Chiếu sáng trong thế kỷ 21

Sự hội tụ của những cải tiến và cuộc cách mạng về tính phổ biến của đèn LED

Bóng đèn LED

Theo nhiều đánh giá, cuộc cách mạng đèn LED vẫn còn đang ở giai đoạn tiến hành, thậm chí LED chỉ mới chiếm một phần nhỏ trong thị trường chiếu sáng tổng thể ngày nay. Chính phủ Mỹ đưa ra mức dự đoán rằng công nghệ chiếu sáng bằng chất rắn (Solid-State Lighting – SSL) này sẽ tăng từ mức 1% cơ sở đã lắp đặt hiện tại đến chiếm lĩnh phần lớn thị trường chỉ trong hai thập kỷ. Cho dù chưa biết liệu những dự đoán đó có được chứng minh là chính xác hay không, nhưng vẫn có thể khẳng định những lợi ích ấn tượng của công nghệ đèn LED là rất đáng chú ý và chỉ nên bỏ qua bởi chính những nhà thầu điện khi tồn tại rủi ro dành cho họ.

Báo cáo mô tả thị trường thiết bị chiếu sáng Mỹ 2010, công bố bởi Bộ Năng Lượng – Department of Energy (DOE) năm ngoái, lưu ý rằng, trong số hơn 8 tỷ bóng đèn được sử dụng tại Mỹ năm 2010, chỉ 67 triệu là đèn LED. Bóng đèn sợi tóc, sản phẩm yêu thích của mọi người, chiếm gần nữa trong số 8 tỷ. Những số liệu này cho thấy cơ hội to lớn cho SSL, một công nghệ đột phá về ý nghĩa lâu dài của nó, nếu không kể đến những tác động tức thời của nó vào công nghiệp.

Công nghệ đèn LED được thương mại hóa vào khoảng đầu năm 1962, dựa trên nguyên lý điện quang, hoạt động khi bóng đèn LED được phân cực thuận (bật) và các electron tái tổ hợp trong thiết bị, giải phóng năng lượng dưới dạng các photon. Do các giới hạn vật lý của công nghệ và mức giá cao, đèn LED chỉ được sử dụng chủ yếu làm đèn báo hiệu sử dụng trong TV, radio, điện thoại và máy tính.

Tuy nhiên, sự cải tiến trong những thập kỷ gần đầy, đã làm cho SSL hiệu quả hơn và rẻ hơn. Ngày nay, đèn sợi tóc loại 60W phát ra 13-15 lumen mỗi W (lumens per watt – LPW). Đèn halogen tạo ra 15-20, và đèn huỳnh quang compact là 53-63. Theo những số liệu như vậy, với mức 70-100 LPW, LED dễ dàng đánh bại các đối thủ khác.

Năm ngoái, DOE đã trao cho Philips Lighting North America giải thưởng L Prize đầu tiên của họ cho hạng mục LED Lighting Technology and Manufacturing. Cuộc thi, là một cuộc nghiên cứu tài trợ bởi DOE thực hiện trên một bóng đèn loại 60W, yêu cầu các bên tham gia phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe, bao gồm hiệu suất, lượng ánh sáng, công suất, chất lượng ánh sáng và điều khiển. Giải thưởng trị giá 10 triệu đô cho thấy cam kết của chính phủ dành cho SSL, và DOE đặt rất nhiều kỳ vọng vào đây. Họ cấp thêm 2 giải L Prize nữa, một cho đèn halogen PAR 38 và một cái khác cho đèn 21st century.

Biểu đồ cải tiến ngày càng dốc hơn, khi chỉ cách vài tuần lại xuất hiện những đột phá mới. Vào tháng 12 năm 2012, Cree đã công bố XM-L, một thế hệ đèn LED giúp Cree đạt được mục tiêu tăng về hiệu suất lên tới 17% so với các bóng đèn thế hệ trước. Vài tuần trước đó, Philips đã công bố những tiêu chí của hãng để trở thành thế hệ đèn LED thông minh nhất thế giới.

Các trình điều khiển cũng đang trải qua sự đổi mới. Hệ thống điều khiển sắc độ có khả năng kết nối internet cho phép người dùng điều khiển hệ thống chiếu sáng nhà ở thông qua sử dụng smartphone hoặc tablet. Hệ thống hiện đã xuất hiện độc quyền trên App Store của Apple vào 30/10/2012.

Điểm kết thúc của sự phát triển nhanh chóng này nằm ngay trong tầm mắt, nhưng kết thúc đó sẽ dừng ở một vị trí tốt đẹp. Khoảng năm 2030, Bộ năng lượng Mỹ DOE dự đoán rằng công nghệ đèn LED sẽ tiếp cận giới hạn hiệu quả lý thuyết vật lý của nó. Vào thời điểm đó, nó hẽ đạt được ngưỡng 200 LPW, so với 86 LPW của hệ thống chiếu sáng tổng thể T8 4 chân thông thường.

Gần đây những khoản lợi về giá cả và hiệu suất cũng như những phát triển vẫn chưa xuất hiện nhiều, thúc đẩy DOE thực hiện những phép tính ước lượng về sự công nghệ đèn LED như sau:

  • Thị phần doanh thu theo từng mức công suất lumen giờ sẽ tăng lên 10 phần trăm vào năm 2015, 36 phần trăm vào năm 2020, 59 phần trăm vào năm 2025, và 74 phần trăm vào năm 2030, tất cả lên tới 50 phần trăm của tổng số thị phần đo bằng lumen-giờ.
  • Thị phần của thị trường dân dụng sẽ tăng lên đến 25 phần trăm vào năm 2020 và lên 62 phần trăm vào năm 2030, tiết kiệm năng lượng đủ để cung cấp năng lượng hơn 80 triệu hộ gia đình.
  • Trong thị trường thương mại, công nghệ LED sẽ giành được một thị phần 28 phần trăm vào năm 2020 và 70 phần trăm vào năm 2030.
  • Tuổi thọ trung bình của hệ thống chiếu sáng trong nhà sử dụng đèn LED sẽ tăng từ 25.000 giờ trong năm 2010 đến 73.000 giờ vào năm 2030 và còn vượt xa hơn nữa.
  • Tuổi thọ làm việc trung bình của đèn LED thay thế sẽ tăng từ 25.000 giờ trong năm 2010 lên 48.000 giờ trong năm 2020 và xa hơn nữa002E

Chris Bailey, nhà chiến lược về công nghệ SSL tại Hubbell Lighting, không tranh cãi với những dự đoán. Ông cho biết sự cạnh tranh giữa các đại gia ở nước ngoài, chẳng hạn như LG và Samsung, sẽ giúp làm chi phí giảm xuống trong những năm tới và do đó làm cho đèn LED thậm chí mang tính thị trường hơn. Mặc dù có cải thiện các yếu tố kinh tế của công nghệ, Bailey cho biết điều cơ bản giúp tăng số lượng lắp đặt hệ thống đèn LED là “hệ thống chiếu sáng hiệu quả thân thiện với môi trường giờ đây là một phần ý thức của chúng ta.”

Ông lưu ý rằng, khi mức giá năng lượng có thể đã chững lại trong những năm gần đây, sự phát triển của thị trường LED vẫn tiếp tục bền bỉ. Vì vậy, ngoài mức chi phí ước tính tiết kiệm được cho khách hàng khi sử dụng đèn LED, họ cần có được niềm tin vào công nghệ này và những lợi ích về môi trường của nó.

“Ý thức là động lực,” Bailey nói thêm rằng, “hoàn vốn sẽ trở thành lý lẽ biện giải. Mức độ lựa chọn công nghệ SSL theo như cơ sở khách hàng của Hubbell cho biết đã phát triển khoảng 100 phần trăm mỗi năm trong năm năm qua. ”

Vậy thì, những thứ nào có thể ngăn việc khách hàng ngày càng chấp nhận LED và trì hoãn được chiến thắng của công nghệ này như những gì DOE nói trong những quảng bá về LED? Doug Widney, một nhà tư vấn năng lượng và nhà thiết kế mạch tích cực (mạch có nguồn – active circuit) đặt trụ sở tại San Francisco, vạch ra một vài trở ngại có thể phải đối mặt với thị trường LED:

  • Hiệu suất đèn LED đã tăng khoảng 400 phần trăm kể từ đầu thế kỷ này. Sự tăng trưởng đó đã không còn nữa. Từ con số 60% ở điểm mút của Haitz, nhiều khả năng không có một trường hợp tăng trưởng gấp đôi nào khác trên bảng yết thị. (Định luật Haitz, thường được so sánh với định luật Moore cho mạch tích hợp, được đặt theo tên của tiến sĩ Roland Haitz, người ấn định vào năm 2000 rằng, trong mỗi thập kỷ, chi phí cho mỗi lumen giảm theo hệ số 10, và lượng ánh sáng được tạo ra cho mỗi cụm đèn LED tăng theo hệ số 20. Ông cũng cho biết hiệu suất của công nghệ chiếu sáng đèn LED có thể đạt 200 LPW trong năm 2020.)
  • Mức giá của đèn LED – mặc dù đã giảm đáng kể trong những năm gần đây – vẫn còn là một trở ngại cho sự phát triển thị trường.
  • Kỹ thuật là yếu tố tạo nên đột phá. Trải qua 20 năm để CFL (đèn huỳnh quang compact) đạt được như ngày hôm nay, mà các bảng mạch vẫn còn quá nóng khi gắn ống đèn hướng xuống. Có thể tốn thêm nhiều năm nữa để đạt được đúng chất lượng ánh sáng cho môi trường tương ứng. Trong khi đó, trái ngược với các loại ánh sáng khác, đèn LED là bộ phát một chiều (chứ không phải là theo mọi hướng). Điều này rất tốt cho một bộ đèn trần nhưng bị giới hạn trong các ứng dụng khác.
  • Các mạch điều khiển LED không phải lúc nào cũng phù hợp với hàng tỷ các trạng thái điều chỉnh độ sáng dimmer từ các nhà sản xuất khác nhau. Trong khi có những tiêu chuẩn mới cho việc điều chỉnh độ sáng đèn LED, người chiến thắng không nhất định là: analog hay kỹ thuật số, AC hay DC, cao áp hay thấp áp, tần số cao hay thấp.
  • Trợ giá công nghệ năng lượng xanh có thể dẫn đến xu hướng lạm dụng hoặc sử dụng sai công nghệ LED.

Mặc dù ý thức của người tiêu dùng ngày càng tăng cao, việc giáo dục người tiêu dùng (hoặc thiếu việc đó) vẫn còn là một vấn đề. DOE hoàn toàn nhận biết được vấn đề này trong các mục tiêu đề ra nhằm “nâng cao kiến thức về những tính năng của công nghệ, ứng dụng thích hợp, hiệu quả năng lượng và kinh tế để tiết kiệm tối đa năng lượng quốc gia.” Katya Evstratyeva, một blogger của Strategies Unlimited, một công ty khảo sát chuyên trong thị trường LED, lưu ý rằng “sự thay đổi trong tâm lý người tiêu dùng không xảy ra ở mức tương tự những tiến triển của ngành công nghiệp. Cách thức mới để bán các sản phẩm LED là cần thiết, và yêu cầu về việc giáo dục người tiêu dùng có thể được giải quyết ngay trong các cửa hàng … các nhà sản xuất cung cấp rất nhiều thông tin hữu ích về các sản phẩm trên trang web của họ, nhưng người tiêu dùng chưa dành thời gian nghiên cứu và so sánh các thông số kỹ thuật sản phẩm. Vì vậy, quyết định quan trọng tiến tới hay dừng bước xảy ra tại các cửa hàng, khi người khách đứng trực tiếp trước các lựa chọn chiếu sáng. Đó là thời gian để chuyển tải những kiến thức, và quan trọng là, chuyển hóa thành những thuật ngữ đơn giản và rõ ràng.”

Một báo cáo hồi tháng 5 năm 2012 chuẩn bị cho chương trình Solid State Lighting Program của Bộ Năng lượng Mỹ DOE, ” Multi-Year Market Development Support Plan,” (kế hoạch hỗ trợ phát triển thị trường) lưu ý về số lượng ít ỏi các thông tin cho cả người tiêu dùng và các chuyên gia ánh sáng. Bản báo cáo nói người mua “khó hiểu về hoạt động của các sản phẩm mới, đặc biệt, cho dù các sản phẩm được chọn đó là những sự thay thế thích hợp cho các nguồn sáng kiểu cũ họ đang sử dụng. Tương tự như vậy, các chuyên gia ánh sáng, trong khi có sự hiểu biết tinh vi hơn về công nghệ SSL, vẫn còn phải đấu tranh với một loạt các thông tin mâu thuẫn về đặc tính hoạt động và ứng dụng thích hợp của LED. “Báo cáo lưu ý thêm rằng ngay cả các tiện ích sử dụng điện, chi hàng triệu USD để thúc đẩy công nghệ hiệu quả cho người tiêu dùng của họ “, vẫn thường xuyên đấu tranh với câu hỏi làm cách nào và liệu có hay không việc kết hợp các sản phẩm SSL vào các chương trình năng lượng hiệu quả của họ.”

Widney tin tất cả những trở ngại trên con đường để LED được chấp nhận, trong thực tế, sẽ không làm đảo lộn LED trong dài hạn. Về ngắn hạn là một vấn đề khác. Sau khi tham gia buổi trình diễn Chiến lược thường niên lần thứ 13 về chiếu sáng năm ngoái ở thung lũng Silicon, có số lượng tham gia kỷ lục, Widney nói rằng các dự đoán trước mắt về thị trường đèn LED không hề lạc quan.

Tuy nhiên, ông cho biết: “Mặc dù tình trạng hỗn loạn hiện nay trên thị trường, công nghệ LED vẫn đang tiếp tục được cải thiện, giá tiếp tục giảm, và tất yếu về một ngày nào đó công nghệ đèn LED sẽ đánh bại các bóng đèn sợi đốt và hologen trong chiếu sáng tổng thể.”

Tất nhiên, sự tất yếu đó đang nhận được một cú hích tầm cỡ toàn cầu bởi Quốc hội Mỹ và các cơ quan quản lý khác trên toàn cầu, bằng cách thực hiện việc cấm sử dụng bóng đèn sợi đốt vì sự kém hiệu quả của nó. Tại Hoa Kỳ, việc từng bước xóa bỏ bóng đèn sợi đốt 100W bắt đầu vào tháng giêng năm 2012, mặc dù kinh phí thực hiện đã bị trì hoãn do Quốc hội trong chín tháng. Những sản phẩm có lượng điện năng thấp được khởi động trong những năm tiếp theo. Hoa Kỳ đã thực hiện một lệnh cấm kéo dài hơn một số nước khác, một phần là do sự phản đối của người tiêu dùng. Brazil, Venezuela, Liên minh châu Âu, Australia và Thụy Sĩ đã có các lệnh cấm tại chỗ vào năm 2009. Nhiều quốc gia khác lập kế hoạch cấm chúng trong nay mai-trong số đó có Trung Quốc, Nga và Canada.

Đó là một lợi thế một vài công nghệ khác thuộc dạng sang trọng. Nếu có bất kỳ nghi ngờ rằng liệu đèn LED sẽ thực sự nắm lấy vị trí thống trị trong thị trường chiếu sáng, các lệnh cấm đã hoàn toàn loại bỏ các bóng đèn sợi đốt kém hiệu quả.

 

Để lại Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

FREE DOWNLOADS!
Chúng tôi hiện có nhiều Ebook (cả tiếng Anh lẫn tiếng Việt) liên quan đến các lãnh vực điều khiển chiếu sáng, HVAC, Security, BMS, Tiết Kiệm Năng Lượng...cũng như các Tools, Software, Reports...Tất cả đều có thể DOWNLOAD MIỄN PHÍ. Bạn có muốn xem qua?
Free Ebook
NEW EBOOK
Nhiều E-book mới, hay, hữu ích và miễn phí download chúng tôi vừa mới chia sẻ trong kho Resource. Bạn có muốn xem qua?