Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Светодиод в конце тоннеля

Доктор технических наук Владимир РЕЧИЦКИЙ, профессор, руководитель Секции инновационных технологий Экспертного совета ГД РФ.

Что сегодня у нас в моде? Речь не об одежде или музыкальных стилях, сейчас интереснее поговорить, например, о технологиях. Вроде бы ещё недавно бесспорным лидером всенародного обсуждения было всё что угодно с загадочной приставкой «нано». Сегодня лидер сменился: хит сезона — энергосбережение. На эту тему высказываются академики,министры, депутаты и даже президент страны.

Так уж получилось, что главным объектом внимания наших руководителей стала многострадальная «лампочка Ильича». Со своим, близким к паровозному, кпд она при всём желании не может преобразовать в световой поток более 5% подводимой электроэнергии, бесхозяйственно превращая остальные 95% в тепло. И накопилось таких мини-печек на обширных просторах нашей родины не менее 10 миллиардов штук. Расправа с этими малоэффективными источниками света неминуема уже в самом ближайшем будущем — причём в привычном по добрым советским временам режиме шумной и бессистемной кампании. Альтернатива «лампочке Ильича» на настоящий момент выбрана одна — газоразрядная люминесцентная лампа. Впрочем, именно на неё делала ставку и опередившая нас на десяток лет в реальном энергосбережении Европа. Правда, сегодня европейская программа претерпела существенные изменения… И нужно ли нам сломя голову догонять Европу, идя по уже пройденному и оказавшемуся тупиковым пути? Не лучше ли сделать несколько опережающих шагов?

С лампами накаливания (ЛН) наши просвещённые соседи безжалостны: с 1 сентября нынешнего года с рынка стран ЕС навсегда исчезли традиционные ЛН мощностью от 100 Вт и выше, а с ними и все «непрозрачные» и большинство галогенных ламп накаливания. В 2010 году решительно покончат с лампами от 75 Вт, а к 2012 году борьба с детищем Эдисона завершится окончательно. Но вот что интересно — «европейская» судьба люминесцентных ламп тоже неоднозначна. Право на жизнь в странах ЕС с 2009 года сохраняют только компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), конструктивно совмещёнными с собственно излучающей частью. Такие лампы относят к классу А. Только у них практически не уменьшается световой поток в течение всего периода эксплуатации. Важно и то, что лампы класса А содержат значительно меньше ртути, чем их «старшие» собратья. Лампы классов В, С и D в странах ЕС практически выведены из употребления: D — с мая 2002 года, С — с ноября 2005-го и В, как уже говорилось, с сентября 2009-го. В отечественной же программе борьбы с «лампочкой Ильича» подобного «классового» подхода не наблюдается.

Посмотрим повнимательнее, чем собираются светить наши западные соседи в ближайшем будущем. Оказывается, там с небольшой задержкой по отношению к развитию технологии производства компактных люминесцентных ламп развивалась и технология следующего поколения осветительных приборов — светодиодная. Потенциальный потребитель сегодня уже без недоверия воспринимает информацию о совершенно фантастической наработке на отказ светодиодных приборов, выражаемой цифрой 100 000 часов. И главное, их светоотдача уже не просто сравнялась, но и быстро перегоняет «люминесцентных» конкурентов.

В декабрьском (2008 г.) номере журнала «Optics Express» Чон Ким (J.K. Kim) и Фред Шуберт (E.F.Schubert) из Нью-Йоркского политехнического института Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute) привели интересный график сравнительной эффективности известных источников света. Он иллюстрирует предельные возможности различных ламп — от 16 люмен на ватт для «классической» лампы накаливания и 64-х для компактной люминесцентной до почти 200 (!) для современного белого светодиода, теоретический предел которого, кстати, достигает 320 люмен на ватт.

Остаётся только чуть более высокая цена, но и тут принципиальный технологический скачок, о котором, в частности, заявили учёные Кембриджского университета из группы профессора Колина Хамфриса (Colin Humphreys), открывает перспективу реального снижения себестоимости производства. До сих пор основной процесс производства светодиодов — создание тонкого слоя нитрида галлия — осуществлялся на подложке из супердорогого сапфира, имеющего близкий к GaN-плёнке коэффициент термического расширения. На сравнительно дешёвой кремниевой подложке «диодная» плёнка при остывании растрескается — коэффициент термического расширения кремния вдвое выше.

Группа профессора Хамфриса нашла изящное решение — поверх кремниевой подложки вводится слой алюминия, препятствующий разрушению базовой плёнки GaN при остывании (их коэффициенты термического расширения практически совпадают). А в результате — на кремниевой подложке стоимостью 15 долларов формируется до 150 000 светодиодов. Вывод очевиден!

А теперь взглянем с этой позиции на намеченные темпы замены ламп накаливания и на «личность» сменщика у нас. Раскрутив ввоз и производство люминесцентных ламп, средний срок службы которых около 5000 часов, перед их плановой заменой через 3—4 года мы столкнёмся с весьма неприятной ситуацией.

Первое — содержащаяся в КЛЛ ртуть потребует создания довольно дорогой и сложной системы их утилизации (для примера, попробуйте-ка сдать в тот же московский «жилкомхоз», обязанный эту утилизацию осуществлять, хотя бы пару перегоревших люминесцентных ламп).

Второе — на что мы будем заменять КЛЛ после завершения отпущенного им срока эксплуатации? На те же КЛЛ, уже сегодня уступающие почти по всем параметрам светодиодным источникам? Или на более дешёвые, с лучшим спектром и не создающие проблем утилизации светодиодные осветительные приборы?

Сейчас дело двинулось всё же в правильном направлении. РОСНАНО вместе с группой ОНЭКСИМ запускает «Программу создания источников света на основе полупроводниковых чипов нитрида галлия», обещающую к 2013 году объём выручки от реализации соответствующей продукции до 6 млрд рублей. Звучит заманчиво. Вот только готова ли купленная группой ОНЭКСИМ немецко-финская компания «ОптоГАН» — владелец приобретённой технологии — совершенствовать её (технологию) на всём этапе промышленного освоения? И есть ли уверенность, что готовая продукция в 2013 году не будет уступать светодиодам японских, тайваньских или английских конкурентов, не теряющих время на запуск технологии с нулевого уровня?

Не слишком веря в возможность совершения мировой технологической революции на отдельном географическом участке российской территории, даже в пределах технико-внедренческой зоны Санкт-Петербурга, предложил бы подумать о более приземлённом и менее затратном варианте. Например, закупить по тендеру оптимальные по функциональным и стоимостным характеристикам светодиодные матрицы у лидирующих мировых производителей и, создав рабочие места для радиомонтажников 2—3-го разрядов, организовать выпуск широкой гаммы осветительных приборов на современных светодиодах в течение одного года. С гарантированным результатом. Хотя бы для нужд Москвы и области. Сфера применения давно сформировалась — это и уличное освещение, и жилищно-коммунальное хозяйство.

Напоследок стоит, пожалуй, привести высказывание автора прорывной технологии производства светодиодов — уже упомянутого нами профессора Колина Хамфриса: «Мы должны были остаться с вольфрамом ещё на пять лет, а затем перейти на светодиоды!» Это он своим, то бишь европейцам, с явным опозданием советует. А нам-то прислушаться в самый раз.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Технологии XXI века»

Детальное описание иллюстрации

За 130 лет истории электрических источников света их светоотдача выросла на два порядка. Первая лампа Эдисона выдавала лишь около 2 люмен на ватт, современные светодиоды теоретически способны выдать 320 люмен на ватт, а на практике сейчас их светоотдача достигает 200 люмен на ватт.