Τα φανάρια σε ορισμένους φωτεινούς σηματοδότες φαίνονται να είναι πιο λαμπρά από ό,τι παλιότερα, πολλά αυτοκίνητα έχουν στη θέση των προβολέων μια σειρά από μικρά λευκά «λαμπάκια» και το Εθνικό Θέατρο ετοιμάζεται να ντυθεί με νέο φωτισμό. Και στις τρεις περιπτώσεις οι λαμπτήρες που χρησιμοποιούνται βασίζονται σε μια νέα τεχνολογία παραγωγής φωτός που ονομάζεται LΕD, ένα αρκτικόλεξο του αγγλικού όρου Light Εmitting Diode ( LΕD ), ο οποίος στα ελληνικά μεταφράζεται ως Κρυσταλλοδίοδος Εκπομπής Φωτός ( ΚΕΦ ). Η νέα αυτή τεχνολογία υπόσχεται την οριστική λύση στο πρόβλημα του σωστού, οικονομικού και φιλικού προς το περιβάλλον φωτισμού.
Τι είναι
Οταν περνάει ηλεκτρικό ρεύμα κατάλληλης έντασης από μια κρυσταλλοδίοδο, δηλαδή ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που επιτρέπει τη δίοδο του ηλεκτρικού ρεύματος μόνο προς μία κατεύθυνση, εκπέμπεται ταυτόχρονα και φως, το χρώμα του οποίου εξαρτάται από το υλικό κατασκευής της διόδου. Το φαινόμενο αυτό ήταν γνωστό από το 1962, οπότε ο αμερικανός φυσικός Τζιμ Χόλονιακ, που τότε εργαζόταν στην Τζένεραλ Ελέκτρικ, εφηύρε την πρώτη ΚΕΦ, η οποία έδινε κόκκινο φως. Οι φυσικοί της εποχής εντυπωσιάστηκαν από την απόδοση των ΚΕΦ, δηλαδή το υψηλό ποσοστό μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως, αλλά το χρώμα και η μικρή ένταση του φωτός τους περιόρισαν τη χρήση τους στις φωτεινές ενδείξεις συσκευών. Θα έπρεπε να περάσουν 40 χρόνια για να κατασκευαστούν ΚΕΦ που εκπέμπουν λευκό φως με ικανοποιητική για φωτισμό ένταση. Το λευκό φως, όπως απέδειξε πρώτος ο Νεύτωνας αναλύοντάς το με ένα πρίσμα, είναι ένα μείγμα επτά χρωμάτων, από το κόκκινο ως το κυανό, που το μάτι μας αναγνωρίζει ως «λευκό». Επομένως για να κατασκευάσουμε έναν λαμπτήρα λευκού φωτός από ΚΕΦ, που εκπέμπουν μόνο φως ορισμένου χρώματος, θα πρέπει πρώτα να έχουμε στη διάθεσή μας ΚΕΦ με διάφορα χρώματα, από το κόκκινο ως το κυανό. Η κατασκευή όμως ΚΕΦ που εκπέμπουν άλλα χρώματα, πέρα από το κόκκινο, αποδείχθηκε δύσκολη υπόθεση. Η πρώτη ΚΕΦ κυανού χρώματος ικανοποιητικής λαμπρότητας κατασκευάστηκε μόλις το 1993, αλλά από τότε η εξέλιξη της τεχνολογίας κατασκευής λευκών ΚΕΦ προχώρησε με άλματα. Σήμερα υπάρχουν τρεις διαφορετικές μέθοδοι κατασκευής ΚΕΦ λευκού φωτός, αλλά εκείνη που προς το παρόν έχει επικρατήσει είναι αυτή που βασίζεται στην επάλειψη μιας κυανής ΚΕΦ με ένα λεπτό στρώμα μιας ουσίας η οποία φθορίζει στο κίτρινο. Αυτό το «μείγμα» των δύο χρωμάτων το μάτι μας το αντιλαμβάνεται ως λευκό.
Καταλυτική σύγκριση
Οι κλασικοί ηλεκτρικοί λαμπτήρες, που οι περισσότεροι από εμάς χρησιμοποιούμε στα σπίτια μας, ονομάζονται λαμπτήρες πυράκτωσης επειδή εκπέμπουν φως από ένα λεπτό σύρμα που θερμαίνεται με τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Οι λαμπτήρες αυτοί δεν είναι καθόλου αποδοτικοί, επειδή το μεγαλύτερο τμήμα της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλίσκουν εκπέμπεται ως θερμότητα και όχι ως φως. Επιπλέον χρειάζονται συχνή αλλαγή, επειδή η διάρκεια ζωής τους είναι περίπου δύο χιλιάδες ώρες λειτουργίας. Τα τελευταία χρόνια στην αγορά κυκλοφορεί και ένα νέο είδος λαμπτήρων που χαρακτηρίζονται λαμπτήρες εξοικονόμησης ενέργειας και καταναλίσκουν πολύ λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από τους λαμπτήρες πυράκτωσης. Οι νέοι αυτοί «οικονομικοί» λαμπτήρες είναι στην ουσία λαμπτήρες φθορισμού, όπως οι επιμήκεις σωλήνες που χρησιμοποιούνται εδώ και δεκαετίες κυρίως στον φωτισμό των χώρων εργασίας. Εκτός από το ότι καταναλίσκουν τέσσερις φορές λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από τους λαμπτήρες πυράκτωσης για το ίδιο φως, διαρκούν και πέντε φορές περισσότερο, δηλαδή 10.000- 15.000 ώρες. Φαίνεται όμως ότι το μέλλον ανήκει στους λαμπτήρες ΚΕΦ, οι οποίοι όχι μόνο τείνουν να γίνουν τόσο οικονομικοί όσο και οι σημερινοί οικονομικοί λαμπτήρες, αλλά διαρκούν και πέντε φορές περισσότερο από αυτούς, δηλαδή 50.000 ώρες, που αντιστοιχούν σε 15 χρόνια κανονικής λειτουργίας. Επιπλέον δεν περιέχουν υδράργυρο, που μολύνει το περιβάλλον, και λόγω της πολύ μικρής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας θα συμβάλουν στη μείωση των απαιτούμενων σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με όλες τις ευεργετικές συνέπειες για το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η κατανάλωση ενέργειας ενός συμβατικού φωτεινού σηματοδότη είναι περίπου 70 WΑΤ ενώ του σηματοδότη με λαμπτήρες ΚΕΦ είναι μόνο 6. Οπως αναφέρθηκε, πέρα από τη μεγάλη οικονομία που επιτυγχάνει μια ΚΕΦ για την παραγωγή φωτός συγκεκριμένης έντασης, σημαντικό πλεονέκτημα αποτελεί και η μεγάλη διάρκεια ζωής αυτής της νέας πηγής φωτός. Το πλεονέκτημα αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία όταν τα φωτιστικά σώματα είναι τοποθετημένα σε θέσεις όπου η αντικατάστασή τους παρουσιάζει δυσκολίες, όπως για παράδειγμα στην οροφή αιθουσών μεγάλου ύψους ή στην πρόσοψη κτιρίων, που είναι και η περίπτωση φωτισμού του Εθνικού Θεάτρου. Από την άλλη μεριά, η χρήση οικονομικών προβολέων στα αυτοκίνητα βοηθάει στο να καταναλίσκεται λιγότερη βενζίνη, για να επιτευχθούν έτσι τα αυστηρότερα όρια εκπομπών αέριων ρύπων που έχει θεσπίσει η Ευρωπαϊκή Ενωση για τα μέσα της επόμενης δεκαετίας.
Η έρευνα στην Ελλάδα
Αντίθετα από ό,τι θα πίστευε κανείς, η Ελλάδα δεν υστερεί καθόλου στην έρευνα κατασκευής ΚΕΦ λευκού φωτός. Υπάρχουν ήδη δύο ερευνητικές ομάδες, μία στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης με επικεφαλής την καθηγήτρια Φιλομήλα Κομνηνού και μία στο Πανεπιστήμιο της Κρήτης και το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ με επικεφαλής τον καθηγητή Αλέξανδρο Γεωργακίλα, οι οποίες συνεργάζονται στενά. Η πρώτη ομάδα ασχολείται με την ανακάλυψη μεθόδων ελάττωσης των ατελειών δομής των ΚΕΦ, οι οποίες μειώνουν σημαντικά την απόδοσή τους, καθώς και τη μελέτη των μηχανισμών ανάπτυξης νανο-ΚΕΦ, πάχους 10 δισεκατομμυριοστών του μέτρου, που θα επιτρέψουν την κατασκευή ΚΕΦ μεγάλης λαμπρότητας. Η δεύτερη ομάδα ασχολείται κυρίως με την παραγωγή υλικών βέλτιστης κρυσταλλικής ποιότητας για την κατασκευή ΚΕΦ με την εναπόθεση διαδοχικών μονοατομικών στρωμάτων, διαδικασία που μπορεί να εξασφαλίσει μικρό ποσοστό ατελειών.
Φωτίζοντας την Αφρική
Ζώντας σε μια χώρα με σημαντική οικονομική ευμάρεια, είναι δύσκολο να αντιληφθούμε ότι υπάρχουν περιοχές στη Γη όπου οι άνθρωποι δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό ρεύμα. Και όμως, σχεδόν δύο δισεκατομμύρια άνθρωποι δεν έχουν ηλεκτρικό ρεύμα, εκ των οποίων 500 εκατομμύρια ζουν στην υποσαχάρια ζώνη της Αφρικής. Η οργάνωση Φωτίζοντας την Αφρική (Lighting Αfrica) προσπαθεί να προσφέρει φωτισμό στους ανθρώπους αυτούς και μία από τις προτεινόμενες λύσεις είναι ο φωτισμός τις νύχτες με λυχνίες λευκού φωτός ΚΕΦ που τροφοδοτούνται με μπαταρίες, οι οποίες με τη σειρά τους φορτίζονται την ημέρα με φωτοβολταϊκά στοιχεία. Υπολογίζεται ότι μια λυχνία ΚΕΦ 5 Watt δίνει αρκετό φως για τις νυκτερινές δραστηριότητες μιας οικογένειας και η ενέργεια αυτή μπορεί να παραχθεί από μόλις δύο φωτοβολταϊκά στοιχεία, κόστους περίπου 10 ευρώ!
Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.
