LEZIONE LED - Università degli Studi di Firenze

L.E.D.
Luce per il futuro
Cos’è un LED?
Acronimo di…
LIGHT-EMITTING DIODE
Cos’è un diodo?
Semiconduttore (materiale che ha una conducibilità
intermedia tra i conduttori e gli isolanti) che
permette il flusso di corrente elettrica in una sola
direzione.
Giunzione P-N:
Il diodo a giunzione è un diodo a semiconduttore molto diffuso nell'ambito
dell'elettronica a stato solido. Esso è stato il primo dispositivo a
semiconduttore reso disponibile commercialmente, negli anni 1940.
Esso viene attualmente realizzato utilizzando prevalentemente cristalli di Silicio
drogati ad un'estremità (chiamata zona p) con atomi di Boro ed all'altra
(chiamata zona n) con atomi di Fosforo. Tra la zona p e la zona n vi è una
relativamente piccola zona di transizione dove il tipo del drogaggio del
semiconduttore varia bruscamente, per cui questa area del cristallo viene
usualmente definita giunzione p-n.
Frequenze del visibile
Drogature - colori - tensioni
GaAsP = rosso, rosso-arancione, arancione, giallo (1,1-1,2 V)
GaAlP = verde (2-22 V)
InGaN = blu-verde, blu (4 V)
Inventore del Led:
Nick Holonyak nel 1962
Funzionamenti tipici Led tradizionali
Corrente Ampere (I)= 0,5 - 40 mA
Tensione Volt (V) = 1,1 - 4 V
continua senza sbalzi
SI Edison…
NO Tesla (quella di casa)
Potenza assorbita (Watt) da un tipico led rosso
1,6 V x 0,01 A = 0.016 W
TRADIZIONALI APPLICAZIONI
L’EVOLUZIONE:
Led ad alta potenza
Elaborati da Alberto Barbieri all’università di Cardiff (GB) nel 1995
Principali prodotti presenti sul mercato
COB Chip On Board
CREE MC-E
EDISO
N
CREE STAR
COB
SLIM Module
Attacco GU10
Attacco E27
Flex strip
Strip rigide
Indium Gallium Nitride (InGaN)
Aluminum Indium Gallium Phosphide (AlInGaP)
SVILUPPI TECNOLOGICI
SVILUPPI UTERIORI DELLA TECNOLOGIA
OLED
ORGANIC LIGHT- EMITTING DIODE
SMARTLIGHTING
Trasmissione wireless attraverso la luce
Un dispositivo wireless a LED può inviare e ricevere dati attraverso l’etere ad una velocità
tra 1 e 10 Mbps e ognuno dei LED fungerà da access point per la rete.
Questo permetterà di sostituire le frequenze radio usate oggi nei computer, nei cellulari
e in altri dispositivi portatili, consentendo la connessione ad Internet e l’invio/ricezione
dei dati.
Efficienza= potenza resa /potenza assorbita x 100
Efficienza
<10 %
Efficienza
>45 %
Resa cromatica= indica la fedeltà con la quale vengono visualizzati i colori
0<Ra<100
Tonalità o temperatura di colore
Direttiva EuP – illuminazione di uffici, ambienti industriali e stradale
Le linee guida che definiscono i requisiti minimi per l’illuminazione fanno riferimento all’efficienza energetica delle lampade durante l’intero ciclo di vita.
Per quanto riguarda l’illuminazione stradale, commerciale e industriale, la regolamentazione stabilita dalla direttiva prevede un divieto graduale di
produzione ed importazione delle lampade poco efficienti, a partire da settembre 2010.
Scadenze – Programma di eliminazione graduale per l’illuminazione di uffici, ambienti industriali e stradale
•
Informazioni aggiornate a dicembre 2008; i dati riportati potrebbero essere diversi dalla versione finale della Direttiva EuP
2017
2010
2012
2014
2015
2017
•Eliminazione delle lampade ad alogenuri metallici (MH)
a bassa efficienza (solo E27/E40/PGZ12)
•Divieto di immissione lampade fluorescenti T8 alofosforo
mediante requisiti di efficinza minima
•Divieto di immissione delle lampade fluorescenti T12
•Divieto di immissione delle lampade al sodio ad alta pressione (HPS):
HPS standard (solo con attacco E27/ E40/ PGZ12)
•Divieto di immissione delle lampade ad alogenuri metallici (MH):
lampade MH meno efficienti (solo con attacco E27/E40/PGZ12)
•Revisione del Regolamento da parte della Commissione Europea
•Divieto di immissione delle lampade al mercurio ad alta
pressione (HPM)
•Divieto di immissione delle lampade al sodio ad alta pressione plug-in
per la sostituzione diretta di lampade HPM (le lampade plug-in devono
corrispondere a livello delle Super/Plus HPS; quasi tutte le lampade
plug-in per la sostituzione diretta delle HPM saranno bandite)
•Divieto di immissione delle lampade ad alogenuri metallici con
basse prestazioni (MH) (solocon attacco E27/E40/PGZ12)
RAEE
Rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche
Giunti al termine del ciclo di vita diventano rifiuti classificati
con la sigla RAEE. Tali rifiuti non possono essere gettati nei
normali cassonetti e smaltiti in discarica, ma necessitano di
una raccolta separata al fine di recuperare i materiali
riciclabili (metalli, plastiche, vetro, ecc.) e di smaltire in modo
sicuro le componenti inquinanti.
Lampade a risparmio energetico
3-5 mg Mercurio
TIPO DI LAMPADA
TONALITA’
(K)
INDICE DI
EFFICIEN
ZA
1
(*)
DURATA
MEDIA
(ORE)
1000
RESA
CROMATICA
(INDICE)
100
2000/3000
1.8
1.8
1.8
2000
2000
2000
100
100
100
3000
3000
3000
ELETTRONICHE
INTEGRATE
6
10000
85
2700/5000
CONVENZIONALI
5
10000
85
2700/5000
7
8
10
10000
10000
12000
65
85/95
85
Secondo i tipi
2700/6500
3000/4000
8.5
6
2.5
6/9
3-5
12000/25000
12000/25000
12000/25000
6000/10000
9000
20
70
50
65/90
50/60
2100
2200
2900
3000/5600
3500/4200
3.4
50000/60000
>90
4100
AD INCANDESCENZA
AD ALOGENI
CON ATTACCO A VITE
A DOPPIO ATTACCO
A BASSISSIMA
TENSIONE (**)
FLUORESCENTI
COMPATTE
FLUORESCENTI
TUBOLARI
A LUCE STANDARD
A LUCE “EXTRA”
AD ALTA FRAQUENZA
A SODIO AD ALTA
PRESSIONE
A LUCE STANDARD
A LUCE “CONFORT”
A LUCE BIANCA
A IODURI METALLICI
A VAPORI DI
MERCURIO
A LED (REBEL)
(*) 1 = 12Lumen/W
(**)richiede un
trasformatore
Sequenza per accensione dei Led
presa elettrica - alimentatore in tensione costante - regolatore di corrente - led.
220 V (alternata)
12-24V(continua)
regolatore del
flusso luminoso
CATTERISTICHE ELETTRICHE
EFFICIENZA CIRCUITO = Potenza resa / potenza assorbita
P=V x I
Watt=Volt x Ampere
potenza= tensione x corrente
P (rebel) = 3,99 V x 0,7 A = 2,8 W
P totale = 2,8 x 5 = 14 Watt
Circuito del prototipo
Progetto:
Circuito switching
Efficienza = 61%
Perdita in calore del 39 %
Efficienza = 95-99%
UTILIZZAZIONE DEI LED:
QUALI SCELTE PROGETTUALI???
US-DOE (U.S. Department of Energy) sta appoggiando una campagna per l’inserimento di un’etichetta
di qualità per i prodotti a LED che, un po’ come succede per il cibo, dia informazioni sulla qualità
del del materiale che stiamo per acquistare.
La Lighting Facts Label darà dunque indicazione sulla qualità del prodotto finale, e contiene al suo
interno informazioni relative a:
Emissione luminosa:
luminosa espressa in Lumen
Assorbimento energetico: espresso in Watt misurato a monte degli ausiliari utilizzati.
Efficienza del prodotto:
prodotto espresso dal rapporto tra Lumen emessi e Watt assorbiti, misurati in
accordo con quanto definito dal IESNA standard, LM-79-2008 “Approved Method for the Electrical and
Photometric Testing of Solid-State Lighting Devices”. Considerando parametri importanti quali l’emissione e
dissipazione del calore, l’ottica utilizzata, il sistema elettrico adottato. Elementi che vanno ad incidere in modo
diretto sulla performance dei LED.
Qualità della luce:
luce espressa come indice di Resa Cromatica (Ra), misurata come da prassi per le
sorgenti tradizionali.
Colore della luce:
luce esprime la temperatura correlata di colore (Kelvin) definita secondo ANSI C78377-2008 “Specification for the Chromaticity of Solid-State Lighting Products”.
problematiche
DISSIPAZIONE DEL CALORE
CONDUZIONE
CONVEZIONE
Saldatura led su PCB
(printed circuit board)
problematiche
ANGOLO DI ILLUMINAZIONE LED
problematiche
ANGOLO DI ILLUMINAZIONE LED
VERIFICA DELLE CARATTERISTICHE
PRESTAZIONALI
CARATTERISTICHE TECNICHE LED REBEL
LXML-PWN1-0090
P
w
N
1
Luce lambertiana
Colore (white)
Variazione del colore
C= cool , N= neutral , W= warm
Corrente test prodotto:
1= 350mA
Livello di flusso luminoso
0090 (0,350 A)
Soggetti produttori di Led
Rivenditori su internet
Bizetashop (Sasso Marconi)
Ledtech-de (Germania)
In Italia
HT , RS