بررسی فنی LED وکاربردهای آن

بررسی فنی  LED وکاربردهای آن:
آلودگی‌های محیط زیست و انتشار گازهای گلخانه‌ای در فضا و هوای كره زمین سبب شده كه صنعت برق در كشورهای مختلف جهان علاوه بر اینكه به سمت انرژیهای تجدیدپذیر حركت كند در زمینه بهره‌گیری از لامپهای روشنایی جدیدی كه كمترین میزان آلودگی را دربر دارد اقدام كند. 
با بالارفتن حرارت كره زمین، همه كشورها باید به حذف عوامل سازنده گازهای گلخانه‌ای كمك كنند، یكی از این عوامل كه باعث تولید گازهای گلخانه‌ای می‌شود، لامپ‌های معمولی یا همان لامپ‌های رشته‌ای (فیلمان‌دار) و رشته ای است كه به دلیل استفاده وافر در اكثر كشورهای جهان از عوامل مهم تولید گازهای گلخانه‌ای به شمار می‌آید و با درنظر گرفتن این نكته كه سهم روشنایی كه عمدتاً نیز به وسیله لامپ‌های رشته‌ای تامین می‌شود از كل مصرف الكتریسیته خصوصاً در زمان اوج مصرف چشمگیر است به عنوان مثال در ایران حدود 30 درصد از كل انرژی مصرفی و حدود 45 تا 50 درصد از مصرف پیك صرف تامین روشنایی می‌شود این موضوع را جدی‌تر نشان می‌دهد.


هم‌اكنون شاید تنها لامپ جایگزین كه می‌تواند گزینه مناسبی باشد، مدلهای مختلف از لامپ فلورسنت (معروف به مهتابی) است. لامپ لوله‌ای فلورسنت، لامپ كم‌مصرف و فلورسنت فشرده (CFL و FPL) از جمله آنها محسوب می‌شوند، اما آیا آینده از آن این نوع لامپ است؟
لامپ‌های رشته ای علاوه بر كارآیی و بازده پایین، از انرژی بالایی برای تولید روشنایی استفاده می‌كنند. به عنوان مثال یك لامپ 100 وات، روشنایی معادل یك لامپ 20 وات فلورسنت را خواهد داشت، یعنی برای تولید نور مشابه، لامپهای رشته ای، 5 برابر بیشتر انرژی مصرف می‌كنند.                                                                                    
هم‌اكنون در كشور ما نیز استفاده از لامپهای كم مصرف، فلورسنت و FPL به لامپهای رشته ای ترجیح داده می‌شود و طبق بخشنامه‌های جدید ارگانهای دولتی در مواقعی كه از نظر فنی محدودیتی ندارند ملزم به استفاده از لامپهای كم مصرف شده‌اند و دیگر مصرف‌كنندگان نیز می‌توانند از لامپهای كم مصرف یارانه‌ای استفاده كنند. اما استفاده از LED چندان رواج نیافته و بیشتر جنبه تزئینی دارد. حال به راستی سوال این است كه LEDها چه برتری به لامپهای فلورسنت معمولی و فشرده دارند؟ منبع اصلی نور در آینده مطمئنا یك لامپ یا یك چراغ حبابدار نخواهد بود بلكه می‌تواند یك میز یا یك دیوار و یا هر چیز دیگری باشد.
به زودی LED خواهد توانست جایگزین ارزانتر و با دوام‌تری برای لامپهای حبابدار كنونی شود.

 LED چیست؟                                                
LED مخفف واژه LIGHT EMMITTED DIODE به معنای دیود ساطع كننده نور است. دیودهای ساطع كننده نور در واقع جزء خانواده‌ها دیودها هستند كه دیودها نیز زیرگروه نیمه هادی‌ها به شمار می‌آیند. خاصیتی كه LEDها را از سایر نیمه هادیها متمایز می‌سازد این است كه با گذر جریان از آنها مقداری انرژی به صورت نور از آنها ساتع می‌شود.
 LED ها تا اواخر دهه گذشته فقط می‌توانستند دو نور  سبز و قرمز تولید كنند كه به همین علت كاربردشان محدود بود. 
سپس LED هایی به بازار آمدند كه می‌توانستند نور سفید با هاله‌ای از رنگ آبی روشن كنند.
به همین دلیل روز به روز ابعاد استفاده از آنها گسترده‌تر شد و در مواردی كه احتیاج به علامت دادن و یا رقص نور (زدن فلاش و SOS) بود، استفاده شد.                               
اكنون بسیاری از شركتهای بزرگ سازنده لوازم روشنایی مخصوصاً شركتهای فعال در زمینه روشنایی منازل بسیاری از فعالیت‌های خود را برروی‌LEDها متمركز كرده‌اند و قصد دارند روشنایی لازم برای منازل را از LED ها تهیه كنند كه به نظر می‌رسد این روند تا كمتر از 5 سال آینده، باعث تغییر بسیار عمده در نوع محصولات روشنایی شود.                     
به طوری كه در حال حاضر نیز اكثر لوازم روشنایی خانگی، معادل LED نیز دارند و مصرف‌كنندگان می‌توانند در صورت تمایل مشابه هر نوع كالایی را از مدل LED استفاده كنند. هر چند به نظر می‌رسد این تكنولوژی در سالهای آینده و با رشد قابل پیش‌بینی صنعت، لوازمی با روشنایی بسیار بهتر و مصرف انرژی كمتر و قیمت مناسب را به مشتریان ارائه دهد.


کاربردهای دیگر LED 
همانطور كه گفته شد، دیود منتشر كننده نور كه به طور رایج LED نامیده می‌شود واقعاً قهرمان ناشناخته جهان الكترونیك است. آنها دو جین كار متفاوت انجام می‌دهند و در همه وسایل الكترونیكی یافت می‌شود اساساً LEDها لامپهای كم نوری هستند كه به آسانی در مدارهای الكترونیكی قرار می‌گیرند اما برخلاف لامپهای معمولی آنها فیلامانی كه بسوزد ندارند و به ویژه اینكه گرم نمی‌شوند آنها فقط با حركت الكترونها در یك ماده نیمه هادی نور می‌دهند. آنها شماره‌ها را در ساعتهای دیجیتال نشان می‌دهند، اطلاعات را از كنترل تلویزیون می‌فرستند (LEDهای مادون قرمز) و نور آنها نشان می‌دهد كه چه وقت وسایل روشن است همچنین تصاویر را روی تلویزیون‌های پلاسما نشان می‌دهند و با توجه به مصرف بسیار پایین و شدت نور بسیار عالی در انواع رنگ‌های مختلف در روشنایی و چراغ‌های خودروها كاربرد وسیعی دارند.
تا چند وقت پیش چراغ‌های راهنمایی كه در تقاطع‌ها و خیابان‌های شهر تهران و دیگر نقاط كشور نصب می شدند به وسیله لامپهای 100 واتی رشته‌ای روشن شده و به واسطه لنز رنگی كه در درون این چراغ‌ها تعبیه شده در مواقع معین به رنگ سبز، زرد و قرمز مشاهده می‌شدند، اما استفاده از این لامپ‌ها در چراغ‌های راهنمایی كه اصطلاحاً به آن ”لامپ‌های رشته‌ای ترافیكی“ اطلاق می‌شود، مصرف بسیار زیاد برق و عمر محدودی را به همراه دارد كه در همین زمینه نصب فانوس‌های LED در چراغ‌های راهنمایی به منظور صرفه‌جویی در مصرف برق و كاهش خطای دید رانندگان در دستور كار قرار گرفته است . 
مصرف برق به میزان یك دهم لامپ‌های معمولی 100 وات، عمر بالا تا 5 سال با گارانتی، بدون نیاز به تعمیر، نوردهی بسیار زیاد در مقایسه با لامپ‌های معمولی، جلوگیری از بروز تصادفات به دلیل خطای دید رانندگان و مهم‌تر از همه حذف لنز رنگی داخل چراغ‌ها را از جمله مزیت‌های استفاده از فانوس LED در چراغ‌های راهنمایی می‌توان نام برد. با استفاده از فانوس‌های LED در چراغ‌های راهنمایی به دلیل این كه صفحه اصلی چراغ‌ها كاملاً بی‌رنگ هستند، در هنگام خاموش بودن به رنگ سفید دیده می‌شوند و در زمان روشن شدن به دلیل نوردهی بالا، احتمال خطای دید رانندگان را به صفر می‌رساند و درصد ایمنی آنها در هنگام رانندگی افزایش می‌یابد به این ترتیب تشخیص روشن یا خاموش بودن چراغ سبز یا قرمز برای رانندگان كاملاً آسان و بدون خطا خواهد بود كه خوشبختانه در سطح شهر تهران و اغلب شهرهای كشور فرایند تجهیز تقاطع‌ها به این سیستم جدید در حال اجراء است.
همچنین در حال حاضر در روشنائی معابر، خیابانها و جاده‌ها، تزئین و زیباسازی معابر و پلها و مكانهای مختلف استفاده از این منابع روشنائی با توجه به هزینه بالای تعمیر و نگهداری منابع روشنائی سنتی در این مكانها و طول عمر بالا و صرفه‌جویی انرژی تا 90 درصد ، توجیه فنی و اقتصادی استفاده از LEDها را بسیار بیشتر می‌كند.
همین مزایا معماران و طراحان را به استفاده هرچه بیشتر از LEDها در کارهایشان ترغیب می کند. باید اعتراف كرد چراغهای LED   در نورپردازی بی رقیب هستند.

قیمت بالای LED 
تنها عیب LEDها قیمت نسبتاً بالای آن است. قیمت LED با توجه به نوع، كیفیت نور، توان خروجی و ... متفاوت است و در هر صورت قیمت بالاتری نسبت به معادل منابع روشنائی فلورسنت یا رشته‌ای خود دارد اما بدیهی است با افزایش تقاضا. كاهش قیمت شدیدی را خواهد داشت كه در نتیجه استفاده از آن را مقرون به صرفه‌تر خواهد كرد.

از دیگر فواید LEDها در روشنائی خانگی می‌توان به اندازه كوچك آن اشاره كرد كه با قرارگیری چند عدد از آن بر روی برد الكترونیك، نور كافی را تولید می‌كنند. بزرگترین فایده سایز كوچك بودن، مانند لامپهای هالوژنی قرارگیری آن در فرورفتگی‌های سقف ساختمان، با اندازه دلخواه است و به این ترتیب افراد می‌توانند طراحی منزل و روشنایی آن را به صورت دلخواه انجام دهند، در حالیكه لامپهای رشته ای و به ویژه لامپهای فلورسنت دارای سایز نسبتاً بزرگ و غیر قابل انعطافی هستند و فضای زیاد و همواری را برای نصب لازم دارند.
اما بزرگترین برتری LED عمر مفید آن است. 
این برتری LED باعث می‌شود كه بسیاری از افراد آینده‌نگر استفاده از آن را در دستور كار خود قرار دهند، زیرا طول عمر زیاد، نور تولیدی روشن و واضح آن باعث می‌شود كه در هزینه‌های نگهداری صرفه‌جویی شود. عدم احتیاج به تعویض در كوتاه مدت (حداقل 5 برابر بیش از فلورسنت‌ها) باعث صرفه‌جویی بسیار در وقت مصرف‌كنندگان نیز می‌شود. یكی دیگر از برتری‌های آنها مصرف بسیار پائین انرژی است كه باعث تولید گرمای بسیار كم در اطراف لامپ و اشاعه آن به محیط است كه می‌تواند فواید زیادی داشته باشد. كه با توجه به دامنه كاربرد دمائی از 40- تا 85 درجه كه یكی از مزایای عمده این منابع روشنایی است، صنایع برودتی و به ویژه كارخانه‌های یخچال‌سازی یكی از مصرف‌كنندگان LED هستند و از آن در داخل دستگاههای خود استفاده می‌كنند، زیرا گرمای كم تولیدی آن، سرمای داخل دستگاه را از بین نمی‌برد. 
یكی دیگر از فواید LED عدم استفاده از  عنصر سمی و كشنده جیوه است که در تولید لامپهای فلورسنت‌و رشته ای بکار می رود. 
با توجه به موارد گفته شده بسیاری از مصرف‌كنندگان می‌توانند با پرداخت یك هزینه اولیه نسبتاً بالاتر، تا مدتها از نور LED استفاده كرده و زمانی را صرف تعویض یا تعمیر آن نكنند. 
تولیدكنندگان لوازم روشنایی درجه یك در جهان نیز در حال حاضر تولیدات زیادی را در این زمینه ارائه داده‌اند.
همانطور كه گفته شد سهم روشنایی از كل مصرف الكتریسیته خصوصاً در زمان اوج مصرف چشمگیر است به نحوی كه در كشور حدود 30 درصد از كل انرژی مصرفی و حدود 45 تا 50 درصد از مصرف پیك صرف تامین روشنایی می‌شود. 
میزان فروش انرژی الكتریكی در سال 85 برابر با 144598 میلیون كیلووات ساعت است كه با درنظر گرفتن حداقل 30 درصد سهم روشنائی و با جایگزینی 20درصد از مصارف روشنایی با لامپ‌های LED و صرفه‌جویی به طور متوسط 80% (70 تا 90 درصدی) طرح، میزان صرفه‌جوئی به عمل آمده برابر با 6941 میلیون كیلووات ساعت در یك سال است در حالی كه مجموع تولید نیروگاه اصفهان در یك سال برابر با 5248 میلیون كیلووات ساعت است.
با توجه به مزیتهای بسیار زیاد LEDها، در آینده نه چندان دور بالاخره این منابع روشنایی جایگزین لامپهای معمولی می‌شود و دیگر نور تنها از چراغ‌های حبابدار پخش نخواهد شد.


به صورت مختصر برخی از ویژگی های این لامپ به شرح زیر می باشند :
طول عمر فوق العاده زیاد :   
عمر بی نهایت طولانی LEDها، آنها را به یک گزینه کاملاً بی عیب  و  نقص، جهت نورپردازی در محل هایی که تعمیر و نگهداری لوازم و تأسیسات در آنها دشوار است، تبدیل می کند.
  توان مصرفی کم 
بازدهی نوری بالا : نمونه های موجود این لامپها60-80 لومن در هر وات نوردهی  دارد .المانهائی با نوردهی 125 لومن در هروات به بازار آمده ودرآینده نزدیك 145 لومن در وات به بازار می آید. 
قابلیت کنترل نوری فوق العاده : با توجه به خواص Dimming این المان از صفر تا ماکزیمم شار نوری و سرعت کنترل بالا انعطاف فوق العاده ای را در ایجاد شدت نور متغیر خواهیم داشت و در انواع چراغهای رنگی با قابلیت تغییر رنگ می توان ترکیب نوری متنوعی را داشت . که اصطلاحاً به آن لامپهای با قابلیت نوردهی تمام رنگ می نامیم. 
لامپهای تمام رنگ  این  امکان را بوجود بیاورند که طرح نورپردازی ساختمان در هر شب تغییر کند.
امنیت چراغها با لامپ LED : با توجه به اینکه لامپهای LED با ولتاژ مستقیم ( D.C ) در سطوح پائین 2 تا 4 ولت کار می کنند لامپهای ترکیبی از این قطعات را می توان در سطح پائین 12 و 24 ولت با کیفیت بالا ایجاد کرد . این امر نه تنها کاربرد این چراغها را در فضای مرطوب و زیرآب قابل توجیه می کند ، بلکه می توان در سایر قسمتها مثل کف محوطه ، فضاهای داخل و نورهای مخفی از امنیت بالای این چراغها استفاده کرد . 
فرم پذیری لامپهای LED : با توجه به ابعاد کوچک این المانها از 1mm تا  5cm و تنوع الکترونیکی آن (Solder ,SMT ,SMD,...) براحتی میتوان لامپهای با شکلهای خطی ، سطحی ، حجمی یا هر شکل و فرمی طراحی و ساخت. بنابراین تنوع چراغها را بشدت افزایش می یابد . 
پخش نور قابل طراحی و افزایش توان طراحان نورپردازی : با توجه به اینکه زاویه تابشی این المانها از1 درجه تا 160درجه قابل انتخاب هستند بنابراین طراحان در کاربردهای متفاوت براحتی می توانند از این المانها بصورت های مختلف ، چراغهای ساخته شده ، و یا چراغ با طراحی خاص و حتی به صورت المان استفاده کنند .
 این لامپ را در هر نقطه از فضای مسکونی میتوان نصب کرد . این مسئله کاربری لامپ LED را بسیار بالا می برد.
 
بازده دمایی وسیع:  LEDها برای کاربرد در سطوح واقع در هوای آزاد، مثل پله ها و کف ها، یک محصول کاملاً ایده آل هستند، زیرا فناوری آنها بگونه ای است که در طیف وسیعی از دماها(از 40- تا 85 درجه سلسیوس) کارآیی خود را حفظ می کنند، بر خلاف فلورسنت ها که در سرما به خوبی کار نمی کنند و نیز بر خلاف لامپ های HID که در سرما سریع روشن یا خاموش نمی شوند.
عدم تابش گرمایی LEDها : از آنجایی که LEDها تابش گرمایی ندارند، در محیط¬هایی که گرما ممکن است به برخی اشیاء نورپردازی شده، همچون آثار هنری یا شکلات، آسیب برساند، کارآیی خوبی از خود نشان می¬دهند. به همین علت در لامپ¬های مورد استفاده در محیط های کاری نیز کم کم از این فناوری بهره جسته می شود.البته توان مصرفی جهت تهویه هوا نیز كاهش می یابد.
استفاده از منابع انرژی خورشیدی: با توجه به اینكه LEDها قابلیت تغذیه هم با جریان AC و هم جریان DC با مصرف كم را دارند، لذا می‌تواند از منابع انرژی خورشیدی و یا باطری نیز جهت تامین نیروی خود استفاده كنند.
عدم استفاده از عنصر سمی و كشنده جیوه در LEDها:  این عنصر در تولید لامپهای فلورسنت‌ و رشته ای بکار می رود.