Nuove generazioni di LED

Applicazione in atmosfera potenzialmente esplosiva Abbiamo già parlato dell'illuminazione a LED e dei vantaggi che questo supporto...

Abbiamo già parlato dell'illuminazione a LED e dei vantaggi che questo supporto illuminotecnico può offrire per le armature illuminanti idonee a essere utilizzate in zone con atmosfera potenzialmente esplosiva.

Tuttavia, la tecnologia in questo settore si muove in maniera talmente veloce che pensiamo sia opportuno rinfrescare la memoria e vedere quali siano stati gli sviluppi. Il solo termine LED non è più sufficiente a identificare l'ampia gamma di prodotti che è stata sviluppata con caratteristiche particolari secondo l'impiego.

In elettronica il LED (light emitting diode, diodo a emissione luminosa) è un dispositivo optoelettronico che sfrutta le caratteristiche dei materiali semiconduttori per convertire la corrente elettrica che lo attraversa in luce. Anche se i primi LED furono sviluppati già nel 1962, è soltanto negli ultimi anni che il progresso tecnologico ha permesso di sfruttare a pieno il LED per la sostituzione delle tradizionali fonti d'illuminazione, con una lunga serie di vantaggi.

A. I vantaggi dell’illuminazione a LED

Molti sono i vantaggi dell’utilizzo dei LED rispetto a fonti d'illuminazione tradizionali.

Qui di seguito elenchiamo quelli più significati per l’illuminazione in zone con atmosfera potenzialmente esplosiva.

1. Risparmio Energetico

L’illuminazione LED è più efficiente rispetto alle tradizionali lampadine a incandescenza. In media i LED durano da tre a cinque volte di più delle lampade fluorescenti e hanno un'illuminazione fino a dieci volte superiore di quelle a incandescenza.

2. Costi Ridotti

Le lampade a LED hanno bassi costi di manutenzione grazie alla loro maggiore affidabilità e così, anche se l'investimento iniziale può sembrare più elevato rispetto a una normale lampadina, la maggiore durata ne riduce, alla lunga, le spese complessive. La durata di funzionamento, oltre 50.000 ore, giustifica ampliamente l’iniziale costo di acquisto. 

3. Elevata resistenza meccanica

Un'importante caratteristica, data dalla costruzione a stato solido, è la resistenza agli shock, alle vibrazioni e agli impatti.

4. Resistenza termica

Oltre alla resistenza meccanica, i LED sono in pratica impermeabili e resistono alle temperature estreme, anche iponormali.

Permettono un'accensione istantanea, non serve attendere per avere l'elevata luminosità. E' possibile l'immediata accensione anche a bassissime temperature, addirittura a -40°. 

5. Luce Pulita

I LED non emettono raggi UV, dunque sono più sicuri.

6. Maggiore sicurezza

L'alimentazione dei LED è a bassissima tensione in corrente continua e, quindi, gli interventi manutentivi sono assolutamente sicuri.

7. Rispetto dell'ambiente

Ultimo, ma non per questo meno importante, un dispositivo illuminante che consuma meno e dura di più, permette una maggiore protezione dell'ambiente.

B. Tipi di led

Come dicevamo all’inizio di questo articolo non possiamo più parlare genericamente di LED.

La tecnologia ha fatto passi da gigante in questo settore da quando, nel 1962, apparve il primo diodo a emissione luminosa.

Principalmente possiamo arbitrariamente dividere i LED attuali in tre categorie:

1.LED a basso wattaggio;

2.LED a elevata potenza;

3.LED COB.

1. LED a basso wattaggio

I LED a basso wattaggio sono usati principalmente in elettronica, nei display, segni e luci di segnalazione. Il wattaggio di ogni singolo LED è di circa 0.07W.

Questo tipo di LED è utilizzato anche con la luce Infrarossa (850nm) in telecomandi e ricevitori di segnale.

Le applicazioni nel settore antideflagrante riguardano principalmente nella progettazione di luci spia per quadri elettrici.

2. LED a elevata POTENZA

I LED ad alta potenza sono generalmente da 1 a 3W. Di solito, sono usati singolarmente con un chip da 3W o in configurazione 3x1W. 

Ai primordi della storia dei LED, la loro efficienza luminosa (lm/W), era stata calcolata in un rapporto minimo di 3 a 1. In seguito è migliorata moltissimo. Il limite dei primi dispositivi adatti a essere impiegati in questo tipo di applicazione era l'insufficiente quantità di luce emessa. Questo problema è stato superato con i modelli di ultima generazione, abbinando l'incremento di efficienza alla tecnica di disporre matrici di diodi nello stesso package collegati tra loro in serie e parallelo o realizzando la matrice direttamente nel substrato del dispositivo. L'efficienza dei dispositivi attuali per uso professionale e civile si attesta oltre i 120 lm/W.

Come termine di paragone basti pensare che una lampada a incandescenza presenta un'efficienza luminosa di circa 10-19 lm/W, una lampada alogena di circa 12-20 lm/W e una fluorescente lineare di circa 50-110 lm/W.

3. LED COB

La tecnologia COB (chip on board) ha superato le precedenti generazioni d'illuminazione a LED in termini di qualità, risparmio energetico, dissipazione del calore e soprattutto di efficienza. 

In questa tecnologia, il chip è incollato direttamente sulla piastra e messo in contatto attraverso i cosiddetti fili bond con contatti in oro. 

In seguito, viene applicata una lente epossidica, detta bubble, che definisce la distribuzione fotometrica. A seconda di come è costruita questa lente, il LED COB può avere una distribuzione a fascio molto stretto o molto largo. 

La tecnologia COB LED, rispetto alla vecchia tecnologia presenta una resa migliore, permettendo, a parità di wattaggio, di sviluppare circa il 30% di lumen in più. 

Questo tipo di LED presenta, rispetto a quelli della generazione precedente, alcuni ulteriori vantaggi. Con un rapporto da 110 a 140 lumen/watt, questa generazione di LED produce la giusta luminosità consumando ancora meno. Un LED COB da 9 watt produce la stessa luce di una lampada CFL da 23 watt o di una lampada a incandescenza da 100 watt.

Il posizionamento dei chip di silicio direttamente sullo strato di alluminio, permette, inoltre, di ottenere una dispersione del calore fino al 97% consentendo alla lampada di operare in un ambiente più freddo risparmiando, di conseguenza, più energia e, nel campo della protezione antideflagrante, permette di costruire armature illuminanti con una migliore Classe di Temperatura.

C. Lumen e Lux

Per concludere questa veloce carrellata sulle ultime innovazioni tecnologiche delle applicazioni LED, vorremmo ritornare un attimo su un argomento che spesso è oggetto di dibattito.

Nella scelta di un prodotto per l'illuminazione si sente spesso parlare di due importanti unità di misura da prendere in considerazione: il lumen e il lux. 

Spesso questi due parametri vengono confusi tra loro. Bisogna sapere, invece, che tra i due c’è un'importante differenza.

Mentre il lumen è una misura della "quantità di luce" su una sfera unitaria (incentrata sulla sorgente), il lux è una misura relativa all'area illuminata piana tangente la porzione sferica.

1 lumen su un'area di 1 m2 corrisponde a 1 lux, mentre lo stesso lumen concentrato in 1 cm2 corrisponde a 10.000 lux. 

Due corpi illuminanti con uguali lumen, pertanto, possono restituire dati in termini di lux molto differenti. Questo a causa di una serie di fattori tra cui:

     - Angolo di emissione

     - Decadimento luminoso

     - Dato reale dei lumen.

Per i calcoli illuminotecnici devono essere utilizzati i dati sui lux.

Data pubblicazione: 01-01-2015

Argomento: Approfondimento