LED-эффект — светит и экономит

Внедрение сверхэкономичных светодиодных ламп тормозится из-за недостаточного финансирования.

Во многих устройствах – фонариках, автомобильных фарах, праздничных гирляндах – новые, непривычные пока светодиоды уже потеснили привычную «лампочку Ильича» с вольфрамовыми нитями внутри. А в ближайшем будущем, по утверждению ученых, должны полностью их заменить.

Что такое светодиодные лампы и каково их будущее в Украине, рассказывает Виктор Сорокин, руководитель государственной программы по внедрению светодиодов, профессор Института физики полупроводников им. В.Е.Лашкарева НАН Украины.

— Виктор Михайлович, при внедрении любого ноу-хау в первую очередь оценивается экономическая целесообразность. Что мы будем иметь в данном случае?

— Приведу простой расчет: если мы заменим 5 миллионов ламп накаливания мощностью 100 ватт на 5 миллионов 10-ваттных светодиодов (при 10-часовой работе в сутки), то это даст экономию электроэнергии 2 миллиарда кВт·час в год. При стоимости электроэнергии около 5 центов/кВт·час экономия составит около 100 миллионов долларов ежегодно.

При этом наука и технологии ставят новые рекорды, позволяя достичь все большей и большей светоотдачи. По прогнозам, в ближайшие годы световая эффективность светодиодов по сравнению с лампами накаливания возрастет до 20 крат. Такие цифры заставляют предпринимать серьезные меры для того, чтобы поставить крест на лампах накаливания и подготовить все условия для внедрения в Украине LED-ламп.

— Чем еще хорош светодиод?

— При должном отводе тепла он мало нагревается, что делает его во многих случаях незаменимым. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Он механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 50—100 тысяч часов, или 6—12 лет непрерывной работы. Это почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5—10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод – низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

Во многих странах уже приняты законы, запрещающие использование ламп накаливания. Так, с 2012 года в Евросоюзе полностью прекратят их продажу. С 1 сентября 2009 года запретили продажу лампочек мощностью 100 ватт, в следующем году такая же участь постигла 75-ваттные, в 2011-м настанет очередь 60-ваттных, и к сентябрю 2012-го года будут запрещены даже самые слабые – 40—25-ваттные лампы. Учитывая короткий срок службы «лампочки Ильича», к 2015 году ЕС полностью избавится от них. Всем пользователям придется перейти на светодиоды.

— Что же делается у нас для внедрения LED-ламп?

— Еще в 2008 году приняли государственную программу по разработке и внедрению светодиодных энерго­сберегающих источников света и осветительных систем на их основе. Цели ее понятны: в стране необходимо заменить устаревшие малоэффективные лампы накаливания на более экономные источники света. Для этого требуется создать новую оте­чественную отрасль: подготовить научную и материальную базу для производства светодиодных источников, разработать свои осветительные устройства, принять стандарты – технические и медицинские – по их выпуску и так далее. Программой предусмотрено выделение на светодиодную тематику 200 миллионов гривен за 5 лет. Так, в госбюджете на 2009 год предполагалось выделить 50,44 миллиона гривен. Увы, тогда мы получили всего 5,7 миллиона и примерно такую же сумму – в прошлом году, что сильно затормозило развитие светодиодной отрасли. Повторю: выигрыш мог составить не менее 100 миллионов долларов, а из-за недофинансирования мы их потеряли. В этом я вижу колоссальную несправедливость.

— Почему для светодиодов требуются такие большие инвестиции?

— Чтобы произвести их и подготовить все для замены ламп накаливания, нужно решить массу проблем. Прежде всего — вопросы технологические: необходимо создать сами светодиоды — ту часть, которая будет излучать. Это очень сложное производство, в нем задействованы самые современные нанотехнологии. В мире всего пять крупных компаний, производящих сапфировые пластины – подложки, на которых затем выращивают светодиоды в специальных растворах. Эти фирмы завоевали рынок качеством продукции. Есть еще десяток-полтора мелких производителей. При сего­дняшних стартовых условиях украинским фирмам самостоятельно догнать лидеров практически невозможно.

— Какие технологические проблемы возникают при создании не LED-кристаллов, а самих светильников?

— Через маленький кристаллик светодиода проходит огромный ток. Это не миллиамперы, как в лампах накаливания, а амперы. По­этому вся система сильно нагревается. Тепло надо отводить, а значит, устройству необходим радиатор. Далее, внутрь лампы надо упаковать электронику, преобразовывающую стандартное переменное напряжение 220 вольт в постоянное – 3 вольта и держащую его стабильно при любой температуре. Всю эту конструкцию нужно поместить в оболочку, у нее должен быть такой же цоколь, как у привычных ламп. Наконец, оптика и дизайн. Светодиод, в отличие от лампы накаливания, светит узконаправленным пучком. Значит, если мы хотим вкрутить новую лампу в старую люстру, надо разработать такую оптику, которая позволяла бы этот тонкий пучок преобразовать и направить во все стороны. А элегантный дизайн должен придать источнику света товарный вид.

Учитывая все это, в программу по светодиодам были заложены следующие задачи: создание новых материалов для LED-ламп, разработка и модернизация технологий производства, создание огромного класса новых светотехнических приборов, организация производства на крупных предприятиях и, наконец, метрологическое обеспечение. Нужны ГОСТы, защищающие украинского производителя. Необходимы медико-биологические исследования влияния нового светодиодного освещения на здоровье человека — зрение, нервную систему, на утомляемость и прочее.

Чтобы начать реализацию этих проектов, нам пришлось организовать в Украине так называемый научно-технологический инновационный кластер, в котором объединили пять научных институтов НАНУ, три технопарка, государственные и частные промышленные предприятия. Хотелось бы, чтобы этому направлению государство дало определенные льготы для поставки в Украину научного оборудования и материалов.

— Если мы признаем, что не состоянии догнать лучшие фирмы мира, производящие светодиоды, то зачем организовывать у себя их выпуск? Так или иначе, но закупать придется.

— Сами полупроводниковые LED-кристаллы мы действительно производить не будем. Я считаю, в Украине надо построить свое сборочное производство светодиодов по принципу совместного предприятия с одним из мировых лидеров светодиодной отрасли. В конце марта наша большая делегация летала в Сеул договариваться с таким грандом. Будем у него покупать готовые пластины со светодиодами (их там несколько сотен), резать на отдельные чипы и на их основе выпускать отечественные изделия.

Кроме того, в этом году мы создали украинскую Ассоциацию производителей светодиодной техники. Это около 20 компаний, и каждая изобретает или производит что-то свое, имеет свою «грядку» на этом поле. Мы готовы взаимодействовать с правительством и насытить рынок Украины новыми светильниками самого разного назначения.

— Каковы успехи этих предприятий, что уже удалось сделать?

— На основе закупленных у иностранных производителей партий гетероэпитаксиальных структур у нас созданы свои светодиодные лампы для многих сфер применения. Практически все, что есть в мире, мы опробовали, протестировали, определив наше место в мировом спектре. Если брать для наших приборов хорошие светодиоды от признанных производителей, то и изделия будут качественными. А вопросы оптики, теплоотводов, радиаторов и общие конструктивные мы решили. На заводе «Газотрон-Люкс» в Ровно уже внедрено производство 12 типоразмеров ламп с разными цоколями. В прошлом году выпущена первая партия – 1000 штук. Она практически вся пойдет на тестирование для точного определения характеристики продукции. Уже сейчас можно сказать, что достигнута эффективность 60—80 люмен/ватт, то есть она приблизилась к эффективности компактных люминесцентных ламп. В фирмах и институтах отрасли разработаны все элементы отечественных светодиодных источников, потолочные светильники оригинальной конструкции, хирургическая бестеневая лампа. Для демонстрации возможностей нового оборудования мы внедрили в Киеве большие иллюминационные системы – на Крещатике, улицах Грушевского и Красноармейской.

В лаборатории нашего института мы проводим измерение всех параметров создаваемых в Украине светодиодных ламп. Результаты хорошие — соответствуют международным стандартам. В прошлом году мы разработали пять украинских стандартов по LED, готовим еще пять.

— Вы не боитесь, что пока мы внедряем эти технологии, в мире изобретут еще более совершенные?

— Как только в мире появятся новые светодиоды, они тут же будут поставляться в Украину или производиться в ней и монтироваться в те же корпуса ламп. Это долго­играющий проект.

— Но сейчас люди будут покупать уже имеющиеся в продаже светильники. Через год они устареют – и что же, надо их выбрасывать, приобретать новые?

— Хочу, чтобы был понятен важный момент: сейчас никто светодиодные лампы покупать не будет! Ни единой штуки! Пока цена светодиодов велика и стоимость вырабатываемого ими света выше, чем и у ламп накаливания, и у люминесцентных. Сегодня, конечно, пенсионер не купит лампу за 100—120 гривен. Однако, по прогнозам специалистов, к 2015 году цена на светодиодные лампы будет не выше, чем на люминесцентные такой же мощности. А с 2011 по 2014 год все выпущенное в этой области должно покупать государство. Иначе идея с внедрением светодиодов будет похоронена. Именно государству выгодно экономить электроэнергию – оно и обязано вложить в этот проект достаточные инвестиции. Категорически неправильно утверждать, что если сего­дня светодиодные светильники поступят на рынок, то их тут же разберут, – их во всем мире не раскупают. В Европе 5-ваттная лампа стоит 20 евро, покупателей на нее находится немного. Но государство должно заранее создавать эту новую отрасль, готовить все для ее развертывания. Если мы займемся этим только в 2015 году – про­играем. А пока надо внедрять светодиодные светильники в бюджетную сферу: заменять ими лампы накаливания в офисах, в ЖКХ, в уличных светильниках. Экономия – огромная, окупаемость – 2–2,5 года. Уточню: здесь надо учитывать не только цену лампы, но и стоимость ее обслуживания, ведь менять светодиодные приборы, в отличие от ламп накаливания, практически не придется. Поэтому государству выгодно внедрять светодиоды уже сегодня.

— Многие фонарики, продающиеся в уличных киосках, работают на светодиодах. Почему их цена (50—100 гривен) не намного выше обычных? С другой стороны, стоимость светодиодных приборов для автомобилей зашкаливает за тысячу гривен. В чем здесь проблема?

— Фонарики в киосках китайские. Качество их низкое, светимость слабая. Это светодиоды предыдущего поколения. А в автомобилях применяются LED-лампы новейших конструкций, дающие хороший свет при низком потреблении электричества, что важно для машин, работающих от аккумуляторов. Автомобилисты сразу почувствовали разницу.

Справка «УТГ»

Светодиод – полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. По-английски он называется Light Emitting Diode, или LED. Свечение возникает в области полупроводникового p-n-перехода, представляющего собой сложную гетероструктуру, получить которую можно лишь с использованием современного технологического оборудования. Именно за разработку таких полупроводниковых гетероструктур российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Практически в любом современном бытовом или промышленном электронном приборе можно найти светодиод в качестве индикаторного элемента. Это обычно слабомощный источник света, необходимый только для индикации состояния прибора. Всего лишь пару десятилетий назад идея использования светодиодов в осветительной технике казалась фантастикой.

Сейчас в этой области сделан колоссальный прорыв, появились устройства, которые по коэффициенту преобразования «электроэнергия – свет» оставили далеко позади не только традиционную лампу накаливания, но и пришедшую ей на смену газоразрядную (люминесцентную). Светодиодная лампочка, потребляющая 10 ватт электроэнергии, уже излучает света больше, чем 100-ваттная лампа накаливания. То есть дает 10-кратную экономию электроэнергии.