Chúc Mừng Năm Mới 2012 (Nhâm Thìn)

CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2012 (Nhâm Thìn)

Happy New Year 2012

Đèn LED tiết kiệm điện sự lựa chọn hoàn hảo

ĐÈN LED TIẾT KIỆM ĐIỆN SỰ LỰA CHỌN HOÀN HẢO

Tác giả: Anh Minh Châu - 06/12/2012 - 12:11 PM

I. Giới thiệu:

Thiếu điện cần phải tiết kiệm điện, đó là vấn đề không phải riêng của một số quốc gia nào. Điện chiếu sáng thông thường chiếm cỡ 20% điện lượng tiêu thụ của mỗi nước, một tỷ lệ rất đáng kể.

Vì vậy để tiết kiệm điện, nước nào cũng nghĩ đến cách tiết kiệm điện chiếu sáng. Nhưng tiết kiệm bằng cách cắt điện, giảm điện chiếu sáng dưới mức cần thiết thì ít nước làm vì ảnh hưởng đến xã hội, giao thông, an ninh, giáo dục.... Hướng quan trọng để tiết kiệm điện chiếu sáng là sử dụng những kỹ thuật chiếu sáng mới, năng lượng điện tiêu thụ ít hơn nhiều nhưng kết quả chiếu sáng không giảm, có khi còn tốt hơn. Kỹ thuật chiếu sáng mới nhất, tiết kiệm nhất nhưng lại có hiệu quả cao nhất là kỹ thuật chiếu sáng bằng chất rắn (SSL - Solid State Lighting) hay nói nôm na chiếu sáng bằng LED (LED: Light emiting diode - điôt phát sáng).

Trước khi nói rõ hơn việc chiếu sáng bằng LED là gì, dựa trên cơ sở nào, tiết kiệm ra sao và các nước trên thế giới đang triển khai như thế nào, ta xét một vài số liệu để có ấn tượng về lợi ích chiếu sáng bằng LED.

Bộ Năng lượng Mỹ báo cáo rằng nếu 50% việc chiếu sáng ở Mỹ hiện nay được thay thế bằng cách chiếu sáng bằng LED, nước Mỹ vẫn được chiếu sáng như vậy nhưng bớt đi được 41 GW điện (GW: gigawatt - nghìn tỷ watt). Một nhà máy điện cỡ trung bình có công suất cỡ 1GW, vì vậy chỉ thay thế 50% cách chiếu sáng hiện nay bằng cách chiếu sáng dùng LED, nước Mỹ có thể giảm đi 41 nhà máy điện. Bỏ đi 41 nhà máy điện, ngoài lợi ích kinh tế, còn đỡ thải ra môi trường một lượng đáng kể khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính.

Có thể hình dung lượng khí CO2 thải ra làm tổn hại môi trường qua số liệu lấy từ báo cáo của cơ quan năng lượng quốc tế IEA năm 2006: để có điện thắp sáng như hiện nay trên toàn thế giới mỗi năm phải thải ra 1900 nghìn tỷ tấn khí CO2, ba lần lớn hơn lượng khí CO2 do máy bay trên toàn thế giới thải ra, bằng 70% lượng khí CO2 do tòan bộ xe ô tô thải ra trong 1 năm.

Tóm lại, có thể không giảm yêu cầu chiếu sáng mà chỉ thay đổi cách chiếu sáng nhờ dùng đèn LED điện năng tiêu thụ giảm đáng kể, lượng khí CO2 làm ô nhiễm môi trường cũng giảm đáng kể. Để dễ thấy ưu việt của cách chiếu sáng bằng LED, ta hãy xét các cách chiếu sáng dùng điện phổ biến hiện nay.

II. Các loại đèn chiếu sáng đang dùng hiện nay

1. Đèn sợi đốt:

Loại đèn này ra đời đã gần 200 năm. Trong bóng thủy tinh đã hút chân không có sợi dây vonfram rất mảnh, thường gọi là sợi tóc. Khi có dòng điện chạy qua, sợi tóc nóng lên đến gần 30000C, phát sáng.

Loại đèn này dễ chế tạo, giá rẻ điện áp có thấp thì chỉ bớt sáng. Nhưng hơn 95% năng lượng điện tiêu thụ là để tỏa ra nhiệt, phần biến ra ánh sáng nhìn thấy chưa đầy 5 phần trăm.

Khi nóng, vonfram bị bốc hơi, nhỏ đi điện trở tăng lên, lại càng nóng hơn và dễ dẫn đến đứt. Tuổi thọ đèn này cỡ 1000 giờ.

2. Đèn halogen :

Loại đèn này thực chất là đèn sợt đốt nhưng làm bằng thủy tinh chịu nhiệt hay thạch anh trong có khí thuộc họ halogen. Khi dây vônfram bị đốt nóng bay hơi, hơi vônfram lại quay lại bám vào dây, chỗ nào dây nhỏ, nóng thì hơi vônfram lại bám vào nhiều hơn. Nhờ đó bóng có thể làm nhỏ và dây tóc làm việc ở nhiệt độ cao, ánh sáng phát ra mạnh, có khi đến 9% năng lượng điện tiêu thụ biến ra ánh sáng. Tuổi thọ của đèn có thể đến 2000 giờ.

Một bóng đèn halogen 60W có độ sáng tương đương với bóng đèn sợi đốt thường 100W. Bóng thường được dùng ở đèn trước của ôtô, đèn chiếu ...

Bóng đèn rất nóng, cấu tạo phức tạp, vật liệu cao cấp hơn so với bóng đèn sợi đốt thường, giá thành cao.

3. Đèn hơi natri :

Là loại đèn phát sáng nhờ hiện tượng phóng điện trong chất khí. Có hai loại: đèn áp suất thấp và đèn áp suất cao.

- Đèn hơi natri áp suất thấp (đèn thấp áp)

Gồm bóng thủy tinh ở bên ngoài, mặt trong của bóng thủy tinh này có phủ một lớp oxyt inđi. Lớp này ngăn cản làm cho tia hồng ngoại (nhiệt) phản xạ lại còn ánh sáng nhìn thấy thì xuyên qua dễ dàng. Bên trong bóng thủy tinh có một ống hình chữ U có hai điện cực và nạp khí trơ như neon, argom và một ít natri. Tạo điện khí kích thích cho hỗn hợp khí trong ống chữ U phóng điện ban đầu chỉ phát ra ánh sáng màu hồng, hỗn hợp khí hơi bị nóng lên làm cho natri biến thành hơi natri. Hơi natri này bị phóng điện kích thích phát ra ánh sáng màu vàng. Nhờ lớp oxyt inđi nên nhiệt không tỏa ra ngoài mà quay lại làm cho hơi natri dễ phát sáng hơn. Nhờ đó đèn natri có độ phát sáng cao tuổi thọ đến 18.000 giờ.

Đèn natri cho ánh sáng màu vàng thích hợp cho việc làm đèn đường chiếu sáng công cộng, vì màu vàng là màu mắt nhạy cảm nhất.

- Đèn hơi natri áp suất cao (đèn cao áp)

Đèn gồm có ống thạch anh nhỏ, có hai điện cực ở hai đầu, bên trong có hỗn hợp thủy ngân và natri. Khi tạo ra phóng điện giữa hai cực, nhiệt độ trong ống tăng lên dần làm cho điện trở của ống khí giữa hai cực giảm, dòng điện qua ống lại tăng, nhiệt độ trong ống lại tăng thêm nữa. Nhờ bố trí chấn lưu nên dòng điện trong ống chỉ tăng đến một mức giới hạn đủ để áp suất hơi trong ống khá cao, ánh sáng phát ra khá mạnh. Sự phóng điện của hỗn hợp thủy ngân và natri ở áp suất cao cho ra ánh sáng vàng xanh thích hợp cho chiếu sáng quãng trường, đường xá ở thành phố. Đèn cao áp có cấu tạo phức tạp, giá tiền cao nhưng rất sáng và tuổi thọ bền, cỡ 20.000 giờ.

4. Đèn huỳnh quang:

Đèn bắt đầu được dùng từ những năm 1940.

Thường gọi là đèn ống vì có cấu tạo là một ống thủy tinh hàn kín, hai đầu có điện cực và trong ống có khí trơ neon và vài giọt thủy ngân. Bên trong thành ống thủy tinh có phủ một lớp mỏng bột chất huỳnh quang. Nhờ hai bộ phận bên ngòai là tắcte và chấn lưu, có thể mồi cho ống khí neon phóng điện kéo theo thủy ngân bay hơi lên, tia tử ngoại phát ra. Tia tử ngoại này kích thích bột huỳnh quang ở thành ống phát ra ánh sáng nhìn thấy. Màu sắc của đèn huỳnh quang phụ thuộc chất lượng của bột huỳnh quang.

Theo cơ chế này nên đèn huỳnh quang rất ít toả nhiệt, khoảng từ 15 - 25% năng lượng điện tiêu thụ được biến thành ánh sáng, tuổi thọ có thể đến 10.000 giờ.

Đèn huỳnh quang có nhược điểm là cồng kềnh, cơ chế mồi cho phóng điện phức tạp, không tăng giảm độ sáng được và tắt mở nhiều lần thì đèn chóng hỏng.

5. Đèn compact:

Về bản chất, đèn compăc là đèn huỳnh quang cải tiến. Về hình dạng người ta không làm thành ống dài mà làm gọn lại, hình chữ U hoặc hình xoắn, có đui cài hoặc đui xoáy như ở bóng đèn sợi đốt. Loại mới, phổ biến hiện nay thì tắcte và chấn lưu được thay bằng bộ mồi điện tử, gọn nhẹ để gọn vào trong đui đèn. Cải tiến cơ bản ở đèn compăc là chất liệu ở lớp huỳnh quanh phủ ở bên trong đui đèn. Không những chất liệu phát sáng cao hơn nhưng lại phủ thành nhiều lớp tận dụng được nhiều hơn tia tử ngoại. Một đèn compăc 11W sáng bằng đèn sợi đốt 60W, tuổi thọ cỡ 10.000 giờ.

Ưu việt của đèn compăc rất rõ nên đã hàng chục năm nay trên thế giới đã có phong trào kêu gọi tiết kiệm điện bằng cách dùng đèn compăc. Tuy nhiên đèn compăc có một số nhược điểm: cần điện thế cao để mồi cho phóng điện phát sáng, thời gian từ tắt chuyển sang bật sáng lâu, không thích hợp cho việc thay đổi đóng ngắt nhiều lần.

Trong đèn huỳnh quang cũng như đèn compăc luôn có thuỷ ngân, tuy ít nhưng là chất dễ bay hơi, rất độc hại, dễ phân tán vào môi trường gây ô nhiễm đường hô hấp. Ở các nước tiên tiến có yêu cầu nhà máy làm đèn huỳnh quang, đèn compăc phải thu hồi sản phẩm đèn hỏng để tái chế, chủ yếu là thu lại thuỷ ngân không để phân tán.

Các loại đèn chiếu sáng trình bày ở trên mỗi loại đèn có ưu nhược điểm riêng. Hiểu biết được nguyên lý hoạt động ta dễ dàng phân tích, so sánh phạm vi ứng dụng của từng loại đèn.

Tuy nhiên, có thể nói trong sử dụng đại trà đèn sợi đốt có nhiều nhược điểm nhất và đèn compăc có ưu điểm nhất. Chính phủ Úc đã quyết định đến năm 2010 sẽ không dùng bóng đèn sợi đốt để thắp sáng nữa.

Nhưng có phải đèn compăc có nhiều ưu điểm nhất hay không? Trong phần tới chúng ta sẽ thấy đèn LED gần đây phát triển có những ưu điểm và không có những nhược điểm của hầu hết các đèn nói trên.

III. Đèn LED, loại đèn chiếu sáng hiện đại nhất

LED là ghép ba chữa đầu của cụm từ tiếng Anh Light emiting diode nghĩa là điôt phát sáng. Phần chủ yếu của LED là một mảnh nhỏ chất bán dẫn có pha tạp chất sao cho trong đó tạo ra được hai miền: Miền p dẫn điện bằng lỗ trống (hạt tải mang điện dương) và miền n dẫn điện bằng điện tử (hạt tải mang điện âm), giữa hai miền là lớp tiếp xúc p - n. Giống như điôt (đèn hai cực chỉnh lưu bán dẫn) dòng điện dễ dàng đi từ miền P sang miền n (đi theo chiều thuận) chứ không đi được theo chiều ngược lại. Khi nối điện đi theo chiều thuận lỗ trống và điện tử bị đẩy theo hai chiều ngược nhau, chúng gặp nhau ở lớp tiếp xúc p - n, tổ hợp lại và phát ra ánh sáng. Tuỳ theo các mức năng lượng ở hai bán dẫn tiếp xúc, ánh sáng phát ra có một màu xác định.

Ban đầu, vào những năm 1960 người ta mới làm được LED hồng ngoại và LED màu đỏ. Dần dần làm được LED màu vàng và màu da cam. Những LED này rất nhỏ gọn, chỉ to bằng hạt đỗ xanh, dùng làm đèn chỉ thị rất tốt vì gọn ít tốn điện, công suất chỉ cỡ 0,01W có hiệu quả như đèn sợi đốt công suất vài trăm lần lớn hơn. Bắt đầu từ những năm 1970 hầu hết đèn màu chỉ thị, báo hiệu ở máy móc thiết bị đều được thay thế bằng đèn LED màu.

Người ta nghĩ rằng nếu có cách nào để có đèn LED phát ra ánh sáng trắng để chiếu sáng thì vô cùng có lợi. Nhưng về nguyên tắc, ánh sáng ở mỗi đèn LED phát ra do sự nhảy từ hai mức năng lượng nhất định ở hai bán dẫn tiếp xúc nhau của đèn LED đó, vì vậy mỗi LED chỉ cho một màu xác định. Không thể tạo ra nhiều mức năng lượng gần nhau để LED đồng thời phát ra nhiều màu tạo thành màu trắng.

Nhưng đến năm 1993 Shuji Nakamura đã chế tạo được đèn LED cho ánh sáng xanh lam rất sáng đã hé mở ra nhiều cách từ LED tạo ra ánh sáng trắng. Một số cách chủ yếu như sau:

- Dùng ba LED màu đỏ, lục, lam (RGB - red, green, blue), trộn bao màu lại với nhau, có được ánh sáng trắng.

- Dùng LED màu lam có phủ lớp photpho mỏng. Ánh sáng màu lam do LED phát ra kích thích photpho phát ra hai màu đỏ và lục. Hai màu này cộng với màu lam còn lại sau khi truyền qua lớp photpho cho ra màu trắng vì đó chính là tổ hợp RGB cộng lại.

- Dùng LED phát ra tử ngoại, chiếu vào phôtpho để kích thích phát ra ánh sáng trắng tương tự như ở đèn compăc.

- Dùng OLED tức là LED hữu cơ. Vì là chất hữu cơ nên dễ tạo ra trong đó những hạt phát ra ánh sáng lục, ánh sáng đỏ và ánh sáng lam. Tổng hợp ánh sáng phát ra từ ba loại hạt đó cho ra ánh sáng trắng.

- Hiện nay cách dùng LED màu lam có phủ lớp phôtpho để cho ánh sáng màu lục và màu đỏ cộng lại thành ánh sáng trắng là đơn giản, phổ cập, có hiệu quả hơn cả. Hầu hết LED trắng đang dùng hiện nay là được chế tạo theo cách này. Tuy nhiên nhiều cách chế tạo LED trắng khác đang được đẩy mạnh nghiên cứu nhằm làm cho cách chiếu sáng bằng LED có nhiều ưu việt hơn.

- Theo đánh giá của nhiều chuyên gia mục tiêu về hiệu suất năng lượng của đèn chiếu sáng LED trắng sẽ đạt được là 200 – 300 lm/W (kể cả ballast).

IV. Khả năng và ứng dụng của đèn LED hiện nay

1. Đèn LED màu

Đối với đèn màu, ưu việt nhất của đèn LED là trực tiếp cho được màu mong muốn, không cần lọc, rất tiết kiệm điện. Thí dụ trước đây đèn xanh, đèn đỏ, đèn vàng ở nút giao thông bên trong là một bóng đèn sợi đốt cỡ 140W, bên ngoài là một cái hộp kín có khoét lỗ tròn đặt kính lọc màu. Bây giờ thay bằng cách các đèn LED trực tiếp cho ra màu xanh, màu đỏ, màu vàng công suất chỉ 14W, nghĩa là chỉ bằng 1/10 công suất của đèn sợi đốt. Đèn LED lại dễ dàng bật tắt nhanh, nhiều lần không chậm chạp và mau hỏng như đèn compăc.

Các loại đèn hậu, đèn xi nhan của xe ô tô ở Châu Âu hiện nay trên 80% là dùng đèn LED, rất tiết kiệm xăng, hầu như không phải thay đèn, cả đời xe chỉ dùng một đời đèn. Tương tự, trang trí ở các show - room người ta dùng đèn LED màu sắc rực rỡ hơn, rất ít tốn điện hơn và đặc biệt là không nóng.

2. Đèn LED trắng

Hiện nay hiệu suất phát sáng của đèn LED trắng mới xấp xỉ bằng hiệu suất phát sáng ở đèn huỳnh quang compăc nhưng có nhiều uư việt nổi bật hơn so với đèn compact.

a/ Đèn LED không có sợi đốt nên không lo bị đứt, không có khí bên trong nên không dễ bị suy thoái, không có điện cực phóng điện nên không dễ bị hư hỏng.

b/ Tuổi thọ trung bình của đèn LED là 100.000 giờ, mười lần hơn tuổi thọ của đèn compăc. Nói chung tuổi thọ 100.000 giờ có nghĩa là nếu dùng đèn 24 giờ một ngày, mỗi tuần dùng 7 ngày thì bóng đèn LED có thể dùng 11 năm mới hỏng.

Đèn chỉ có hai điện cực làm việc với điện thế thấp một chiều cỡ dưới 5V, chỉ cần tạo ra được dòng điện nhỏ chạy qua là thắp sáng được đèn. Do đó sử dụng ít nguy hiểm, dễ dàng sử dụng với những nguồn điện là ăcquy, là điện tái tạo như pin mặt trời, pin nhiệt điện, thủy điện nhỏ, điện gió … Điện áp nếu bị thay đổi ít nhiều thì đèn sáng ít hay sáng nhiều hơn chứ không dễ bị hư hỏng, không làm việc được như đèn compăc. Đây là đèn lý tưởng để chiếu sáng nhờ pin mặt trời

Đèn LED ánh sáng trắng dung để chiếu sáng đường phố

Đèn compact cũng tiết kiệm điện như đèn LED nhưng cồng kềnh dễ vỡ hơn, đặc biệt là khi nguồn điện thấp như ăcquy phải có bộ điện tử phức tạp để nâng cao điện thế mới mồi, tạo ra phóng điện được. Bộ phận này rất hay hỏng nhất là khi điện thế bị sụt xuống.

Các đèn chiếu sáng cầm tay dùng pin hay ăcquy trong mấy năm gần đây đều chuyển sang dùng đèn LED trắng.

Hiện nay, đã bắt đầu phổ biến loại đèn LED trắng “tự trị”. Ví dụ để thắp sáng đường đi vào ban đêm, người ta dùng một tấm nhỏ pin mặt trời, ban ngày lấy điện nạp vào ăcquy hoặc siêu tụ điện ban đêm điện chứa ở ăcquy, ở siêu tụ được dùng để thắp sáng đèn LED trắng. Cách thắp sáng này không cần đến điện lưới, không cần nối với dây điện ngoằn ngoèo từ ngoài đến, ít phải bảo quản kỹ thuật chỉ lo bảo vệ cho khỏi mất.

3. Không như ở cuối thế kỷ XX, sang đến đầu thế kỷ XXI người ta đã chế tạo được đèn LED trắng đủ loại công suất đáp ứng nhiều yêu cầu chiếu sáng: đèn LED trắng để thắp sáng ở gia đình, ở công xưởng, ở đèn trước của xe ôtô, đèn ở đầu tàu hoả, thắp sáng đèn đường… Xét từng bóng đèn LED trắng thì công suất nhỏ nhất cỡ 0,1W; loại lớn nhất cỡ 1W. Để có độ sáng mong muốn, cách đơn giản nhất hiện nay là ghép nhiều bóng LED trắng lại. Thí dụ để thay thế đèn huỳnh quang 40W, có thể ghép 40 đèn LED trắng 1W vẫn tiết kiệm được như cũ nhưng lâu bền hơn gấp 10 lần, tính tất cả các mặt thì chi phí thấp hơn.

Có thể tham khảo vài thông tin gần đây về chiếu sáng bằng LED: Ngày 23 tháng 10 năm 2006 ở Anh đã có thông báo là cung điện Buckingham về mùa đông sẽ được chiếu sáng cả vào ban ngày vì khách du lịch phàn nàn rằng trời nhiều mây u ám, không thắp đèn thì không nhìn thấy cung điện. Nhưng để tiết kiệm, cung điện Buckingham sẽ được chiếu sáng bằng LED.

V. Dự đoán thị trường tiêu thụ đèn chiếu sáng LED 2008 – 2013 (triệu USD)

- Quy định quyền và nghĩa vụ của các cấp chính quyền, các bộ, ngành liên quan trong công tác quản lý Nhà nước về TKNL. Bao gồm việc tăng cường quản lý, giám sát trong hoạt động xây dựng, quy hoạch; chính sách kỹ thuật; chính sách kinh tế; đẩy mạnh việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật; triển khai tuyên truyền, giáo dục cộng đồng, để thực hiện đồng bộ hoạt động TKNL cấp quốc gia.

- Quy định quyền lợi và nghĩa vụ của các cơ sở sử dụng năng lượng, đặc biệt là các cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm, bao gồm việc tuân thủ các chế độ luật pháp liên quan, chính sách TKNL, quy phạm, tiêu chuẩn và định mức TKNL, chấp hành nghĩa vụ về TKNL

- Quy định quyền lợi và nghĩa vụ của cá nhân, hoặc nhà sản xuất các sản phẩm và trang, thiết bị sử dụng năng lượng về quản lý chất lượng sản phẩm; mở rộng cung cấp các sản phẩm sử dụng năng lượng tiên tiến, nâng cao chất lượng sản phẩm có tính năng TKNL, triển khai chương trình dán nhãn TKNL, từng bước loại bỏ các sản phẩm sử dụng năng lượng lạc hậu, tiếp thu ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến.

- Thiết lập một số cơ chế, chính sách cơ bản để thúc đẩy các hoạt động TKNL trong lĩnh vực xây dựng các công trình công cộng, hoặc dân dụng, như cấm các công trình, hạng mục xây dựng mới gây lãng phí nghiêm trọng nguồn năng lượng.

- Thiết lập một số cơ chế, chính sách thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong lĩnh vực giao thông vận tải, như khuyến khích, hoặc bắt buộc sử dụng các dạng nhiên liệu và phương tiện giao thông hiệu suất cao, phương tiện giao thông công cộng, định mức và quản lý suất tiêu hao nhiên liệu, xuất/nhập khẩu phương tiện giao thông…

- Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sinh họat của cộng đồng cũng được điều chỉnh thông qua việc xây dựng các chương trình nâng cao nhận thức, sử dụng năng lượng theo hướng tiết kiệm và hiệu quả, định giá năng lượng…

Khả năng tác động tích cực của Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả:

- Góp phần trực tiếp vào việc giảm sức ép về đầu tư phát triển các nguồn năng lượng, thay đổi thói quen của người sử dụng năng lượng theo hướng tiết kiệm và hiệu quả.

- Trong công nghiệp: Có thể ước tính tiềm năng TKNL trong sản xuất công nghiệp khoảng 20% đã lên đến khoảng (22 triệu tấn x 0.4 x 0.2) ~1,9 triệu tấn dầu tương đương (~25 ngàn tỷ đồng/năm, tính thô theo giá dầu trong nước hiện nay).

- Trong xây dựng và toà nhà: Nếu áp dụng các biện pháp quản lý và thực hiện quy chuẩn xây dựng toà nhà hiệu quả năng lượng, khả năng TKNL của các toà nhà đạt được khoảng 30-35%.

- Trong giao thông: Với các giải pháp như khuyến khích, hoặc bắt buộc sử dụng các dạng nhiên liệu và phương tiện giao thông công cộng, hiệu suất cao, định mức và quản lý suất tiêu hao nhiên liệu, xuất/nhập khẩu phương tiện giao thông là nhân tố quan trọng để đạt được những mục tiêu TKNL trong giao thông mà các nước trên thế giới đang triển khai thực hiện.

- Quản lý các trang thiết bị: Các trang thiết bị sử dụng năng lượng được điều chỉnh trong Luật, thông qua các quy định về dán nhãn và những biện pháp quản lý khác trên thị trường, như nghĩa vụ thu hồi thiết bị quá hạn, hiệu suất thấp… sẽ giúp cung cấp thông tin và định hướng cho các hộ tiêu thụ sử dụng các sản phẩm TKNL, loại bỏ dần các sản phẩm có mức tiêu thụ năng lượng cao, góp phần giảm tiêu thụ năng lượng.

Author: Anh Minh Chau

Đèn LED chiếu sáng những thị trường tiềm năng

CÔNG TY TNHH TM DV ANH MINH CHÂU – Anh Minh Chau Trading Service Co., Ltd. - AMC

  
Đèn LED chiếu sáng những thị trường tiềm năng

LED là gì?

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.

Hoạt động của LED

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.

Ứng dụng

Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng.

LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.

Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng.

Đèn LED trắng nói riêng và đèn LED nói chung có nhiều ứng dụng rộng rãi mà đèn huỳnh quang không làm được như đèn xe, đèn đường, đèn hầm mỏ, đèn chiếu hậu cho màn hình của điện thoại cầm tay, đèn chiếu hậu cho màn hình tinh thể lỏng (LCD), in ấn kỹ thuật số....

Một đặc điểm khác của đèn LED là ít tiêu hao năng lượng và không nóng. Bóng đèn truyền thống, đèn neon, đèn halogen... đều cần từ 110-220 V mới cháy được, trong khi đèn LED trắng chỉ cần từ 3-24 V để phát sáng. Do ít tiêu hao năng lượng nên đèn LED có thể sử dụng ở vùng sâu vùng xa mà không cần nhà máy phát điện công suất cao.

Với các ưu điểm : ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng, Led được ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực: bảng quảng cáo ngoài trời , bảng quang báo, đồng hồ cỡ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm lớn trên đường cao tốc, hệ thống đèn giao thông, biển chỉ dẫn, và các sản phẩm khác như bảng chạy chữ điện tử, bảng hệ thống giờ, Bảng tỷ giá, bảng chứng khóan, hệ thống xếp hàng tự động…

Một số bảng hiệu của thương hiệu nổi tiếng đã được ứng dụng sản phẩm Led: Sacombank, Sơn Collection, bảng hiệu Mì Hàn Quốc, Happy Cook , Sam

Xuất hiện vào những năm cuối của thế kỷ 20, trải qua hơn 10 năm phát triển, đèn LED trắng đã bắt kịp và chiếu sáng những thị trường tiềm năng. Công nghệ LED còn có thể dẫn dắt con đường ánh sáng đến đâu?

Đèn LED màu và đèn LED trắng

Nói đến đèn LED (Light Emitting Diode) chắc vẫn còn nhiều người bỡ ngỡ. Nhưng chắc hẳn rất nhiều người đã quen với những chiếc đèn nhỏ xíu nhấp nháy trên các cây thông Giáng Sinh, những bảng hiệu đèn giao thông đỏ vàng xanh tại các ngã tư, những bảng hiệu quảng cáo to nhỏ đủ loại với hàng ngàn hàng vạn bóng đèn mắc phía trong làm nên một diện mạo rất đặc trưng của đô thị. Đó chính là hiện thân của LED.

LED màu đã thực sự chen vào từng ngõ ngách của cuộc sống. Tuy nhiên, những chiếc đèn LED màu như trên không thể làm nguồn sáng cho các công trình chiếu sáng công cộng để thay thế cho những bóng đèn truyền thống vì đèn LED chỉ cho các ánh sáng đơn sắc như đỏ, vàng, xanh lá cây… mà không thể tạo ra được ánh sáng trắng. Chỉ đến khi LED trắng xuất hiện thì công nghệ LED mới tạo được chỗ đứng trong nền công nghiệp chiếu sáng. Để có thể chuyển từ màu qua trắng, nghe thì đơn giản nhưng là cả một quá trình phát triển và nỗ lực không ngừng của công nghệ chiếu sáng. Giáo sư Shuji Nakamura (Nhật) đã giành giải thưởng Công nghệ Thiên niên kỷ (Millenium Technology Prize) cho sáng chế đèn LED ánh sáng trắng.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

LED hay còn gọi là diot chiếu sáng (diot: hai điện cực). Đúng như tên gọi, công nghệ LED là công nghệ chiếu sáng bằng hai điện cực với hỗ trợ của các loại vật liệu bán dẫn và công nghệ nano.

Quy trình chế tạo đèn LED trải qua hai giai đoạn chính là chế tạo tim đèn trước rồi gắn với hai điện cực tạo thành bóng đèn. Hai điện cực này có độ dài khác nhau, chân dài là anod (điện cực dương), ngắn hơn là catod (điện cực âm).

Tim đèn là phần nối giữa hai điện cực, gọi là LED chip, được làm bằng vật liệu bán dẫn. Dòng điện một chiều đi qua làm chuyển động khuếch tán các điện tích âm và dương giữa hai điện cực, và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Tùy vào loại vật liệu bán dẫn dùng để chế tạo LED chip mà cho ra các đèn LED với màu sắc khác nhau. Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) tạo ra LED đỏ, aluminum gallium phosphide (AlGaP) cho ra LED xanh lá, indium gallium nitride (InGaN) cho ra LED xanh biển, GaP cho ra LED vàng… Đèn LED trắng là sự kết hợp của đèn LED đỏ, xanh lá và xanh biển. Cách thứ hai để tạo ra đèn LED trắng là phủ một lớp phosphor vàng vào đèn LED xanh biển.

Tất cả công đoạn sản xuất LED đều thuộc lĩnh vực công nghệ cao vì phải xử lý chính xác các đơn vị có kích thước nano và phải chế tạo các màng bán dẫn thật mỏng trong môi trường thật sạch để đảm bảo tính năng và tuổi thọ của tim đèn. Phản ứng tạo thành vật liệu bán dẫn phát sáng phải được thực hiện trong chân không, thực hiện trong phòng sạch, sạch hơn cả phòng bào chế y dược. Chính công đoạn này đã đẩy giá LED lên cao, đây cũng chính là yếu điểm của LED vì chưa thể cạnh tranh về giá với các công nghệ chiếu sáng truyền thống.

Ánh sáng từ sáng chế LED

Từ năm 1974 đến nay (tháng 10/2009) có 2.272 sáng chế về LED. Nhìn bản đồ sáng chế của LED qua các năm, có thể nhận thấy con đường phát triển của công nghệ LED chia làm 2 chặng rõ rệt. Từ những năm 2000 trở về trước, sáng chế LED chỉ dừng ở con số hàng chục thì từ năm 2000 đến nay, số lượng sáng chế về LED tăng vọt, đạt đến con số hàng trăm (Hình 1). Các công ty sở hữu các sáng chế LED chính là các công ty điện tử có bề dày phát triển và có thế mạnh trên thị trường. Dẫn đầu là tập đoàn chiếu sáng số 1 Philips với 164 sáng chế, thứ hai là Cree Inc. với 33 sáng chế, một số tập đoàn điện tử khác cũng đã ghi tên mình trên bản đồ sáng chế là Gelcore LLC (28), Osram (27), Siemens (23), Samsung (20), LG (17), Univ (15).

LED “xanh”

Chiếu sáng bằng đèn LED là một công nghệ xanh và tiết kiệm.

Ðèn LED có những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng tiêu thụ từ 70%-80% so với loại đèn thông thường. Một bóng đèn LED công suất 5W có thể cho ánh sáng tương đương với một bóng đèn thông thường công suất 20W. Thời gian chiếu sáng của đèn LED trắng trung bình 100.000 giờ (tương đương 35 năm, mỗi ngày hoạt động 8 giờ). Theo tính toán của Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ, nếu sử dụng đèn LED cho 50% nhu cầu chiếu sáng hiện nay ở nước này, thì mỗi năm sẽ tiết kiệm được 17 GigaWatt điện, tương đương công suất của 17 cụm nhà máy điện hạt nhân. Với lĩnh vực chiếu sáng công cộng, đèn LED trắng đã bắt đầu tham gia vào các công trình kiến trúc mới. Tuy nhiên những sản phẩm ứng dụng chiếu sáng bằng đèn LED vẫn chưa thể cạnh tranh với đèn huỳnh quang trong từng hộ gia đình do giá cả vẫn còn quá cao.

Chiếu sáng những thị trường tiềm năng

Đèn chiếu sáng ứng dụng công nghệ diot phát sáng đầu tiên đã được giới thiệu từ năm 1962 bởi nhà khoa học Nick Holonyak Jr (Mỹ). Vào những năm đầu 1970, LED được ứng dụng vào thị trường máy tính và đồng hồ. Sau khi LED trắng ra đời tham gia vào lĩnh vực chiếu sáng, thị trường của công nghệ LED bắt đầu tăng trưởng mạnh mẽ.

Điện thoại di động và các thiết bị điện tử cầm tay như máy ảnh, máy chiếu…hiện nay là lĩnh vực ứng dụng lớn nhất của LED. Trong điện thoại di động, với tiêu chí nhỏ gọn, đèn LED có thể ứng dụng để chiếu sáng màn hình điện thoại và hỗ trợ chức năng flash trong điện thoại. Với sự phát triển theo cấp số nhân của điện thoại di động đã làm cho việc ứng dụng LED trong lĩnh vực này mang lại lợi nhuận to lớn.

Với các đặc tính không bị ảnh hưởng của rung động, hoạt động ở điện áp thấp, LED cũng có điều kiện lý tưởng để ứng dụng cho ôtô. Mẫu xe nổi tiếng gần đây nhất của Audi là R8 đã được lắp đặt sẵn hệ thống đèn chiếu sáng LED tiên tiến. Đèn LED rất tiết kiệm năng lượng, chỉ mất khoảng 10W khi xe hoạt động chiếu sáng so với 150W với phương thức chiếu sáng cũ. Điều này thật sự hữu ích vì hiệu quả mà nó mang lại là rất rõ rệt, lượng xăng dành cho việc chiếu sáng được giảm đi đáng kể.

Trong danh mục chiếu sáng cho màn hình tinh thể lỏng (LCD), các nhóm ứng dụng LED là màn hình tivi, màn hình laptop, màn hình desktop... Samsung là nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới áp dụng công nghệ LED vào tivi. Trong 70,8 tỷ đèn LED được xuất xưởng năm 2008, chiếu sáng cho tấm nền LCD khoảng 8 tỷ bóng, chiếm khoảng 11%. DisplaySearch dự báo tổng lượng đèn LED cho năm 2012 là 167 tỷ bóng, trong đó chiếu sáng cho LCD là 34 tỷ bóng, chiếm 34,7% thị phần toàn cầu về LED đến năm 2012.

Trong năm 2008, thị trường LED đạt 5,1 tỷ USD, trong đó ứng dụng trong lĩnh vực chiếu sáng trong điện thoại di động và thiết bị điện tử cầm tay là 43%. Công nghệ LED ứng dụng trong chiếu sáng màn hình và đèn hiệu là 17%. Trong lĩnh vực làm đèn chiếu sáng cho xe hơi, chiếm 15%. Đây thực sự là những thị trường đầy tiềm năng của công nghệ LED.

Việt Nam với vũ điệu sắc màu của LED

150 chiếc đèn sạc với bóng LED “made in Vietnam” đầu tiên đã được sản xuất thành công tại phòng thí nghiệm công nghệ nano LNT (đại học Quốc gia TP.HCM). Đây là những sản phẩm hoàn chỉnh đầu tiên ứng dụng công nghệ nano do Việt Nam sản xuất. Lô hàng đầu tiên có 4 model, với ký hiệu: SLL01, SLL02, SLL03 và SLL04. Mẫu đèn LED của LNT phát ánh sáng trắng với cường độ cao đủ dùng cho thắp sáng sinh hoạt, tuổi thọ 100.000 giờ. Những chiếc đèn LED màu trắng đầu tiên hiện đã được dùng trong chính các phòng nghiên cứu của LNT.

Không những chỉ chiếu sáng ở phòng thí nghiệm, công nghệ LED cũng đã bắt đầu bước chân ra khỏi phòng thí nghiệm. Ðiển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu sông Hàn và cầu Thuận Phước ở thành phố Ðà Nẵng. Bóng đèn chiếu sáng cho trụ cầu được tổ hợp từ các hệ thống ma trận đèn LED nhỏ. Hệ thống đèn LED lắp trên thành cầu có thân bằng nhôm, sử dụng kính chịu nhiệt. Mỗi bộ đèn có công suất tiêu thụ chỉ 25W, ánh sáng phát ra có thể đưa xa đến khoảng cách 20m. Ðây là công nghệ lần đầu được ứng dụng trong chiếu sáng công trình công cộng ở Việt Nam.

Mỗi đêm, LED đều thắp sáng mình và thắp sáng những ước mơ bằng những vũ điệu sắc màu kỳ diệu.

Tương lai tươi sáng cho OLED

Bên cạnh công nghệ màn hình LCD đã tồn tại khá lâu, gần đây có công nghệ OLED đang nổi lên 7với các đại diện như AMOLED hay Super AMOLED… 26

Được xem là một sự chọn lựa tiếp theo và đã thu hút khá nhiều hãng sản xuất màn hình nhảy vào cuộc.

Nếu màn hình điện thoại thông minh (smartphone) bạn vừa mới mua trông bóng bẩy, màu sắc tươi sáng cho cảm giác thật hơn thì đích thị smartphone đó không thể là màn hình LCD. Đơn cử, một số dòng điện thoại như Samsung Galaxy S, Google Nexus S và HTC Droid Incredible hiện dùng màn hình dựa vào công nghệ diode phát quang hữu cơ ma trận động (AMOLED - Active-matrix organic light-emitting diodes). Đây là công nghệ màn hình cho màu sắc rõ nét với độ tương phản cao, mỏng hơn, nhẹ hơn và chỉ tốn cỡ 1/4 năng lượng so với dạng màn hình LCD ma trận động có đèn phía sau (backlit).

Theo công ty nghiên cứu thị trường DisplaySearch, OLED đã xuất hiện hơn một thập niên nhưng chỉ thật sự cất cánh trong vài năm trở lại đây. OLED cũng chỉ tập trung ở các loại thiết bị nhỏ gọn như điện thoại di động, máy tính bảng… với màn hình có kích thước nhỏ. Khoảng hơn 40 triệu điện thoại màn hình OLED ma trận động đã được xuất xưởng vào năm ngoái và dự đoán số lượng này sẽ còn tiếp tục gia tăng trong năm nay.

Một số nhà phân tích nhận định, công nghệ màn hình OLED đã sẵn sàng bùng nổ bất cứ lúc nào ở thị trường điện thoại di động và đang dần thâm nhập vào máy tính bảng (tablet) cho đến TV… Và nếu số lượng nhu cầu về OLED tăng cao, các nhà sản xuất có thể giảm được chi phí vì hiện tại màn hình OLED vẫn còn đắt hơn so với màn hình LCD. Công nghệ OLED cũng có một số thuộc tính thú vị khác: Màn hình có cấu tạo bằng nhựa dẻo nên rất khó bẽ gãy hay dễ vỡ. Thế hệ mới của màn hình công nghệ OLED sẽ nhẹ hơn, dẻo hơn và có thể cuộn tròn.

Janice Mahon, Tổng giám đốc của UDC chuyên cung cấp OLED, cho biết thời gian phản ứng của điểm ảnh ở công nghệ OLED là một vài phần triệu của giây nếu không muốn nói là nhanh hơn gấp hàng ngàn lần công nghệ LCD. Trong lúc đó, thời gian phản ứng của LCD dao động từ 2 đến 30 phần nghìn giây. Đơn vị này càng nhỏ thì chất lượng ảnh càng tốt.

Các nhà sản xuất như Samsung, LG và AUO cũng đang chạy nước rút để sản xuất màn hình OLED thế hệ mới nhằm mở rộng quy mô sản xuất các loại màn hình có kích cỡ dành cho thị trường TV. Chẳng hạn, vào năm 2008, Sony đã giới thiệu chiếc TV XEL-1 kích cỡ 11” sử dụng công nghệ OLED, nhưng với giá khá đắt khoảng 2.499 USD nên cũng không thu hút được nhiều người tiêu dùng. Vào năm ngoái, Sony đã đột ngột tuyên bố thu hồi chiếc TV XEL-1 ra khỏi thị trường. Tuy nhiên những nhà sản xuất khác vẫn tiếp tục đẩy mạnh sản xuất OLED, ví dụ Samsung đã vừa trình làng chiếc TV 31” với công nghệ OLED.

Theo DisplaySearch, toàn bộ thị trường màn hình OLED đã phát triển nhanh như tên lửa, chỉ tính từ năm ngoái doanh số màn hình OLED ở tất cả kích cỡ đã đạt 1 tỷ USD, tức tăng 20% so với năm 2009 và dự báo sẽ cán mức 80 tỷ USD vào năm 2017. Công ty nghiên cứu thị trường iSuppli, cho biết hiện tại Samsung đang chiếm phần lớn thị phần trong toàn bộ thị trường màn hình OLED, hầu hết tập trung vào các thiết bị màn hình nhỏ như smartphone. Samsung đã cung cấp gần 90% màn hình OLED tức khoảng 46 triệu màn hình được xuất xưởng vào năm ngoái.

Hầu hết các nhà sản xuất điện tử đều rất quan tâm đến công nghệ này, nhưng Samsung vẫn là nhà đầu tư mạnh nhất với kế hoạch xây dựng nhà máy sản xuất màn hình OLED ước tính khoảng 2 tỷ USD vào cuối năm nay. Dự án này của Samsung có thể xuất xưởng khoảng 700 triệu màn hình OLED vào năm 2015.

Một số nhà phân tích nhận định thế hệ kế tiếp của màn hình OLED sẽ không có kích cỡ sánh ngang với TV thông thường mà chỉ khoảng 5 đến 7”. Loại màn hình OLED của Samsung dự kiến ra lò vào cuối năm nay sẽ thích hợp cho các máy tính bảng như chiếc Galaxy Tab 7” của Samsung mà hiện sử dụng màn hình LCD. Tuy nhiên, DisplaySearch cũng chỉ ra thách thức là liệu các nhà sản xuất có thể khắc phục trở ngại trong việc sản xuất hàng loạt màn hình có kích thước lớn? Bởi vì ngay cả các màn hình OLED có kích cỡ dành cho smartphone thì chi phí sản xuất đã cao hơn khoảng 20 đến 50% so với LCD. Trong lúc đó, nếu là màn hình OLED cỡ 10”, chi phí có thể cao hơn 500%.

Theo Jennifer Colegrove, Phó chủ tịch phụ trách mảng công nghệ màn hình của DisplaySearch, nếu nhìn trong dài hạn thì công nghệ OLED tỏ ra rất có tiềm năng cạnh tranh vì cấu trúc hiển thị của OLED đơn giản hơn so với LCD. Hiện tại, thị trường màn hình OLED phẳng sẽ tập trung ở điện thoại di động và TV. Màn hình OLED dẻo vẫn trong giai đoạn nghiên cứu và sẽ được hiện thực hóa trong tương lai gần. DisplaySearch dự đoán các thiết bị tablet đầu tiên sử dụng công nghệ OLED sẽ thâm nhập thị trường khoảng cuối năm nay và ngay cả Apple cũng có thể chuyển theo hướng này.

Cùng với sự phát triển của điện thoại di động, tablet và các phiên bản hệ điều hành dành cho nền tảng di động đã khiến công nghệ màn hình cũng có dịp bứt phá cùng với xu hướng công nghệ mới. Công nghệ màn hình không còn bó hẹp ở TV, màn hình máy vi tính mà giờ đây những công nghệ màn hình như OLED, AMOLED, PMOLED (màn hình OLED ma trận thụ động)… đã dường như gắn liền với các thiết bị di động và hứa hẹn còn xuất hiện trên các thiết bị chuyên dụng khác nữa.