Ο ενεργειακά αποδοτικός φωτισμός αποτελεί μία από τις πιο σημαντικές εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας του φωτισμού, με την επιστήμη της Φωτονικής να βρίσκεται στο επίκεντρο, καθώς έχει συμβάλει καθοριστικά στην ανάπτυξη καινοτομιών και νέων τεχνολογιών.
Άρθρο του κ. Αλέξανδρου Σελίμη*
Παντού γύρω μας υπάρχει η Φωτονική. Οι κάμερες και οι οθόνες στα τηλέφωνά μας, ο φωτισμός και οι αισθητήρες στα αυτοκίνητα και στα κτίρια, οι οπτικές ίνες, τα λέιζερ, τα φωτοβολταϊκά, οι οθόνες των υπολογιστών και των τηλεοράσεων, όλα βελτιώνουν την καθημερινότητά μας χάρη σε ένα πεδίο μελέτης που ονομάζεται «Φωτονική».
Η Φωτονική είναι η επιστήμη και η τεχνολογία του φωτός. Περιλαμβάνει τη δημιουργία, την καθοδήγηση, την ενίσχυση και την ανίχνευση του φωτός, και βρίσκεται πίσω από πολλές καινοτομίες που έχουν αλλάξει τον τρόπο της ζωής μας τα τελευταία χρόνια. Μία από αυτές τις καινοτομίες είναι και ο ενεργειακά αποδοτικός φωτισμός, ο οποίος παίζει ζωτικό ρόλο τόσο σε οικιακούς όσο και σε εμπορικούς χώρους, προσφέροντας οπτική άνεση, ασφάλεια και μικρότερη κατανάλωση ενέργειας.
Το ταξίδι προς τον ενεργειακά αποδοτικό φωτισμό είναι μια ιστορία καινοτομίας με σημαντικά ορόσημα και ανακαλύψεις, και ξεκίνησε το 1879 με την εφεύρεση του λαμπτήρα πυρακτώσεως από τον Thomas Edison. Αν και ήταν επαναστατικοί εκείνη την εποχή, οι λαμπτήρες πυρακτώσεως ήταν εξαιρετικά αναποτελεσματικοί, μετατρέποντας μόνο το 5% περίπου της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως, με το υπόλοιπο να εκπέμπεται ως θερμότητα.
Στα μέσα του 20ού αιώνα, ο φωτισμός φθορισμού εμφανίστηκε ως μια ενεργειακά αποδοτικότερη εναλλακτική λύση. Οι λαμπτήρες φθορισμού παρήγαν φως με τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ατμών υδραργύρου και την εκπομπή υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία διεγείρει μια επίστρωση φωσφόρου στο εσωτερικό του λαμπτήρα με αποτέλεσμα ορατό φως.
Βασιζόμενοι στις αρχές του φωτισμού φθορισμού, οι λαμπτήρες φθορισμού μικρού μεγέθους (Compant Fluorescent Lamps [CFL]) εισήχθησαν τη δεκαετία του 1980 ως μια ευέλικτη εναλλακτική λύση αλλά περιορίζονταν από το μεγάλο χρόνο προθέρμανσής τους, το τρεμόπαιγμα και την παρουσία υδραργύρου.
Η σημαντική στιγμή για τον ενεργειακά αποδοτικό φωτισμό ήρθε με την ανάπτυξη των LED (Light Emitting Diode). Το 1962, ο μηχανικός Nick Holonyak Jr. εφηύρε το πρώτο πρακτικό LED ορατού φάσματος. Οι πρώτες λυχνίες LED ήταν διαθέσιμες μόνο σε κόκκινο χρώμα, αλλά με τα χρόνια η τεχνολογία εξελίχθηκε με την κατασκευή πράσινων και κίτρινων LED. Ήταν πραγματική επανάσταση όταν ο ερευνητής Shuji Nakamura παρουσίασε τα μπλε και άσπρα LED στη δεκαετία του 1990, και ο φωτισμός LED βρέθηκε στο επίκεντρο της βιομηχανίας φωτισμού.
Τρόπος λειτουργίας LED
Ο όρος LED παράγεται από τις λέξεις light-emitting diode που σημαίνουν «δίοδο εκπομπής φωτός». Μια δίοδος είναι ένα απλό ηλεκτρονικό εξάρτημα που επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει προς μία μόνο κατεύθυνση. Τα LED παράγουν φως μέσω της κίνησης των ηλεκτρονίων σε ένα υλικό ημιαγωγών. Το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται από ένα LED εξαρτάται από το υλικό των ημιαγωγών που χρησιμοποιείται. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως ηλεκτροφωταύγεια, είναι εξαιρετικά αποδοτική και παράγει ελάχιστη θερμότητα.
Τα LED παρέχουν έντονο ομοιόμορφο φωτισμό με εξαιρετική απόδοση χρωμάτων σε μια σειρά από χρωματικές θερμοκρασίες και προσφέρουν πολλά βασικά πλεονεκτήματα, όπως είναι τα εξής:
- Μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση, καθώς μετατρέπουν υψηλότερο ποσοστό ενέργειας σε φως (95%).
- Εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής, συνήθως 25 φορές περισσότερο από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως και έως και 10 φορές περισσότερο από τους συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού (Compact Fluorescent Lamps [CFL]).
- Ανθεκτικότητα σε κραδασμούς και διακυμάνσεις θερμοκρασίας.
- Ευελιξία σχεδιασμού, καθώς διατίθενται σε μεγάλη γκάμα σχημάτων, μεγεθών και χρωμάτων, όντας κατάλληλα για διάφορες εφαρμογές, από οικιακό μέχρι αρχιτεκτονικό και διακοσμητικό φωτισμό.
Προϊόντα LED
Τα LED βρίσκουν άπειρες εφαρμογές και συναντώνται με τις παρακάτω μορφές:
- Ταινίες LED: Αποτελούνται από ένα γραμμικό περίβλημα που περιέχει μια λωρίδα φωτός LED η οποία παρέχει συνεχή και ομοιόμορφο φωτισμό σε όλο το μήκος του φωτιστικού.
- LED High Bay Lights: Χρησιμοποιούνται για το φωτισμό μεγάλων εσωτερικών χώρων με ψηλά ταβάνια, όπως είναι αποθήκες, εργοστάσια και γυμναστήρια.
- Troffer LED: Είναι χωνευτά φωτιστικά που έχουν σχεδιαστεί για να χωρούν σε τυπικές οροφές.
- Πάνελ LED: Είναι επίπεδα ορθογώνια φωτιστικά που παρέχουν ομοιόμορφο φωτισμό χωρίς αντανάκλαση και μπορούν είτε να αναρτηθούν είτε να τοποθετηθούν απευθείας στην οροφή, συνήθως σε δωμάτια με οροφές χαμηλότερου ύψους.
- LED για αθλητικούς χώρους: Παρέχουν έντονο και σταθερό φως που ενισχύει την ορατότητα και εξασφαλίζει βέλτιστες συνθήκες παιχνιδιού για αθλητές, διαιτητές, παράγοντες και θεατές, ειδικότερα σε χώρους που απαιτούν τηλεοπτική κάλυψη.
- LED εξωτερικού χώρου, με αντοχή στις καιρικές συνθήκες, μακροζωία και ποικίλες επιλογές χρωμάτων για τοπία, φώτα δρόμου και χώρους στάθμευσης.
- LED ψυχαγωγίας, τα οποία είναι δημοφιλή στο φωτισμό σκηνής και εκδηλώσεων, προσφέροντας δυναμικά χρώματα, χαμηλή απόδοση θερμότητας και εξοικονόμηση ενέργειας για την οπτική απόλαυση μιας παράστασης.
- LED για καλλιέργειες, τα οποία παρέχουν προσαρμοσμένα φάσματα φωτός για την ανάπτυξη των φυτών σε θερμοκήπια και στην κάθετη γεωργία ενισχύοντας την παραγωγικότητα.
- LED Billboard, με ευκρινείς οθόνες, υψηλή ενεργειακή απόδοση και δυνατότητα γρήγορης εναλλαγής και μετάδοσης πληροφορίας, τα οποία χρησιμοποιούνται στη σήμανση, σε ψηφιακές διαφημιστικές πινακίδες και πινακίδες καταστημάτων.
Επιλογή φωτισμού
Η επιλογή του κατάλληλου φωτισμού για μια επιχείρηση είναι κρίσιμη, καθώς μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργική της αποτελεσματικότητα, την εμπειρία των πελατών και τη συνολική ατμόσφαιρα. Παρακάτω προτείνεται φωτισμός για ειδικούς χώρους:
- Καταστήματα λιανικής: Φωτεινός, ελκυστικός φωτισμός για την προβολή προϊόντων και την προσέλκυση πελατών.
- Γραφεία: Απαλός φωτισμός χωρίς αντανακλάσεις, για ένα άνετο περιβάλλον εργασίας και τη μείωση της καταπόνησης των ματιών.
- Εστιατόρια: Ζεστός φωτισμός για μια φιλόξενη ατμόσφαιρα.
- Αποθήκες: Φωτεινός, αποδοτικός φωτισμός για ασφάλεια και ορατότητα.
Τα LED επιτυγχάνουν διάφορες «θερμοκρασίες χρώματος», οι οποίες μετριούνται με βαθμούς Kelvin (K). Έτσι προτείνεται:
- Ζεστό λευκό (2.700K – 3.000K) για εστιατόρια, σαλόνια και καταστήματα λιανικής για μια ζεστή, φιλόξενη ατμόσφαιρα.
- Cool White (3.500K – 4.100K) για γραφεία, αίθουσες διδασκαλίας και χώρους λιανικής, όπου απαιτείται έντονο, ουδέτερο φως.
- Φως ημέρας (5.000K – 6.500K) για αποθήκες, εγκαταστάσεις παραγωγής και περιοχές που απαιτούν υψηλή ορατότητα και εστίαση.
Έξυπνα συστήματα φωτισμού
Ο σχεδιασμός φωτισμού εξελίσσεται συνεχώς, με νέες τεχνολογίες και τάσεις σχεδιασμού να αναδύονται συνεχώς.Ιδιαίτερα διαδεδομένα είναι σήμερα τα έξυπνα συστήματα φωτισμού, τα οποία ενσωματώνουν αισθητήρες ανίχνευσης κίνησης και δυνατότητες ρύθμισης και παρακολούθησης της κατανάλωσης ενέργειας, προσφέροντας άνεση, ενεργειακή απόδοση και προσαρμογή.
Επιτρέπουν στους χρήστες να ελέγχουν το φωτισμό από απόσταση, να προσαρμόζουν τη φωτεινότητα, να αλλάζουν χρώματα και να ορίζουν χρονοδιαγράμματα χρησιμοποιώντας smartphone ή φωνητικές εντολές, καθώς και να επιτυγχάνουν σύνδεση των συστημάτων φωτισμού με άλλες συσκευές, όπως είναι θερμοστάτες και συστήματα ασφαλείας.
Φωτισμός OLED
Ο φωτισμός οργανικής φωτοδιόδου (Organic Light-Emitting Diode [OLED]) είναι ένας τύπος φωτισμού LED που χρησιμοποιεί λεπτά και εύκαμπτα φύλλα οργανικού υλικού για την εκπομπή φωτός. Τα OLED είναι πολύ πιο λεπτά και ελαφρύτερα από τα παραδοσιακά LED, και άρα ιδανικά για χρήση σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένου του φωτισμού αυτοκινήτου και των φορητών συσκευών.
Ανθρωποκεντρικός φωτισμός
Έχει αποδειχθεί ότι το τεχνητό φως μπορεί να βοηθήσει στη σωστή λειτουργία του σώματός μας τόσο βιολογικά όσο και ψυχολογικά. Οι διαβαθμίσεις του φωτός από την ανατολή έως τη δύση του ηλίου στέλνουν σήματα στον εγκέφαλο που τα ερμηνεύει και πυροδοτεί συγκεκριμένες αποκρίσεις. Η αρτηριακή πίεση, η θερμοκρασία του σώματος και η παραγωγή ορμονών ποικίλλουν σε διάστημα 24 ωρών σύμφωνα και με πληροφορίες που λαμβάνουμε από το φως.
Ο ανθρωποκεντρικός φωτισμός (Human-Centered Lighting) εστιάζει στη βελτίωση της ευεξίας μιμούμενος τα φυσικά μοτίβα φωτός. Αυτός ο τύπος φωτισμού υποστηρίζει τους κιρκάδιους ρυθμούς, ενισχύοντας τη διάθεση, την παραγωγικότητα και την ποιότητα του ύπνου. Τα ρυθμιζόμενα λευκά φώτα LED μπορούν να προσαρμόσουν τη θερμοκρασία χρώματος όλη την ημέρα, δημιουργώντας ένα δυναμικό περιβάλλον φωτισμού που προάγει την υγεία και την ευεξία.
Μελλοντικές προοπτικές
Το μέλλον των ενεργειακά αποδοτικών τεχνολογιών φωτισμού είναι πολλά υποσχόμενο, με πολλές αναδυόμενες τάσεις και καινοτόμες εφαρμογές, όπως είναι οι παρακάτω:
- Internet of Things (IoT): Τα συστήματα φωτισμού ενσωματώνονται όλο και περισσότερο σε πλατφόρμες IoT, επιτρέποντας τον κεντρικό έλεγχο, την παρακολούθηση και τη βελτιστοποίηση των συστημάτων φωτισμού. Με το IoT, τα συστήματα φωτισμού μπορούν να προσαρμόσουν τα επίπεδα φωτισμού με βάση την κάλυψη του χώρου, τη διαθεσιμότητα του φωτός της ημέρας και τις προτιμήσεις του χρήστη, μεγιστοποιώντας την άνεσή του και την εξοικονόμηση ενέργειας.
- Τεχνολογία LiFi (light fidelity): Είναι τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας, η οποία χρησιμοποιεί το φως για τη μετάδοση δεδομένων παρέχοντας ασύρματη επικοινωνία υψηλής ταχύτητας. Τα φωτιστικά με δυνατότητα LiFi παρέχουν ταυτόχρονα φωτισμό και μετάδοση δεδομένων, προσφέροντας δυνατότητες και λύσεις για την αύξηση της συνδεσιμότητας σε έξυπνα κτίρια και πόλεις. Είναι ένα σύστημα επικοινωνίας μέσω του φωτισμού που έχει τη δυνατότητα να μεταδίδει δεδομένα σε υψηλές ταχύτητες μέσω του φάσματος ορατού φωτός, αλλά και του υπεριώδους και υπέρυθρου φάσματος. Όσον αφορά την τελική χρήση, η τεχνολογία είναι παρόμοια με το WiFi· η βασική τεχνική διαφορά είναι ότι το WiFi χρησιμοποιεί ραδιοσυχνότητες για τη μετάδοση δεδομένων.
- Φωτισμός βιοφωταύγειας: Βιοφωταύγεια (ή βιοφωτισμός) ονομάζεται το φαινόμενο παραγωγής και έκλυσης ορατού φωτός από ζωντανούς οργανισμούς. Οι ερευνητές διερευνούν τη χρήση οργανισμών, όπως είναι φύκια ή βακτήρια, για την παραγωγή φωτός. Η βιοφωταύγεια θα μπορούσε να προσφέρει μια βιώσιμη και ανανεώσιμη πηγή φωτός.
- Προηγμένα υλικά: Οι ερευνητές αναπτύσσουν νέα υλικά, όπως κβαντικές τελείες ή κουκίδες (Quantum Dots [QDs]), για πιο αποτελεσματική παραγωγή φωτός και έλεγχο χρώματος. Αυτά τα υλικά θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη πιο ενεργειακά αποδοτικών και προσαρμόσιμων λύσεων φωτισμού.
- Αυτοτροφοδοτούμενα συστήματα φωτισμού: Οι ερευνητές διερευνούν τη χρήση πιεζοηλεκτρικών και θερμοηλεκτρικών συστημάτων για την τροφοδοσία φωτιστικών, επιτρέποντας τη λειτουργία αυτοτροφοδοτούμενων συστημάτων φωτισμού που λειτουργούν εκτός δικτύου και μειώνουν την εξάρτηση από εξωτερικές πηγές ενέργειας.
- Τεχνητή νοημοσύνη: Οι αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης μπορούν να αναλύσουν δεδομένα από αισθητήρες για τις συνήθειες του χρήστη, ώστε να βελτιστοποιήσουν τις ρυθμίσεις φωτισμού προς μια εξατομικευμένη κατεύθυνση. Τα συστήματα φωτισμού με τεχνητή νοημοσύνη μπορούν συνεχώς να μαθαίνουν και να προσαρμόζονται στις προτιμήσεις των χρηστών και στις περιβαλλοντικές συνθήκες.
Ο ηλεκτρολογικός κόσμος οφείλει να ενημερώνεται για τις αναδυόμενες τάσεις και τις καινοτομίες στον τομέα, και να συμμετέχει ενεργά στην προώθηση των ενεργειακά αποδοτικών τεχνολογιών φωτισμού, ώστε να επιταχυνθεί η μετάβαση σε ένα πιο βιώσιμο και ενεργειακά αποδοτικό μέλλον, προς όφελος τόσο της κοινωνίας όσο και του περιβάλλοντος.
*Ο κ. Αλέξανδρος Σελίμης είναι συντονιστής της Ελληνικής Ένωσης Φωτονικής – HPhos (Hellenic Photonics cluster, www.hphos.gr).
