Illuminazione pubblica

Illuminazione pubblica
Un’opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica
La tecnologia a LED, lo stato
dell’arte e le prospettive per
il settore
prof. Anna Pellegrino
Torino, 11 dicembre 2014
Illuminazione pubblica
Sorgenti luminose tradizionali
INCANDESCENZA
SCARICA NEI GAS
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Sorgenti luminose tradizionali
Vapori di mercurio alta pressione
Vapori di sodio a bassa pressione
Vapori di sodio ad alta pressione
Alogenuri metallici
Prof. Anna Pellegrino
SCARICA NEI GAS
Quadro legislativo sull’ecodesign di
lampade e apparecchi di illuminazione
• Direttiva 2005/32/CE – EuP (Energy using Products)
• Direttiva 2009/125/UE – ErP (Energy related
Products)
• Direttiva 2010/30/CE – Etichetta energetica
– Regolamento (CE) n. 245/2009
Progettazione ecocompatibile di lampade fluorescenti, a scarica ad
alta intensità e di alimentatori e apparecchi per tali lampade
– Regolamento (UE) n. 347/2010
Modifiche al 245/2009
Prof. Anna Pellegrino
Regolamento (CE) n. 245/2009 e 347/2010
Graduale messa al bando delle lampade con scarse
prestazioni utilizzate in ambito terziario
Fonte Philips
Prof. Anna Pellegrino
Regolamento (CE) n. 245/2009 e 347/2010
Criteri di messa al bando delle lampade scarsamente
performanti:
–
–
–
–
Efficienza luminosa
Resa del colore
Fattore di mantenimento del flusso luminoso
Fattore di sopravvivenza
– Efficienza degli alimentatori
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Confronto prestazioni lampade tradizionali (dati indicativi)
Vapori di
mercurio
AP
Vapori di
sodio BP
Vapori di
sodio AP
Alogenuri
metallici
50-60
-
25
60
3400-4200
1800
2500
3000 - 6000
Efficienza luminosa [lm/W]
40-50
150 - 200
100 - 130
80 - 120
Fattore di mantenimento del flusso
luminoso LLMdm
75%
70%
90%
60%-80%
16000
18000
Circa 30000
20000
Indice di resa cromatica
Temperatura di colore correlata [K]
Durata di vita media
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Sorgenti luminose innovative: LED
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
I LED
Il LED (Light Emitting Diode)
è un diodo costituito da materiale
semiconduttore in grado di produrre
fotoni per emissione spontanea
(luminescenza).
Il diodo è opportunamente drogato in
modo da ottenere una giunzione p-n: uno
strato con eccesso di elettroni (n) separato
da una sottile zona di confine rispetto ad
uno con eccesso di lacune (p)
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Illuminazione pubblica
I LED
A seconda degli elementi droganti il chip semiconduttore la luce
emessa avrà lunghezze d’onda diverse e quindi colori diversi.
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Illuminazione pubblica
I LED
EVOLUZIONE DEI LED: ottenere la luce bianca.
Esistono differenti metodi per ottenere luce eterocromatica bianca:
• Per sintesi additiva di tre colori primari (sistema RGB, red/green/blue)
• Per sintesi additiva di colori complementari (blue/yellow)
(utilizzo di sostanze a base di fosforo nel rivestimento protettivo del chip)
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
I LED
Classificazione in base alla struttura:
THT
SMT-High power LED
Classificazione in base alla potenza:
– Bassa potenza
– Media potenza
– Alta potenza
Prof. Anna Pellegrino
Moduli/CoB
Benefici dei LED
Luce
Ambiente
•
•
•
•
•
•
•
•
Elevata durata di vita (fino a 50000
ore)
Elevata efficienza luminosa (tipica
circa 100 lm/W e fino a 200 lm/W)
Temperatura di colore variabile (da
2700 a oltre 8000 K)
Indice di resa cromatica elevato (fino
a 95)
Luce colorata satura
Ottiche efficienti
Assenza di mercurio
Assenza di radiazione UV & IR
Sicurezza
•
•
•
•
Bassissima tensione (tra 3 e 24 Vdc)
Accensione a freddo  - 40°C
Robustezza
Insensibilità a umidità e vibrazioni
Tecnologia
Design
•
•
Piccole dimensioni
Possibilità di composizione della
sorgente in moduli
•
•
•
Luce bianca o RGB  Luce dinamica
Accensione immediata 100%
Regolazione del flusso luminoso
Prof. Anna Pellegrino
Limiti dei LED
PRESTAZIONE ILLUMINOTECNICA ED ENERGETICA
CALORE: temperatura di giunzione VS flusso emesso
Fonte: Seoul
Semiconductor
Progettazione di dissipatori di calore
Prof. Anna Pellegrino
Limiti dei LED
QUALITA’ DELLA LUCE: ABBAGLIAMENTO
Sorgente puntiforme ad alta intensità
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Illuminazione pubblica
LED e sistemi ottici
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
LED e sistemi ottici
Indicatrice fotometrica del
LED privo di sistema ottico
Una maggior efficienza energetica del sistema si
ottiene anche con un incremento del FATTORE
DI UTILIZZAZIONE del flusso luminoso
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Illuminazione pubblica
LED e sistemi ottici
SISTEMI OTTICI E INDICATRICE FOTOMETRICA PER APPARECCHI STRADALI
FONTE LEDIL
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Illuminazione pubblica
LED e sistemi ottici
SISTEMI OTTICI E INDICATRICE FOTOMETRICA PER APPARECCHI STRADALI
FONTE LEDIL
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Illuminazione pubblica
Apparecchi di illuminazione a LED
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Illuminazione pubblica
Apparecchi di illuminazione a LED
ARCHILEDE (Enel Sole)
Prima versione
ARCHILEDE - Evoluzione
Prof. Anna Pellegrino
Sche
Scheda prodotto
automatica;
220÷240V - 50/ 60 Hz.
(inclusi guasti critici);
Nelle
tabelle si
sotto
riportate
sonoi dati
indicati
i dati di potenza e flusso luminoso delle
3000
0.90
DAC: profilo DA custom;
40
0,96
1 nominali del flusso e della potenza dei LED
2
4000
1.00
completezza
riportano
anche
FLUSSO
APPARECCHIO
FLUSSO
NOMINALE
LED
TM-21;
PLM: scheda di
pressofuso UN I EN 1706 con
4000
1.00
versioni
disponibili.
Tali
parametri
sono
fondamentali
per
una
corretta
comparazione
25
1,00
comunicazione ad onde
700mA:
struttura ad alette.
utilizzati.
Moltiplicatore
per ricavare
il flusso
convogliate.
5700
1.02
(Ta=25°C, 4000K,
lm)
(Tj=85°C, 4000K,
lm)
15
1,02
delle
performance
degli
apparecchi.
In
particolare
l’efficienza
dell’apparecchio
(inclusi guasti
critici);e Tk.
luminoso in funzione
di Ta
Tk.
I dati riportati in questa scheda tecnica rispondono ai requisiti della scheda AIDI(a pieno carico).
5
1,04
525mAessere calcolata
700mA come il rapporto
525mAtra il flusso
700mA
(espressa
in
deve
luminoso
TM-21.
Ta(°C)
Moltiplicatore
Tk 0(K)
disponibile
su lm/W)
richiesta
per ogni tipologia di apparecchio.
MODULI
1,05
.
sezione
massima
4mmq.
in vetro/ piano
/ STE-S / STW
Ottica STE-Mserigrafato
STW Per dell’apparecchio in Ottica
uscita STE-M
e la potenza
assorbita dall’alimentatore
/inSTE-S
ingresso.
50
0,94
3000
0.85
temperato (spessore 4mm) ad
Tk(K)
Moltiplicatore
Moltiplicatore
per
ricavare
la potenza
trasparenza,
40
0,96
2040anche i dati 2720
3234
1
4000
1.00
completezza
si riportano
nominali del flusso2556
e della elevata
potenza
dei LED
3000
0.90
1
2
resistenza termica e
in funzione
di Ta.
FLUSSO
LED
4440
5570
5112 NOMINALE
6468
25
1,00
meccanica IK09.
4000
1.00
utilizzati.2 FLUSSO APPARECCHIO
Ta
(°C)
Moltiplicatore
6590
8240
7668
9702
3
15
1,02
5700
1.02
(Ta=25°C, 4000K,
lm)
(Tj=85°C, 4000K,
lm)
I dati riportati
in questa
della
scheda
AIDI
0,99
8770scheda tecnica
10940rispondono ai requisiti
10224
12936
4
550
1,04
alluminio 99.85%
con finitura superficiale realizzata con 525mA
700mA
525mASTU-M
700mA
disponibile
su richiesta
per ogni
tipologia
di/ SV
apparecchio. Ottica
25
1.00
Ottica
STU-M
/ STU-S
/
STU-S
/
SV
MODULI
0
1,05
deposizione sotto vuoto
Illuminazione pubblica
Apparecchi di illuminazione a LED
MODULI
1540
1
Ottica
STE-M / STE-S2030
/ STW
3210
4060
2
1 2720
2040
1 FLUSSO APPARECCHIO
4870
6130
4440
5570
23
6450
8140
4
(Ta=25°C, 4000K,
lm)
6590
8240
3
.
1905
2411
Ottica
STE-M99.95%
/ STE-S
/ STW
3810
4822
2
2556 NOMINALE
3234
FLUSSO
LED
5715
7233
5112
6468
7620
9644
(Tj=85°C, 4000K,
lm)
estraibile.
7668
9702
8770
10940
4
525mA
700mA
1
MODULI
Ottica
STU-M / STU-S
/ SV
POTENZA
APPARECCHIO
Ottica STE-M / STE-S / STW
1540
2030
1
(Ta=25°C, Vin=230Vac,
W)2720
2040
1
3210
4060
2
5570
2
DA a pieno carico
4870
6130
3Versione F e 4440
6590
8240
3
6450
8140
4
525mA
700mA
8770
10940
4
MODULI
Ottica
/ STW
Ottica STE-M
STU-M // STE-S
STU-S
MODULI
1 / SV
20
27,5
1540
2030
11 POTENZA APPARECCHIO
41,5
54,5
3210
22 (Ta=25°C, Vin=230Vac,
W)4060
61
80
3
4870
6130
3
Versione
F
e
DA
a
pieno
carico
78
103
4
6450
8140
4
Ottica
/ SV
MODULI
525mASTU-M / STU-S
700mA
MODULI
15,5
21
1
1
Ottica
STE-M / STE-S / STW
POTENZA
APPARECCHIO
32,5
42,5
20
27,5
12
47
61
3
(Ta=25°C, Vin=230Vac,
W)
41,5
54,5
2
60
80
4
61
80
3
10224
12936
525mA
700mA
2
tenuta
stagna.
Ottica STU-M
/ STU-S
/ SV
POTENZA
NOMINALE
LED
Ottica STE-M / STE-S / STW
1905
2411
2556
3234
3810(Tj=85°C, W)
4822
5112
6468
in lega di alluminio
pressofuso
5715
7233
UN I EN 17069702
7668
7620
9644
Ø60
mm
(standard),
525mA
700mA
10224
12936
Ø33÷Ø60 mm
e
Ottica
// STE-S
// STW
Ø60÷Ø76
mm (opzionale).
Ottica STE-M
STU-M
STU-S
SV 2
Inclinazione testa-palo:
17
24
POTENZA
NOMINALE
LED
1905
2411
0°, +5°, +10°, +15°, +20°. 35
47
Inclinazione braccio:
3810
4822
0°, -5°, -10°, -15°, -20°.
52 (Tj=85°C, W)
71
5715
7233
70
94
7620
9644
alluminio estruso con molla in
Ottica
STU-M
/
STU-S
/ SV
acciaio inox.700mA
525mA
13
18
Ottica STE-M
/ STE-S / STW
POTENZA
NOMINALE
LED2
26
35
17
24
39
53
35
(Tj=85°C, W) 47
52
71
52
71
78
103
4
525mA
700mA
Ottica STU-M / STU-S / SV
MODULI
Ottica
STE-M / STE-S / STW
APPARECCHIO
21
1 EFFICIENZA15,5
20
27,5
1
32,5
42,5
2
( Ta=25°C, lm/W)
41,5
54,5
2
47
61
3
525mA
700mA
61
80
3
MODULI
60
80
4
Ottica
/ STW
78 STE-M / STE-S103
4
Ottica
/ SV
102STU-M / STU-S99
1
MODULI
107
102
15,5
21
12
APPARECCHIO
108
103
42,5
23 EFFICIENZA32,5
112
106
47
61
34
( Ta=25°C, lm/W)
Ottica
STU-M / STU-S
60
80/ SV
MODULI
4
525mA
700mA
MODULI
99
1
Ottica STE-M / STE-S /97STW
99
96
2
102
99
1
104
100
3 EFFICIENZA 107
APPARECCHIO
102
2
70
94
525mA
700mA
Ottica STU-M / STU-S / SV
Ottica STE-MSOVRATENSIONI
/ STE-S / STW
PROTEZIONE
13
18
17
24
26
35
Modo
35 diff. / Modo comune
47
39
53
52
71
Classe
Classe
52 II
71 I
70
94
Ottica
STU-M / STU-S
/ SV
10/7 kV
10/10
kV
10/10
10/10
13 kV
18 kV
PROTEZIONE
10/10
10/10
26 kV SOVRATENSIONI
35 kV
10/6
kV
10/10
39
53 kV
Modo diff. / Modo comune
52
71
Classe II
Classe I
Versione F e DA a pieno carico
Prof. Anna Pellegrino
10/7 kV
10/10 kV
PROTEZIONE
10/10 kV SOVRATENSIONI
10/10 kV
0
Tk(K)
1,01
Moltiplicatore
Moltiplicatore
per ricavare
3000
0.90 la potenza
in funzione
4000 di Ta.
1.00
Legenda:
5700
Ta
(°C)
1.02
Moltiplicatore
Ta = Temperatura
ambiente.
50
0,99
25
Tk = Temperatura
di 1.00
colore.
0
1,01 la potenza
Moltiplicatore
per ricavare
in funzione
di Ta. dati apparecchio
Esempio
calcolo
Legenda:
Ta (°C)
Moltiplicatore
Ta=40°C
50
0,99
Ta
=
Temperatura
ambiente.
Tk=4000K
25
1.00
= Temperatura
di 1,01
colore.
4TkMODULI
Ottica STE-M
0 LED, 525mA,
Flusso:
8770 x 0,96 = 8419,2 lm
Legenda:
Esempio
calcolo
Potenza: 78 x dati
0,99apparecchio
= 77,2 W
Efficienza:
8419,2
/
77,2
= 109 lm/W
Ta=40°C
Ta = Temperatura ambiente.
Tk=4000K
Tk = Temperatura di colore.
4 MODULI LED, 525mA, Ottica STE-M
Flusso:
8770 x 0,96 = 8419,2 lm
Esempio calcolo dati apparecchio
Potenza: 78 x 0,99 = 77,2 W
Ta=40°C
Efficienza: 8419,2 / 77,2 = 109 lm/W
Tk=4000K
4 MODULI LED, 525mA, Ottica STE-M
Flusso:
8770 x 0,96 = 8419,2 lm
Potenza: 78 x 0,99 = 77,2 W
Efficienza: 8419,2 / 77,2 = 109 lm/W
Fonte AEC
Illuminazione pubblica
Sistemi di controllo e regolazione
TELEGESTIONE_ARCHITETTURA A ZONA:
i dispositivi in campo per il controllo e
comando sono collocati esclusivamente
all’interno del quadro elettrico di potenza a
monte della linea e attuano le proprie funzioni
di gestione e controllo sull’intera linea (o ramo
di linea)
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Sistemi di controllo e regolazione
TELEGESTIONE_ARCHITETTURA PUNTO/PUNTO:
il modulo di gestione presente nel quadro
elettrico di potenza è connesso ad un
dispositivo di controllo presente in ogni
singolo apparecchio di illuminazione che
consente quindi la diagnosi dello stato di
funzionamento della singola lampada e il
comando eventualmente differenziato di ogni
singolo punto luce
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Sistemi di controllo e regolazione
PRINCIPALI OPERAZIONI DI CONTROLLO TRAMITE TELEGESTIONE:
accensione e spegnimento: o in base all’orologio astronomico o in risposta al segnale inviato
da un sensore crepuscolare
regolazione del flusso luminoso per singola lampada o gruppi di lampade: è possibile
regolare l’intensità luminosa delle lampade gestite secondo orari o azioni personalizzabili. La
regolazione può essere effettuata per singola lampada (in presenza di un sistema di controllo
per singolo punto), o su gruppi univocamente determinati di lampade.
stabilizzazione della tensione di alimentazione: si evita in questo modo lo stress dovuto alle
sovratensioni e la conseguente potenziale riduzione di vita media delle lampade
monitoraggio funzionamento e guasti lampade: le misure elettriche registrate per ciascun
punto luce (nei sistemi a singolo punto luce) vengono confrontate con valori di soglia
preimpostati per evidenziare eventuali anomalie. Generalmente le anomalie vengono
registrate ed in presenza di una ripetitività del fenomeno vengono generati dei messaggi di
allarme inviati all’utente.
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Sistemi di controllo e regolazione
ILLUMINAZIONE PUBBLICA – I VANTAGGI DERIVANTI DA PICINQUE
Quindi, comparando i tre scenari:
SCENARIO 1: 100% SU TUTTA LA LINEA
SCENARIO 2: 60% SU TUTTA LA LINEA
SCENARIO 3: PICINQUE
NO!
Intensità illuminazione
v. 1.00
Algorab – Ericsson – Create-Net
Prof. Anna Pellegrino
Risparmio
6
Illuminazione pubblica
Sistemi di controllo e regolazione
INAZIONE PUBBLICA – PICINQUE PER APPLICAZIONI SMART CITY
hitettura della Wireless Sensor Network
ILLUMINAZIONE PUBBLICA ED EROGAZIONE SERVIZI (SMART CITIES)
inque
Algorab – Ericsson – Create-Net
Prof. Anna Pellegrino
25
Illuminazione pubblica
Un’opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica
CONCLUSIONI
How are LEDs able to outperform HID?
A:
Super-bright white LEDs have the advantage of minimal lumen depreciation, better
optical efficiency and high lumens per watt. LEDs also have a vastly longer life span
than traditional lamp sources. The luminaire must be designed to leverage these
inherent advantages of LEDs. A Total Systems Approach is needed for an LED product
to bring all these features together.
BetaLED luminaires also have an environmental advantage in that they contain no
mercury, are RoHS compliant, last longer and produce less waste. In fact, 20 to 25%
(by weight) of the product is made using post-consumer recycled materials (aluminum
castings and extrusions). Furthermore, 70% (by weight) of BetaLED fixtures are readily
recyclable. The remaining LED circuit boards, drivers, wires and connectors are all nonhazardous, mercury-free, and RoHS compliant.
Fonte CREE
Prof. Anna Pellegrino
Illuminazione pubblica
Un’opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica
CONCLUSIONI
Approccio globale al sistema di illuminazione
•
•
•
•
•
Efficienza e durata del LED
Efficienza del sistema ottico
Efficienza ed affidabilità del sistema di alimentazione
Sviluppo sistemi di gestione e controllo (sistemi adattativi)
Integrazione funzioni extra (soluzioni ICT)
Prof. Anna Pellegrino