Lampade e Luce a LED Principio di funzionamento del Led Il termine LED è l'acronimo di Light Emitting Diode, letteralmente diodo ad emissione luminosa. Il diodo è un componente elettronico semiconduttore, con capacità di conduzione elettrica intermedia tra un conduttore e un isolante, la cui funzione caratteristica è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in un verso e di bloccarla quasi totalmente nell'altro. Il Led quindi è un diodo particolare che sfrutta le caratteristiche di specifici materiali che al passaggio della cor

Lampade e Luce a LED Principio di funzionamento del Led Il termine LED è l'acronimo di Light Emitting Diode, letteralmente diodo ad emissione luminosa. Il diodo è un componente elettronico semiconduttore, con capacità di conduzione elettrica intermedia tra un conduttore e un isolante, la cui funzione caratteristica è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in un verso e di bloccarla quasi totalmente nell'altro. Il Led quindi è un diodo particolare che sfrutta le caratteristiche di specifici materiali che al passaggio della corrente elettrica emettono luce sotto forma di fotoni. Le principali applicazioni del Led oltre l'illuminazione sono l'elettronica mobile e la segnaletica. La maggior parte dei Led non emettono luce in tutte le direzioni, quindi le loro caratteristiche direzionali influenzano ovviamente la progettazione dei sistemi d'illuminazione, ma le lampade al Led omnidirezionali che irradiano luce su un angolo di 360° stanno diventando sempre più comuni. La storia del led L'emissione luminosa del singolo Led è inferiore a quella di una lampadina a incandescenza o fluorescente compatta, per cui per aumentare la luminosità, che si misura in lumen, le lampade a Led utilizzano molti diodi contigui e ad alta potenza, oppure moduli Led, che sono gruppi di uno o più diodi ad emissione luminosa, montati su un circuito stampato. I principali produttori di Led per l'illuminazione provengono dal settore dei semiconduttori e sono concentrati soprattutto in Giappone, Stati Uniti e Corea.  Nascita ed evoluzione dei Led I primi Led sono stati studiati e sviluppati nel corso degli anni '60, ma erano a bassissima potenza ed emanavano solo luce a bassa frequenza, vale a dire nello spettro del rosso. Il primo Led con emissione di luce blu ad alta potenza, studiato e realizzato nel 1994 da Shuji Nakamura, un ricercatore della Nichia Corporation, ha rappresentato un evento fondamentale per lo sviluppo dei primi Led a luce bianca, della quale generalmente l'illuminazione ha bisogno. Shuji Nakamura, il primo ideatore dei Led a luce blu, ed i ricercatori Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, nel 2014 sono stati insigniti del premio Nobel per la fisica. Per convertire la luce fredda e blu, non ideale per l'occhio, in luce bianca con un certo numero di possibili varianti, si è pensato di sperimentare l'impiego di una serie di sostanze fino ad arrivare a scoprire che il fosforo è il materiale ideale, ma la funzione del Led blu rimane fondamentale. Attualmente i due metodi più semplici di produzione di Led a luce bianca sono il sistema di combinazione RGB e l'utilizzo del fosforo. Il metodo che utilizza la combinazione RGB basa la sua efficacia sul concetto di fusione cromatica della luce, utilizzando contemporaneamente più chip che emettono lunghezze d'onda rosse, verdi e blu, che combinandosi producono luce bianca. Il metodo di produzione di Led che utilizza il fosforo si basa sulla fusione della luce blu di un Led classico, con la luce di uno al fosforo che emette un'ampia banda di lunghezze d'onda che coprono lo spettro dal verde al giallo, fino al rosso, per ottenere luce bianca.   Gli standard e l'efficienza energetica Nel 2008 la Philips ha cessato la ricerca sulle fluorescenti compatte e ha iniziato ad investire la maggior parte del suo bilancio per la ricerca e lo sviluppo dell'illuminazione a Led e nel settembre del 2009 è stata la prima azienda a presentare le lampade a Led per sostituire la classica lampadina da 60 Watt Edison. Naturalmente all'inizio le lampade a Led hanno variato notevolmente la cromaticità della luce delle lampade ad incandescenza che stavano sostituendo ed è è stato sviluppato uno standard, l'ANSI C78.377-2008, che specifica le gamme di colori consigliati per i prodotti utilizzati nell'illuminazione a Led e prescrive metodi di prova e analisi di laboratorio. L'azienda Energy Star nel 2009 ha iniziato ad etichettare le confezioni delle lampade a Led prodotte, con i dati che soddisfano una serie di standard, l'IRC o, nella terminologia inglese CRI, (Indice di Resa Cromatica), l'aspettativa di vita, il colore e la costanza di rendimento. L'intento del programma è stato quello di ridurre le preoccupazioni dei consumatori in seguito alla qualità variabile dei prodotti e per garantirne la trasparenza. Un programma simile è stato lanciato nel Regno Unito dalla Energy Saving Trust, per identificare i prodotti a Led che soddisfano le linee guida di risparmio energetico e di prestazioni. Nel gennaio 2009 i ricercatori della Cambridge University hanno sviluppato una lampadina a Led ad alta efficienza energetica, 12 volte più potente di una lampadina classica, con un'ipotesi di vita di 100.000 ore. Contemporaneamente alla ricerca ci sono stati molti esempi di applicazione anticipata e su vasta scala di illuminazione a Led, come quella della Sentry Equipment Corporation in Oconomowoc, nel Wisconsin (Stati Uniti), che nel 2008 è stata in grado di illuminare l'interno e l'esterno di un suo nuovo stabilimento quasi esclusivamente con i Led.   Il risparmio energetico Il costo iniziale è stato tre volte superiore a quello di un tradizionale impianto con lampade ad incandescenza e fluorescenti, ma il costo aggiuntivo è stato recuperato nel giro di due anni attraverso il risparmio di energia elettrica e si stima che le lampade non dovranno essere sostituite per 20 anni. Nel 2009 la Manapakkam Chennai ha speso circa 80.000 dollari per illuminare circa 5.300 metri quadrati di uffici con i Led, prevedendo di ammortizzare completamente la spesa entro 5 anni. Nel 2009 il grande albero di Natale di fronte alla Cattedrale di Turku in Finlandia, è stato acceso con 710 lampadine a Led, ciascuna con 2 watt di potenza. La spesa per queste lampade è stata ammortizzata in tre anni e mezzo, anche se le luci hanno funzionato mediamente per solo 48 giorni all'anno. Nel 2009 è stato inaugurata nell'Aveiro, in Portogallo, una nuova autostrada (la A29), basata su illuminazione quasi esclusivamente a Led.   Gli aspetti positivi del Led La tecnologia Led continua a progredire, mediamente l'efficienza raddoppia ogni 2 anni e i prezzi scendono del 20% su base annua. La vita dei Led è molto superiore a quella delle lampadine tradizionali, fino a 100.000 ore in laboratorio, 40.000 ore nelle applicazioni pratiche, contro le 1.000 delle lampade ad incandescenza, le 2.000 delle lampade alogene e le 10.000 ore per lampade fluorescenti compatte. In definitiva l'acquisto e la sostituzione di una lampada a Led è meno frequente e migliora il rendimento del capitale investito. Una lampada a Led ha un rendimento variabile da 40 a 80 lumen per watt contro i 16 della tradizionale lampada ad incandescenza. Una lampada a Led di oltre 800 lumen, equivalente a una lampadina ad incandescenza da 60 W, consuma tra 9 e 12 watt.   I vantaggi delle lampade a LED Gli sviluppi tecnologici dovrebbero migliorare l'efficienza delle lampade a Led per il grande pubblico, attraverso la realizzazione di Led super luminosi, in laboratorio si stanno sperimentando modelli che hanno un rendimento energetico fino a 300 lumen per watt. Questo significa che alla fine avremo lampade che consumano meno di 4 watt e che sviluppano la luce pari a quelle ad incandescenza di 75 watt. Un altro aspetto positivo dei Led è che sviluppano illuminazione massima in maniera quasi istantanea. La compattezza rende i Led molto interessanti per la sostituzione delle fonti di luce nei controsoffitti come i faretti alogeni. Funzionano a bassissima tensione e sviluppano basse temperature, con un enorme vantaggio per la sicurezza elettrica nell'edificio, infatti la temperatura di riscaldamento di Led con adeguato dissipatore di calore, è di soli 32 °C, mentre le lampade ad incandescenza raggiungono facilmente ì 150 °C.     Sono insensibili agli urti e quindi più robusti rispetto ad altre fonti di illuminazione. Le possibilità di sviluppare vari colori rende i Led efficaci per ottenere effetti di luce senza l'uso di filtri. Non contengono mercurio e sono in gran parte riciclati come rifiuti non pericolosi. Recenti ricerche hanno dimostrato che le lampade a Led emettono una quantità di radiazioni elettromagnetiche molto inferiore rispetto alle lampade fluorescenti compatte. Il Led è un prodotto con molte possibilità, che può avere le più diverse forme e applicazioni, addirittura si parla per il futuro di rivestimenti murali e tipi di tappezzeria che potrebbero essere utilizzati per l'illuminazione a Led. La luminosità è uguale o superiore a quella di prodotti derivati dalle tecnologie di illuminazione ad incandescenza o fluorescenti. Il livello di luminosità della luce che esce dai Led rimane costante nel tempo, decresce solo verso il termine della durata nominale, dopo almeno 35.000 ore o 12 anni basati sull'uso per 8 ore al giorno. L'illuminazione a Led si sta diffondendo molto in tutti i campi, secondo uno studio di McKinsey potrebbe raggiungere la quota del 70% sul totale, nel 2020.     L'organizzazione per l'assegnazione dei premi Nobel ha affermato pubblicamente che la scoperta dei Led ha contribuito ad aumentare la qualità della vita delle persone che in tutto il mondo hanno un difficile accesso all'elettricità, perché grazie al suo basso consumo energetico può essere alimentato economicamente da energia solare locale.  Gli aspetti dei Led da migliorare Le lampade a Led non sono ancora le più adatte nel settore dell'illuminazione ad alta potenza per l'eccessivo surriscaldamento prodotto e per l'alta sensibilità alle temperature dell'ambiente in cui operano. La temperatura eccessivamente elevata può causare il surriscaldamento dei Led e condurre ad un prematuro declino, con il conseguente impiego problematico nelle apparecchiature automobilistiche, mediche e militari, che devono operare su una vasta gamma di temperature e avere minime probabilità di spegnimento improvviso. Critico è anche l'impiego di Led in dispositivi chiusi completamente o in parte, con conseguente rottura della lampada e maggior rischio d'incendio.   Luminosità e calore La ricerca è impegnata ora sugli studi per la realizzazione di lampade a Led ad alta luminosità con minore erogazione di calore e contemporaneamente al miglioramento della sua gestione, con opportuni sistemi di dispersione, ventilazione e raffreddamento. Le lampade a Led sono soggette allo """"sfarfallio"""", l'effetto tremolante che può essere meglio visto su un video a rallentatore e che potrebbe contribuire al mal di testa e all'affaticamento degli occhi. Uno studio pubblicato alla fine del 2010 sulla rivista Environmental Science and Technology ha scoperto che i Led contengono piombo, arsenico ed altre sostanze potenzialmente pericolose. Ricerche relative agli effetti sulla salute ed il benessere delle persone in seguito all'esposizione alla luce artificiale, sono giunte alla conclusione che la componente blu della luce Led causa stress alla retina. Le popolazioni particolarmente sensibili e a rischio sarebbero i bambini, le persone con alcune malattie degli occhi e determinati professionisti esposti per lavoro all'illuminazione ad alta intensità.   Le stesse ricerche prendono in considerazione il rischio di abbagliamento e di disagio visivo provocato dai Led poiché l'emissione della luce è puntiforme e concentrata e consigliano i produttori a sperimentare e utilizzare tecniche di diffusione e propagazione tali da diminuire tale caratteristica. I risultati di un'altra ricerca, pubblicati sul Journal of Environmental Management, dimostrano che l'esposizione alla luce artificiale dei Led, a causa della più alta percentuale di luce blu, riduce di cinque volte la capacità del corpo di produrre melatonina, l'ormone che aiuta a regolare il sonno e migliorare l'umore, rispetto alle lampade ad incandescenza che emettono luce più calda. Infine, si raccomanda di mantenersi distanti più di 20 cm da una sorgente luminosa a Led. Gli enti di controllo governativi e non, stimolano tutti i produttori di apparecchi d'illuminazione e di lampade a Led a verificare che i loro prodotti non emettano eccessiva luce blu, attraverso apposite direttive, come la norma europea EN 62471 e la IEC/TR 62778 a livello internazionale.   Il costo di acquisto è ancora molto elevato anche se parallelamente si è allungato e continua ad aumentare la durata, con la conseguente diminuzione del periodo di ammortamento. Il costo dell'illuminazione a Led è comunque strettamente legato alla sua efficienza, cioè alla scarsa luminosità di un singolo diodo, compensata dall'impiego contemporaneo di più Led in una stessa lampadina. Risolvere questo problema significherebbe la necessità di un minor numero di Led combinati assieme, con conseguente riduzione dei costi. I materiali più utilizzati nella fabbricazione dei Led sono l'indio e il gallio, ma purtroppo le loro risorse si stanno esaurendo, quindi l'impegno della ricerca è quello di ridurre e sostituire questi materiali.  Guida alla scelta di una lampada a Led La scelta di una lampadina a Led non è facile, prima di tutto per la quantità di modelli, di tipi, di marche e di costi che ci si trova a confrontare, in secondo luogo per i nuovi termini e simboli da prendere in considerazione. Parametri di valutazione: nel settore dei Led essi sono abbastanza diversi rispetto a quelli usati per le lampade tradizionali, ad esempio si devono confrontare i valori relativi ai lumen invece che ai watt, anzi per una scelta più cosciente occorre prenderli in considerazione entrambi.   Lumen e Watt Contrariamente all'opinione comune il valore dei watt non è l'indicazione della luminosità, ma della quantità di energia elettrica consumata dalla lampadina, pur essendoci una diretta correlazione soprattutto nei sistemi d'illuminazione ad incandescenza. Il valore in lumen (lm) è la vera misura della luminosità fornita da una lampadina, ed è quello che si dovrebbe cercare quando si sceglie una lampadina a Led, ma ovviamente è interessante anche sapere qual'è il suo consumo, cioè il valore dei watt. Esiste più di una tabella di conversione lumen-watt perché non esiste un calcolo preciso in quanto il consumo varia anche in relazione alla tonalità di luce emessa e, a parità di Watt, possiamo trovare lampade con valori di lumen differenti. La tonalità della luce si misura in gradi Kelvin (°K) e in generale, ma soprattutto con i led, è possibile avere diverse tonalità, ma le tre principali sono calda, neutra e fredda. La tonalità calda (2000-3500 °K) tendente al giallo è quella che più si avvicina alla luce generata dalle classiche lampadine ad incandescenza, la neutra (3500-4500° K) tende maggiormente al bianco e la fredda (4500-6000° K) emette una luce con un colore più tendente ai riflessi del ghiaccio, cioè verso l'azzurro. Comunque si può concludere che mediamente in una lampada a Led una luminosità di 1000 lumen determina un consumo di circa 11 watt, contro i 100 watt di una lampadina a incandescenza, i 75 dell'alogena e i 20 di una lampada a basso consumo.   Compatibilità dei led Durante la scelta di una lampada a Led occorre tenere presente che non tutti i diodi sono compatibili con gli interruttori tradizionali, per cui è necessaria una valutazione accurata dei prodotti prima dell'acquisto, per non dovere poi provvedere alla loro sostituzione o a quella degli interruttori stessi. Inoltre poiché non tutti gli apparecchi per l'illuminazione sono predisposti all'utilizzazione dei Led, necessariamente occorre approfondire con attenzione il problema prima dell'acquisto e dell'inserimento di una lampada che potrebbe non funzionare o esaurirsi improvvisamente prima del previsto. Emissione di calore: anche le lampadine a Led emanano calore che deve essere evacuato da un apposito dissipatore alla base del bulbo, disperdendosi nell'aria e mantenendo fredda la lampadina, contribuendo così a mantenere lunga la sua vita. Se la lampadina a Led è posta in un alloggiamento chiuso, il calore non avrà modo di disperdersi e contribuirà ad un affaticamento della lampadina stessa diminuendo la sua durata. Prima dell'acquisto si deve considerare quindi dove si desidera posizionare le lampadine a Led e se gli alloggiamenti sono completamente o parzialmente chiusi è necessario cercare modelli appositamente configurati per gli spazi da incasso o chiusi. Luce puntiforme: scegliere possibilmente un prodotto con la superficie del bulbo a reticolo ottico e non liscia, per permettere la dispersione in modo ampio ed uniforme della luce, che come si è visto tende ad essere concentrata e puntiforme. Indice di resa cromatica: è utile assicurarsi dell'indicazione dell'indice di resa cromatica (IRC o CRI), che attesta la qualità della luce fornita dai Led che si acquistano, cioè la capacità di restituire la vera natura dei colori. Più il suo valore è vicino a 100, maggiore sarà la qualità della luce, poiché il valore IRC della luce naturale solare è considerato uguale a 100. Il valore delle lampade ad incandescenza era molto vicino ad esso (90-95), le lampade a Led migliori attualmente hanno un IRC più basso, variabile in genere da 85 a 90. I Led con un indice inferiore al valore di 80 non sono consigliati per l'illuminazione degli ambienti interni

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