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.
Статьи по теме
Читайте в любое время
