Forskere spår comeback til supereffektive glødelamper

Med brug af fotoniske krystaller kan varmetabet i glødetråde omsættes til synligt lys. Derved kan glødelamper blive mindst lige så energieffektive som LED-lamper.

Forskere fra Massacusetts Institute of Technology har udviklet en metode, der kan omsætte varmespildet i en glødelampe til synligt lys. Et laboratorieeksperiment viser, at princippet fungerer i praksis, og at det er muligt at opnå samme effektivt som i en LED. (Foto: MIT)

Glødelamper giver et behageligt naturligt lys, men da mere end 95 pct. af deres energi omsættes til varme, er de lidet energieffektive. Derfor er LED’er på fremmarch.

Men alt håb for glødelamper er ikke slukket. En forskergruppe ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA har demonstreret, at det er muligt at lave en særlig udgave af glødelampen, der har samme eller bedre lysudbytte end LED’er.

I en artikel i Nature Nanotechnology viser Ognjen Ilic sammen med fem kolleger, hvordan dette er muligt. I en pressemeddelelse fra MIT gør de dog opmærksom på, at der en lang række praktiske problemer med stabilitet og levetid, der skal løses, før man forestille sig kommercielle produkter.

Til gengæld er de benyttede materialer billige, findes i store mængder og er velegnede til storskalaproduktion.

Alejandro Rodriguez, adjunkt i elektroteknologi ved Princeton University, der ikke har været involveret i forskningen, siger til MIT News, han er imponeret.

»Jeg tror, denne forskning vil puste nyt liv i udviklingen af glødelamper, hvilket kan bane vejen for kommercielle produkter.«

Genbrug af lys

Metoden til at øge lysudbyttet kalder forskerne for lys-genbrug.

Lys og stråling fra glødetråden skal passere en fotonisk krystal, inden det slipper ud af lampen. Denne krystal er designet, så den kun lader synligt lys passere igennem, men reflekterer varmen i form af infrarød stråling.

Den infrarøde stråling reflekteres tilbage til glødetråden, som den dermed er med til at opvarme, så der udsendes mere stråling i form af både synligt lys og infrarød stråling.

Fidusen er, at den infrarøde stråling aldrig slipper ud, det gør kun det synlige lys. Det infrarøde lys reflekteres frem og tilbage fra de to fotoniske krystaller, der er på hver side af glødetrådselementet.

Den fotoniske krystal i demonstrationseksperimentet er opbygget af 90 lag af to materialer med forskelligt brydningsindeks, SiO2 og Ta2O5.

Men denne krystal og det særlige design af glødetråden, som ses på billedet, opnåede forskere et relativt lysudbytte på 6,6 pct. Det er sammenligneligt med det, som kan opnås med LED i dag.

Det er principielt intet, der forhindrer, at dette kan øges til 40 pct., som er tæt på det teoretisk maksimale for en glødetråd. Beregninger viser, at dette kan opnås, hvis man bruger en fotonisk krystal med 300 lag med fire forskellige materialer, SiO2, Al2O3, Ta2O5 og TiO2.

Flere anvendelser

Marin Soljacic, der har ledet forskningsgruppen, peger på, teknikken også kan finde anvende anvendelse inden for termo-fotovoltaik.

Her får man et materiale til at gløde med varme fra en ekstern kilde for dernæst at opsamle det udsendte lys og konvertere det til elektrisk lys med fotodioder.

Soljacic forklarer, at viden om, hvordan lys, varme og stof vekselvirker, kan udnyttes inden for mange områder, men benytter også lejligheden til at komme med dette budskab:

»LED’er er fantastiske, og folk skal fortsætte med at købe dem.«

Kommentarer (27)

Uha, det ville være dejligt at få lys af en ordentlig kvalitet igen, uden at elmåleren lyser kontinuerligt (blinker så ofte, at man ikke kan se pauserne imellem blinkene - det har jeg set på et vaskeri med 2 industritørretumblere i gang).

Man er jo svært forfaldelig til at købe de gode tilbud i IKEA, med en farvegengivelse på 87%.

  • 9
  • 2

Jeg tager hatten af den dag de opfinder en varmekilde i stil med LED - altså noget der afgiver meget varme og bruger lidt strøm, og ikke er en støjende varmepumpe.

  • 4
  • 17

Bagsiden af LED og fluorescens lyskilder er at lyset ikke er jævnt fordelt på alle frekvenser i det synlige lys, på samme måde som en glødepære.

Det de gør her, er at sætte et filter ind som returnerer nogle af frekvenserne, hvilket så gør at vi ikke længere har den jævne fordeling. Jo flere frekvenser man fjerner jo større effektivitet.

Hvis de skal være supereffektive skal de nok også ind og fjerne frekvenser fra det synlige lys. Worst case bliver at de fjerner så mange frekvenser at man lige så godt kunne bruge en "gammeldags" LED pære.

Hvis de kan lave en lyskilde som er mere effektiv, billigere og med samme lyskvalitet er det selvfølgeligt fint :-)

  • 2
  • 17

Nu ved jeg ikke hvilken planet du er fra.
Men os mennesker fra jorden er ikke istand til at se infrarød (varme) stråling ;-)

Så at de laver en pære der kun udsender den synlige del af en glødetråds spektrum er har ikke noget negativ påvirkning af vores opfattelse af lyskvaliteten.

At det skulle være nødvendig at indskrænke spektrummet yderligt, det ser jeg intet belæg for i artiklen.

  • 18
  • 2

Hej Thomas

Du har mulig vis ret, jeg har ikke regnet på det :-)

Citat fra artiklen: " kan øges til 40 pct., som er tæt på det teoretisk maksimale "
Når man skal tæt på det teoretiske max skal der ikke være meget uønsket lys der smutter ud, så de skal ubetinget tæt på det synlige lys.

Min påstand er at de også vil bide lidt i det synlige for at komme så tæt på max.

Det er så også betydeligt bedre end de nuværende LED pærer, så det bliver spændende at følge med.

  • 3
  • 10

Nu kommer det jo nok til at tage et stykke før vi ser noget produkt, da der som de siger er en lang række praktiske problemer med stabilitet og levetid - og dermed ikke nogen garanti for at de kan løses.

LED kan jo på nuværende tidspunkt fås med samme eller bedre lys end glødepærer, Ra95-99; og dertil kommer at næste generation af LED lyskilder er snart på vej - jeg ved at f.eks. SunFlux's udviklings afdeling snart er klar med belysning baseret på NUV LED teknologi.

NUV giver den fordel at du får et meget breder spektrum i forhold til normale LED baseret på 450-460nm blå dioder, hvilket igen vil give en endnu bedre og mere naturlig farvegengivelse på de belyste emner.

Om alle omstændigheder tegner fremtiden lys og miljøvenlig... ;)

Mvh. Mike
Prolys

  • 7
  • 1

Det du leder efter er nok et peltier-element. Deres effekt opgives dog ofte i W og ikke kW. De er ikke helt billige og kan ikke hamle op med COP faktoren på en compressordrevet varmepumpe.

Det største element hos farnell kan køle 340W og bruger ca 550W på det (som jeg forstår databladet på 30 sek.). Så vi når ikke engang over 2 i COP faktor. Desuden koster det 1600 slag plus moms.

  • 1
  • 0

Det hjælper jo intet når der ikke er dæmpbare led'er der virker med et bredt udvalg af markedets dæmpere. Sælger du nogen der kan dæmpe til 2%? Alle skriver dæmpbare men det er bare ikke langt nok ned til de kan bruges til stuen eller soveværelset.

Den løsning i artiklen sender jo heller ikke det fulde spektrum af synligt lys ud igen, og rykker derfor RA indekset og så er vi, måske, tilbage ved en LED = ikke nogen gevinst. Tror nu LED vinder i det lange løb.

  • 2
  • 3

Jeg vil æde min gamle hat på at "lys puritanerne" alligevel vil finde at der er noget galt med denne type pære! For den ægte PH fanatiker (ham m. lamperne ikke ham fra disse sider) er kun en ægte energispilder OK

  • 2
  • 5

der er uanset påstande om det modsatte overordentligt stor forskel på lyskvalitet og lyseffekt.

F.eks.
- Et supermarked med dårlig farvegengivelse på grønsagerne kan måle effekten direkte på en lavere omsætning af de grønsager der påvirkes mest (typisk tomater og andet rødt).

  • En teaterpublikum får en markant bedre oplevelse, hvis de kan se nuancer i skuespillernes ansigter, frem for en hvid/grå plamage.
  • 5
  • 0

Re:Mikkel

Der findes da LED lyskilder i f.eks. E27 format, som der kan dæmpes flimmerfrit ned til 1% med en alm. LK FUGA lysdæmper (Skyde/Touch/Dreje mf.)... (Min. 1 stk. lyskilde pr. lysdæmper).

Har lagt en video på youtube af det:
https://youtu.be/vmvue6p6XYs

0-100% Flimmerfri dæmpning er muligt på en alm. lysdæmper...

Mvh. Mike
Prolys.dk

  • 6
  • 2

LED kan jo på nuværende tidspunkt fås med samme eller bedre lys end glødepærer, Ra95-99

Ra tallet er ikke særligt godt at bruge, da det har så få målepunkter, 7 såvidt jeg husker, at der kan være "huller" i farvespektrummet, selvom pæren har et højt Ra tal.

Hullerne ses ved at sende lyset igennem et prisme, eller evt. ved at se refleksionerne på en DVD skive.

CRI værdien er bedre til at måle en pæres kvalitet på, men denne værdi bliver sjældent oplyst.

Nu Mike fra Prolys er med her, kunne han måske henvise til en LED pære med en høj CRI værdi?

  • 1
  • 0

Det bliver spændende at se hvordan de løser problemet med at tråden skal varme op for at lyse optimalt.
Det er selvforstærkene den måde pæren varmer op på, men der må stadig være en opvarmnings tid.

Den letteste løsning må være en glødetråd, hvor modstanden er temperatur avhængnig, så pæren regulerer sig selv ind til den lyseffekt de er lavet til.
Når pæren er kold trækkes der ekstra strøm, for at få en kort opstart og forbruget falder så til normalt efter et par sekunder.

Et eksempel kunne være juletræslys, som skal virke og lyse nogenlunde ens, selvom der er -10 grader i blæsevejr, hvor alt varmen bliver suget væk fra pæren.

Jeg begrunder min mistanke om opvarmningstid, med at tråden skal være et par hundrede grader varm for at lyse optimalt, hvilket til dels bliver bekræftet af deres opstilling på billedet.
Når pæren kun har 1-3 watt at arbejde med ( tilsvarende LED effekt) istedet for 25-60watt, som en normal pære bruger for at bliver varmet op, må der være en opvarmningstid eller en form for regulering.

  • 1
  • 1

Vi skriver Ra herhjemme, på engelsk kaldes det så for CRI, så det er vist en og samme ting.

Mere om Ra og CRI her:

https://da.wikipedia.org/wiki/Farvegengive...

https://en.wikipedia.org/wiki/Color_render...

"CIE Ra's ability to predict color appearance has been criticized in favor of measures based on color appearance models, such as CIECAM02 and, for daylight simulators, the CIE Metamerism Index.[3] CRI is not a good indicator for use in visual assessment, especially for sources below 5000 kelvin (K).[4][5] A newer version of the CRI, R96a, has been developed, but it has not replaced the better-known Ra general color rendering index"

  • 2
  • 0

Hvis bare de kan holde glødetråden på 3000K er meget vundet. Selvom peakbølgelængden er 1um bliver der en del synligt lys.
En 0,1cm2 3000K overflade stråler 45W, hvoraf den synlige del er 3,5W (over 2000lm), svarende til 8% effektivitet. Ved 2000K skal du op på 0,5cm2 for at få 45W, men kun 0,35W ligger i det synlige område.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase...
Problemet er fordampning af glødetråden, som dels ødelægger tråden og dels sværter pæren. I halogenpærer kan halogenet modvirke begge dele.
Mine eksempler viser, at der kræves et meget effektivt reaktivt (spejlende) filter for at undgå tabet af infrarød stråling, hvis du ønsker noget lys med god effektivitet.

  • 2
  • 2

Claus Berthelsen

På SunFlux produkterne angives Ra værdien udlukkende efter R15 standarden , dvs. 15 reference farver, hvor R9 er den meste interessante, da den angiver hvor godt de røde farver fremtræder (hud, kød, grønsager mf.). LED baseret på blå dioder og fosfor har normalt ikke "huller" i spektrumet...

Hvis du ønsker høj lyskvalitet, kan jeg oplyse at ca. 90% af vores produkter har en Ra(15)/CRI på over Ra90/95-98, så du er velkommen til at kontakte mig for hjælp til dit lysbehov.

Niels Elgaard Larsen
For det første kan lyset fra LED jo aldrig blive bedre lyset fra glødepærer, som er perfekt.

Nu kommer det jo an på hvad du mener med at glødepærer har et perfekt lys, tror at hvis det kommer til at gengive farver er solen vist bedre til det (Ra på en gløde/halogen pærer er mellem 98 og 99).
Og en glødepærer er ikke særlig god til at gengive blå farver - her vinder LED nemt.

Men jeg kunne selvfølge spørge om hvilken lyskilder du har prøvet, siden du mener at LED lys ikke er særligt godt?

Mvh. Mike
Prolys.dk

  • 8
  • 1

Har i mere ned halvtreds år arbejdet med kunstigt lys på projekter over hele jorden.
Glødelampe princippet er (når det gælder kunstigt lys) og har i alle de mere end halvtreds år været aldeles uovertruffent. Igennem de sidste mange med fremgangen af halogenlampen som det alt overskyggende når der tales lyskvalitet.
Hvis det lykkes at genbruge varmen i glødelampen, som omtalt i artiklen, er det farvel til LED hvor vi taler lyskvalitet. Min erfaring med alle de typer af LED jeg har set, er hvad jeg kalder "Tomt" lys. Fint nok til bare at se ved, men det kommer ikke i nærheden af hvad øjet er skabt til at nyde.

  • 1
  • 2

Hvad er det helt konkret der lys oplevelse mæssigt mangler fra ra 95 til Ra 99 ( glædepære) ?
Hvor mange forskellige farver har en led Ra 95 ?
Kan man tale om at pr hver Ra enhed bliver lyset så og så mage % bedre ?

  • 0
  • 0

@Claus Poulsen - Jeg gætter på at du udlukkende har prøver LED produkter med Ra70-80 - har du prøvet at test LED produkter med en Ra+95 - tror du vil få et nyt syn på sagen...?

@Flemming Skovbjerg - Der hvor høj Ra LED er lidt svag i forhold til halogen er i 400-450nm (Dyb lilla) og 750-800nm (Mørke rød). Men resten a spektret er fyldt fint ud (alle farver er gengivet korrekt uden mangler).

Mvh. Mike
Prolys

  • 1
  • 0

@Mike Andersen Så vidt jeg kan tolke Ultimate Light Bulb** test så er der en væsentlig forskel på LED og eks Philips soft with. Er der en anden site hvor man kan sammenligne halogen vers LED konkret i forhold til eks de led lys som eks du sælger.
For mig er der flere ting der skal være opfyldt for at jeg bruger LED. Farvesammensætingen skal være ok til formålet. Eks ved køkkenbord, spisebord, (mad) skal farvesammensætingen være optimal (Halogen kvalitet) . Lyset skal være ikke blændende ( arbejds lys) også ved en lumen på + 800 ( tilstrækkelig lysstyrke til formålet). Pris på + 150.- for LED er simpelthen for høj = jeg venter.

Jeg har med fordel brugt LED pære der hvor jeg har skærm lamper, orienterings lys, indirekte lys.
**
http://www.popularmechanics.com/technology...?

  • 1
  • 2

Jeg tror du bør regne lidt på din holdning :)

800 lumen er vel en almindelig 60W pære?
Og den kunne erstattes af måske 12W LED?
Hvis vi konservativt sætter LED'ens levetid til 20.000 timer (de lover sikkert 50t), så bruger den på 20.000 timer 24kWh strøm, eller 50kr.
I den periode havde glødepærerne brugt 120kWh, dvs 250kr.
Så hvis LED'en koster under 200 kr, så er det billigere, selvom du får glødepærerne foræret.

Hvis vi istedet taler om en halogenpære, så er de 800 lumen måske kun 45W, og det hjælper jo lidt. Men regner du deres pris ind (og en levetid på 2000 timer), så ender du nok samme sted.
LED'er kan koste mindst 2000 kr, og stadig være billigere.

(Prolys vil formentlig fortælle at du kan klare dig med 8W og at den kan holde i 100.000 timer... Så kan den koste over 1000 kr og stadig være billigere... Men 100.000 timer er altså 10 år. Så længe vil jeg ikke planlægge med - formentlig vil jeg udskifte pærerne med noget bedre længe inden, og hvem siger at Prolys eller SunFlux eksisterer til den tid. Og mht. effektivt lys, mener jeg stadig at 50-70lm/W for lysdioder er rimeligt som tommelfingerregel.)

  • 0
  • 2

@Richard

Jeg vil normalt anbefale 12Watt som erstatning for en 60Watt hvis softtone dæmpbar.
http://www.prolys.dk/da/product/60-75watt-...

Hvis ikke dæmpbar, og man ønsker en lysstyrke der næsten ligger på hvad de originale matte glødepærer afgav (650-700Lm) iflg. test. - Kunne jeg godt finde på at anbefale en filament pære på 6,5 Watt, Ra+90, 2700K, 600Lm. (Ikke helt op til EU standard), levetid ca. 20.000 timer.

Men lad os regne med de 12Watt - Garanti 3 år; ca. 26K h. = 315 KWh (afrundet)
60Watt Glødepærer: 1262 KWh (afrundet)

Forskel: 947 KWh * 2,3kr/KWh = 2.178 kr i forskel...!

Husk at en ny 60Watt gløde pærer skal anskaffes ca. hver 1000timer = 26 stk glødepærer pr/LED
Pris for en 60Watt glødepærer = 25 kr (plus evt. transport) = 650 kr.
LED lyskilde 12Watt = 200kr.

Den total ekstra omkostning for glødepærer vil efter 3 år vil være mere end: 2.828kr pr. lyskilde...!!!

Som tommelfingerregel giver høj Ra (+95) lyskilder mellem 60-80 Lumen/watt effektivt, 140-160 Lm/watt effektiv, er mulig at opnå ved Ra80 lamper...

Mvh. Mike
Prolys

  • 1
  • 0

Mere realistisk drift tal vil være ca. 6 timer/dag, eller 6,570 Kh. på 3 år.

LED: 2,3kr/KWh * 6,570Kh * 12W = 181,30 kr + 200kr i anskaffelse = 381,30kr. total.
Glødepærer: 2,3kr/KWh * 6,570Kh * 60W = 906,70 kr + 150kr i anskaffelse = 1056,70kr. total.

Besparelse efter 3 år = 675,40 kr pr. lampe... (Konservativ sat)

Mvh. Mike
Prolys

  • 1
  • 0