illuminazione led

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Illuminazione LED: teoria ed esempi di applicazione

Illuminazione a LED: teoria ed esempi di applicazione 2

LED (light emitting diode) è un diodo a semiconduttore emettitore di radiazioni luminose se

attraversato da corrente elettrica (diodo a emissione di luce)

Radiazioni percepibili dal sistema occhio-cervello: tra 400nm (viola) e 700nm (rosso)

LED non utilizza combustione, incandescenza di un filamento, scarica di un gas (o vapori). Utilizza le

caratteristiche di una giunzione a semiconduttore PN per generare fotoni (foto)

Che cosa significa LED?

Giunzione P-N

Cree XlampLuxeon Rebel

Illuminazione a LED: teoria ed esempi di applicazioni 3

LED ha lo spettro a banda stretta ed è una sorgente monocromatica. Il colore e la specifica

lunghezza d’onda dipendono dal materiale usato nella realizzazione:

LED rosso 770nm è realizzato con AlGaAs

LED verde 560nm è realizzato con AlGaP

LED rosso, arancio, ambra, gialloverde sono realizzati con AlGaInP

LED blu, verde sono realizzati con InGaN

LED blu 460nm è realizzato con carburo di silicio

La luce bianca, utilizzando sorgenti monocromatiche, si ottiene in 2 modi:

Per sintesi additiva di 3 colori primari RGB

Rivestendo un LED blu con uno strato di fosforo (monocromatica/eterocromatica)

Lunghezza d’onda

4

Evoluzione del mercato

Illuminazione a LED

Illuminazione convenzionaleRe

venu

e (B

illio

ns)

** Fonte: Philips Lighting

Illuminazione a LED: teoria ed esempi di applicazione


LED

Dissipatore

Ottica secondaria (se necessaria)

Alimentatore (LED driver)

Prodotti di illuminazione a LED

La realizzazione di un prodotto di illuminazione a LED di ottima qualità richiede un’accurata progettazione del sistema costituito da:

È necessario effettuare rilievi fotometrici per la verifica del risultato ottenuto e corredare il prodotto di dati indispensabili a valutarne l’effettivo valore.

Goniofotometro

Diagrammi fotometrici

Richiedono conoscenze di ottica,

termodinamica ed elettronica


Le principali ragioni per cui il LED ha un ruolo sempre più importante nel settore dell’illuminazione sono:

Basso consumo (risparmio energetico)

Notevole durata (riduzione costi manutenzione)

Robustezza meccanica

Piccole dimensioni

Buona qualità della luce (Ra > 70 ma anche Ra > 90)

Tonalità della luce disponibile (bianco caldo, neutro, freddo)

RGB senza l’uso di filtri colorati

Radiazioni infrarosse e ultraviolette nulle (non scalda l’oggetto illuminato non danneggiandolo)

Assenza di sostanze tossiche, rispetto dell’ambiente (es. mercurio)

Sistemi a LED facilmente dimmerabili

Sicurezza elettrica intrinseca dovuta al basso voltaggio di funzionamento (1,8V-4V)

Riaccensione immediata

Punti fondamentali


Un parametro molto importante è l’efficienza energetica della sorgente luminosa misurata in

lumen/Watt inteso come il flusso luminoso emesso per ogni Watt consumato

Risparmio energetico ed efficienza

Sorgente Efficienza luminosa [lm/W]

Incandescente 10-18

Alogena 15-20

Fluorescente compatta 35-60

Fluorescente lineare / SAP 50-100

Alogenuri metallici 50-90

LED colore bianco 5000K Ca. 100

LED colore bianco 3300K Ca 70

Fonte: DOE dipartimento dell’energia americano

Nel caso della sorgente LED l’efficienza energetica diminuisce con l’aumentare della corrente di pilotaggio e

conseguente aumento della temperatura di giunzione TJ


Tj risulta essere il parametro fondamentale per valutare le prestazioni energetiche del LED

Solitamente i produttori forniscono le prestazioni con Tj = 25°C

Temperatura di giunzione

Estratto da un data sheet di un produttore di LED

LED, PCB e dissipatore

La temperatura di giunzione TJ è un parametro fondamentale per valutare le prestazioni in termini di flusso luminoso e durata del LED.Solitamente vengono forniti valori del flusso con TJ = 25°C ma nella pratica la temperatura di funzionamento è sempre > 25°C (45°C – 100°C).


Il grafico di figura 11 riporta la variazione del flusso luminoso al variare della temperatura di

giunzione TJ di un LED tipico pilotato a 350mA

Temperatura di giunzione

TJ = 100°C flusso luminoso al 93% rispetto a quello con valore TJ = 25°C

Le specifiche tecniche dei prodotti a LED devono riportare i valori di flusso luminoso alla temperatura TJ di

funzionamento


L’efficienza energetica è un indicatore importante ma NON è l’unico

Altro fattore importante è l’ottica secondaria: essa ottimizza al massimo la luce generata dal LED

Esistono diverse ottiche: importante è scegliere o progettare il prodotto più efficiente

A seconda del tipo di ottica e di applicazione si può ottenere un risparmio energetico che va dal 20

al 60% (confronto con lampade ad incandescenza)

Risparmio energetico: conclusioni


La sorgente LED nasce come una sorgente monocromatica

Utilizzo di semiconduttori InGaN a cui sono applicati una combinazione di fosfori tricromatici

consente di ottenere la luce bianca (spettro ampio)

Range tipici di temperatura di colore:

2700-3200° K bianco caldo

4000-4500° K bianco neutro

5000-6000° K bianco freddo

La qualità della luce è proporzionale all’indice di resa cromatica Ra

Consente di ottenere valori di Ra > 70 (ultimamente anche > 90)

Norma UNI 11248 (illuminazione stradale) afferma che sorgenti con Ra >60 possono usufruire di una

riduzione di categoria illuminotecnica in fase di progettazione

Riepilogo


La vita di una sorgente LED è stimata oltre le 50000 ore

Il ciclo di vita si considera concluso al raggiungimento del 70% del flusso iniziale

A differenza di altre sorgenti, l’accensione è immediata

Durata

Sorgente Durata[ore]

Incandescente 750-2000

Alogena 3000-4000

Fluorescente compatta 8000-1000

Fluorescente lineare 7500-20000

Alogenuri metallici 20000-30000

Lampade a LED 35000-50000

Fonte: DOE dipartimento dell’energia americano


Non contengono mercurio o altri componenti inquinanti

Secondo uno studio dell’università di Stanford, il mercurio contenuto in una piccola lampada

fluorescente può inquinare 4000 litri di acqua

Non emettono raggi UV e IR

Consente di ottenere facilmente lampade in conformità alle Leggi Regionali in termini di

inquinamento luminoso

Rispetto per l’ambiente

Un cucchiaino di mercurio può contaminare un lago di 8

ettari.

http://it.wikipedia.org/wiki/File:Hazard_T.svg


Per interni Funzionale (sostituzione di tradizionali lampade, faretti da incasso a soffitto o pavimento

etc) Decorativa (punti luce, strisce, wallwasher etc)

Per esterni Decorativa (proiettori per accentuare oggetti, giardini, ingressi, aree comuni etc) Funzionale (segna passo, luci di segnalazione ed emergenza, insegne luminose, etc) Architettonica (palazzi, monumenti , chiese, etc)

Stradale Arredo urbano Gallerie Pensiline Ciclopedonali Attraversamenti pedonali

OEM Applicazioni industriali (banchi frigorifero, ascensori , arredamenti etc)

Applicazioni


Applicazioni

Plafoniera da incasso 25W2 Barre LED 3.6W

Armatura stradale LED 48W

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Esempi di applicazione

DESCRIZIONE T8 LEDT8

FLUORESCENTE

Potenza lampada [W] 18 36

Numero lampade 100 100

CRI >75 85

CCT [°K] 6000-6500 6500

Durata [h] 50000 15000

Giorni 365 365Ore funzionamento

giornaliero [h]12 12

Consumo annuale [kWh]

7884 15770

Costo kWh 0,15 0,15Costo annuale

energia [€]1182 2365

Emissioni CO2 [kg/KWh]

0,405 0,405

Emissione annualeCO2 [kg]

3193 6787

Risparmio energetico 50%


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DESCRIZIONE CITY 24 LEDVapori di sodio Alta pressione


Numero 400 400

CRI >75 24

CCT [°K] 5500 2100Durata [h] 50000 8000

Consumo annuale [kWh]

48180 102200


energia [€]7227 15330


0,405 0,405


19513 41391Fig. 1: Corpo illuminante a 24 LED

Fig. 2:Corpo illuminante tradizionale a vapori di sodio

Risparmio energetico stimato 52%


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DESCRIZIONE DOWLIGHT LED

10W75W

incandescenza


Numero lampade 20 20

Angolo di emissione 40° 40°

CRI >75 100

CCT [° K] 2800-3200 2900

Durata [h] 50000 2500

Giorni 213 213Ore funzionamento

giornaliero [h]8 8

Consumo [kWh] 341 2556


energia [€]51 383


0,405 0,405


21 155

Risparmio energetico stimato 86%


19

Evoluzione efficienza dei LED

0

50

100

150

200

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020

Year

Eff

ica

cy (

lm/W

)

Laboratory Projection - Cool White

Commercial Product Projection - Cool White

Commercial Product Projection - Warm White

Laboratory - Cool White

Commercial Product - Cool White

Commercial Product - Warm White

Maximum Efficacy - Warm White

Maximum Efficacy - Cool White


20

Grazie per l’attenzione…

Seeing is believing

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