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Lampada a LED che funziona con acqua e sale

La società giapponese Greenhouse sta per mettere sul mercato una lampada che funziona con acqua e sale e sfrutta il principio dell’elettrolisi. Entro la metà di settembre inizierà la commercializzazione della lanterna GH-LED10WBW, funzionante senza l’uso di batterie, ma solo con acqua e sale. La torcia è formata da 10 LED che sono alimentati da una miscela di 350 ml di acqua in cui vengono disciolti circa 16 grammi di sale.

 

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L’acqua salata così ottenuta funge da elettrolita per una pila primaria formata da una barra di magnesio che funge da anodo (elettrodo negativo) e una barra di carbone che funge da catodo (elettrodo positivo). Il flusso elettronico che si genera è capace di alimentare dieci LED pronti a offrire un fascio luminoso di 55 lumen per circa 8 ore per singola “ricarica” di acqua e sale nelle dosi già citate, oppure con acqua di mare.

 

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L’energia fornita è in realtà il magnesio che è soggetto ad usura e che, quindi, dopo 120 ore di uso deve essere sostituito e, a tal proposito, può essere acquistato a parte, il costo è stimato in 12 dollari. In caso di necessità la lampada può comunque essere collegata con una presa USB alla corrente elettrica. Le occasioni per utilizzare questo tipo di lampada possono essere molteplici, da un semplice black-out ad una notte in campeggio oppure come lampada di emergenza in auto o in qualsiasi altro posto.

 

By Giuseppe

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Lampadine ad incandescenza: dal 1° settembre addio

La Commissione Europea il 24 Marzo del 2009 ha pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale Europea il Regolamento 244/2009/CE che prevedeva la messa al bando della produzione e relativa vendita di lampade ad incandescenza. Lo scopo è di incrementare il risparmio energetico e contenere le emissioni di CO2, ma anche per limitare il contenuto e le emissioni di mercurio.

 

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Tecnicamente a partire dal 1° settembre del 2009 sono state messe al bando le lampade da 100W, il 1° settembre del 2010 quelle da 75W, nel settembre del 2011 è toccato a quelle da 60W e per ultime, dal 1° settembre dell’anno in corso, toccherà a quelle da 40W e da 25W.

La graduale dismissione è stata voluta dalla Comunità Europea per dare la possibilità ai costruttori di disporre di tempi sufficienti per riprogettare in maniera appropriata i nuovi prodotti da immettere sul mercato in modo da evitare impatti negativi sulla funzionalità. Le nuove tipologie di lampade saranno o fluorescenti o a LED. I costruttori smetteranno di produrne dal 1° di settembre del 2012 e potranno essere vendute soltanto quelle già in possesso dei rivenditori fino ad esaurimento delle scorte.

D’ora in poi si potranno acquistare soltanto le lampade compatte (Alogene o fluorescenti) o a LED, che consumano l’80% in meno, garantiscono minori emissioni di CO2 in ambiente, durano molto di più e non anno costi di manutenzione. In particolare le lampade a LED, che sono le uniche che garantiscono un risparmio pari all’80%, le fluorescenti al massimo arrivano ad un risparmio del 50% e durano meno della metà, saranno quelle più utilizzate anche perché la tecnologia è sempre in evoluzione ed anche l’affidabilità.

Basti pensare che avendo una vita di almeno 50.000 ore una lampada a LED può durare anche oltre 15 anni, durata che dipende dal numero di ore di accensione. Facendo un rapido calcolo se la lampada sta accesa 8 ore al giorno per 300 giorni l’anno, in un anno rimarrà accesa 2400 ore. La vita di questa lampada sarà di oltre 20 anni.

In particolare le lampade a LED saranno di vitale importanza per tutte le aziende che hanno un consumo di energia elettrica per l’illuminazione molto elevato che si traduce nel tenere accese le lampade per almeno 8 ore al giorno per 300 giorni l’anno. Più tempo saranno accese più rapido sarà il payback. Mediamente nell’arco di 2/3 anni l’imprenditore rientrerà del costo del nuovo impianto di illuminazione con un risparmio che poi sarà dell’70/80%. Consideriamo che dal 3° anno in poi e per i successivi 15-20 anni non si avranno più costi di manutenzione ma soltanto risparmio.

Per dare un riscontro a quanto detto, secondo dati elaborati dallo studio Lighting the Clean Revolution e presentati da The Climate Group e Philips, i LED possono generare un risparmio energetico dell’85% rispetto alle soluzioni tradizionali. Un risparmio che non è da sottovalutare soprattutto nel campo dell’illuminazione stradale che oggi, secondo lo studio è responsabile del consumo del 19% dell’elettricità utilizzata nel mondo e del 6% delle emissioni di gas serra. Lo studio rivela anche che il LED richiede bassi interventi di manutenzione: il tasso di guasti è infatti dell’1% ogni 6.000 ore di utilizzo contro il 10% delle fonti di illuminazione tradizionale.

Per avere una valutazione sugli eventuali risparmi e costi di riqualificazione del vecchio impianto di illuminazione con uno a LED non esitate a contattarmi alla mail: g.larocca@medambiente.com.

Giuseppe

Corrente di pilotaggio

Siamo arrivati al secondo argomento sulla scelta di un buon LED. Parliamo adesso di “corrente di pilotaggio” e come scegliere un alimentatore corretto per i nostri LED.

 

I LED (Light Emitting Diode) sono dei diodi la cui capacità di base è quella di emettere luce quando sono percorsi da una corrente che scorre dalla regione P verso quella N.

 

Ad ogni ricombinazione tra protoni di carica nella regione di giunzione PN si genera l’emissione di un fotone, e la quantità totale di fotoni emessa, e quindi l’intensità luminosa, è proporzionale all’intensità di corrente che li attraversa.

 

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La luce emessa ha uno spettro ben definito a seconda dei materiali utilizzati nella realizzazione della giunzione PN del diodo anche se parzialmente dipendente dall’intensità della corrente e dalla temperatura di giunzione.

I materiali più comunemente usati nella realizzazione di LED sono quelli del III e V gruppo della tavola periodica degli elementi:

1)      Arseniuro di Gallio (GaAs)

2)      Arseniuro di fosfuro di Gallio (GaAsP)

3)      Fosfuro di Gallio (GaP)

4)      Nitruro di Gallio (GaN)

5)      Nitruro di Indio e Gallio (InGaN)

I LED a luce bianca vengono realizzati sia attraverso la combinazione di LED nei tre colori fondamentali RGB sia utilizzando LED blu ricoperti da uno strato semitrasparente di fosfori ad emissione gialla.

A questo punto è comprensibile capire che se la corrente necessaria  far emettere al diodo luce non è corretta, lo stesso potrebbe non funzionare correttamente o addirittura bruciarsi immediatamente.

Senza entrare in tecnicismi, che per adesso non rientrano nelle specifiche di questo blog, ci limiteremo a dire che i LED hanno un comportamento molto simile a quello dei diodi normali e presentano una caduta di tensione diretta VF associata alla corrente diretta IF.

La tensione diretta dipende fondamentalmente dalla tecnologia di realizzazione del LED, ma la variabilità all’interno di uno stesso dispositivo è estremamente ampia. Ad esempio con una corrente diretta di 20mA la caduta di tensione varia tra 3,2 volt e 4 volt.

Come già sappiamo, l’intensità luminosa emessa da un LED è proporzionale alla corrente diretta che lo attraversa ed è quindi su questa che si deve dimensionare il circuito di pilotaggio.

Per LED di potenze ad alta luminosità, le correnti possono variare da 100mA a 1500mA, con un valore tipico di 350mA.

Diamo adesso delle specifiche riguardo al tipo di alimentatore da scegliere per poter pilotare un LED:

1)      Decidere il livello di potenza con un margine di sicurezza

2)      Verificare il design del circuito del driver LED: comandato direttamente dall’alimentatore, scegliere una corrente costante oppure aggiungere un driver LED per avere un livello di corrente costante preciso

3)      Verificare se l’applicazione ha bisogno del PFC (Fattore di correzione di potenza)

4)      Verificare il luogo di assemblaggio ed il livello di protezione richiesto dall’alimentatore contro polveri ed umidità

5)      Verificare le certificazioni di sicurezza richieste

6)      Verificare se ha bisogno della regolazione del voltaggio in uscita e/o corrente o ha bisogno della funzione dimming.

Giuseppe

Temperatura di giunzione

Per una approfondita valutazione nella scelta di un corpo illuminante a LED che corrisponda a quanto detto dal produttore, bisogna analizzare alcuni parametri fondamentali quali:

·         la temperatura di giunzione

·         la corrente di pilotaggio

·         il flusso luminoso

·         la vita utile

·         la temperatura di colore e la costante di colore

·         l’indicatore di resa cromatica (CRI)

·         gli alimentatori e le caratteristiche dei sistemi di dissipazione

·         le caratteristiche fotometriche

·         le caratteristiche del gruppo ottico,

·        ecc…

 

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In questo post parleremo di cose’ la “temperatura di giunzione”.

 

La temperatura di giunzione risulta essere un parametro fondamentale per determinare un buon funzionamento di un led. Con questo termine viene indicata la temperatura della giunzione che costituisce il nucleo del LED. La temperatura massima è determinata dal produttore del dispositivo in modo da porre un limite invalicabile per una vita operativa ragionevole del componente.

 

Questa temperatura è strettamente collegata al flusso luminoso emesso e alla durata: maggiore è la temperatura, maggiore la riduzione del flusso luminoso e minore è la durata della sorgente LED.

Un diodo LED deve pertanto poter resistere alle alte temperature e i dispositivi di  dissipazione a corredo devono essere dimensionati con cura. Ad oggi non è possibile misurarla direttamente e le indicazioni dei vari produttori si riferiscono  quindi a formule sperimentali che cercano per quanto possibile di riprodurre il comportamento della giunzione.

 

E’ facile capire che una misura non diretta può portare facilmente ad errori sperimentali che si accumulano fino a rendere molto incerto il risultato finale. I dati inoltre si riferiscono a misura fatte in laboratorio, in condizioni al contorno stabili, che non tengono conto delle reali oscillazioni nei valori di temperatura e corrente presenti in un impianto reale. Un dato di massima per definire la temperatura di giunzione può essere fornito dalla temperatura della piastra su cui il LED è saldato, poiché appare ovvio che la temperatura di giunzione sarà comunque superiore ad essa.

 

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Nelle installazioni su strada, in base a queste evidenze sperimentali, si registrano temperature di giunzione costantemente sopra i valori indicati dai produttori che possono variare anche di molti gradi a secondo delle stagioni.

 

In definitiva risulta fondamentale l’apparato dissipativo posto a corredo dell’apparecchio di illuminazione: l’indicazione generale è quella di non considerare i dati forniti dal produttore come definitivi e di verificare con attenzione il metodo utilizzato nelle saldature dei diodi e la superficie e il materiale dei dispositivi di dissipazione.

Illuminotecnica

L’illuminotecnica è la disciplina tecnico/scientifica che si occupa dell’illuminazione di spazi ed ambienti, sia interni che esterni, sia sfruttando la luce solare sia la luce artificiale.

 

Lo sviluppo dell’illuminotecnica è venuto insieme con quello delle sorgenti luminose artificiali con la conseguente realizzazione di una gamma estremamente ampia di apparecchi di illuminazione che hanno contribuito a trasformare una componente marginale del progetto in una disciplina completamente autonoma affrontata da specialisti. L’illuminotecnica deriva i suoi principi fondamentali e le sue grandezze in gioco dalla fotometria, disciplina che studia la luce in funzione dello stimolo prodotto sull’occhio umano. La realizzazione di un progetto d’illuminazione richiede un bagaglio di conoscenze di carattere non solo tecnico.Per iniziare a comprendere che cosa realmente sia l’illuminotecnica iniziamo col dire cosè la luce anzi cosa vede l’occhio umano.

 

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Simulazione di un progetto di illuminotecnica

L’occhio umano vede, cioè è sensibile alla lunghezza d’onda di circa 5500 Angstrom, colore giallo – verde, ma percepisce lunghezze d’onda che vanno da 10 – 30 A a circa 60 A. La lunghezza d’onda è uguale alla velocità della luce (c) per il periodo dell’onda (T) o dal rapporto tra la velocità della luce (c) e la frequenza.

 

l = c x T = c / f

Vediamo adesso di conoscere alcune grandezze della luce: 

a) Flusso luminoso;

b) Efficienza luminosa

c) Intensità luminosa;

d) Illuminamento;

e) Luminanza

   a) Flusso luminoso 

il flusso luminoso rappresenta la quantità di luce o energia emessa da una sorgente nell’unità di tempo:

   F = Q / t = quantità di luce/tempo

da cui si deduce che il flusso luminoso è una potenza. L’unità di misura del flusso luminoso è il lumen (lm) che corrisponde al flusso luminoso emesso da una sorgente di luce puntiforme di intensità (I) pari ad una candela (cd) ed uscente dalla superficie di un metro quadrato di superficie sferica con raggio pari a un metro (steradiante).

 

   b) Efficienza luminosa

 

L’efficienza luminosa è pari al rapporto fra il flusso luminoso (lm) emesso da una sorgente luminosa e la potenza elettrica assorbita (watt, W):

 

   E = F/P    [lm/w]

 

L’efficienza luminosa esprime l’efficienza di una lampada, si misura in lm/W ed è una funzione variabile con il tipo di lampada. Per avere il valore preciso bisogna consultare i cataloghi dei costruttori di lampade.

 

In pratica la lampada è un “trasduttore” di energia: l’energia elettrica in entrata viene trasformata in energia raggiante, chiaramente con rendimento minore di 1. Una efficienza luminosa elevata significa un processo di trasformazione “più efficiente” dell’energia elettrica in energia raggiante.
Per capire meglio diciamo che una lampada al sodio da 186 lm/watt e potenza pari a 100 W ha un rendimento del 30%.

 

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   c) Intensità luminosa

 

L’intensità luminosa si calcola con la formula:

 

   I = dF/dw

 

dove dF è il flusso luminoso in una direzione, emesso dalla sorgente luminosa all’interno di un piccolo cono e dw è l’angolo solido del cono stesso. In pratica l’intensità luminosa non è altro che la densità di flusso in una certa direzione.

 

   d) Illuminamento

L’illuminamento è pari al rapporto fra il flusso luminoso incidente ortogonalmente su una superficie e l’area della superficie che riceve il flusso, quindi una densità di flusso:

   L = dF/dA

 

L’unità di misura dell’illuminamento è il lux (lm/m2). E’ definito come il flusso luminoso emesso da una sorgente luminosa (situata al centro di una fera) con una intensità luminosa di 1 candela che illumina una superficie di 1 m2. L’illuminamento varia con l’inverso del quadrato della distanza dalla sorgente luminosa.

 

   e) Luminanza 

 

La luminanza è pari al rapporto fra l’intensità luminosa emessa in una certa direzione e l’area

della superficie emittente perpendicolare alla direzione:

 

   U = dI/dA.

 

La luminanza si misura in cd/m2; 1 cd/m2 equivale al flusso luminoso emesso per unità di angolo solido (intensità luminosa di 1 candela) entro un’area unitaria perpendicolare alla direzione del flusso luminoso.

 

La luminanza è importante perché deve essere sufficiente ed uniforme al fine di riconoscere il percorso, eventuali ostacoli, i pedoni, ecc. Valori troppo elevati di luminanza delle sorgenti portano a abbassare il contrasto e quindi ad uno scarso riconoscimento di ostacoli o pedoni. In pratica, la sensazione visiva dell’occhio umano, quando percepisce la luce direttamente emessa da una sorgente o riflessa da una superficie, è funzione della luminanza.

Diamo alcuni valori indicativi di luminanza (cd/m2):

  • Sole a Mezzogiorno                                                      16 x 109
  • Lampada ad incandescenza (potenza minore di 100 W) 5 x 106
  • Lampada agli alogenuri (potenza minore di 100 W)        1,5 x 107