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Riqualificazione e risparmio di enti pubblici

Questo post è un esempio di quanto tutti i nostri enti pubblici potrebbero risparmiare,  se fossero un po’ lungimiranti e non si fermassero al mero costo delle lampade LED.

Questo non solo è un progetto a costo zero, si capirà starda facendo il perchè, ma riqualifica anche tutta l’illuminazione del comune.

E’ noto come il costo dell’energia per illuminazione pubblica pesi su una parte consistente dei bilanci comunali. In particolare per Salsomaggiore il costo e’ di 350.000€ /anno per i consumi elettrici e circa 45.000€ per la manutenzione dell’impianto.

Abbiamo effettuato uno studio raccogliendo i dati della rete di illuminazione pubblica e contattando varie ditte produttrici di lampioni LED per elaborare un piano di ammortamento in modo compatibile con le restrizioni imposte dal patto di stabilità.

Riqualificazione

Da questa ricerca è emerso che sono presenti circa 3500 lampade, di vario tipo: a mercurio, a Sodio ad alta pressione e a bassa pressione. Gran parte di questi elementi ( lampada + lampione) sono obsoleti, fuori norma o rientrano nella direttiva Europea per l’eliminazione dei dispositivi contenenti mercurio.

Considerazioni economiche e calcoli hanno permesso di identificare due piani di sostituzione con ammortamento a 3 o a 5 anni.

Brevemente dai calcoli fatti, quando tutte le lampade saranno sostituite il risparmio sarà di almeno 200.000€, che potranno essere investiti in altri progetti.

L’illuminazione a LED permetterà di avere una migliore qualità del servizio, eliminando l’inquinamento luminoso, l’abbagliamento e le zone oscure, ed abbattendo notevolmente il costo di manutenzione, considerando che le lampade LED hanno una durata minima di 50.000 ore contro le 5000 ore di quelle attualmente montate.

Abbiamo anche elaborato un progetto per l’illuminazione interna degli ambienti pubblici, quali scuole, uffici, palestre, biblioteca ecc.

Qui sono presenti circa 1000 lampade in gran parte ad incandescenza, con una spesa annua per l’energia elettrica di circa 27.000€.

Sostituendo anche qui tutte le lampade con quelle LED, a fronte di un costo una tantum di 15.000€, si avrebbe una spesa annua per energia di circa 12.000€, che permetterebbe un tempo di ammortamento di 7 mesi. Dopo quel periodo si risparmierebbero 15.000€ all’anno, anche questi da investire in nuovi progetti.

Ricordiamo che molti comuni, soprattutto quelli associati ai “comuni virtuosi”, hanno già messo in pratica tali operazioni sugli impianti di illuminazione pubblica, con risultati pari a quelli del nostro studio, dimostrandone quindi la fattibilità e la convenienza.

Fonte: http://goo.gl/f9VJb

By 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.

Rapporto tra Lumen e WATT

Ricapitoliamo ancora quali sono i punti di forza dei LED:

 

– Accensione immediata.

– Raggiungimento immediato della temperatura di colore.

– Funzionamento con condizioni atmosferiche anche oltre a –40°c.

– Dimmerabilità.

– Nessuna emissione di calore nella parte frontale.

– Nessuna emissione di raggi U.V.

– Non contiene mercurio (facile smaltimento dei rifiuti) (ROhS).

– Vita lunghissima rispetto alle tradizionali lampadine.

– Robusto, compatto e resistente alle vibrazioni.

– Struttura compatta e puntiforme permette nuove soluzioni.di design.

– Rendimenti e consumi molto vantaggiosi rispetto ad incandescenza alogene e fluorescenza.

– Drastica riduzione dei costi di manutenzione.

Detto ciò possiamo quindi determinare un rapporto comparativo tra illuminazione a LED e illuminazione tradizionale (prendendo ad esempio le lampade alogene, attualmente le più diffuse). Facendo un raffronto che mette in relazione potenza in Watt e flusso luminoso, possiamo dire che il rapporto in Watt tra LED e alogena può attestarsi a 5:1.

Ciò vuol dire che se ho un impianto alogeno che eroga 100W,  posso sostituirlo con 20W di LED. Cioè, a parità di flusso luminoso, con i LED consumerò un quinto dell’energia che sarebbe stata necessaria con lampade alogene. Attenzione: nel confronto è bene ricordare che i valori sono espressi in flusso luminoso (lumen). E’ facile incorrere nell’errore di sostituire una dicroica da 50W con un faretto da 10W a LED, e non riscontrare poi gli stessi LUX sul piano.

 

Ciò è dovuto al fatto che spesso gli spot a LED, vengono forniti con angoli di emissione molto ampi (dai 60 ai 120°), mentre generalmente le dicroiche hanno emissioni di 20-30°. Quindi, nei calcoli, o ci si esprime in lumen, oppure si devono comparare prodotti con lo stesso angolo di emissione, in modo che il flusso sia concentrato sulla stessa superficie.

 

A questo punto è necessario fare un distinguo tra Lumen e Watt.

 

Un errore che negli anni passati ha caratterizzato molte persone che dovevano illustrare le performance dei LED è stato quello di accomunare la potenza elettrica con il flusso luminoso. L’errore era dovuto al fatto che una lampada ad incandescenza da 100W di diversi produttori aveva praticamente sempre lo stesso impatto luminoso. Più era la potenza  più luce faceva.

 

Non si era fatto proprio ancora il concetto di efficienza: quanti lumen riesco a ottenere per ogni Watt (elettrico) impiegato? Nel caso di una lampadina l’efficienza era sempre la stessa e quindi la potenza elettrica dava una chiara idea di quanta luce emettesse. Nel caso di un LED la luce è un parametro sì legato alla potenza impiegata, ma anche all’abilità di convertire questa in luce.

Esistevano casi di LED da 3W che emettevano non più del 30% di luce in più rispetto a LED da 1W.

 

Quindi le potenze impiegate hanno un significato diverso: potenza elettrica è quella fornita al dispositivo, flusso è la potenza percepita dall’occhio e dal punto di vista della percezione è la sola che conta!  Altro punto spesso controverso è dato dalla sensazione di luce prodotta da una sorgente. Non è così semplice dare una spiegazione. Se da un lato l’emissione dipende solamente dalla sorgente, la quantità di luce che raggiunge il nostro occhio dipende dalle condizioni al contorno della sorgente stessa.

 

Quindi, a differenza delle misurazioni fatte in campo elettrico (a bassa frequenza e a parametri concentrati), le misurazioni fatte in fotometria dipendono fortemente dal set-up di misura.

In conclusione, non è possibile “a priori” dare una valutazione dell’effetto se non in modo approssimativo: una lampadina da 40W fa meno luce di una da 100W: cambiando la lampada possiamo creare situazioni in cui questa affermazione, vera, non si accorda con la sensazione percepita.