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Traduzione a cura di Daniel Iversen

An LED’s power conversion (wall-plug) efficiency varies inversely with its optical output power. Wall-plug efficiency can exceed 100%, the unity efficiency, at low applied voltages and high temperatures. Image credit: Santhanam, et al. ©2012 American Physical Society

An LED’s power conversion (wall-plug) efficiency varies inversely with its optical output power. Wall-plug efficiency can exceed 100%, the unity efficiency, at low applied voltages and high temperatures. Image credit: Santhanam, et al. ©2012 American Physical Society

Per la prima volta i ricercatori hanno dimostrato che un LED può emettere più energia ottica dell’energia elettrica che consuma.

Anche se scientificamente molto intriganti, i risultati non saranno immediatamente presenti negli ultra-efficienti LED commerciali in quanto la dimostrazione funziona solo per i LED con potenza d’ingresso molto bassa e che producono piccole quantità di luce.

I ricercatori, Parthiban Santhanam e coautori del MIT, hanno pubblicato il loro studio nel recente numero di Physical Review Letters.

Come i ricercatori spiegano nel loro studio, la chiave per raggiungere una efficienza di conversione dell’energia superiore al 100 %, ossia l’”efficienza di unità”, è quello di diminuire notevolmente la tensione applicata. Secondo questi calcoli, una volta che la tensione è dimezzata, l’energia d’ingresso diminuisce di 4 fattori, mentre la potenza della luce emessa scala linearmente con il voltaggio in modo che sia anche esso solo dimezzato.

In altre parole, l’efficienza di un LED aumenta al diminuire della potenza d’uscita.

(Il contrario di questo rapporto, ossia quando l’efficienza del LED decresce all’incrementare della potenza di uscita, è uno dei più grandi ostacoli nella progettazione di LED efficienti e luminosi)

Nei loro esperimenti i ricercatori hanno ridotto la potenza di input del LED a solo 30 picowatts e misurato un’output di 69 picowatt di luce, un efficienza di 230 %.
Il processo fisico si è ripetuto allo stesso modo per ogni LED: quando gli elettroni e gli anti-elettroni venivano eccitati applicando un certo voltaggio, questi avevano una certa probabilità di generare fotoni.
I ricercatori non hanno cercato di aumentare questa probabilità, cosa su cui si sono focalizzate ricerche precedenti, ma invece hanno approfittato di piccole quantità di calore in eccesso per produrre più energia di quanto consumata.
Questo calore deriva dalle vibrazioni nella conformazione atomica del dispositivo, ed è causato dall’entropia.

Il processo di luminescenza raffredda leggermente il LED, facendolo lavorare in maniera simile a un refrigeratore termoelettrico.
Sebbene il raffreddamento sia insufficiente per raggiungere la temperatura ambiente, questo potrebbe essere utilizzato per progettare luci che non generano calore.

Quando viene usato come una pompa di calore, il dispositivo può essere utile per applicazioni di raffreddamento di transistors o addirittura per generare di energia.
Teoricamente, questa applicazione di bassi voltaggi permettebbe una generazione arbitraria di fotoni a basse tensioni. Per questo motivo i ricercatori sperano che la tecnica possa offrire una nuova via per testare i limiti dell’efficienza energetica della comunicazione elettromagnetica

More information: Parthiban Santhanam, et al. “Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency.” Phys. Rev. Lett. 108, 097403 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.097403   Physics Synopsis

Fonte: Physorg

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Traduzione a cura di Daniel Iversen

Peak power: A solar panel installed in Mwiki, Kenya. Eight19

Il progresso tecnologico sta portando l’energia solare al miliardo di persone che non ha ancora accesso alla rete elettrica.


La caduta dei costi dell’illuminazione LED, delle batterie e dei pannelli solari, il tutto unito a dei piani di business innovativi, stanno permettendo a milioni di famiglie in Africa, e non solo, di passare dalle lampade al keronese a un’illuminazione più pulita e sicura. Per molti questo vuol dire poter ricaricare i propri cellulari, che stanno diventando onnipresenti in Africa, invece di dover noleggiare un caricabatterie.
I progressi tecnologici stanno aprendo all’energia solare un nuovo ed enorme mercato: quel miliardo di persone nel mondo che non ha accesso alla rete elettrica. Anche se in genere molto poveri, questa gente deve pagare un prezzo molto più alto per la luce, di quello che si paga nei paesi ricchi e questo perchè usano ancora delle inefficienti lampade al kerosene. Mentre nella maggior parte del mondo l’energia solare costa tipicamente di più dell’energia ricavata con i metodi tradizionali – specialmente se si include il costo delle batterie – per alcune persone invece, il solare è un vantaggio economico perchè il suo costo è la metà di quello necessario per l’illuminazione al kerosene.
Centinaia di aziende stanno arrivando in picchiata con l’intenzione di afferrare una fetta in questo mercato.
“Questo settore è esploso”, dice Richenda Van Leeuwen, senior director del “Energy and Climate Team” all’ United Nations Foundation.”C’è stato un cambiamento epocale negli ultimi cinque anni”.

L’improvviso interesse, spiega, è stato fomentato dall’avvento dei LED a basso costo. Non molto tempo fa, alimentare una lampadina richiedeva un pannello solare in grado di generare dai 20 ai 30 watts, dal momento che solo le lampadine ad incandescenza erano convenienti. I LED invece sono molto più efficienti. Ora le persone possono avere luce brillante usando un pannello che genera solo un paio di watt di potenza, dice Van Leeuwen.
Questi miglioramenti tecnologici però, non sono sufficienti per aprire questo mercato. I sistemi a LED di alta qualità, con un paio di lampadine e una batteria di stoccaggio sufficiente per diverse ore di illuminazine, costano meno di 50 dollari. Il costo di questi sistemi può essere recuperato in meno di due anni, ma il prezzo iniziale è ancora troppo alto per molte persone.
Eight19 , un’azienda situata a Cambridge, nel Regno Unito, è una delle tante compagnie che offre un piano di pagamento per rendere questo sistema accessibile. I clienti pagano 10 dollari per il kit di illuminazione ad energia solare, che include un pannello da 2.5 watt, due LED, e una batteria fosfato di litio e ferro. Poi pagano una canone settimanale per l’energia che questo sistema genera.
Ogni settimana gli utenti comprano da un venditore locale una carta grattabile dal costo di circa 1 dollaro, . Questa fornisce loro un numero che dovranno mandare via sms a Eight19, per la verifica. L’azienda poi manderà loro un codice che il cliente dovrà digitare su una tastiera situata sulla batteria il quale sbloccherà elettronicamente il dispositivo per una settimana, permettendo alla batteria di alimentare i LEDs o un carica-batterie per il cellulare.

Winning numbers: Customers enter a numerical code to access power for lights and a mobile phone charger. Eight19

Molte altre aziende, comprese quelle leader nelle telecomunicazioni, stanno cercando delle varianti in questo approccio del pagamento ad ogni uso.Una cosa che posiziona Eight19 ad un’altro livello è che appena un cliente ha coperto il costo del dispositivo, in genere dopo circa 18 mesi, questo può essere scambiato con uno più grande, con un pannello più ampio, con più luci LED e una batteria più grande in grado di alimentare già una piccola radio. In questo modo, usando solamente quei soldi che avrebbero speso per il kerosene o per noleggiare il caricabatterie, gli utenti possono gradualmente arrivare al punto di avere abbastanza energia per un frigorifero, o qualche altra macchina con cui si possa magarei anche guadagnare, come una macchina da cucire, spiega Simon Bransfield-Garth, amministratore delegato di Eight19.
Questa azienda ha testato il sistema con diversi centinaia di clienti e sta avviando il progetto di vendere quattro mila impianti in collaborazione con il NGO Solar Aid, che li aiuterà nella distribuzione.
Eight19 tuttavia è un giocatore relativamente piccolo per ora. Le aziende più consolidate come D.light hanno venduto oltre un milione di sistemi di illuminazione ad energia solare. Bransfield-Garth vede un sacco di spazio per la crescita.”I più poveri stanno pagando prezzi sproporzionatamente alti rispetto alle loro esigenze” dice.”L’energia solare funziona bene in questo mercato”
Fonte: Technologyreview

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