luci-a-led

Di Davide Sgarioto (CML)

 

Cos’è un LED?

Led è l’abbreviazione di Light – Emitted – Diode (luce emessa da un diodo). Ogni singolo led si compone di un diodo semiconduttore che emette luce ogni qualvolta si eroga corrente elettrica. Da alcune decine di anni l’industria elettronica utilizza la tecnologia led per la costruzione di spie luminose e per un’ampia gamma di dispositivi elettronici. In anni più recenti, la tecnologia led ha compiuto notevoli passi in avanti, sviluppandosi fino a divenire disponibile per le applicazioni illuminotecniche tradizionali.

Come sono utilizzati i LED nell’industria illuminotecnica?

I LED sono utilizzati comunemente come luce d’accento per l’illuminazione architetturale, d’effetto o specialistica.

Inoltre, la maggior parte dei semafori, dei fanali delle auto e dei segnali d’uscita utilizzano, oggi, LED a luce rossa, verde o blu.

I LED sono da sempre utilizzati per l’illuminazione?

No. I primi tentativi di utilizzare i LED in applicazioni illuminotecniche tradizionali sono falliti perché non sono stati raggiunti i requisiti di colore o di efficienza del flusso luminoso (lumen per watt). I progressi tecnologici conseguiti hanno reso praticabile l’uso dei LED anche nei sistemi tradizionali di illuminazione. Gli esperti dell’industria illuminotecnica sono ad oggi in grado di sfruttare al meglio questa tecnologia.

Perché sono falliti i tentativi fatti nel passato per utilizzare i LED per l’illuminazione tradizionale?

Gli approcci normalmente utilizzati per sviluppare l’illuminazione tradizionale utilizzando i LED spesso hanno portato ad equipaggiare esistenti apparecchi con la nuova tecnologia. Invece di investigare sui pro e i contro dei LED, molti dei primi tentativi utilizzavano semplicemente i tradizionali standard luminosi ed apparecchi preesistenti. La tecnologia dei LED ha infranto tutte le regole tradizionali e sta diventando sempre più evidente che il vecchio modo di pensare non può essere applicato a questa nuova tecnologia.

Perché i LED non funzionano con la stessa efficienza in apparecchi tradizionali per l’illuminazione?

Un modulo LED può fisicamente essere installato in un corpo esistente, ma in questo modo non si sfruttano appieno le sue qualità intrinseche. Gli apparecchi standard non sono strutturati per gestire la modalità di dissipazione del calore dei LED, tanto diversa da quelle dell’illuminazione tradizionale a incandescenza o a fluorescenza. Inoltre, il design del sistema ottico utilizzato nella maggior parte degli apparecchi d’illuminazione tradizionali non ne massimizza l’efficienza.

Quali sono i vantaggi della tecnologia LED?

La tecnologia LED presenta diversi vantaggi per l’industria illuminotecnica, in termini di elevata efficienza e durata. La manutenzione che richiede è assolutamente ridotta, nonostante il ciclo vitale del LED sia superiore a quello delle comuni sorgenti luminose. Ciò si riduce in un risparmio di energia e manutenzione, nonché una generale riduzione dei costi per tutto il ciclo di vita del prodotto.

Qual è la differenza tra efficienza ed efficacia?

Efficacia è un vocabolo utilizzato di regola, quando le unità di misura che esprimono i valori di input e di output presentano una differenza positiva. Nel settore dell’illuminazione, l’efficacia riguarda la quantità di luce (in lumen) prodotta da un certo quantitativo di corrente (in watt). L’efficienza, invece, è un termine tipicamente a-dimensionale. L’efficienza di un apparecchio di illuminazione, ad esempio, è il rapporto tra il flusso luminoso complessivo emesso da una sorgente (in lumen) e il flusso luminoso iniziale.

Led-blu

Come si valutano i prodotti a LED?

I lumen emessi sono solo una parte della valutazione dei prodotti a LED e questo può essere fuorviante. Per valutare appieno un prodotto LED occorre esaminare l’efficienza complessiva del sistema, il controllo dell’ottica utilizzata, la gestione della dispersione termica dei LED e sapere dopo quanto tempo l’apparecchio raggiungerà un decadimento del 30% dei lumen. I prodotti con efficienza ottica e gestione termica ottimale produrranno, in media, più lumen dei prodotti HID (lampade a scarica ad alta intensità) tradizionali. Come ha affermato il Dipartimento dell’energia a conclusione del Programma di test sui sistemi illuminanti a stato solido commerciali (Solid-State-Lighting – SSL):

“Finchè il settore delle tecnologie SSL e le conoscenze su cui si basa non matureranno, ogni valutazione concernente le prestazioni degli apparecchi di illuminazione SSL deve fondarsi sull’efficacia complessiva dell’apparecchio (vale a dire dell’intero apparecchio di illuminazione compresi i LED e i dissipatori di calore, le lenti ottiche e il corpo) per evitare di fuorviare gli acquirenti causando danni nel lungo periodo al mercato degli SSL”.

In che modo i LED consentono prestazioni migliori delle lampade HID?

La luce bianca super brillante del LED presenta il vantaggio di un decadimento minimo dei lumen, un’efficienza ottica migliore ed un valore elevato di lumen per watt. Ciò significa che questi LED possono essere utilizzati in sostituzione degli apparecchi di illuminazione HID tradizionali. I LED hanno anche una durata di gran lunga superiore rispetto alle tradizionali sorgenti luminose. La progettazione dell’apparecchio deve quindi mirare a sfruttare appieno i vantaggi propri dei LED in modo da riunire assieme tutte queste caratteristiche in un singolo prodotto. Gli apparecchi a LED presentano, inoltre, un bassissimo impatto ambientale. Dal momento che non contengono mercurio, durano più a lungo, producono meno rifiuti e sono realizzati con materiali totalmente riciclabili.

Se un apparecchio di illuminazione a LED ha un’emissione iniziale inferiore a quella di una lampada HID tradizionale, com’è possibile che l’efficienza del LED (espressa in lumen) sia superiore a quella delle lampade HID?

Se si calcola la media dei lumen prodotti su 60.000 ore, si registrano prestazioni dei LED superiori a quelle di una tradizionale lampada a ioduri metallici (MH) di 400W accesa in posizione orizzontale. (Il valore di 60.000 ore è utilizzato ai fini di questo confronto per indicare tre cicli di vita interi di una tradizionale lampada HID).

Il decadimento in lumen delle lampade MH, unito alle perdite totali imputate all’ottica e al gruppo di alimentazione riducono rapidamente l’output dei sistemi HID. E’ da notare che in 60.000 ore occorrono tre sostituzioni della lampada.

Risultato: i lumen medi emessi da un LED sono superiori del 74% rispetto a quelli degli HID in un intervallo di 60.000 ore.

In che misura la temperatura ambientale influisce sull’efficienza dei LED?                             

Gli apparecchi a LED devono essere progettati tenendo conto della gestione termica della temperatura di giunzione e devono essere scelti i LED giusti.

I prodotti così concepiti saranno sufficientemente robusti da poter essere operativi quasi a qualsiasi temperatura ambientale. A differenza di quanto avvenga per le lampade a fluorescenza, le basse temperature non inficiano le performance dei LED.

Cos’è la temperatura di giunzione?

La temperatura di giunzione è la temperatura del punto in cui ciascun diodo si connette alla propria base. Mantenere la temperatura di giunzione bassa aiuta ad incrementare le performance ed a rallentare il deprezzamento dei lumen. La temperatura di giunzione è una delle chiavi attraverso cui valutare la qualità e la capacità di un prodotto a LED di durare a lungo.

I tre fattori che influenzano la temperatura di giunzione sono: la corrente di funzionamento, la gestione termica, la temperatura ambiente. Il calore deve essere dissipato in modo da garantire i valori di emissione luminosa, durata e colori dichiarati.

I diodi dei LED devono essere sostituiti?

I LED non bruciano come le lampade tradizionali, quindi il singolo diodo non ha bisogno di essere sostituito. Tuttavia, in un arco di tempo piuttosto lungo, il diodo riduce gradualmente i livelli di output emessi. Se un singolo LED non funziona più, questo non determina un completo spegnimento dell’apparecchio.

Perché la durata di un LED si misura come deprezzamento dei lumen?

Il ciclo di vita dei LED è largamente superiore rispetto a quello di una lampada a incandescenza, fluorescente o HID e generalmente non è inferiore alle 50.000 ore. Dal momento che il LED, in realtà, non si brucia, la vita di un apparecchio a led viene misurata in termini di deprezzamento dei lumen.

La Illuminating Engineering Society, (IES) consiglia di considerare un apparecchio a LED funzionante finchè non raggiunge un deprezzamento dei lumen emessi del 30%.

Le 50.000 ore stimate non corrispondono esattamente alla vita della lampada: è possibile che, dopo tale periodo, il LED anche con deprezzamento dei lumen sia ancora funzionante anche se ad un più basso livello di luminosità.