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TECHNOLOGY PAPER LED: una nuova frontiera per l’illuminazione Introduzione I Led di nuova generazione consentono di aprire una nuova frontiera nell’illuminazione in cui è possibile sostituire le tradizionali lampade con estrema semplicità d’installazione, garantendo risparmio energetico, rispetto per l’ambiente, affidabilità e sicurezza.
Che cosa significa LED? Il LED (light emitting diode) è un diodo a semiconduttore emettitore di radiazioni luminose se attraversato da corrente elettrica (diodo a emissione di luce) e le radiazioni percepibili dal sistema occhiocervello: tra 400nm (viola) e 700nm (rosso). La tecnologia è piuttosto recente ed il primo sviluppo di un diodo in grado di produrre una sorgente luminosa risale al 1962 per opera di Nick Holonyak Jr. Per emettere luce il LED non utilizza combustione, incandescenza di un filamento o scarica di un gas (o vapori). Utilizza le caratteristiche di una giunzione a semiconduttore PN per generare fotoni (foto) a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone, lacuna. LED ha lo spettro a banda stretta ed è una sorgente monocromatica ed il colore e la specifica lunghezza d’onda dipendono dal materiale usato nella realizzazione e 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)
Figura 1 Ginzione P-N
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PUNTI FONDAMENTALI Le principali ragioni per cui il LED ha un ruolo sempre più importante nel settore dell’illuminazione sono:
Basso consumo dovuto all’elevata efficienza energetica (risparmio energetico)
Notevole durata (riduzione costi manutenzione)
Robustezza meccanica e sorgente luminosa di piccole dimensioni
Elevata qualità della luce (Ra > 70 ma anche Ra > 90)
Tonalità della luce disponibile ed RGB senza l’uso di filtri colorati
Radiazioni infrarosse e ultraviolette nulle
Assenza di sostanze tossiche (rispetto dell’ambiente)
Sistemi facilmente dimmerabili
Sicurezza elettrica e riaccensione immediata
RISPARMIO ENERGETICO L'illuminazione consuma il 14% di tutta l'energia elettrica nella UE ed Un recente studio svolto per la Commissione Europea ha dimostrato che tra il 30% ed il 50% dell’elettricità usata per l’illuminazione potrebbe essere risparmiata investendo in sistemi d’illuminazione più efficienti. Nella maggior parte dei casi tali investimenti non solo sono remunerativi, ma mantengono anche o addirittura migliorano la qualità dell’illuminazione. Per valutare l’efficienza energetica di una sorgente luminosa si considera il rapporto in lumen/Watt inteso come il flusso luminoso emesso per ogni Watt consumato. Osservando la Tabella 1 è possibile comprendere come la sorgente LED (bianco freddo) sia molto efficiente rispetto le sorgenti tradizionali con un’efficienza di circa 100lm/W.
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Efficienza lunimosa[lm/W] 10-18 Alogena 35-60 Fluorescente compatta 50-100 Fluorescente lineare / SAP 50-90 Alogenuri metallici 100 LED colore bianco 5000K 70 LED colore bianco 3300K Sorgente
Tabella 1 Efficienza luminosa delle sorgenti luminose [fonte DOE]
La tabella 2 propone alcuni esempi in cui le lampade tradizionali sono state sostituite con prodotti a LED con i relativi risparmi energetici. Quello che si può osservare è il notevole risparmio di energia ed emissioni di CO2. Prodotto LED TAB MR 16 12V
Immagine
Consumo Prodotto [Watt] tradizionale 3W Osram Decostar 51S 12V MR16
Consumo [Watt]
Consumo
Risparmio energetico
20W
85%
ANDORA PAR 38
15W
Par-38 Halogen Lamp
75W
80%
KORA (downlight)
15W
Osram saving bulb (down light)
23W
56%
PRAXIS plafoniera
45W
Plafo60x60cm 18Wx4 NEON
72W
60%
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Tabella 2 Comparazione tra prodotti LED e tradizionali
DURATA La durata di una sorgente LED è stimata oltre le 50000 ore ed il ciclo di vita si considera concluso al raggiungimento del 70% del flusso iniziale ed a differenza di altre sorgenti l’accensione e la luminosità massima è istantanea. La tabella 2 descrive la durata media stimata delle diverse sorgenti luminose.
Sorgente
Durata [ore] 750-2000 Alogena 3000-4000 Fluorescente compatta Fluorescente lineare / SAP 8000-1000 7500-20000 Alogenuri metallici 35000-50000 LED colore bianco 3300K Tabella 3 Durata media stimata [fonte DOE]
RISPETTO PER L’AMBIENTE L'ecosostenibilità della tecnologia LED riguarda non solo il risparmio energetico (tra il 30% ed il 60%) ma anche il minore impatto sull'ambientale grazie all'elevata riciclabilità data dall'uso di materiali non inquinanti per la sua costruzione (ad esempio il mercurio). In particolare, secondo uno studio dell’università di Stanford, il mercurio contenuto in una piccola lampada fluorescente può inquinare 4000 litri di acqua. La sorgente LED, essendo puntiforme e direzionale, consente di ottenere facilmente lampade in conformità alle Leggi Regionali in termini di inquinamento luminoso e rappresenta la vera alternativa alle luci ad incandescenza finite in pensione anche in Italia per motivi ambientali.
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APPLICAZIONI La sorgente Led di nuova generazione e l’utilizzo di ottica secondaria, accuratamente progettata, consentono di ottenere corpi illuminanti che emettono una luce direzionale oppure diffusa per un’illuminazione sia funzionale che decorativa. I punti luce, i faretti e le barre LED così come i proiettori e lampade wallwasher sono ormai largamente usati per illuminare rispettivamente ambienti interni e facciate degli edifici, i giardini ed altri ambienti esterni.
Figura 2 Esempi di applicazioni di illuminazione LED per interni
Da diversi anni la sorgente LED è impiegata per illuminare in modo uniforme strade, arredo urbano, gallerie e parcheggi con un elevato indice di resa cromatica abbattendo i costi di manutenzione e l’inquinamento luminoso.
Figura 3 Esempi di applicazioni di illuminazione LED per esterni
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Figura 4 Esempi di illuminazione LED per applicazioni stradali
Conclusioni In italia il consumo annuo di energia per l'illuminazione è stimato a circa 38TWh ed in caso di sostituzione totale del parco illuminante con tecnologia a led si potrebbe ottenere una riduzione dei consumi energetici oltre il 50% ed una riduzione delle emissioni di CO2 per oltre 7,7 milioni di tonnellate all'anno. L’applicabilità dell’illuminazione LED è immediata ed i ritorni degli investimenti possono essere valutati indicativamente nell’ordine dei 3-5 anni. Per quanto riguarda il mercato i più importanti studi di settore evidenziano la crescita lineare dell’illuminazione LED e la saturazione dell’illuminazione convenzionale come mostra la figura 5.
Figura 5 Evoluzione del mercato illuminazione [fonte Philips Lighing]
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Per ulteriori informazioni tecniche: Detas Spa Divisione DLEDS Via Treponti, 29 25086 Rezzato (BS) www.dleds.com – info@dleds.com
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