80 năm qua các bóng đèn điện thắp sáng chủ yếu chỉ dùng hiệu ứng nóng sáng (incandescence) hoặc huỳnh quang (fluoescence).
Đèn thắp sáng bằng hiệu ứng nóng sáng (luminescence) cho dòng điện chạy qua một sợi đốt rất mảnh làm bằng tungsten (đặt trong bóng thủy tinh đã rút chân không) để nung lên đến một nhiệt độ rất cao và tạo ra ánh sáng nhìn thấy được. Hiệu suất phát sáng rất thấp vì 98% năng lượng bức xạ ra thuộc dải sóng hồng ngoại (bức xạ nhiệt), không nhìn thấy được. Hiệu suất này thường chỉ đạt 18 lm/W, (lm là viết tắt của lumen, đơn vị thông lượng ánh sáng trong hệ SI. Thông lượng ánh sáng là số đo năng lượng mà một nguốn sáng tỏa ra mọi hướng). Tuy vậy, giá thành của đèn sản xuất ra tương đối rẻ. Tuổi thọ điển hình loại bóng đèn này khoảng 1000 giờ.
Đèn thắp sáng bằng hiệu ứng huỳnh quang cho truyền điện qua một ống dài hình trụ chứa hơi thủy ngân, tạo ra ánh sáng tử ngoại. Ánh sang này bị lớp phốt pho phủ ở mặt trong ống hình trụ hấp thu và tạo ra huỳnh quang. Đèn huỳnh quang không phát nhiệt nhiều như đèn nóng sáng, nhưng hiệu suất phát sáng cũng bị giảm sút do tổn hao trong quá trình bức xạ ra ánh sáng tử ngoại và chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy được. Đèn huỳnh quang đắt gấp 5 ~ 6 lần đèn nóng sáng, nhưng tuổi thọ cao hơn 10 lần.
Tuy gần đây cũng xuất hiện những công nghệ mới bắt nguồn từ các nguyên lý trên, như đèn phóng điện có độ sáng cao HID (high-intensity discharge lamp), nhưng vẫn chưa thể đạt hiệu suất phát sáng trên 200 lm/W (với đèn Natri đơn sắc áp suất thấp).
Phương pháp thắp sáng thứ ba cho hiệu suất thắp sáng cao hơn hẳn hai phương pháp trên mới xuất hiện cách đây không lâu và đang trong quá trình hoàn thiện, dùng các điốt phát quang LED (light emitting diod), tiêu thụ ít điện hơn mà lại phát ra ít tạp nhiễu hơn hẳn hai hiệu ứng trên. Đèn thắp sáng dùng LED có loại sử dụng điện áp thấp (điển hình là 12 V DC) mà cũng có loại dùng được với điện lưới xoay chiều 120-240 V AC.
Như những điốt thông thường, LED là một chip bằng vật liệu bán dẫn có cấy tạp chất để tạo thành một chuyển tiếp p-n, dẫn điện theo một chiều. Những điện tử và lỗ từ các điện cực có điện thế khác nhau chảy vào chuyển tiếp. Khi một điện tử gặp một lỗ, nó rơi xuống một mức năng lượng thấp hơn và nhả năng lượng ra dưới dạng một quang tử (photon). Bước sóng của quang bức xạ ra, và từ đó là màu của nó phụ thuộc khoảng cách mức năng lượng của các vật liệu hình thành chuyển tiếp p-n.
Thoạt đầu, người ta chế ra LED màu đỏ, tiềp đó là màu vàng và màu cam. Muốn tạo ra ánh sáng như ánh sáng mặt trời, phải có thêm LED màu xanh. Năm 1993 công ty Nhật Nichia Chemical Industries đã dùng nitrid Gali (GaN) chế tạo được LED màu xanh, nhờ đó ngày nay có thể tạo ra đèn LED phát ánh sáng trắng bằng các phương pháp sau:
Về lý thuyết phương pháp trộn màu cho hiệu suất phát sáng cao hơn phương pháp biến đổi bước sóng, vì không có sự tổn hao quang năng do chất phốtpho chuyển đổi bước sóng. Tuy vậy, để tạo thành một đèn thắp sáng phải ghép nhiều LED. Với độ sáng yêu cầu như nhau thì đèn dùng toàn LED phát ánh sáng trắng đơn giản và có thể ghép theo cấu hình bất kỳ, còn với đèn dùng phương pháp trộn màu việc bố trí LED phức tạp và kích thước đèn lớn hơn. Ngoài ra, do thời gian thoái hóa của các loại LED có màu khác nhau chênh lệch khá nhiều, cho nên sau một thời gian sử dụng ánh sáng ra của đèn dùng phương pháp trộn màu biến chất. Vì vậy ngày nay không mấy ai sản xuất loại nầy nữa.
Đèn thắp sáng dùng LED có ưu điểm hơn những đèn dùng các nguyên lý cổ điển ở mấy điểm sau:
Tuy vậy giá thành đèn dùng LED hiện nay còn khá cao, và với loại có giá chấp nhận đươc thì ánh sáng trắng tạo ra lại chưa thật.
Chính phủ Hoa kỳ chủ trương tìm công nghệ mới để đến năm 2025 giảm 50% mức tiêu thụ điện năng cho thắp sáng. Đèn dùng LED được coi là phương tiện đáng tin cậy nhất để đạt mục tiêu đó. Các tập đoàn công nghệ vi điện tử Hoa kỳ đang khẩn trương nghiên cứu cải tiến LED, và đã đạt nhiều kết quả đáng khích lệ, cường độ phát sáng của đèn dùng LED tăng gấp đôi sau mỗi chu kỳ 18 tháng, có thể tin tưởng là đến 2010 đèn dùng LED đủ sáng để thay thế được đèn huỳnh quang.
LED phát ánh sáng trắng đã đạt và vượt hiệu suất phát sáng của đèn thắp sáng theo nguyên lý nóng sáng. Năm 2002, hãng Lumileds đã làm ra loại LED 5 Watt có hiệu suất phát quang 18–22 lm/ watt. Để so sánh, xin nhắc lại là bóng đèn nóng sáng 60–100 watt có hiệu suất 15 lm/watt, còn đèn huỳnh quang đạt 100 lm/watt.
Tháng 9/ 2003, công ty Cree Inc. trình diễn một loại LED xanh mới, cho phép sản xuất ra đèn phát ánh sáng trắng có hiệu suất 65 lm/W, với dòng điện vào 20 mA. Khi đó nó là đèn dùng LED sáng nhất trên thị trường, và có hiệu suất phát sáng gấp 4 lần loại đèn nóng sáng tiêu chuẩn. Năm 2006, họ lại nâng hiệu suất phát sáng lên131 lm/W với 20 mA.
Nichia Corp. hiện đã phát triển được một loại LED ánh sáng trắng có hiệu suất phát sáng 150 lm/W với dòng điện vào 20 mA, còn Seoul Semiconductor đang có kế hoạch vượt đèn huỳnh quang, vói các mốc chỉ tiêu 135 lm/W năm 2007 và 145 lm/W năm 2008..
Đối với những ứng dụng thắp sáng thông dụng hiện nay, cần có những LED công suất lớn (≥ 1 Watt). Dòng điện đỉển hình với loại LED nầy phải từ 350 mA trở lên. LED ánh sáng trắng công suất lớn và hiệu suất cao nhất hiện nay là sản phẩm của Philips Lumileds Lighting Co. với hiệu suất phát sáng 115 lm/W (350 mA).
Sau đây là bảng dự báo chỉ tiêu kỹ thuật mà đèn dùng LED sẽ đạt vào thập kỷ tới:
Công nghệ | Dùng LED | Huỳnh quang | Nóng sáng |
Hiệu suất phát sáng (lm/W) | 200 | 85 | 16 |
Tuổi thọ (x 1000 giờ) | >100 | 10 | 1 |
Thông lượng (lm/đèn) | 1,500 | 3,400 | 1,200 |
Công suất vào (W/đèn) | 7.5 | 20 | 75 |
Chi phí /lm ($/klm) | <2 | 1.5 | 0.4 |
Giá đèn ($/đèn) | <3 | 5 | 0.5 |
Chất lượng ánh sáng (CRI) | >80 | 82 | 95 |
Chỉ tiêu CRI (Color Rendering Index) là độ đo độ trung thực của mầu sắc mọi vật thể trước một nguồn chiếu sáng. Ánh sáng mặt trời và một vài loại đèn nóng sáng có CRI bằng 100, còn đèn huỳnh quang khoảng 80. Với LED ở thế hệ hiện thời (thường dùng chip LED xanh + phốtpho vàng) thì CRI khoảng 70, đạt chất lượng dùng trong nhà, chỉ có thể dùng làm đèn đường, đèn vườn, công trường, xưởng cơ khí.
Hội Vô tuyến Điện tử Việt nam nhận định rằng nước ta đang ở trong tình trạng thiếu hụt điện năng nghiêm trọng. Trong vài thập kỷ tới, mặc dầu ngành điện lực đã có những dự án lớn để tăng công suất nguồn điện và được hưởng nhiều ưu đãi từ phía Chính phủ để thực hiện các dự án đó nhưng với nhu cầu của một nền kinh tế đang phát triển nhanh, xem ra “cung” luôn luôn không theo kịp “cầu”, và sẽ còn thiếu điện dài dài !
Vì vậy Hội đã quan tâm vấn đề thắp sáng bằng đèn dùng LED. Ở thành thị dùng điện xoay chiều, bóng đèn dùng LED sẽ giúp tiết kiệm điện, nếu có chính sách và biện pháp tốt chắc đến 2025 cũng có thể tiết kiệm 50% điện năng dùng cho thắp sáng như Mỹ ! Ở Trung quốc hiện nay một số công trường, phân xưởng của nhà máy đã thí điểm dùng bóng đèn LED thắp bằng điện xoay chièu (xem hình 1).
Xem bảng sau đây có thể có một ý niệm về mức tiết kiệm chi phí của người tiêu dùng và năng lương của nguồn điện quốc gia khi thay bóng nóng sáng bằng bóng LED.
So sánh tuổi thọ và tiêu thụ điện của bóng nóng sáng 60 W với bóng dùng LED 2 W | Bóng nóng sáng 60 Watt | Bóng dùng LED 2 Watt |
Tuổi thọ bóng | 1.000 giờ | trên 60.000 giờ |
Số bóng cần thiết cho 60.000 giờ thắp sáng | 60 | 1 |
Tiền mua bóng dùng cho 60.000 giờ | $40.20 (60 bóng x 67¢ ) | $34.95 |
Tiêu thụ điện trong 60.000 giờ | 3600 kWh | 120 kWh |
Tiền điện phải trả cho 60.000 giờ, với giá 10 cent/kWh | $360.00 | $12.00 |
Tổng chi phí : sau 60.000 giờ | $400.20 | $46.95 |
Số tiền tiết kiệm được: khi sử dụng bóng LED | $353.25 cho mỗi bóng! | |
Tiết kiệm nguồn điện quốc gia: Chỉ cần mỗi hộ dân thay một bóng nóng sáng 60 Watt bằng một bóng dùng LED, thì mỗi ngày nước Mỹ tiết kiệm được 24.184,4 Megawatt |
Ở nhiều vùng nông thôn, đặc biệt là ở miền núi, hải đảo, việc kéo dây điện đến khó khăn, tốn kém, dùng đèn thắp sáng bằng LED do điện mặt trời (xem hình 2) hay điện gió (hoặc kết hợp cả hai, xem hình 3) là biện pháp khả thi và xét về tổng thể là tiết kiệm
Tác giả: Giáo sư Nguyễn Văn Ngọ
Bài trên Hội vô tuyến- Điện tử Việt Nam (rev.org.vn)
Đèn kẹp bàn là một loại đèn rất thông dụng và thường được sử dụng…
Nếu bạn tìm kiếm một mẫu đèn bàn trên mạng, không khó để bạn nhìn…
Ánh sáng xanh là gì? Ánh sáng xanh là một màu trong quang phổ màu…
Trong thế giới phát triển nhanh ngày nay, mọi người dành một phần đáng kể…
Mã giảm giá / Voucher Shopee là gì? Voucher (Mã giảm giá) trên Shopee là…
This website uses cookies.