوع به تنهايي براي تغيير رويكرد استفاده‌كنندگان كافي است؟ يا اينكه اين طرح جهاني نيازمند بسيج همگاني براي رشد تكنولوژي و كاهش هزينه ساير لامپها است؟
هم‌اكنون شايد تنها لامپ جايگزين كه مي‌تواند گزينه مناسبي باشد، مدلهاي مختلف از لامپ فلورسنت (معروف به مهتابي) است. لامپ لوله‌اي فلورسنت، لامپ كم‌مصرف و فلورسنت فشرده.
(CFL وFPL) از جمله آنها محسوب مي‌شوند، اما آيا آينده از آن اين نوع لامپ است؟
ممنوعيت استفاده از لامپ نور تابان در برخي از كشورها
بسياري از كشورها، منتظر تغيير علاقه مصرف‌كنندگان نشده و قوانيني را براي حذف لامپ‌هاي مضر وضع كرده‌اند. در ايالت كاليفرنيا و آمريكا و كشور كانادا قانوني وضع شده كه تا سال ۲۰۱۲ ميلادي، استفاده از هر نوع لامپ داراي نور تابان در اين مناطق ممنوع خواهد شد و كاربران فرصت دارند به صورت تدريجي نوع محصولات مصرفي خود را تغيير دهند. كشور استراليا هم مشابه اين قانون را تا سال ۲۰۱۰ ميلادي وضع كرده است. اتحاديه اروپا نيز به دنبال راهكاري براي وضع قانون جديد و كارا در اين زمينه در كشورهاي عضو اين اتحاديه است. در نيوجرسي، مكاني كه توماس اديسون در سال ۱۸۷۹ موفق به توليد الكتريسيته و روشن كردن لامپ شد قانوني وضع شده كه استفاده از لامپهاي تابان (رشته‌اي) در ادارات دولتي ممنوع و تنها لامپهاي فلورسنت وLED قابل استفاده خواهند بود.
لامپ‌هاي تابان (رشته‌اي) علاوه بر كارآيي و بازده پايين، از انرژي بالايي براي توليد روشنايي استفاده مي‌كنند. به عنوان مثال يك لامپ ۱۰۰ وات، روشنايي معادل يك لامپ ۲۰ وات فلورسنت را خواهد داشت، يعني براي توليد نور مشابه، لامپهاي تابان، ۵ برابر بيشتر انرژي مصرف مي‌كنند.
هم‌اكنون در كشور ما نيز استفاده از لامپهاي كم مصرف، فلورسنت وFPL به لامپهاي تابان ترجيح داده مي‌شود و طبق بخشنامه‌هاي جديد ارگانهاي دولتي در مواقعي كه از نظر فني محدوديتي ندارند ملزم به استفاده از لامپهاي كم مصرف شده‌اند و ديگر مصرف‌كنندگان نيز مي‌توانند از لامپهاي كم مصرف يارانه‌اي استفاده كنند. اما استفاده از LED چندان رواج نيافته و بيشتر جنبه تزئيني دارد. حال به راستي سوال اين است كهLEDها چه برتري به لامپهاي فلورسنت معمولي و فشرده دارند؟ منبع اصلي نور در آينده مطمئناًَ يك لامپ يا يك چراغ حبابدار نخواهد بود بلكه مي‌تواند يك ميز يا يك ديوار و يا هر چيز ديگري باشد.

LED‌ها جايگزين ارزان‌تر لامپهاي حباب‌دار
كشف تصادفي اخير،‌توليد نور از LED‌ها يا ديود نوراني را به مركز جديدي رساند. به زودي LED خواهد توانست جايگزين ارزانتر و با دوام‌تري براي لامپهاي حبابدار كنوني شود.
حال سوال اين است كهLED چيست؟
LED مخفف واژهLIGHT EMMTTED DIODE به معناي ديود ساطع كننده نور است. ديودهاي ساطع كننده نور در واقع جزء خانواده‌ها ديودها هستند كه ديودها نيز زيرگروه نيمه هادي‌ها به شمار مي‌آيند. خاصيتي كهLED‌ها را از ساير نيمه هاديها متمايز مي‌سازد اين است كه با گذر جريان از آنها مقداري انرژي به صورت نور از آنها ساتع مي‌شود.

نسل جديدLED‌ها
سالها قبل ذرات بسيار كوچك كوانتومي ساخته شد كه اين ذرات كوانتومي كريستالهايي هستند كه ابعادشان چند نانومتر بيشتر نيست و مي‌توانند از ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ الكترون را در خود جاي دهند.
اين ذرات به آساني از خود بسته‌هاي انرژي منتشر مي‌كنند و هر قدر كوچكتر باشد بيشتر تحريك مي‌شوند. هر ذره در مجموعه ويژه بوئرز به طور استثنايي كوچك و تنها شامل ۳۳ يا ۳۴ جفت اتم بود. هنگاميكه نور روي ذرات كوانتومي تابانده شده يا جريان برق به آنها وصل مي‌شوند آنها با توليد نور از خود واكنش نشان مي‌دهند و رنگهاي متغير و متنوعي ايجاد مي‌كنند.
اما هنگاميكه يك پرتوي ليزري روي مجموعه‌اي از اين ذرات كوانتومي تابانده شد اتفاق غير منتظره‌اي رخ داد. ناگهان نور سفيدي تمامي ميز را پوشاند و انتظار مي‌رفت كه ذرات كوانتومي نور آبي منتشر كند اما اين نور، نور بسيار زيباي سفيدي بود.
سپس اين ذرات را با پلي اورتان شد و سطح بيروني يك حبابت لامپLED آبي را با آن پوشاند. هر چند ظاهر اين حباب زيبا نبود اما نور سفيدي مانند لامپهاي معمولي منتشر مي‌كرد كه شدت آن ۲ برابر و دوام آن ۵۰ برابر يك لامپ معمولي ۶۰ وات بود.
Led‌ها تا اواخر دهه گذشته فقط مي‌توانستند سه نور آبي، سبز و قرمز توليد كنند كه به همين علت كاربردشان محدود بود.
سپسled‌هايي با رنگ آبي به بازار آمدند كه مي‌توانستند نور سفيد با هاله‌اي از رنگ آبي روشن كنند.
بسياري اعتقاد دارند لامپ‌هايي كه از ديودهاي ساطع كننده نور استفاده مي‌كنند، يا همان LED ، آينده را از دست ساير رقبا خارج خواهند كرد.
LED‌ ها كه از دهه‌هاي گذشته در الكترونيك مورد استفاده قرار مي‌گرفتند، عموماً براي نمايش خاموش يا روشن بودن نمايشگرها در لوازم مولتي مديا مورد استفاده قرار گرفتند.
در حال حاضر LED‌ ها به نحوي ساخته مي‌شوند كه نور را در جهت خاصي متمركز مي‌كند و به صورت چيپ‌هاي كوچكي هستند كه معمولاً در داخل يك شيشه‌ گنبدي شكل قرار مي‌گيرند و داراي سايز چوب كبريت يا كمي بزرگ‌تر هستند و به سختي مي‌شكنند.
همانطور كه گفته شد آنها در ابتدا فقط به رنگ قرمز و سبز بودند اما يك تغيير بسيار عظيم در اين صنعت در دهه ۹۰ ميلادي باعث شد كهLED سفيد رنگ (يا همان روشن و بدون رنگ) توليد شود. هم اكنون به آساني با تغيير در ساختار فيزيكي و مواد تشكيل‌دهنده‌هاLED نور را در رنگها و شدت‌هاي مختلف و با طول موج مشخص مي‌توان با رنگ كاملاً خالص توليد كرد. به عبارت ديگر مي‌توان گفت منابع روشنائي ديگر داراي پرتوهاي مادون قرمز و فرابنفش بوده، كه چشم غير مسلح قادر به ديدن آن نيست و تاثيري در تامين روشنايي محيط ندارند و حتي بر روي انسان اثر منفي نيز مي‌گذارند وليكنLED‌ها فاقد اين پرتوهاي مضر بوده و در سلامت چشم تاثير بسزايي دارند.
LED‌هاي سفيد قابليت توليد همه نوع رنگ را داشته و علاوه بر آن از انرژي بسيار كمي (در مقايسه با ساير لامپها و LED‌ هاي قديمي) براي توليد روشنايي استفاده مي‌كنند. به همين دليل روز به روز ابعاد استفاده از آنها گسترده‌تر شد و در مواردي كه احتياج به علامت دادن و يا رقص نور (زدن فلاش وSOS) بود، استفاده شد.
اكنون بسياري از شركتهاي بزرگ سازنده لوازم روشنايي مخصوصاً شركتهاي فعال در زمينه روشنهايي منازل بسياري از فعاليت‌هاي خود را برروي‌LEDها متمركز كرده‌اند و قصد دارند روشنايي لازمه براي منازل را از LED‌ ها تهيه كنند كه به نظر مي‌رسد اين روند تا كمتر از ۵ سال آينده، باعث تغيير بسيار عمده در نوع محصولات روشنايي شود.
به طور ي كه در حال حاضر نيز اكثر لوازم روشنايي خانگي، معادل LED نيز دارند و مصرف‌كنندگان مي‌توانند در صورت تمايل مشابه هر نوع كالايي را از مدلLED استفاده كنند. هر چند به نظر مي‌رسد اين تكنولوژي در سالهاي آينده و با رشد قابل پيش‌بيني صنعت، لوازمي با روشنايي بسيار بهتر و مصرف انرژي كمتر و قيمت مناسب را به مشتريان ارائه دهد.

كاربردهاي ديگرLED
همانطور كه گفته شد، ديود منتشر كننده نور كه به طور رايج LED ناميده مي‌شود واقعاً قهرمان ناشناخته جهان الكترونيك است. آنها دو جين كار متفاوت انجام مي‌دهند و در همه وسايل الكترونيكي يافت مي‌شود اساساً LED‌ ها لامپهاي كم نوري هستند كه به آساني در مدارهاي الكترونيكي قرار مي‌گيرند اما برخلاف لامپهاي معمولي آنها فيلاماني كه بسوزد ندارند و به ويژه اينكه گرم نمي‌شوند آنها فقط با حركت الكترونها در يك ماده نيمه هادي نور مي‌دهند. آنها شماره‌ها را در ساعتهاي ديجيتال نشان مي‌دهند، اطلاعات را از كنترل تلويزيون مي‌فرستند(LED‌ هاي مادون قرمز) و نور آنها نشان مي‌دهد كه چه وقت وسايل روشن است همچنين تصاوير را روي تلويزيون‌هاي پلاسما نشان مي‌دهند و با توجه به مصرف بسيار پايين و شدت نور بسيار عالي در انواع رنگ‌هاي مختلف در روشنايي و چراغ‌هاي خودروها كاربرد وسيعي دارند.
در حال حاضر چراغ‌هاي راهنمايي كه در تقاطع‌ها و خيابان‌هاي شهر تهران و ديگر نقاط كشور نصب شده‌اند به وسيله لامپهاي ۱۰۰ واتي روشن شده و به واسطه لنز رنگي كه در درون اين چراغ‌ها تعبيه شده در مواقع معين به رنگ سبز، زرد و قرمز مشاهده مي‌شوند، اما استفاده از اين لامپ‌ها در چراغ‌هاي راهمنايي كه اصطلاحاً به آن ”لامپ‌هاي رشته‌اي ترافيكي“ اطلاق مي‌شود، مصرف بسيار زياد برق و عمر محدودي را به همراه دارد كه در همين زمينه نصب فانوس‌هاي LED در چراغ‌هاي راهنمايي به منظور صرفه‌جويي در مصرف برق و كاهش خطاي ديد رانندگان در دستور كار قرار گرفته است.
مصرف برق به ميزان يك دهم لامپ‌هاي معمولي ۱۰۰ وات، عمر بالا تا ۵ سال با گارانتي، بدون نياز به تعمير، نوردهي بسيار زياد در مقايسه با لامپ‌هاي معمولي، جلوگيري از بروز تصادفات به دليل خطاي ديد رانندگان و مهم‌تر از همه حذف لنز رنگي داخل چراغ‌ها را از جمله مزيت‌هاي استفاده از فانوس LED در چراغ‌هاي راهنمايي مي‌توان نام برد. با استفاده از فانوس‌هاي LED در چراغ‌هاي راهنمايي به دليل اين كه صفحه اصلي چراغ‌ها كاملاً بي‌رنگ هستند، در هنگام خاموش بودن به رنگ سفيد ديده مي‌شوند و در زمان روشن شدن به دليل نوردهي بالا، احتمال خطاي ديد رانندگان را به صفر مي‌رساند و درصد ايمني آنها در هنگام رانندگي افزايش مي‌يابد به اين ترتيب تشخيص روشن يا خاموش بودن چراغ سبز يا قرمز براي رانندگان كاملاً آسان و بدون طخا خواهد بود كه خوشبختانه در سطح شهر تهران و اغلب شهرهاي كشور فرايند تجهيز تقاطع‌ها به اين سيستم جديد در حال اجراء است.
از سوي ديگر با توجه به اينكه LED ها قابليت تغذيه هم با جريانAC و هم جريانDC با مصرف كم را دارد، لذا مي‌تواند از منابع انرژي خورشيدي و يا باطري نيز جهت تامين نيروي خود استفاده كنند.
همچنين در حال حاضر در روشنائي معابر، خيابانها و جاده‌ها، تزئين و زيباسازي معابر و پلها و مكانهاي مختلف استفاده از اين منابع روشنائي با توجه به هزينه بالاي تعمير و نگهداري منابع روشنائي سنتي در اين مكانها و طول عمر بالا و صرفه‌جويي انرژي تا ۹۰ درصد ، توجيه فني و اقتصادي استفاده از LED‌ ها را بسيار بيشتر مي‌كند.

قيمت بالايLED
تنها عيب LED‌ ها قيمت نسبتاً بالاي آن است. قيمت LED با توجه به نوع، كيفيت نور، توان خروجي و… متفاوت است و در هر صورت قيمت بالاتري نسبت به معادل منابع روشنائي فلورسنت يا رشته‌اي خود دارد اما بديهي است با همه گير شدن آن و افزايش تقاضا. كاهش قيمت شديدي را خواهد داشت كه در نتيجه استفاده از آن را مقرون به صرفه‌تر خواهد كرد.
از ديگر فوايد LED‌ ها در روشنائي خانگي مي‌توان به اندازه كوچك آن اشاره كرد كه با قرارگيري چند عدد از آن بر روي برد الكترونيك، نور كافي را توليد مي‌كنند. بزرگترين فايده اين سايز كوچك، مانند لامپهاي هالوژني قرارگيري آن در فرورفتگي‌هاي سقف ساختمان، با اندازه دلخواه است و به اين ترتيب افراد مي‌توانند طراحي منزل و روشنايي آن را به صورت دلخواه انجام دهند، در حاليكه لامپهاي تابان و به ويژه لامپهاي فلورسنت داراي سايز نسبتاً بزرگ و غير قابل انعطافي هستند و فضاي زياد و همواري را براي نصب لازم دارند.
اما بزرگترين برتريLED عمر مفيد آن است. LED‌ ها ۵۰ هزار ساعت عمر مفيد دارند در حاليكه عمر مفيد لامپهاي تابان تنها ۱۰۰۰ ساعت و در نهايت عمر مفيد فلورسنت‌ها، ۱۰۰۰۰ ساعت است. اين برتريLED باعث مي‌شود كه بسياري از افراد آينده‌نگر استفاده از آن را در دستور كار خود قرار دهند، زيرا طول عمر زياد، نور توليدي روشن و واضح آن باعث مي‌شود كه در هزينه‌هاي صرفه‌جويي شود. عدم احتياج به تعويض در كوتاه مدت (حداقل ۵ برابر بيش از فلورسنت‌ها) باعث صرفه‌جويي بسيار در وقت مصرف‌كنندگان نيز مي‌شود. يكي ديگر از برتري‌هاي آنها مصرف بسيار پائين انرژي است كه باعث توليد گرماي بسيار كم در اطراف لامپ و اشاعه آن به محيط است كه مي‌تواند فوايد زيادي داشته باشد. كه با توجه به دامنه كاربرد دمائي از ۴۰- تا ۸۵ درجه سلسيوس كه يكي از مزاياي عمده اين منابع روشنايي است، صنايع برودتي و به ويژه كارخانه‌هاي يخچال‌سازي يكي از مصرف‌كنندگانLED هستند و از آن در داخل دستگاههاي خود استفاده مي‌كنند، زيرا گرماي كم توليدي آن، سرماي داخل دستگاه را از بين نمي‌برد. يكي ديگر از فوايد LED عدم توليد زهر سمي و كشنده جيوه است كه توسط لامپهاي تابان و كمي هم فلورسنت‌ها توليد مي‌شود.
با توجه به موارد گفته شده بسياري از مصرف‌كنندگان مي‌توانند با پرداخت يك هزينه اوليه نسبتاً بالاتر، تا مدتها از نور LED استفاده كرده و زماني را صرف تعويض يا تعمير آن نكنند. توليدكنندگان لوازم روشنايي درجه يك در جهان نيز در حال حاضر توليدات زيادي را در اين زمينه ارائه داده‌اند كه از جمله آنها شركت آلماني اسرام است. (اسرام، زيرمجموعه شركت زيمنس آلمان است).
همانطور كه گفته شد سهم روشنايي از كل مصرف الكتريسيته خصوصاً در زمان اوج مصرف چشمگير است به نحوي كه در كشور حدود ۳۰ درصد از كل انرژي مصرفي و حدود ۴۵ تا ۵۰ درصد از مصرف پيك صرف تامين روشنايي مي‌شود.
ميزان فروش انرژي الكتريكي در سال ۸۵ برابر با ۱۴۴۵۹۸ ميليون كيلووات ساعت است كه با درنظر گرفتن حداقل ۳۰ درصد سهم روشنائي و با جايگزيني ۲۰درصد از مصارف روشنايي با لامپ‌هاي LED و صرفه‌جويي به طور متوسط ۸۰% (۷۰ تا ۹۰ درصدي) طرح، ميزان صرفه‌جوئي به عمل آمده برابر با ۶۹۴۱ ميليون كيلووات ساعت در يك سال است در حالي كه مجموع توليد نيروگاه اصفهان در يك سال برابر با ۵۲۴۸ ميليون كيلووات ساعت است.
با توجه به مزيتهاي بسيار زياد LED ‌ها، در آينده نه چندان دور بالاخره اين منابع روشنايي جايگزين لامپهاي معمولي مي‌شود و ديگر نور تنها از چراغ‌هاي حبابدار پخش نخواهد شد.

محصولات LED