Φως και βιωσιμότητα: Ο,τι λάμπει είναι LED!

Τα αρχικά σημαίνουν Light Emitting Diode ή, στα ελληνικά, φωτοδίοδος. Πρόκειται για μια συσκευή που αποτελείται από μικροσκοπικούς ημιαγωγούς τύπου P και Τύπου N. Οι ημιαγωγοί τύπου P, οι οποίοι φέρουν επίστρωση ιριδίου ή βορείου είναι φορτισμένοι θετικά λόγω έλλειψης ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια έχουν αφήσει πίσω τους κενά τα οποία οι επιστήμονες τα ονομάζουν "τρύπες". 

Οι ημιαγωγοί τύπου N έχουν επίστρωση φωσφόρου, αρσενικού ή αντιμονίου και είναι φορτισμένοι αρνητικά, λόγω μεγάλης συγκέντρωσης ηλεκτρονίων. Μόλις περάσει αρκετή τάση μέσα από τους ημιαγωγούς, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να ρέουν. Στο σημείο που οι αγωγοί διασταυρώνονται (P-N Junction) τα επιπλέον ηλεκτρόνια του ημιαγωγού τύπου N καταλαμβάνουν τις «τρύπες» του ημιαγωγού τύπου P, ελευθερώνοντας ενέργεια σε μορφή φωτός. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτροφωταύγεια.

Το φαινόμενο της ηλεκτροφωταύγειας ανακαλύφθηκε το 1907 από τον H. J. Round και άνω σε αυτήν βασίστηκε για την κατασκευή της πρώτης φωτοδιόδου ο Oleg Losev το 1927. Αυτό ξεκίνησε έναν ολόκληρο αιώνα από εξελίξεις, που περιλαμβάνουν την ανακάλυψη των LED που εκπέμπουν ορατό φως (πράσινο 1958, κόκκινο 1962, μπλε 1971, κίτρινο 1972) ενώ ξεκίνησαν να χρησιμοποιούνται σε υπολογιστές από 1964 ως λυχνίες ενδείξεων και σε οθόνες αριθμομηχανών από το 1968. Φυσικά, όλα τα τηλεχειριστήρια των τηλεοράσεων μέχρι και σήμερα, βασίζονται στην τεχνολογία υπέρυθρων LED!

Όμως η εφεύρεση που έκανε το LED μια ολοκληρωμένη λύση φωτισμού ήρθε το 1993, από τον μηχανικό Shuji Nakamura, ο οποίος έλυσε το τεράστιο πρόβλημα αποδοτικότητας του μπλε LED, που μέχρι εκείνη την στιγμή δεν έλαμπε αρκετά δυνατά για να είναι χρήσιμο. Έτσι άνοιξε ο δρόμος στην δημιουργία του αμιγώς λευκού LED που χρησιμοποιείται σήμερα για να φωτίσει τα σπίτια, τα σχολεία, τα νοσοκομεία και τα γραφεία όλου του κόσμου.

Οι πρώτοι LED λαμπτήρες παράχθηκαν μαζικά και διατέθηκαν στο κοινό το 2002, ενώ μέχρι σήμερα έχουν εξαλείψει πλήρως τους λαμπτήρες αλογόνου και φθορίου.

Η χρήση των LED έρχεται με μια σειρά από πλεονεκτήματα:

• Έχουν καλύτερη ενεργειακή απόδοση

Τα LED αποδίδουν καλύτερα από τους αντίστοιχους λαμπτήρες σε watt άλλων τεχνολογιών. Τα σύγχρονα LED μπορούν να πετύχουν μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως κατά 80%, με το υπόλοιπο 20% να μετατρέπεται σε θερμότητα. Ταυτόχρονα, απαιτούν χαμηλή τάση για λειτουργία, που τα κάνουν ιδανικά για χρήση σε σημεία χωρίς πρόσβαση σε δίκυο διανομής, χρησιμοποιώντας μπαταρίες και ηλιακούς συλλέκτες. 

• Έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής

Οι λαμπτήρες που βασίζονται στην τεχνολογία LED τείνουν να έχουν μεγαλύτερο χρόνο ζωής, εξαλείφωντας την ανάγκη για συχνή αλλαγή. Δεν βασίζονται στην θέρμανση κάποιου υλικού για την παραγωγή φωτισμού με αποτέλεσμα να μην καίγονται όπως οι συμβατικοί. Αντ' αυτού, μετά το πέρας της ζωής τους, αρχίζουν να χάνουν σταδιακά την φωτεινότητά τους. 

• Είναι ασφαλέστερα για το περιβάλλον

Τα LED νεότερης τεχνολογίας δεν περιέχουν χημικά που είναι επικίνδυνα για το περιβάλλον όπως είναι ο υδράργυρος. Η παραγωγή τους χρειάζεται πολύ λιγότερα υλικά, ενέργεια και πόρους απ’ ό,τι οι συμβατικοί λαμπτήρες, μειώνοντας το αποτύπωμα άνθρακα της γραμμής παραγωγής τους στο ένα τρίτο. Είναι επίσης πλήρως ανακυκλώσιμα. Μαζί με την ενεργειακή τους απόδοση και την μεγάλη διάρκεια ζωής τους, δεν είναι τυχαίο πως αποτελούν το «πράσινο» μέλλον του φωτισμού.

• Δεν εκπέμπουν υπεριώδης ακτινοβολία (UV)

Είναι ιδανικά για εφαρμογές σε σημεία που υπάρχουν υλικά τα οποία είναι ευαίσθητα στο συγκεκριμένο μήκος κύματος, δηλαδή μουσεία, αρχαιολογικές ανασκαφές, σπήλαια, αποθήκες πρώτων υλών και εργαστήρια ερευνών.

• Δουλεύουν κάτω από συνθήκες ψύχους

Τα LED εχουν το αδιαμφισβήτητο πλεονέκτημα στην χρήση σε εξωτερικούς χώρους κατά την διάρκεια του χειμώνα ή σε ψυγεία και καταψύκτες!

• Άμεση απόδοση στο 100%

Οι συμβατικοί λαμπτήρες και κυρίως αυτοί που βασίζονται στον φθορισμό, χρειάζονται χρόνο για να παράξουν την μέγιστη φωτεινότητά τους. Τα LED όχι μόνο εκπέμπουν σε πλήρη ένταση από την στιγμή που δέχονται τάση, αλλά το συχνό άναμμα και σβήσιμο δεν έχει καμία επίπτωση στην διάρκεια ζωής τους.

• Είναι ευέλικτα

Η ευκολία της κατασκευής, τα χαμηλότερα επίπεδα εκπομπής θερμότητας και η γενικότερη ευκολία ενσωμάτωσης σε κυκλώματα, έχει οδηγήσει σε εντυπωσιακά φωτιστικά. Με υψηλή αισθητική αλλά και με τεχνολογίες που ελέγχουν την ένταση, την θερμότητα του φωτός αλλά και το χρώμα, βοηθώντας την διάθεση!

Μην ξεχνάμε πως η επέλαση του LED έφερε στην ζωή μας τον έξυπνο φωτισμό. Πλέον, οι λαμπτήρες που αντικαθιστούν τους συμβατικούς στα ντουί των σπιτιών, συνδέονται στο Wi-Fi και μπορούμε να τους προγραμματίσουμε να ανάβουν και να σβήνουν όποτε θέλουμε, να αλλάζουμε χρώμα, θερμότητα και ένταση κατ’ ευθείαν από την οθόνη του κινητού μας ή απλά ζητώντας το από ενα ψηφιακό βοηθό! 

Αυτό έγινε δυνατό λόγω των προτερημάτων που αναφέραμε παραπάνω, τα οποία απελευθέρωσαν χώρο εντός των λαμπτήρων να προστεθούν μικροί υπολογιστές (system on-a-chip) και πομποδέκτες ασύρματου δικτύου, με αποτέλεσμα ο φωτισμός του χώρου να είναι ένα από τα βασικότερα και πιο αναπόσπαστα κομμάτια του Internet of Things (IoT).