З моменту відкриття бактерицидної ефективності ультрафіолетового випромінювання в 1901 році ультрафіолетова дезінфекція в основному проводилася за допомогою ртутних ламп низького тиску.
Ртуть міститься в ртутних лампах низького тиску, що викликає занепокоєння щодо забруднення навколишнього середовища. Як і заміна світлодіодами люмінесцентних ламп, очікується, що світлодіоди будуть екологічно безпечною альтернативою. Ефективність ультрафіолетових світлодіодів зараз нижча, ніж у ртутних ламп низького тиску, незважаючи на їх швидке щорічне вдосконалення. Оскільки замінна технологія не розроблена, ртутні лампи низького тиску виключені з Директиви RoHS для певного використання до 24 лютого 2027 року (пункт 4(a)). Якщо буде показано, що після 2027 року замінна технологія не буде доступна, це звільнення може бути продовжено. Чи справді потрібне розширення? За словами Nichia, деякі програми можуть використовувати світлодіоди прямо зараз, і майже всі програми зможуть це зробити до лютого 2027 року.
Тут Nichia представляє реальний приклад, коли ультрафіолетові світлодіоди досліджуються як альтернатива дезінфекції ртутним лампам низького тиску.
Дезінфекція поверхонь за допомогою ртутних ламп низького тиску → Приклади впровадження світлодіодів
Дезінфекція поверхонь, дезінфекція повітря за допомогою очисників, а також дезінфекція води та каналізації входять до сфери УФ-дезінфекції за допомогою ртутних ламп низького тиску. Очищення обладнання харчової промисловості та контейнерів є звичайним випадком дезінфекції поверхонь. На підприємствах харчової промисловості контейнери наповнюються їжею після впливу ультрафіолетового світла, щоб продезінфікувати внутрішню частину та зупинити ріст мікробів і зараження їжі.
Ілюстрація харчових контейнерів під впливом УФ-випромінювання:
Ртутні лампи низького тиску випромінюють ультрафіолетове світло над контейнерами, щоб дезінфікувати внутрішню частину багатьох харчових контейнерів одночасно. Тому плавлений кварц необхідно використовувати для покриття ртутних ламп низького тиску, щоб запобігти забрудненню ртуттю та розбиттю скла в разі виходу лампи з ладу.
Ілюстрація випромінювання зверху:
На відміну від ртутних ламп низького тиску, світлодіоди можна використовувати для опромінення ультрафіолетовим світлом лише цільового об’єкта, оскільки їх конфігурації та положення можна точно вибирати та змінювати, як показано на малюнку опромінення вище. З іншого боку, ртутні лампи низького тиску випромінюють світло в усіх напрямках, піддаючи простір між окремими контейнерами та задньою стороною ламп додатковому ультрафіолетовому світлу.
Крім того, оскільки ртутні лампи низького тиску потребують багато часу, щоб увімкнути і вимкнути, вони повинні бути «увімкненими» весь час. Світлодіоди, з іншого боку, забезпечують миттєве вмикання/вимикання, тобто їх можна вмикати лише за потреби, потенційно знижуючи споживання енергії та викиди CO2.
У світлі вищезазначеної інформації результати порівняння між світлодіодами та ртутними лампами низького тиску наведені в наступній таблиці.
Результат дослідження
Вхідна потужність, необхідна для отримання того самого ефекту дезінфекції в реальних значеннях у цьому прикладі дослідження, становить 600 Вт і 312 Вт.
Ультрафіолетовий світлодіод Nichia 434C використовувався для перевірки освітленості та ефективності світлодіода.
За даними Shikoku Electric Power CO., Inc., коефіцієнт викидів CO2 для 2021 фінансового року становить 0,527 т/МВт-год.
Порівняно зі світлодіодами, які мають ККД 5,4%, ртутні лампи низького тиску мають більший ККД – 22%. Однак світлодіоди можуть споживати до 90% УФ-випромінювання, яке вони генерують, тоді як ртутні лампи низького тиску використовують лише 9%. Таким чином, у порівнянні з ртутними лампами низького тиску, які потребують 600 Вт електроенергії, щоб забезпечити такий самий дезінфікуючий ефект, світлодіодним лампам потрібно 312 Вт. Крім того, світлодіоди можна активувати лише за потреби. Наприклад, якщо ртутні лампи низького тиску залишати включеними 18 годин на добу, то світлодіоди можна ввімкнути 14 годин. Якщо припустити, що кожна лампа використовується протягом 300 днів, споживання електроенергії ртутними лампами низького тиску з вхідною потужністю 600 Вт становить 3,2 МВт-год на рік, тоді як світлодіоди з вхідною потужністю 312 Вт споживають 1,3 МВт-год на рік, що становить 60% зниження. Крім того, викиди CO2 розраховуються з використанням викидів CO2, що становлять 0,527 тонни на 1 МВт-год потужності. Світлодіоди виробляють 0,69 тонни CO2 щорічно порівняно з 1,7 тонни ртутними лампами низького тиску, що на 60% менше.
Дорожня карта
Резюме
Характеристики світлодіодів, такі як їхнє високе використання потоку випромінювання за допомогою вибіркового освітлення лише необхідних областей і їх можливості миттєвого ввімкнення/вимкнення, були використані в цьому прикладі для досягнення помітних переваг. Таким чином, Nichia може однозначно показати, що світлодіоди можуть служити технологією заміни ртутним лампам низького тиску.
Окрім вищезгаданого прикладу, Nichia співпрацюватиме зі своїми клієнтами та партнерами для створення проектів, які використовують світлодіодні характеристики в інших програмах дезінфекції, таких як дезінфекція повітря та води. Nichia докладе всіх зусиль, щоб світлодіодні технології замінили ртутні лампи низького тиску.
Крім того, як зазначено в дорожній карті, продуктивність ультрафіолетових світлодіодів значно покращилася за останні роки. Технологічний прогрес є швидким через синергетичний вплив очікувань розвитку світлодіодів, що є результатом екологічних обмежень і необхідності боротьби з інфекційними захворюваннями. У деяких випадках використання світлодіодів замість ртутних ламп низького тиску вже досягається завдяки розробці конструкції, яка використовує можливості світлодіодів. За словами Nichia, це, разом із вражаючим покращенням основних характеристик УФ-світлодіодів, призведе до ще більшої тенденції, і УФ-світлодіоди будуть широко прийняті як заміна ртутним лампам низького тиску в усіх сферах дезінфекції. Отже, не буде необхідності продовжувати звільнення RoHS після 2027 року.
На додаток до роботи над вирішенням суспільних проблем, включаючи створення суспільства без ртуті та нейтрального вуглецю, Nichia продовжуватиме покращувати продуктивність світлодіодів.
