Мир начинает экономить, придумывая новые энергосберегающие технологии. Коснулось это и привычного как воздух электрического света. Люминесцентные лампы повсеместно вытесняют архаичные лампы накаливания. Но им на смену уже идут светодиоды. Они экономичнее и долговечнее, чем лампы дневного света. И не содержат опасной ртути. Переход к их массовому использованию может принести многомиллиардную экономию.
Лампочка Ильича и светодиод – прошлое и будущее индустрии источников света. Немногие знают, но оба эти изобретения российские. Гениальный русский ученый Александр Лодыгин придумал лампу накаливания, а американец Эдисон лишь через пять лет усовершенствовал конструкцию и наладил производство нового источника света.
"Он просто нашел очень эффективное техническое решение, в результате которого появились вот те осветительные приборы, которыми мы пользуемся все, в различных местах, в различных конструкциях, на улицах, в самолетах поездах, в квартирах, где угодно", – уточняет заведующий кафедрой общей физики Тамбовского государственного университета Виктор Федоров.
Светодиоды, о внедрении которых говорят сейчас даже на государственном уровне, были разработаны тоже в нашей стране. Молодой исследователь Олег Лосев в свои 20 лет открыл целую науку – полупроводниковую электронику, а через 4 года, в 1927-м получил первый патент на световое реле, прообраз светодиода. Однако реальное освоение технологии началось лишь в 60-е и опять в США.
"Научная школа светодиодная зародилась в России, – отмечает генеральный директор ОАО "Российская электроника" Андрей Зверев. – Это полностью наша технология, и грех не воспользоваться этим преимуществом".
Россия перешла на зимнее время. Ученые подсчитали: это экономит всего несколько десятых процента электроэнергии. Если же заменить лампы на диоды, то снизить энергозатраты можно на 60-80%. Подробнее об этом – Григорий Иткинсон – генеральный директор ЗАО "Светлана-Оптоэлектроника":
"Сегодня в Азии я не знаю, можно ли найти ламповый светофор. В Штатах – навряд ли. Такие страны, как Швеция, Испания, широко используют светодиодные светофоры. У нас в стране – это 10-15%. В основном, Питер, Москва, Екатеринбург. На светофорах примерно в 10 раз сокращаются расходы на электроэнергию и во столько же – эксплуатационные расходы".
На Западе поняли это давно, там успешно внедряются люминесцентные энергосберегающие лампы. В России же решили пропустить этот этап, перейдя сразу на светодиоды.
"Люминесцентные лампы и галогенные – все из них содержат пары ртути, в среднем в одной лампе – около трех миллиграмм, – сообщает генеральный директор ОАО "Российская электроника" Андрей Зверев. – При отсутствии системы утилизации идет постоянное загрязнение ртутью почвы".
Производство светодиодов освоили сразу несколько предприятий корпорации "Ростехнологии". Уральский оптико-механический завод осветил улицы сибирских городов своими приборами. Светофоры для пешеходов, автомобилей, поездов – ни в темноте, ни при солнечном свете зеленый с красным теперь не перепутаешь.
"Все светильники, все светотехнические приборы между собой отличаются конструкцией светоизлучающих кластеров, конструкцией оптических элементов, конструктивной особенностью исполнения корпуса, – отмечает начальник микроэлектронного производства Юрий Червяков. – В основном, мы везде используем для повышенной надежности наших узлов, мы везде используем специальные платы на алюминиевой основе, которые служат в качестве радиатора для отвода тепла".
Белые ночи в Северной столице стали еще светлее. Исторические памятники Петербурга в лучах светодиодов – их яркость и цвет – ближе всего к натуральному солнечному свету. А менять такие лампы не придется десятки лет. Разработчик и производитель этих светодиодов – предприятие "Светлана-Оптоэлектроника", оно входит в объединение "Светлана" холдинга "Российская электроника".
"Светодиод – кристалл полупроводникового элемента, в котором в результате прохождения электрического тока возникает свет, – поясняет генеральный директор ЗАО "Светлана Оптоэлектроника" Григорий Иткинсон. – Эффективность преобразования света в таком кристалле – в 5-7 раз выше, чем в лампочке накаливания".
Сложнее всего в создании светодиода – выращивание полупроводникового кристалла. Все будущие характеристики светильника – яркость, цвет, энергопотребление, срок службы определяются конструкцией и технологией изготовления кристалла. Любое отклонение – брак. В основе лампы XXI века – технологии с модной приставкой "нано". Это не для "красного словца", говорят разработчики, элементы светодиода, действительно, очень маленькие.
Подробнее – Дмитрий Бауман, руководитель отдела ЗАО "Светлана – Оптоэлектроника": "В светодиодной структуре используются слои, самые главные, основные элементы, слои толщиной от 1-3 нанометров. Это слой, который состоит из 3-5 молекул всего лишь".
Через нанопокрытие и проходит ток, который превращается в свет. "Что такое нано технология в принципе? Нано – просто минус девятая степень какого-то параметра, – продолжает Дмитрий Бауман. – Нано секунда, метр, ампер и так далее".
Кристаллы выращивают в специальном реакторе. Искусство технолога в том, чтобы точно соблюсти микроэлектронный состав, регулируя давление и температуру. Готовые кристаллы устанавливают на микрочип.
Сборка светодиодов – полностью автоматизированный процесс. Станки с числовым программным управлением обеспечивают точность и качество, которые невозможно повторить вручную. Но, по сути, монтаж чипов напоминает ткачество или шитьё. Операторы этих сложных машин одну из деталей называют "пяльце".
Светодиод, смонтированный с линзой, теплоотводом и всеми необходимыми электрическими контактами работают в приборах самого разного назначения – от ночника до светофора. Пока для промышленных целей. Заменить диодами лампочку Ильича пока не удалось никому.
"Те устройства, которые делаются "а-ля лампочка" на Западе, – их мощность равна примерно 20-ваттной лампочке накаливания", – констатирует Андрей Зверев.
Главная проблема, над которой бьются ученые по всему свету, – отвод тепла от светодиодов. Как сделать светильник компактным и ярким? В холдинге "Российская электроника" уверены: через пару лет технологии позволят создать ту самую лампу, которая по размерам и мощности будет сравнима с лампой накаливания.
